探討反應(yīng)釜的維護(hù)與修復(fù)

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

反應(yīng)釜現(xiàn)狀

三臺反應(yīng)釜投用時(shí)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(fù)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(jìn)行修復(fù)，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(hù)不到位，增加一條氬氣保護(hù)皮帶尾隨于焊槍之后，再次施焊，焊縫沒有太大變化。 重復(fù)焊接，以期憑借堆積達(dá)到焊接有效厚度，防止腐蝕深人。

安裝使用至今，兩具釜修復(fù)均很過4次，底部底套及短節(jié)部位由于材料缺少，修復(fù)無效等原因，均暫以 1Cr18 Ni9Ti鋼板及焊材修復(fù)，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(shè)備的失效可能由各種各樣的原因引起，在修復(fù)和維護(hù)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(hù)，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(shí)安裝的另外一具反應(yīng)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(fù)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(hù)進(jìn)行了加強(qiáng)，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(cuò)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(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)度大、耐熱性強(qiáng)、耐腐蝕等許多優(yōu)良特性，被譽(yù)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(yīng)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(yīng)釜的情況來看，這個(gè)可能性應(yīng)該甚微。

焊接過程控制

焊接并沒有使兩臺反應(yīng)釜的狀況得到徹底改善，達(dá)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(xiàng)分析。

焊材不當(dāng)

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(biāo)準(zhǔn)GB／T 13149—1991，原則上應(yīng)選擇 與基本金屬成分相同的鈦絲，有時(shí)為了握高焊縫金屬塑性，也可選用強(qiáng)度比基本金屬稍低的焊絲。我們的焊材選用還是符合標(biāo)準(zhǔn)的，沒有太大的不當(dāng)。

焊接形式不對

從以往反應(yīng)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(hù)不夠

從前面修復(fù)過程所述，我們先采用一道氬氣保護(hù)， 效果很差，但是又加了一道氬氣保護(hù)，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(biāo)準(zhǔn)的直流鎢很氬弧焊，在修復(fù)過程中，也認(rèn)真作了現(xiàn)場觀察，電流從大到小都進(jìn)行了試驗(yàn)，從焊接機(jī)理考慮：焊接電流過大 時(shí)，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(shí)，直流氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)較明顯，熱影響區(qū)較小，但是實(shí)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(dāng)

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(yīng)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(yīng)力集中，以致出現(xiàn)裂紋，而且在加第二道氬氣冷卻時(shí)，會不會造成冷卻速度更快，一直是我們焊接所擔(dān)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(gè)關(guān)鍵因素，也是我們一個(gè)重要的探討問題。

反應(yīng)釜受力不當(dāng)

從使用情況來看，三具反應(yīng)釜完好的一臺比較穩(wěn) 定，而出現(xiàn)問題的兩具反復(fù)在修，問題會不會出在反應(yīng) 釜的受力不當(dāng)一由于磨損造成的呢?三具反應(yīng)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(shí)大軸不接觸反應(yīng)釜母材。實(shí)際情況， 損壞的兩具反應(yīng)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(hù)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(rèn)， 磨損起了一個(gè)關(guān)鍵的作用，較起碼起到了一個(gè)加劇損壞的作用。

應(yīng)對措施

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

調(diào)整反應(yīng)釜的對中

由于前期的原因，反應(yīng)釜的對中已經(jīng)成為一個(gè)先 天缺陷，雖經(jīng)加偏墊子、四氟套偏心等校正，但是關(guān)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(xì)了解鈦合金的材質(zhì)、 性能和焊接特點(diǎn)。 我裝置的反應(yīng)釜采用鈦合金一碳鋼復(fù)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(jìn)行熱處理強(qiáng)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(hù)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(shí)， 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(dǎo)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(diǎn)，以致在其焊接實(shí)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?yàn)殁伡?鈦合金含硫、磷雜質(zhì)少，晶界很少生成低熔點(diǎn)共晶。另一個(gè)原因是鈦及鈦合金凝固時(shí)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(guān)。焊接過程中氫由高溫深池向較低溫的熱影響區(qū)擴(kuò)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(shí)體積膨脹引起較大的組織應(yīng)力，再加上氫原子向該區(qū)的高應(yīng)力部位擴(kuò)散及聚集，以致形成裂紋。

另外，當(dāng)焊縫含氧、氮量較高時(shí)，焊縫或熱影響區(qū) 塑性降低，性能變脆，在較大的焊接應(yīng)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(diǎn)，預(yù)防鈦及其合金焊接時(shí)裂紋可采 用以下措施。

做好焊前準(zhǔn)備

焊件和焊絲表面質(zhì)量對焊接接頭的力學(xué)性能有很 大影響因此必須嚴(yán)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(jī)械清理及化學(xué) 清理兩種方法。

(1)機(jī)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(xì)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(xué)清理

焊前可先對試件及焊絲進(jìn)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。或者用丙酮、乙醇、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(hù)措施

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

除了焊槍本身具有的保護(hù)嘴之外，尚需在焊槍上拖掛保護(hù)拖罩，既起保護(hù)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(hù)拖罩可以根據(jù)焊縫的形狀、尺寸等要求具體設(shè)計(jì)。

如果復(fù)合板背面并無破損可以在背面相應(yīng)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(yīng)實(shí)施氬氣保護(hù)。

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

正確使用保護(hù)氣體

氬氣純度應(yīng)不低于99．99％。重要構(gòu)件背面應(yīng)沖氬氣保護(hù)，當(dāng)氬氣瓶中的壓力降至0．981MPa時(shí)，應(yīng)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(dá)到良好的保護(hù)效果為準(zhǔn)，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(shí)，焊縫呈現(xiàn)出不同的氧化色澤；而流量過大時(shí)，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(hù)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(hù)效果。

正確選擇焊接工藝參數(shù)

應(yīng)該嚴(yán)格控制焊接熱規(guī)范，減少焊縫及近縫區(qū)在 高溫停留時(shí)間，盡量少對焊縫進(jìn)行重復(fù)加熱。雖然焊接 過程中產(chǎn)生缺陷的可能性難以避免，但應(yīng)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(yīng)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(jì)吸氣置增加，以至影響焊接接頭性能，又由于鈦合金焊接時(shí)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(dòng)。焊絲末端不得移出氣體保護(hù)范圍，噴嘴直徑可適當(dāng)加大以擴(kuò)大保護(hù)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(hù)效果見表2。

 

改進(jìn)底套，加強(qiáng)維護(hù)

這三具鈦合金反應(yīng)釜的底套都為內(nèi)襯四氟的底套，四氟底套的優(yōu)點(diǎn)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(shí)間、經(jīng)濟(jì)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(hù)是存在問題的。要保護(hù)好釜體，解決這個(gè)問題，要考慮以下兩個(gè)方面。

改進(jìn)底套

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

加強(qiáng)維護(hù)

在改進(jìn)底套后，我們必須掌握底套的使用周期，在改進(jìn)之初要勤于檢查，應(yīng)實(shí)驗(yàn)性地不斷觀察并遞增底 套使用時(shí)間，在摸索出規(guī)律后，就可以定期進(jìn)行計(jì)劃維 護(hù)，保證底套既可以保護(hù)大軸又可以很好地保護(hù)釜體不受損傷。

結(jié)束語

只要從根本上消除上述兩具反應(yīng)釜的對中問題， 合理有效地控制好焊接，一定能完全修復(fù)兩臺反應(yīng)釜， 如果再適時(shí)改進(jìn)底套，加強(qiáng)維護(hù)，就可以充分發(fā)揮鈦合金的很強(qiáng)耐腐蝕性，做好維護(hù)，較大地保障生產(chǎn)之需。鈦合金的修復(fù)，隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)在不斷的進(jìn) 步，當(dāng)今的等離子弧焊接、激光焊等先進(jìn)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。