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等离子焊接技术及应用-复合板行业

等离子焊接技术及其应用—复合板行业

金属复合板是指在一层金属上覆以另外一种金属的板子,已达到在不降低使用效果(防腐性能、机械强度等)的前提下节约资源、降低成本的效果。复合方法通常有爆炸复合爆炸轧制复合、轧制复合等。复合材料按外观可分为复合板、复合管、复合棒等。主要应用在防腐、压力容器制造,电建、石化、医药、轻工、汽车等行业。

常见的金属复合板有:钛钢复合板铜钢复合板钛锌复合板、钛镍复合板、镍钢复合板、铜铝复合板、镍铜复合板等

image.png 

                                   图1-1各种复合板材料

 

金属复合材料技术可以发挥组元材料各自的优势,实现各组元材料资源的最优配置,节约贵重金属材料,实现单一金属不能满足的性能要求,以压力容器用不锈钢-钢复合板为例,基层用一般的碳钢(Q245RQ345R等)有很好的机械性能,复层用不锈钢(304316L等)有很好的耐腐蚀性能,两者通常采用爆炸焊接在一起,只需要几毫米的高价不锈钢,大量节约了成本,并且几乎不改变基材的各种机械性能。它既可以替代进口并填补国内空白,又具有广阔应用范围,具有很好的经济效益和社会效益,容易获得方方面面的扶持和帮助。如发展不锈钢复合材料就一直是国家发改委、科技部积极支持、倡导的高科技项目。

由于异质金属复合材料的性能功能化和较低的成本及应用范围广泛,提高了传统金属复合材料的发展潜力。随着国家环保产业政策实施力度的加强,稀有金属复合材料在电力烟气脱硫设备的应用持续增长,同时化工行业的投资国产化程度大大加快,也为稀有金属材料的发展提供了良好发展机遇。

国家产业政策的支持、较高的技术壁垒、产业升级的需求拉动为行业的发展提供了广阔空间。金属复合板是在一层金属上覆以另外一种金属的板子,已达到在不降低使用效果(防腐性能、机械强度等)的前提下节约资源、降低成本的效果。

 

复合板的焊接要求

复合板复层因其后续爆炸等工艺需要,要求焊后焊缝和母材的关系为:正面(0.5~0.2mm,正面为复合面)、背面(高于母材),以保证复合后复层和基层紧密结合没有缺陷。

先进的焊接工艺

采用专门的拼板设备配合等离子单枪或P+T双枪工艺可以成功解决复合板复板拼板焊接问题

采用等离子焊接工艺不仅提高了生产效率、焊接质量、而且减少了焊接变形。如图1-2.

image.png1-2.

 

锆属于高熔点稀有金属,它对于大多有机酸、强碱、熔融盐等介质具有比不锈钢、钛、镍合金更优异的耐蚀性能,因此目前越来越多的氧化氢厂、醋酸厂、农药厂等采用锆设备。

目前国内锆材基本依赖于进口而且价格很高。因此,用锆钢复合板来制作化工设备既可以降低投资成本,有可以同时具备纯锆设备所拥有的诸多的优点。

由于锆金属非常活泼在大气中与氢,氧,氮等都有很强的亲和力,并且锆和钢不能直接焊接,所以要按要求进行焊接。基层焊接时会产生大量的热量,对焊接周围的复层会产生一定的影响,因此在钢基层焊接过程中要严格控制焊接时的热输入量,避免复层温度过高。

针对传统锆钢复合板焊接采用手工氩弧焊,手工电弧焊和埋弧焊存在的热输入量大,工作效率低等问题,顶级贵宾厅线路采用了新型的焊接方法,引入了先进的等离子焊接技术并配合高效的埋弧焊对锆钢复合板基层进行焊接。

试验方法

试验用锆钢复合板r60702/q345r,厚度(3+18))mm,试样规格200mm×500mm,各项性能见表1.锆钢复合板复层r6070材料(ASME SB551)的化学成分见表2,q345r材料(GB713)的化学成分见表3.

 

 

 

表1 锆钢复合板力学性能

项目

抗拉强度
/Mpa

伸长率
/%

剪切强度
/Mpa

内弯180°
d=3a

标准值

≥478

≥16

≥138

在弯曲部分的
外侧无裂纹

实测值

520

25

182

完好

 

表2R60702板材化学成分(%)

项目

zr

Hf

Fe+Cr

C

N

H

O

标准值

≤4.5

≤0.20

≤0.05

≤0.025

≤0.005

≤0.16

实测值

2.11

0.14

0.012

0.006

0.001

0.07

 

表 3 Q34R板材力学性能



项目

抗拉/M/pa

屈服/Mpa

伸长率/%

冲击(0℃)/J

弯曲



标准值

500

≥345

≥21

≥34

180° d=3a



实测值

525

390

30

162/200/212

合格



 

焊接方法

采用等离子弧焊+自动氩弧焊+埋弧焊,焊接结构如图1所示,焊后试板宏观形貌如图2所示。

                  image.png

                   image.png 

对锆钢复合板基层等离子弧焊+自动氩弧焊+埋弧焊的焊接接头的力学性能应参照JB4708-2000标准规定要求,检测结果见表

对复合板基层对焊缝两侧的复层气体成分以及复合板剪切强度进行检测,按照复层锆材料化学成分ASME SB551及参照钛钢复合板NB/T47001.3-2009标准,检测结果见表

4 试验结果表明,采用等离子弧焊+自动氩弧焊+埋弧焊的焊接完全能满足压力容器制造的要求。表5的检测结果充分的体现等离子弧焊具有热量集中,对工件的热量输入较小,同时打钝变一次性焊接穿透形成“单面焊双面成形”焊缝,对工件所引起的变卸ゼ豆蟊鎏呗凡较小的特点。对复合板复层气体成分及剪切强度均没有影响,能够保证复合板的焊接质量。

等离子弧焊接时。应电极缩在拍喷嘴内,故不会使焊缝夹钨;焊接时气体可充分逸出,故焊缝产生的气孔的可能性小;又可根据焊接过程中小孔形成是否稳定,背面焊缝成型情况是否良好来判断接头的焊接质量。因此采用等离子焊弧焊焊接, 如焊接工艺合理,焊缝的一次射线探伤合格率很高,常可接近100%,这样就可以大大降低对焊缝的修补。同时该方法全部使用自动焊,使工作效率大大提高。

 

表4 基层试板焊接试验结果


试板编号

1“

备注

实验材料

R607702/Q345R


材料规格

18mm

基层Q345R

焊接方法

等离子弧焊+自动氩弧焊+埋弧焊


评定标准

JB4708-2000


无损检测

I

100%RTJB/T4730.22005

母材抗拉强度

≥510mpa


试样抗拉强度

565/545/Mpa


弯头直径

72mm

4t

弯曲角度

180°


冲击指标(0°)

≥27J

焊缝及热影响区

试样冲击吸引功

焊缝58/90/76J,热影响区262/228/246J


 

 

表5 复层气体成分及复合板剪切强度检测结果


项目

基层焊缝两侧复层气体成分/%



复合板剪切强度/Mpa

N

H

O

标准值

≤0.025

≤0.005

≤0.16

≥138


实测值  原始式样

0.005

0.002

0.06

205


等离子弧焊+自动氩弧焊+埋弧焊样

0.006

0.001

0.06

192


 

结论

采用等离子弧焊+自动氩弧焊+埋弧焊的焊接方法完全能满足压力容器制造的要求,对复合板复层气体成分及剪切强度均没有影响,能够能保证复合板的焊接质量。用等离子弧焊+自动氩弧焊+埋弧焊的焊接方法可以提高工作效率。

 


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