探討反應釜的維護與修復

一套微球車間三臺舊成膠反應釜，因腐蝕、磨損， 對釜進行了修復，但效果不好，反應釜泄露頻繁，對生產(chǎn)帶來了一定影響，就這些問題對反應釜的修復與維護進行一些探討。

反應釜現(xiàn)狀

三臺反應釜投用時間為：一具2000年12月，另外兩具2002年8月，型號：D2200／2400x2000x14+3，帶夾套，材質(zhì)為：鈦合金一碳鋼復合板，鈦合金為：TA10。2906 年6月由二套微球利舊移位安裝至一套裝置。 安裝之前對兩具破損釜內(nèi)部進行修復，采用氬弧焊，由中油二建手工焊接，焊條選用&=4的TA10板剪制而成，焊接過程中發(fā)現(xiàn)焊縫顏色灰白，出現(xiàn)裂紋，判斷氬氣保護不到位，增加一條氬氣保護皮帶尾隨于焊槍之后，再次施焊，焊縫沒有太大變化。 重復焊接，以期憑借堆積達到焊接有效厚度，防止腐蝕深人。

安裝使用至今，兩具釜修復均很過4次，底部底套及短節(jié)部位由于材料缺少，修復無效等原因，均暫以 1Cr18 Ni9Ti鋼板及焊材修復，近期有砂眼等泄露情況出現(xiàn)，檢修頻率有上升趨勢。

原因分析

設備的失效可能由各種各樣的原因引起，在修復和維護期間無論是使用方還是施工方都作了一些判 斷，下面逐一分析。

工藝條件更苛刻

目前，兩具釜均很過4次維護，情況并未有所改觀反而有加劇的趨勢。種懷疑就是工藝條件有了較大變化，腐蝕加劇，但是從生產(chǎn)的各種產(chǎn)品的配方以及操作參數(shù)都沒有太多的變化?？紤]到同時安裝的另外一具反應釜狀況相對很穩(wěn)定，這種可能性可以排除。

鈦合金材質(zhì)變化

修復期間，出現(xiàn)焊縫裂紋，由于使用焊接方法為氬弧焊，且第二次對氬氣保護進行了加強，焊條也為相同材質(zhì)&=4的TA10板剪制而成，總體思路沒有太大的錯誤，施工方提出可能是由于母材鈦合金材質(zhì)發(fā)生了變化。

鈦合金具有優(yōu)良的性能。鈦是銀白色稀有金屬，比重輕，強度高，耐腐蝕，對人體無害，有漂亮的金屬質(zhì) 感。工業(yè)純鈦溶點為1668℃，有兩種同素異構(gòu)體。在882．5℃以下呈密集六方晶格為鈦；在882．5℃以上呈體心立方晶格為B鈦。鈦及其合金具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優(yōu)良特性，被譽為“未來的金屬”，是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。常溫下，鈦及 鈦合金是比較穩(wěn)定的。

目前反應釜使用條件，無論從腐蝕條件還是溫度上來說，都沒有致命性危害，從鈦合金釜未失效之前的使用情況，以及新投用的反應釜的情況來看，這個可能性應該甚微。

焊接過程控制

焊接并沒有使兩臺反應釜的狀況得到徹底改善，達到我們的使用要求，那么焊接過程控制有什么不到位之處?以下逐項分析。

焊材不當

焊材選用相同材質(zhì)&=4的TA10板剪制而成，按照 現(xiàn)有的鈦材焊接標準GB／T 13149—1991，原則上應選擇 與基本金屬成分相同的鈦絲，有時為了握高焊縫金屬塑性，也可選用強度比基本金屬稍低的焊絲。我們的焊材選用還是符合標準的，沒有太大的不當。

焊接形式不對

從以往反應釜廠家的焊接過程作一了解，廠家采用也是氬弧焊。手工氬弧焊不失為一種簡便、靈活的可用方式。

氬氣保護不夠

從前面修復過程所述，我們先采用一道氬氣保護， 效果很差，但是又加了一道氬氣保護，效果沒有太大改變，仍不理想，似乎有難以確定的因素。

焊接電流不合適

由于鈦板較薄，我們采用的是標準的直流鎢很氬弧焊，在修復過程中，也認真作了現(xiàn)場觀察，電流從大到小都進行了試驗，從焊接機理考慮：焊接電流過大 時，易燒穿焊件，熱影響區(qū)較大，焊縫形狀不夠理想；焊接電流過小，易產(chǎn)生未焊透、偏析、氣孔現(xiàn)象，電流較適中時，直流氬弧焊的優(yōu)點較明顯，熱影響區(qū)較小，但是實際焊接出來的焊縫，顏色灰白，焊縫裂紋一直沒有得 到太大的改善。

溫度控制不當

過程一般采用的溫度控制一般是為了控制焊縫冷卻速度和焊接應力，象鑄鐵焊接必須焊后保溫，那么我們在鈦材焊接中出現(xiàn)的裂紋是否由于冷卻速度太快，造成應力集中，以致出現(xiàn)裂紋，而且在加第二道氬氣冷卻時，會不會造成冷卻速度更快，一直是我們焊接所擔心的問題，在施焊過程中，我們嘗試焊槍后氣焊跟隨來觀察效果，沒有任何改觀，裂紋沒有減少，是一次失敗的嘗試。那么，溫度是否是一個關鍵因素，也是我們一個重要的探討問題。

反應釜受力不當

從使用情況來看，三具反應釜完好的一臺比較穩(wěn) 定，而出現(xiàn)問題的兩具反復在修，問題會不會出在反應 釜的受力不當一由于磨損造成的呢?三具反應釜的底套均采用釜體下端短節(jié)內(nèi)襯四氟套的方式，主要目的是大軸定位，同時大軸不接觸反應釜母材。實際情況， 損壞的兩具反應釜的對中并不好，罐頂軸承和罐底的 底套孔同軸度存在較大偏差，底套的磨損一般均為偏 磨，往往磨及母材，雖經(jīng)維護單位通過加偏墊子，四氟套適度偏心，但磨損情況并沒有徹底改善。不能否認， 磨損起了一個關鍵的作用，較起碼起到了一個加劇損壞的作用。

應對措施

從以上分析不難看出，反應釜的損壞除了幾個幾 乎不可能的因素外，其他原因都有很大的嫌疑。關鍵的問題在反應釜受力不當和焊接控制上。針對于此，特提出以下措施來做好反應釜的修復和維護。

調(diào)整反應釜的對中

由于前期的原因，反應釜的對中已經(jīng)成為一個先 天缺陷，雖經(jīng)加偏墊子、四氟套偏心等校正，但是關鍵的問題在于大軸的受力重力的垂直方向始終存在，僅憑這些后天的努力是難于根治的。所以下定決心重新對中。

做好焊接控制

要做好焊接控制，首先要詳細了解鈦合金的材質(zhì)、 性能和焊接特點。 我裝置的反應釜采用鈦合金一碳鋼復合板，鈦材為 TA10即：Ti一0．3Mo一0．8Ni，屬于a鈦合金，a鈦合金組 織穩(wěn)定，焊接性能優(yōu)良，但加工性能差，不能進行熱處理強化。具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，它對氧的親合力特別 大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護鈦不 受介質(zhì)腐蝕。金屬鈦在大多數(shù)水溶液中，都能在表面生 成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸I生、堿性、中性鹽水溶液中 和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，比現(xiàn)有的不銹鋼 和其它有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與鉑比美。但是，如果在某種介質(zhì)中，能連續(xù)溶解鈦表面氧化膜時， 則鈦在這種介質(zhì)中便會受到腐蝕。例如，鈦在氫氟酸、 濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中，由于這些溶液溶解鈦 表面氧化膜，所以鈦被腐蝕。隨著溫度的升高，鈦及鈦合 金吸收氧、氮及氫的量明顯增加，鈦從250℃開始吸收 氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮。這些氣體 被吸收后，將會直接引起焊接接頭脆化，這是導致鈦及 鈦合金焊接缺陷的重要因素。各種氣體及雜質(zhì)污染對鈦 及鈦合金焊接性能的影響具體可見表1。

由于鈦及鈦合金的上述特點，以致在其焊接實際中容易產(chǎn)生氣孔和裂紋這兩種缺陷。

鈦及鈦合金對熱裂紋不敏感，這主要是因為鈦及 鈦合金含硫、磷雜質(zhì)少，晶界很少生成低熔點共晶。另一個原因是鈦及鈦合金凝固時收縮量小。 鈦合金焊接接頭的裂紋主要是出現(xiàn)在熱影響區(qū)的延遲裂紋，這與氫有關。焊接過程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區(qū)擴散，氫含量的提高使該區(qū)析出Til2量增加，增大熱影響區(qū)脆性，另外由于氫化物析出時體積膨脹引起較大的組織應力，再加上氫原子向該區(qū)的高應力部位擴散及聚集，以致形成裂紋。

另外，當焊縫含氧、氮量較高時，焊縫或熱影響區(qū) 塑性降低，性能變脆，在較大的焊接應力作用下也會出 現(xiàn)裂紋，這種裂紋在較低溫度下形成，屬于延遲裂紋。 鑒于以上特點，預防鈦及其合金焊接時裂紋可采 用以下措施。

做好焊前準備

焊件和焊絲表面質(zhì)量對焊接接頭的力學性能有很 大影響因此必須嚴格清理。鈦板及焊絲表面常受到外 部雜質(zhì)的污染。雜質(zhì)對鈦及鈦合金氣孔的生成都有一 定的影響，對接端面處的表面雜質(zhì)污染對氣孔形成的影響更為顯著。鐵板及鈦焊絲可采用機械清理及化學 清理兩種方法。

(1)機械清理

對焊接質(zhì)量要求不高或酸洗有困難的焊件，可用細砂紙或不銹鋼絲刷擦拭，但較好是用硬質(zhì)合金黃色 刮削鈦板，去除氧化膜。

(2)化學清理

焊前可先對試件及焊絲進行酸洗，酸洗液可用 HF5％+HNO₃5％的水熔液。酸洗后用凈水沖洗，烘干后 立即施焊?；蛘哂帽⒁掖?、四氯化碳、甲醇等擦拭鈦 板坡口及其兩側(cè)(各50mm內(nèi))、焊絲表面、工夾具與鈦 板接觸的部分。

做好保護措施

針對鈦需要保護溫度高于300％的區(qū)域這一特點， 焊接應使用專門的保護裝置(見圖1)。

除了焊槍本身具有的保護嘴之外，尚需在焊槍上拖掛保護拖罩，既起保護作用，又能將焊件來不及較快散走的熱量帶走很大一部分。保護拖罩可以根據(jù)焊縫的形狀、尺寸等要求具體設計。

如果復合板背面并無破損可以在背面相應位置加噴淋水增加冷卻效果。如有破損，鈦材外露，考慮到焊縫高溫背面的空氣仍可能影響焊縫質(zhì)量，在焊縫高于300℃也應實施氬氣保護。

焊縫急冷容易造成應力微裂紋，似乎采取多重 冷卻有此嫌疑，實際上，冷卻的目的是配合保護氣體， 只要焊縫脫離保護氣體時能夠降低到我們要求的溫度以下，就達到了我們的目的。

正確使用保護氣體

氬氣純度應不低于99．99％。重要構(gòu)件背面應沖氬氣保護，當氬氣瓶中的壓力降至0．981MPa時，應停止 使用，以防止影響焊接接頭質(zhì)量。氣體流量的選擇以達到良好的保護效果為準，過大的流量不易形成穩(wěn)定的層流，并增大焊縫的冷卻速度，以至引起微裂紋。拖罩中的氬氣流量不足時，焊縫呈現(xiàn)出不同的氧化色澤；而流量過大時，將對主噴嘴的氣流產(chǎn)生干擾作用。焊縫背 面的氬氣流量也不能太大，否則會影響到正面層焊縫的氣體保護效果。要控制好氣體的流量及流速，防 止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護效果。

正確選擇焊接工藝參數(shù)

應該嚴格控制焊接熱規(guī)范，減少焊縫及近縫區(qū)在 高溫停留時間，盡量少對焊縫進行重復加熱。雖然焊接 過程中產(chǎn)生缺陷的可能性難以避免，但應盡量減 少焊縫局部返修次數(shù)。采用小電流、高焊速的焊接規(guī)范，焊接層數(shù)越少越好。把握好焊接坡口。原則上應盡量減少焊接層數(shù)和焊接金屬。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫累計吸氣置增加，以至影響焊接接頭性能，又由于鈦合金焊接時焊接熔池尺寸較大，因此坡口開單V型70° ～ 80°坡口，且不作擺動。焊絲末端不得移出氣體保護范圍，噴嘴直徑可適當加大以擴大保護區(qū)域。

注意觀察焊縫金屬表面

焊縫區(qū)金屬顏色與氬氣保護效果見表2。

 

改進底套，加強維護

這三具鈦合金反應釜的底套都為內(nèi)襯四氟的底套，四氟底套的優(yōu)點在于它的材質(zhì)比較軟，有自潤滑的 作用，不易燒壞，保證大軸不被磨損。這樣就可以減少大軸損壞帶來的材料、時間、經(jīng)濟上的損失，只需從釜底更換四氟套就可以，既簡單又省事。但存在問題，四氟的耐磨性和剛性的不足。如果長期失修，或者其它原因發(fā)生損壞，會造成釜體及短節(jié)頻繁損壞。而釜體的維修麻煩、昂貴，那么，這是得不償失的。我們的保護是存在問題的。要保護好釜體，解決這個問題，要考慮以下兩個方面。

改進底套

在解決好對中情況的前提下，可以改進底套的材質(zhì)，使外套的耐磨性和剛性更好一些，有效保護釜體，同時，可以仿效其他反應器的合金底套，同時使用內(nèi)套和 外套，盡量避免軸或釜體的暴露機會，同時保護軸和釜體，而盡量使磨損出在我們事先設計好的底套上。

加強維護

在改進底套后，我們必須掌握底套的使用周期，在改進之初要勤于檢查，應實驗性地不斷觀察并遞增底 套使用時間，在摸索出規(guī)律后，就可以定期進行計劃維 護，保證底套既可以保護大軸又可以很好地保護釜體不受損傷。

結(jié)束語

只要從根本上消除上述兩具反應釜的對中問題， 合理有效地控制好焊接，一定能完全修復兩臺反應釜， 如果再適時改進底套，加強維護，就可以充分發(fā)揮鈦合金的很強耐腐蝕性，做好維護，較大地保障生產(chǎn)之需。鈦合金的修復，隨著科學的發(fā)展，技術在不斷的進 步，當今的等離子弧焊接、激光焊等先進工藝都在不斷完善、成熟，日臻完美，它們必將帶給我們更多的喜悅， 值得我們不斷研究、探討。