CN104607768B - 尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，属于装备制造业中的焊接技术领域。所述尾气加热器的尾气入口端设置防冲部件；所述尾气加热器的尾气入口端包括钛管板和钛换热管，钛换热管穿入钛管板上的钛管孔并与钛管板固定连接，所述防冲部件材质为锆R60702，包括锆管和锆管板；将所述锆管板用螺钉把合固定在钛管板上，然后将锆管穿过锆管板上的锆管孔并伸入钛换热管内部，再对锆管板与锆管进行焊接。本发明在尾气入口端加一个防冲部件，用少量这种高熔点，具有优良的耐腐蚀性能，能强烈地吸收氮、氢、氧等气体锆R60702作为防冲部件，大大延长钛材使用寿命，使设备的寿命和可靠性大大提高，对提高经济效益意义重大。

Description

尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺

技术领域：

本发明涉及装备制造业中的焊接技术领域，具体涉及一种尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺。

背景技术：

近年来随着国内石化行业PTA项目不断上马，其中生产工艺的尾气(气体成分见表1)处理装置是以钛材加热器为主要设备，该加热器是PTA装置中尾气处理装置前的一台换热设备，将空气反应后产生的尾气加热到130-180℃，然后进入尾气处理装置进行压力能的回收。为了提高钛材使用寿命，在尾气入口端加一个防冲部件，锆能强烈地吸收氮、氢、氧等气体，从而延长钛材的使用寿命。锆与钛相似，化学活泼性大，高温下会与氢、氮、氧等气体反应，生成脆性氧化物，使耐蚀性能急剧下降。另外锆材熔点高，导热系数小。焊接时若仿照钛材的焊接，往往会出现焊缝表面为蓝色的不合格焊缝。因此，焊接时合理的焊接规范，有效的保护措施，是保证焊接质量的关键。

表1尾气的气体成分

发明内容：

本发明的目的在于提供一种尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺。该工艺通过对锆材R60702的管板管孔加工精度要求，锆材R60702的焊前清洁的焊接环境要求，严格清理焊接区域要求，采用扩大保护区域，延长滞后送气时间以及制订合理的焊接规范等工艺措施，解决了焊缝表面为蓝色的不合格焊缝技术难题。

本发明的技术方案是：

一种尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，所述尾气加热器的尾气入口端设置防冲部件；所述尾气加热器的尾气入口端包括钛管板和钛换热管，钛换热管穿入钛管板上的钛管孔并与钛管板固定连接，所述防冲部件材质为锆R60702，包括锆管和锆管板；将所述锆管板用螺钉把合固定在钛管板上，然后将锆管穿过锆管板上的锆管孔并伸入钛换热管内部，再对锆管板与锆管进行焊接。所述钛换热管和钛管板的材质为钛TA2。

锆管板与锆管的焊接为密封焊，采用自动钨极氩弧焊或手工钨极氩弧焊。

所述锆管板与钛管板紧密贴合；所述锆管与钛换热管同心，锆管伸入钛换热管内部后二者之间有0.25mm间隙；所述锆管板上的锆管孔与锆管之间最大间隙为0.2mm;锆管板与锆管焊接处倒1×45°坡口；在锆管板上锆管的伸出量为1mm（即锆管伸入钛加热管的长度为1mm）。

锆管板与锆管的焊接采取自熔方法，焊接电源为直流正接，焊接过程工艺参数如下：

1）当采用自动钨极氩弧焊时:使用脉冲电流：峰值110-120A(基值40A)，焊接电压11-13V,焊接速度120mm/min，保护气体流量12-15L/min;

2)当采用手工钨极氩弧焊时:焊接电流100-110A，焊接电压11-13V,焊接速度80-90mm/min，保护气体流量12-15L/min。

所述保护气体为纯度99.9995%的氩气，喷嘴直径φ18。

当采用自动钨极氩弧焊时，焊接时主喷嘴后应跟随副喷嘴,用双路气体保护；当采用手工钨极氩弧焊时，加工若干紫铜堵置入锆管内；每焊接20mm,须停留1分钟同时喷嘴不能离开熔池。

所述紫铜堵长度20mm，与锆管间隙为0.25mm，置入锆管内距离管头距离为5mm。

所述锆管板上的锆管孔与钛管板上的钛管孔采用同一数控钻床加工，保证锆管孔与钛管孔的同心度，从而保证了锆管与钛加热管的同心度；数控钻床的加工精度保证了管孔直径的加工精度不超过0.10mm。

装配锆管板前应将锆管板、锆管及钛管板表面及钛加热管管头内25mm长度范围用酒精或丙酮擦拭干净。焊前再次将锆管板、锆管内25mm长度范围用酒精或丙酮擦拭一次，每次的停止超过4小时再焊接都要做清理。要求所有操作在洁净的厂房内。

本发明的有益效果为：

1、本发明在尾气入口端加一个防冲部件，用少量这种高熔点，具有优良的耐腐蚀性能，能强烈地吸收氮、氢、氧等气体的锆R60702作为防冲部件，大大延长钛材的使用寿命。因而使设备的寿命和可靠性大大提高，对提高经济效益意义重大。

2、本发明使用钨极氩弧焊，并采用99.9995%高纯度氩气保护，使化学活泼性大的锆R60702焊接时不与氢、氮、氧等气体发生化学反应，保证焊接质量，使焊缝表面颜色为光亮的银白色。

3、本发明采用锆管板与钛管板管孔用同一数控钻床加工，保证了锆管板与钛管板管孔的同心度、锆管与钛管的同心度；保证了加工精度，减小了管与管板管孔间隙和装配应力，给自熔密封焊接提供了质量保证。

4、本发明针对锆材R60702熔点高，导热系数小的特点，提出严格清理，采用扩大保护区域，延长滞后送气时间、制订合理的焊接规范等工艺措施，解决了焊缝表面为蓝色的不合格焊缝技术难题。为锆材R60702设备焊接提供了经验。

附图说明：

图1为本发明尾气加热器示意图。

图2为本发明锆材R60702防冲部件结构示意图。

图3为紫铜堵示意图。

图中：1-钛换热管；2-锆管；3-钛管板；4-锆管板；5-左管箱；6-紫铜堵。

具体实施方式：

以下结合附图详述本发明。

图1所示为本发明尾气加热器设计结构，左端管口N1为尾气入口处，右端为出口（省略）。左管箱5为纯钛，尾气入口端包括钛管板3和钛换热管1，钛换热管1穿入钛管板3上的钛管孔并与钛管板3固定连接；钛管板3和钛换热管1为钛材TA2。

图2为本发明防冲部件的装配图（图1中A处放大图）。锆材R60702防冲部件安置在左端钛管板3前。所述防冲部件包括锆管2和锆管板4，装配过程为：先将锆管板4用螺钉把合固定在钛管板3上（两板面平行），保证锆管板4与钛管板3紧密贴合，然后锆管2穿过锆管板4上的锆管孔同时伸入钛换热管1内部1mm，再对锆管板4与锆管2进行焊接，焊接为密封焊，采用自动钨极氩弧焊或手工钨极氩弧焊。所述锆管2与钛换热管1同心，所述锆管板4上锆管孔与锆管2之间最大间隙为0.2mm;锆管板4与锆管2焊接处倒1×45°坡口。

锆管板4把合固定在钛管板3上过程为：在钛换热管1管接头焊接检验合格后，将加工后锆管板4先在边缘四角找四点（管孔）将其暂时固定在钛管板3上，调整到锆管板R60702和钛管板3的管孔同心后用螺钉将锆管板R60702把合固定在钛管板3上，然后在锆管板4上穿锆管2，锆管2伸入钛换热管1内部后二者之间有0.25mm间隙。

锆管板上的锆管孔与钛管板上的钛管孔采用同一数控钻床加工，保证锆管孔与钛管孔的同心度，从而保证了锆管与钛加热管的同心度；数控钻床的加工精度保证了管孔直径的加工精度不超过0.10mm。

装配锆管板前应将锆管板、锆管及钛管板表面及钛加热管管头内25mm长度范围用酒精或丙酮擦拭干净。焊前再次将锆管板、锆管内25mm长度范围用酒精或丙酮擦拭一次，每次的停止超过4小时再焊接都要做清理，所有操作在洁净的厂房内。

锆管板与锆管的焊接采取自熔方法，焊接电源为直流正接，焊接过程工艺参数如下：

1）当采用自动钨极氩弧焊时:使用脉冲电流：峰值110-120A(基值40A)，焊接电压11-13V,焊接速度120mm/min，保护气体流量12-15L/min;

2)当采用手工钨极氩弧焊时:焊接电流100-110A，焊接电压11-13V,焊接速度80-90mm/min，保护气体流量12-15L/min。

所述保护气体为纯度99.9995%的氩气，喷嘴直径φ18。

当采用自动钨极氩弧焊时，焊接时主喷嘴后应跟随副喷嘴,用双路气体保护；当采用手工钨极氩弧焊时，加工若干紫铜堵6（图3）置入锆管内,所述紫铜堵长度20mm，与锆管间隙为0.25mm，置入锆管内距离管头距离为5mm；每焊接20mm,须停留1分钟同时喷嘴不能离开熔池。

本发明中所用锆材R60702的化学成分见表2、表4，机械性能见表3、表5。

表2R60702锆板的化学成分要求

注：1、化学成分按铸锭成分报出；2、氮、氢含量按成分分析报出。

表3R60702锆板的交货状态和力学性能要求

注：按ASME SB551技术规范制造。

表4R60702锆管化学成分

表5R60702锆管的交货状态和力学性能要求

注：锆管按标准要求进行气密试验、扩口试验、逐只进行超声波探伤检测，符合标准要求。

本发明焊接特点：

锆R60702热膨胀系数低，液态锆流动性很好，所以锆R60702的焊接性良好。但是锆在315℃强烈吸氢，400℃强烈吸氧，800℃强烈吸氮；另外，碳和硅等杂质易与锆发生反应形成化合物，使锆的塑性和耐蚀性下降。因此焊接时，400℃以上焊接区应有隔绝空气保护措施，焊接环境的清洁和焊接前清理都十分重要。

实施例1

1、焊接工艺参数

如图2所示将锆R60702管板和锆管装配好后，采用手工钨极氩弧焊施焊；电流极性：直流正接；具体焊接规范为：

焊接电流110A，焊接电压12V,焊接速度83mm/min，保护气体流量15mm/min;

2、焊接前所做处理和准备如下：

1）加工10个紫铜堵（如图3），铜堵长20mm，夹持把手6mm；

2）准备瓶装保护气体纯度为99.9995%氩气；

3）用菲绕啉实验法检查施焊环境清洁度。

4）检查焊接设备运行及喷嘴气体流动性是否良好，氩弧焊采用喷嘴直径φ18mm。在废料上调试焊接参数，试焊观察焊后颜色是否为银白色。

5）再次对锆管板、锆管用丙酮清理一次，紫铜堵也要清理。

6）将铜堵装入锆管R60702内距离管头距离为5mm。铜堵起到衬托氩气和冷却熔池的双重作用。

3、焊接工艺要点：

1)焊缝每焊接20mm,须停留1分钟同时喷嘴不能离开熔池。

2）铜堵应分布在被施焊管头及其邻近，随着焊缝冷却后移动到新的未焊位置。

3）采用短弧焊，收弧要填满弧坑。

4）焊接前不用预热，但环境温度应在5℃以上。当焊接累计热使焊接区温度超过60℃，应停止施焊，待其冷却；

5）焊接时应分区对称施焊，以避免热量累积，减少变形和降低应力水平。

4、检验标准

1）焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑、夹钨等缺陷。

2）焊缝表面颜色以银白色为最佳，其次微黄色尚可，其它褐色、蓝色、灰白色为不合格。

3）以上外观检验合格后进行着色检验。

5、焊接应用

利用本实施例上述工艺措施，使锆R60702防冲部件焊接可得到无裂纹、气孔、弧坑、夹钨等缺陷，表面颜色为银白色的焊缝。

结果表明，本发明涉及的尾气加热器高耐蚀防冲部件生产过程的锆R60702管板管孔加工精度控制，焊接前清理及焊接过程采取铜堵和延长送气时间等保护措施，解决了锆R60702焊接焊缝变蓝的问题，锆材R60702是贵重稀有金属，其各方面的性能大大优越于钛，它的应用大大提高了设备的使用寿命，因而锆材R60702焊接问题的解决意义非常重大。

Claims (6)

1.一种尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，其特征在于：所述尾气加热器的尾气入口端设置防冲部件；所述尾气加热器的尾气入口端包括钛管板和钛换热管，钛换热管穿入钛管板上的钛管孔并与钛管板固定连接，所述防冲部件材质为锆R60702，包括锆管和锆管板；将所述锆管板用螺钉把合固定在钛管板上，然后将锆管穿过锆管板上的锆管孔并伸入钛换热管内部，再对锆管板与锆管进行焊接，锆管板与锆管的焊接为密封焊，采用自动钨极氩弧焊或手工钨极氩弧焊；

所述锆管板与钛管板紧密贴合；所述锆管与钛换热管同心，锆管伸入钛换热管内部后二者之间有0.25mm间隙；所述锆管板上的锆管孔与锆管之间最大间隙为0.2mm；锆管板与锆管焊接处倒1×45°坡口；在锆管板上锆管的伸出量为1mm；

锆管板与锆管的焊接采取自熔方法，焊接电源为直流正接，焊接过程工艺参数如下：

1)当采用自动钨极氩弧焊时:使用脉冲电流：峰值110-120A，焊接电压11-13V,焊接速度120mm/min，保护气体流量12-15L/min；

2)当采用手工钨极氩弧焊时:焊接电流100-110A，焊接电压11-13V,焊接速度80-90mm/min，保护气体流量12-15L/min。

2.根据权利要求1所述的尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，其特征在于：所述钛换热管和钛管板的材质为钛TA2。

3.根据权利要求1所述的尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，其特征在于：所述保护气体为纯度99.9995％的氩气，喷嘴直径φ18。

4.根据权利要求1所述的尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，其特征在于：当采用自动钨极氩弧焊时，焊接时主喷嘴后应跟随副喷嘴,用双路气体保护；当采用手工钨极氩弧焊时，加工若干紫铜堵置入锆管内；每焊接20mm,须停留1分钟同时喷嘴不能离开熔池。

5.根据权利要求4所述的尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，其特征在于：所述紫铜堵长度20mm，与锆管间隙为0.25mm，置入锆管内距离管头距离为5mm。

6.根据权利要求1所述的尾气加热器高耐蚀防冲部件生产工艺，其特征在于：锆管板上的锆管孔与钛管板上的钛管孔采用同一数控钻床加工，保证锆管孔与钛管孔的同心度，从而保证了锆管与钛加热管的同心度；数控钻床的加工精度不超过0.10mm。