钛-钢复合板罐的制造

        一、项目概况
        这台设备是天津石化PTA二期改造中的钛-钢复合板罐，盛装的介质是醋酸。这台设备的主材料是钛（16MnR+Tao），钛具有良好的耐腐蚀性能，在氧化性、中性及有氯离子的介质中，其耐腐蚀性优于不锈钢，有时甚至超过1Cr18Ni9Ti不锈钢的十倍。钛最大的优点是比强度大，比钢和铝合金都大，又具有较好的韧性和焊接性，钛在高温下对氧、氮、氢和碳等具有极大的亲和力，这给焊接带来了困难。经过长期的工艺准备和焊工培训，我公司基本上具备了钛材设备的制造要求,虽然是第一次尝试,但在大家的共同努力下取得了圆满成功。下面就设备的制造过程进行阐述。
        二、制造准备
       1、材料
       筒体的材料是16MnR+Taoδ12+2，接管和人孔衬里的材料是Tao，复合板的复合方法是爆炸焊，以消除热应力状态供应。材料的管理。钛复合板材料与其他材料分开存放，存放的环境保持高度的清洁，材料底部用干净的木料垫撑，上面用塑料布苫好。
        2、设备
        使用的设备：等离子切割机、卷板机、吊装设备、刨边机、电焊机、脉冲氩弧焊机、400T压力机等。设备的管理。所有制造和搬运设备如卷板机、压力机、和吊装夹具等都清理干净，毛刺、滑痕和其他会破坏和污染复合板的表面的缺陷都进行了局部的打磨和抛光。为了保证钛表面免受损坏和污染，设备在使用期间都适当的覆盖。
        3、制造环境
        组对、焊接钛设备在专用的干净的车间和区域进行，严禁碳钢或不锈钢设备在这个区域施焊和组对。对区域进行彻底的清洗、地面刷漆且经常清理打扫，清除切屑等杂物，始终保持区域高度的清洁，环境相对封闭，空气流动小。在此环境工作的人员穿着专用的工作服，软底布鞋且保持干净，存放在专用的干净木箱中。
        4、下料
        在钛材上划线要用金属铅笔，只有在以后的加工工序中能去除的部分允许打冲眼，钛材复合板的划线在基层上进行。
钛复合板的切割采用等离子切割,等离子切割产生的热量要比气焊要小,避免钛复层过热氧化,在切割边缘涂上防护材料,防止切割飞溅、火花溅落在钛材表面。

        焊缝在基层焊接前，将复层边缘部分沿事先加工好的槽剔除。为了避免钛复层在滚制和压型中基层和复层发生脱离或裂纹，周边四角的起边现象，特在刨坡口时刨出的小方槽和在复层四角倒R10的圆角。在焊接前将复层边缘部分剔除掉后，对坡口表面进行着色，以检查是否有裂纹等缺陷，对复合板复层表面的边缘再一次着色检查并在两个垂直方向用单向探头进行100%超声检查以确保边缘完全贴合和内表面无裂纹。
       5、基层的拼接
        焊缝基层在焊接前，将复层边缘部分沿事先加工好的槽剔除掉，坡口形式如图，用机械方法打磨坡口，使用砂轮片是尼龙掺合氧化铝的而且没有用过打磨碳钢或其他设备，将复层边缘残留的钛复层打磨掉直到露出碳钢的金属光泽，打磨时要注意出现过热色泽，这样可以保证基层的焊接质量，不会被钛层影响。焊缝在打磨时用宽胶布将钛层的坡口以外30mm范围内覆盖，避免飞溅污染复层表面和保护其不受铁离子的污染。
        由于钛材质的特殊性，高温下对氧、氮、氢和碳等具有极大的亲和力，在300℃吸收空气水分中的氢、400℃吸收空气中的氧、600℃吸收空气中氮。所以在基层焊接时为了防止复层过热氧化，采用电弧焊，层间温度控制在60℃。焊前复层用胶皮盖好，背面焊前用碳弧气刨清根，后用砂轮打磨，基层内表面打磨平齐，打磨时防护好复层表面，防止铁离子污染。在基层的焊接过程中，一定要控制好焊接规范，不能在局部焊的时间过长，电流过大，保护好钛复层不过热氧化。
        三、钛材的焊接
        施焊环境要高度清洁，空气流动小，近似静止状态。为检验焊接环境是否符合要求，在施焊前对焊接环境进行“菲绕啉”试验。用滤纸吸取溶液贴置于玻璃片上，并在要检测的环境中分散放置，保证滤纸与玻璃贴紧，如表面被铁污染，滤纸则呈橘红色。经放置约8小时，如果仅有1个或2个点的试纸变色（被铁污染），说明此范围的环境适于进行钛材设备的焊接及组装；如果被污染的试纸数量超过2个，则应对此环境进行进一步的清理，焊接前要达到要求的测试结果。
        在钛材的任何焊接前，必须将表面清理干净，并通过铁离子污染试验。用蘸有该溶液的滤纸贴于被检测的表面，确保滤纸与被接触表面接触良好，如果滤纸立刻呈现蓝色或绿色，则说明该表面存在铁离子污染。对环境和钛材表面进行进一步的清理，直到检测为试剂颜色没有明显变色为合格。
        焊丝在使用前要经过酸洗，用丝绸布蘸有丙酮擦拭，去除表面油污和氧化层。 使用惰性气体保护弧焊设备（脉冲氩弧焊机），进行钛材的焊接，在焊枪中使用高纯度的焊接用氩气（纯度在99.99%）。指定氩弧焊技能较高、责任心强的焊工，两人搭档，一名施焊，另一名拖罩保护，练习配合的熟练和默契程度。
        钛材的焊接关键在保护。靠焊炬喷嘴、拖罩和背面保护通以适当流量的氩气将焊接高温区与空气隔开，保护的好坏直接关系到钛的被氧化程度。钛的导热性能差，冷却速度慢，高温停留时间长加之钛的活性强，故喷嘴的直径到大些，在16-18mm，喷嘴到工件的距离要小些，氩气的流量不是越大越好，流量大会在喷嘴处形成涡流将周围的空气卷进来，在喷嘴里加上铜丝网效果更好，使流量很柔和利于保护；根据不同位置的焊接选择更合适的拖罩，在喷嘴后将焊缝和热影响区完全覆盖，根据喷嘴的速度和焊缝的冷却速度调节推进速度；在焊小工件时背面用适当的拖罩保护，喷嘴、拖罩和背面保护速度要协调，在筒体纵、环缝的焊接时背面通过基层的信号管通氩气保护;焊接中氧化的焊丝端部要去除后焊接或在断弧时将焊丝熔在溶池中在喷嘴的保护下冷却。
        钛材的焊接中出现的缺陷除焊缝被氧化以外有裂纹和气孔。焊接气孔形成的主要原因是由于焊接区特别是对接端面被水分、油脂等玷污所致，施焊前工件和焊丝要用丙酮擦拭干净可以避免气孔。焊接时保护不良,会出现热应力裂纹和冷裂纹。加强焊接保护,防止有害杂质玷污和焊前预热,焊后缓冷可以减少甚至消除热应力和冷裂纹。
        四、焊缝的检测
外观上从焊缝和热影响区的颜色是保护效果的标志，被氧化由弱到强可以排成银白色-浅黄色、金黄色——灰色。银白色为最好，浅黄色和金黄色为合格，无需打磨；浅蓝色、孔雀蓝就要把氧化色打磨掉,灰色焊缝已经是被氧化失去原有的强度、塑性和耐腐蚀性下降,要把其挖去返修。
在所有钛复合层及接管内衬焊接完毕并去除所有表面缺陷后，对下列检验：
1）对所有钛材焊缝全部长度进行着色检查。
2）用0.3Kg/cm的氩气从垫板和管衬背面的检漏孔通入，用肥皂水焊缝进行泄露检查。
3）气密试验合格后进行氦检漏检查。
4）整体气密试验，合格后对所有钛材焊缝全部长度进行着色检查。
5）热气循环试验，合格后对所有钛材焊缝全部长度进行着色检查和氦检漏。
        五、结束语
总结钛材设备的制造关键点和关注点在于：
1.制造过程中板材、施工环境要保持高度的清洁。
2.焊接过程中的保护。
3.焊后的检测。