楊銘思
(逸盛大化石化有限公司,遼寧 大連 116600)
近些年來,隨著冶煉技術(shù)的不斷提高,鈦材產(chǎn)量迅速增長,這種性能優(yōu)異的有色金屬已越來越多地用于制造化工備(多用作襯里)。鈦材比強(qiáng)度高,但價(jià)格較貴,做壓力容器或壓力容器原件多采用與碳鋼復(fù)合的形式,因兩種材料線脹系數(shù)不一致導(dǎo)致襯鈦層固定不當(dāng)往往導(dǎo)致泄漏[1]。本文簡單介紹了在日常維護(hù)中遇到泄漏問題的維修辦法,為類似設(shè)備的維修提供參考。
鈦材性能優(yōu)異,最大的特點(diǎn)是質(zhì)量?。芏?.51g/cm3),強(qiáng)度高,耐腐蝕性優(yōu)良,低溫性能好,在海水和大多數(shù)酸、堿、鹽介質(zhì)中均有優(yōu)良的抗腐蝕性能,故被大量用作各種化學(xué)反應(yīng)容器、熱交換器材料,但缺點(diǎn)是成本較高,特別是作為結(jié)構(gòu)部件使用時(shí)這個(gè)問題尤為突出,有效的解決方法就是使用鈦鋼復(fù)合板[2]。
因鈦材與碳鋼材質(zhì)可焊性差,一般采用銀釬焊進(jìn)行密封焊接,因銀的價(jià)格昂貴故只有在需要?dú)饷軝z測等特殊情況下才對(duì)會(huì)進(jìn)行焊接,目前通常采用的連接形式有以下兩種。
圖1 爆炸復(fù)合形式
圖2 螺釘固定形式
是以炸藥為能源,利用爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊力,使焊件發(fā)生劇烈碰撞、塑性變形、熔化及原子間相互擴(kuò)散從而實(shí)現(xiàn)連接的一種壓焊方法。首先將欲壓接的二張金屬板之間保持一定間隔放置,在其上面再放上適量炸藥。由炸藥的一端起爆,爆炸速度每秒數(shù)千米,憑借該爆發(fā)能鈦板與基材鋼板角度碰撞,在該碰撞點(diǎn)基材鋼板與鈦板因非常大的變形速度與超高壓下形成連接,接合在瞬間完成。連接位置見圖1。
首先在碳鋼基材上鉆孔、攻絲,同時(shí)在鈦板上鉆孔,用鈦螺釘將鈦板固定在碳鋼基材上,然后在螺釘上表面進(jìn)行密封焊接,焊接一般采用氬弧焊,示意見圖2。為了在殼體內(nèi)焊接襯里時(shí),提供保護(hù)襯里焊縫背面的惰性氣體通道,檢驗(yàn)襯里的焊接質(zhì)量,排出襯里和殼體間的空氣,襯里設(shè)備應(yīng)設(shè)有檢漏系統(tǒng)。
檢漏系統(tǒng)通常由襯里背面互相連通的、半徑為1.5mm~3mm的半圓形檢漏槽和與大氣相連通的檢漏孔構(gòu)成。
根據(jù)GB150標(biāo)準(zhǔn),常溫時(shí)碳素鋼線脹系數(shù)約為11×10-6/℃。根據(jù)JB/T4745標(biāo)準(zhǔn),常溫時(shí)鈦線脹系數(shù)為8.5×10-6/℃。兩者線脹系數(shù)存在差異,所以在受熱時(shí)兩種材料之間存在應(yīng)力。
①泄漏位置:封頭與管板法蘭密封面泄漏。②現(xiàn)場處置:利用拉伸器按螺栓拉伸力矩要求進(jìn)行緊固,但緊固無效,未消除漏點(diǎn)。③現(xiàn)場拆除檢查:拆除封頭檢查管板和管箱密封面,表面均無明顯劃痕和明顯變形。對(duì)管箱密封面(螺釘固定形式)用金屬錘輕輕敲擊,部分位置有空洞的聲音,特別是在泄漏的位置較嚴(yán)重,進(jìn)行PT無損檢測,未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷,證明鈦板與基材之間存在問題。④原因分析:根據(jù)以上現(xiàn)象分析泄漏原因?yàn)楣芟浞ㄌm密封面與基材密封面未貼實(shí),在按力矩緊固螺栓后,密封面接觸位置有虛點(diǎn),造成泄漏。
圖3 螺釘示意
表1 鈦焊縫和熱影響區(qū)表面顏色
更換原鈦環(huán)密封面,具體步驟如下:①用車床將鈦環(huán)密封面加工去除,位置見圖4。②將管箱的碳鋼基材腐蝕位置進(jìn)行補(bǔ)焊,補(bǔ)焊要高出基材的表面,用車床將基材表面加工平整,粗糙度達(dá)到3.2以上。③新制作鈦環(huán)1件,規(guī)格Φ1660mm*Φ1418mm*14mm。因尺寸較大,整圓預(yù)制浪費(fèi)材料較多,故采用三個(gè)圓弧進(jìn)行拼接以節(jié)省材料。④鈦環(huán)與基材配鉆固定螺釘孔,原采用M8螺釘固定,改為M12螺釘進(jìn)行固定,數(shù)量不變,見圖3。⑤利用工裝將鈦環(huán)密封面整周壓緊固定后將鈦螺釘擰緊。⑥將鈦螺釘與鈦環(huán)焊接。焊接形式采用GTAW,氬氣純度要求99.998%以上,氣量15-25L/min,焊絲牌號(hào)ERTi-2,規(guī)格Φ2.4,焊接電流120A-180A,焊接速度8-20cm/min,焊接電流極性DCEN。焊接表面是否合格可根據(jù)焊縫熱影響區(qū)的顏色進(jìn)行判斷,判斷方法見表1。⑦焊接件的溫度降至室溫后撤掉工裝,檢測鈦板的回彈率,在圖紙要求范圍內(nèi)為合格。⑧加工鈦板密封面至圖紙尺寸。⑨所有焊縫進(jìn)行PT檢測,達(dá)到NB/T 47013 I級(jí)合格。
圖4 鈦環(huán)密封面位置示意
維修后按螺栓規(guī)定的力矩進(jìn)行緊固后未出現(xiàn)泄漏情況。
(1)法蘭密封面緊固后要測量密封面的距離偏差,間距差一般要小于0.5mm。
(2)更換鈦板密封面過程中應(yīng)特別注意焊接速度和工裝壓緊度,這是避免鈦板變形的關(guān)鍵。