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钛锆钽哈氏合金容器焊接工艺规程

发布时间:2020-05-13 09:22:59人气:

钛锆钽哈氏合金容器焊接工艺规程

1 范围   

本标准规定了钛锆钽哈氏合金容器(包括压力容器和常压容器)焊接的基本要求,适用于TA0TA1TA2TA3TA9TA10TA1-A

Ti(R50400)Ti(R50550)Zr(R60702)Ta(05200)、哈氏合金(N06200)、(N10276)等容器用钛锆钽哈氏合金的钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊等焊接方法焊接的钛锆钽哈氏合金制单层容器、衬钛锆钽哈氏合金容器和钛锆钽哈氏合金钢复合板制造的容器中的钛锆钽哈氏合金焊接工艺,衬钛锆钽哈氏合金容器及钛锆钽哈氏合金钢复合板容器中基层的焊接工艺按(GB150-1998JB/T4709ASME执行。本标准适用于钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。

2           焊接材料

2.1焊接材料包括焊丝(包含填充丝)、保护气体、电极等。所焊接材料应具有质量证明书及产品合格证。

2.2焊丝的选用

2.2.1焊丝的选用应使用再正常焊接工艺下的焊缝在焊后的状态和抗拉强度不低于母材退火药味状态的标准抗拉强度下限值,焊缝焊的状态的塑性禾耐蚀性能不低于退状态下的母材或与母材相当,焊接性能良好,能满足钛锆钽哈氏合金容器制造的使用要求。

2.2.2焊丝中的氮、氧、碳、氢、铁等杂质元素的标准含量上限值应大大低于母材中杂质元素的标准含量上限值。不允许从所焊母材上裁条充娄焊丝。钛应采用JB/T4745-200附录D中的焊丝用作钛容器用焊丝。钛杂质元素含量不高于JB/T4745-200附录D的其它标准的焊丝也可使用

 

表E.1母材推荐焊丝牌号

 

焊丝牌号

STAOR

STA1R

STA2R

STA3R

STA9R

STA10R

推荐所焊母材牌号

TAOTA1-A

TA1

TA2

TA3

TA9

TA10

 

焊丝牌号

ERNiCrMo-4

ERNiCrMo-17

ERZr-2

B395(ASTM)

ERTi-1

ERTi-2

推荐所焊

母材牌号

N10276

N06200

R60702

R05200

R50400

R50550

 

 

 

2.2.3一般情况下可按表E.1中的意见根据所焊母材牌号来选择相应的焊丝牌号,应首先先用国外压力容器规范允许使用且国外已有使用实例的焊接材料,其使用范围应符合焊接材料生产国相应规范和标准的规定,并由该焊接材料的质量说明书。但还是应当达到E.1.2.1的要求,并钛材应通过JB/T4745-2002附录B的焊接工艺评定和JB/T4745-2002附录C的力学性能检验。

2.2.4不同牌号的钛相焊时,推荐按耐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料,或按图样规定。锆钽哈氏合金材料按图样规定选择焊丝材料。

2.3焊接用氩气纯度不低于99.999%,露点不应高于-50℃,焊接锆时,露点不应高于-40℃,且符合GB/T4842的规定。当瓶装氩气的压力低于0.5Mpa时不宜使用。

2.4钨极氩弧焊时推荐采用铈钨电极。也可使用钍钨电极。电极直径应根据焊按电流大小选择,电极端部应为圆锥形。钍钨电极的允许电流值见表E.2;铈极电机的允许电流见表E.3。

表E.2钍极电极允许焊接电流

钍钨极直径mm

0.5

1.0

1.6

2.4

3.2

4.0

4.8

6.4

允许直流正接电流,A

5-

20

15-

80

70-

150

150-

250

250-

400

400-

500

500-

800

800-

1100

 

表E.3铈钨电极允许焊接电流

铈钨电极

直径mm

1

1.5

2

3

焊接电流,A

15-50

40-120

100-200

200-300

3.焊接工艺评定和焊工

容器受压元件焊缝及其定位焊缝、受压元件的焊补焊缝以及在容器受压元件上施焊的其它焊缝(如施焊支架、筋板、吊耳、腹板等)的钛材焊接工艺应通过JB/T4745-2002附录B的规定评定合格,施焊这些钛材焊缝的焊工应按附录A的规定考试合格。锆钽哈氏合金材焊接工艺应通过ASME第九章的规定评定合格,施焊这些焊缝的焊工应按ASME第九章的规定考试合格。

4.焊前准备

4.1 焊接坡口形式和尺寸应根据图样要求或根据工艺条件选用常用定型的形式和尺寸,也可自行设计。单层钛的定型坡口形式和尺寸列于表E.4。钛钢复合板的对接接头和交接接头定型坡口形式和尺寸分别列出表E.5和表E.6。在钢壳体内焊接的衬钛层的定型坡口形式和尺寸壳参照表E.5和表E.6中钛钢复合板的定型坡口形式和尺寸。选择坡口形式和尺寸时应考虑焊缝填充金属尽量少,避免产生缺陷,减少残余焊接变形与应力,有利于焊接防护,使焊工操作方便等因素,并根据接头形式、母材厚度、焊接位置、焊接方法、有无垫板及使用条件等确定;锆钽哈氏合金参照图样进行。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E.4 单层钛定型坡口形式和尺寸表

 

坡口型式

坡口示意图

板厚t

mm

焊接层数

间隙B

mm

坡口角度A

钝边C

mm

对接Ⅰ型

1.jpg

0.5~1.5

1

0

-

-

1~2

1

0~0.1t

-

-

2(双面焊)

0~0.1t

-

-

对接V

2.jpg

1.5~3

1

0~0.1t

60~90

0.5~1

3~16

2或多层

0~0.1t

60~90

1~1.5

对接X

3.jpg

12~38

多层

0~2

60~90

1~1.5

对接U

4.jpg

12~38

多层

0~2

( r=6~10)

15~30

1~1.5

坡口型式

坡口示意图

板厚t

mm

焊接层数

间隙B

mm

坡口角度A

钝边C

mm

 

H

5.jpg

>19

多层

0~2

( r=6~10)

15~30

1~1.5

对接T

6.jpg

1~6

1~3

0~2

-

-

角接单边V

7.jpg

4~12

2~4

0~2

45~60

<2

角接K

8.jpg

>10

2或多层

0~2

4~0

<2

搭接

 

9.jpg

>0.5

1或多层

0~0.5

80~100

坡口型式

坡口示意图

板厚t

mm

焊接层数

间隙B

mm

坡口角度A

钝边C

mm

角接

10.jpg

>

多层

<0.5

80~100

 

端接

11.jpg

>

多层

<0.5

90~180

 

4.2 坡口加工应采用机械方法,如采用气割,等离子切割等或焰方法加工,应从变色部分机械加工掉2mm-3mm。加工后的坡口表面应平整、光滑、不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。钛坡口表面应呈银白色金属光泽,锆坡口表面应呈银灰色金属光泽,钽坡口表面应呈浅灰色金属光泽。

  4.3 焊丝、坡口表面及其两侧200mm范围应进行表面清理。可根据表面污染程度选用脱脂、机械清理或化学清理法。

  4.4 清理干净的焊丝和焊件,不应用手触摸焊接部位,焊前严禁沾污,否则应重新进行清理,局部沾污处可局部重新清理。

  4.5 组对与定位焊

  4.5.1 焊接夹具应保证焊件装配准确,不得强行组对。

  4.5.2 焊件组对时的定位焊缝应有合适的长度和间距,可参见表E.7应力集中处应避免进行定位焊。

表E.7 定位焊间距和焊缝长度           mm

母材板厚

定位焊间距

每断定位焊缝长度

<3

3-6

>6

40-50

50-60

50-80

2-3

3-5

10-12

  4.5.3 选用的焊丝及采取的工艺措施应与焊接工艺要求相同。

4.5.4 定位焊缝补应有裂纹、气孔、夹渣等缺陷,否则应清除重焊。重焊应在附近区域进行。

4.5.5 将会熔入永久焊缝的定位焊缝应清除其表面的氧化层( 钛只允许银白色和金黄色,锆只允许银白色,钽只允许浅灰色)等,并使焊缝两端平滑过渡以便于接弧,否则应予修整。

4.5.6 焊接纵缝时,应在焊接两端放置引弧板和引出板、或适当放大毛坯尺寸。引弧板和引出版采用与焊件相同牌号和厚度的材料。焊接环缝时应有电流递增和衰减装置或措施,避免产生弧坑,禁止接触引弧。

4.6 焊接设备与装置

4.6.1 焊接电源应与工艺评定时所用电源特性相一致。

 4.6.2 焊枪应符合相应技术要求。焊枪喷嘴内径应根据被焊材料厚度及接

头形式选择。

  4.6.3 保护拖罩的形状和尺寸应随焊缝形状、焊件厚度、冷却方式、焊接电流等因素而定。钛应能保护温度在400℃以上的焊缝和热影响区,锆与钽的保护温度应更加严格,一般应为300℃以上区域。

  4.6.4 钛可用铜板垫在焊缝背面,加强焊接区的冷却并隔绝空气。也可用吹送氩气的铜垫板保护焊接区的背面;其他背面保护应更加严格。焊角焊缝时可在焊缝背面放一根一侧钻有小孔的铜管吹氩保护背面。

  4.7 除非图样另有规定,它们的焊接一般不进行焊前预热。多层焊缝层间温度不应超过100℃。

 

 

5 焊接要求

  5.1 持证焊工应按图样、工艺文件和技术标准施焊。

  5.2 焊接环境

  5.2.1 焊接环境出现下列任一情况时,应采取有效防护措施,否则禁止时焊:

  a) 焊接环境不清洁,有灰尘、烟雾;

  b) 焊接环境风速大于或更于1.5m/s;

  c) 焊接环境相对湿度大于80%;  d) 下雨、下雪的室外作业;

  e) 焊件温度低于5℃;

 

5.2.2 钛锆钽哈氏合金的焊接宜在单独的钛锆钽哈氏合金铆焊车间内进行。如在钢铁作业的车间内进行,钛锆钽哈氏合金材的焊接区应与钢铁作业区隔离开,焊接时应远离通风口和敞开的门窗。场地应铺设橡胶等软垫。

  5.3 焊接工艺参数

 5.3.1 选择焊接工艺参数应保证足够的熔透深度,保证保护良好,避免产生缺陷,并尽量采用线能量小的焊接规范。

5.3.2 手工钨极氩弧焊工艺参数可参照表E.8。自动钨极氩弧焊(填焊丝)工艺参数可参照表E.9,无坡口对接接头熔化极氩弧焊工艺参数可参照表E.10,熔化极自动氩弧焊接工艺参数可参照表E.11,钨极脉冲氩弧焊接工艺参数可参 照表E.12。

表E.8 钛手工钨极氩弧焊工艺参数

钛板厚

mm

钨极直径mm

焊丝直径mm

焊接电流

A

喷嘴直径mm

氩气流量L/min

0.5

1.5

1.0

15-30

8-10

8-12

1.0

1.5

1.5

50-60

8-10

8-12

2.0

2.0

2.0

80-100

10-12

10-14

2.5

2.5

2.0

110-120

10-12

10-14

3.0

3.0

3.0

120-140

10-12

10-14

4.0

3.0

3.0

120-160

10-12

12-16

5.0

3.5

3.0

130-160

12-16

12-16

6.0

3.5

3-4

140-170

12-16

12-16

7.0

3.5

3-4

140-180

12-16

12-16

10-20

3.5

3-4

160-200

12-16

12-16

 注1:焊接速度20cm/min-25cm/min,电弧电压12V-16V。

 注2:焊缝背面氩气流量为注喷嘴流量的30%-50%。

 注3:板厚小于3mm时可不加焊丝。

 

 

 

 

 

 

 

 

表E.9钛自动钨极氩弧焊(填丝焊)工艺参数

板厚

mm

坡口形式

焊接电流A

电弧电压V

钨极直径mm

焊丝直径mm

喷嘴氩气流量L/min

拖罩氩气流量L/min

层次

焊接速度m/h

0.8

对接

40-60

12-15

1.0-1.5

0.8-2.0

8-12

--

1

18-22

1.0

对接

60-80

12-15

1.5

1.0-2.0

6-7

8-10

1

22-25

1.5

对接

80-100

14-16

1.5

1.0-2.0

7-8

8-10

1

22-23

2.0

对接

130-150

14-16

2.0

2.0-2.5

8-9

8-10

1

20-22

2.5

对接

180-200

14-16

2.5

2.5-3.0

10-12

10-12

1

20-22

3.0

对接

220-240

14-16

3.0

2.5-3.0

10-12

12-14

1

19-21

4.0

对接间隙

2mm

260-280

14-18

3.0

3.5

12-14

20-25

1

19-21

4.0

V形60°

120-130

14-16

2.0

2.5-3.0

12-14

--

2

10-11

6.0

V形60°

300-330

14-18

3.5

3.0

12-14

30-35

1

18-22

10.0

V型60°

180-240

14-18

2.5-3.0

3.5

14-16

--

2

9-12

13.0

V型60°

220-240

14-18

3.0

3.5

9-10

18-20

4

20-25

 

 

表E.10 钛无坡口对接接头熔化极氩弧焊工艺参数

 

板厚

mm

焊丝直径mm

焊接电流

A

电弧电压

V

焊接速度m/h

焊丝伸出长度mm

氩气流量L/min

3-8

1.6

350-450

22-28

25-40

20-25

20-30

10-12

1.6-2

440-520

30-34

20-25

20-28

35-45

15

3

600-650

30-32

25-30

25-30

35-50

16-36

5

780-1200

34-38

15-25

40-55

50-60

 

 

 

 

 

 

表E.11 钛熔化极自动氩弧焊工艺参数

接头图示

 

层次

焊接电流A

电弧电压V

焊接速度m/h

氩气流量L/min

喷嘴

拖罩

垫板

11.jpg

1,2

650-700

32

32

35-40

30-40

30-35

3,4

760-780

36

36

注:电弧长度1mm~1.5mm,基本电流5A-8A.

5.7焊后热处理

5.7.1容器用钛焊后一般不进行焊后热处理。只有当焊件需进行成型而焊缝塑性又偏低时,或钛容器用于存在应力腐蚀开裂敏感性的介质等情况下,并且图样有要求时,才进行焊后热处理。

 

 

 

 

表E.12 钛钨极脉冲氩弧焊工艺参数

接头形式

板厚

mm

焊接速度

m/h

焊接电流

电弧电压

时间

脉冲电流

基本电流

单面无坡口,对接

0.5

10~15

30~50

8~9

0.15~0.20

0.15~0.20

1.0

10~15

70~130

6~10

0.12~0.20

0.10~0.20

1.5

10~15

90~120

10~12

0.15~0.20

0.15~0.20

2.0

10~15

160~200

10~12

0.15~0.20

0.15~0.20

双面无坡口,对接

1.5

12~24

85~135

6~8

0.12~0.22

0.10~0.12

2.0

12~24

130~175

6~8

0.16~0.38

0.10~0.14

3.0

24

250

10

0.16

0.12

注:电弧长度1mm~0.15mm,基本电流5~8A

 

5.4 应采用合理的焊接顺序、施焊方法或钢性固定,以减少焊接变形与压力。

  5.5 钨极氩弧焊接中如钨极碰到了焊缝金属应立即停焊,去除污染层,必要时须修磨钨极尖端后再焊。

  5.6 一条焊缝应尽量一次焊完,不得已中途停焊后重新焊接时,应重叠10mm-20mm。多层焊缝在进行下一道焊缝前,对前道焊缝要彻底清除表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满,接弧处应熔合焊透。

 

 

 

 

5.7 焊后热处理

  5.7.1   容器用钛焊后一般不进行焊后热处理。只有当焊件需进行成型而焊缝塑性又偏低时,或钛容器用于存在应力腐蚀开裂敏感性的介质等情况下,并且图样有要求时,才进行焊后热处理。

  5.7.2   钛焊后热处理为消除应力退火处理。加热温度在再结晶温度以下。一般为500℃-600℃,保温15min-60min。焊后热处理可在真空炉或中性偏氧化气氛的电阻炉内进行。其他

  5.7.3   钛焊后热处理后的焊件如有氧化色应予清理(只允许银白色和金黄色)。焊件允许矫形。

 

6 焊缝返修

  6.1 对需要焊接返修的缺陷应当分析产生原应,提出改进措施,按标准进行焊接工艺评定,编制焊接返修工艺。

  6.2 焊缝同一部位返修次数不宜超过2次。

  6.3 返修前需将缺陷清除干净,必要时可采用表面渗透检测确认。

  6.4 待补焊部位应开出宽度均匀,表面平整,便于施焊的凹槽,且两端有一定坡度。

  6.5 返修焊缝性能和质量要求应与原焊缝相同。

7 焊接检验

7.1 焊前检验包括:

a)  母材、焊接材料;

b)  焊接设备、仪表、工艺装备;

c)  焊接坡口、接头装配及清理;

d)  焊工资格;

e)  焊接工艺文件。

  7.2 施焊过程中的检验包括:

a)  焊接规范参数;

b)  执行焊接工艺情况;

c)  执行技术标准情况;

d)  执行图样规定情况;

  E.6.3 焊后检验包括:

a)  实际施焊记录;

b)  焊缝外观及尺寸;

c)  产品焊接试板;

d)  无损检测;

e)  压力试验,致密性试验。

 

 

5.7 焊后热处理

  5.7.1   容器用钛焊后一般不进行焊后热处理。只有当焊件需进行成型而焊缝塑性又偏低时,或钛容器用于存在应力腐蚀开裂敏感性的介质等情况下,并且图样有要求时,才进行焊后热处理。

  5.7.2   钛焊后热处理为消除应力退火处理。加热温度在再结晶温度以下。一般为500℃-600℃,保温15min-60min。焊后热处理可在真空炉或中性偏氧化气氛的电阻炉内进行。其他

  5.7.3   钛焊后热处理后的焊件如有氧化色应予清理(只允许银白色和金黄色)。焊件允许矫形。

 

 

 


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