CN104858517A - 一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，该方法为：一、打磨钯合金管组件中待修复的钯合金管与法兰盘之间的焊缝，将待修复的钯合金管分离下来；二、打磨法兰盘的法兰孔表面，然后进行超声清洗，烘干后待用；三、将银钎料螺旋环绕形成螺旋圈体，清洗后待用；四、组装形成待焊件，然后将待焊件装夹于钎焊夹具上；五、在中频感应熔炼炉中，利用井式电阻炉对待焊件进行加热钎焊，得到修复完成的钯合金管组件。本发明可实现对钯合金管组件中待修复的钯合金管进行原位替换焊接，修复完成的钯合金管组件可重新应用于氢气纯化装置中，提高了氢气纯化装置分离高纯氢的纯度，延长了钯合金管组件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于钯及钯合金管修复技术领域，具体涉及一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法。
背景技术
氢气纯化装置的“心脏”部件—钯合金管组件是将一束一端封焊死的薄壁钯合金管焊接在一块金属法兰盘上。由于薄壁钯合金管与金属法兰盘的热容量相差甚大，焊接过程中易导致焊点处出现微裂纹、气孔等缺陷，同时由于氢气纯化装置是在高压(0.2MPa～0.8MPa)、高温(300℃～500℃)的氢气氛下长期反复工作，剧烈而频繁的热变形很容易造成薄壁的钯合金管与金属法兰盘的连接处发生损伤，出现微裂纹或气孔等缺陷，导致氢气纯化装置发生泄漏，纯化性能大大降低，钯合金管组件中一旦有个别钯合金管的根部出现缺陷，只能将组件中的所有钯合金管割下来，更换法兰盘重新钎焊，因而修复起来较为麻烦。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，该方法可实现对钯合金管组件中待修复的钯合金管进行原位替换焊接，修复完成的钯合金管组件可重新应用于氢气纯化装置中，提高了氢气纯化装置分离高纯氢的纯度，延长了钯合金管组件的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用小磨头打磨钯合金管组件中待修复的钯合金管与法兰盘之间的焊缝，直至将待修复的钯合金管从法兰盘上分离下来；
步骤二、打磨步骤一中所述法兰盘的法兰孔表面，直至法兰孔表面光滑平整，然后将打磨后的法兰盘置于丙酮中进行超声清洗，烘干后待用；
步骤三、将银钎料螺旋环绕形成螺旋圈体，然后将所述螺旋圈体置于丙酮中进行清洗；所述银钎料为横截面直径为0.5mm～0.8mm的丝材；所述银钎料的熔点低于焊接形成步骤一中所述焊缝时所用钎料的熔点；
步骤四、将新的钯合金管一端***步骤二中烘干后法兰盘的法兰孔中并伸出2mm～5mm，将步骤三中所述螺旋圈体套装在新的钯合金管伸出法兰孔的一端上，且使螺旋圈体紧贴于法兰盘上，得到由法兰盘、螺旋圈体和钯合金管构成的待焊件，然后将所述待焊件装夹于钎焊夹具上；
步骤五、将步骤四中装夹在钎焊夹具上的待焊件置于井式电阻炉中，使待焊件上法兰盘所在的一端位于所述井式电阻炉的加热区，然后将待焊件和井式电阻炉置于中频感应熔炼炉中，在中频感应熔炼炉的真空度不低于1×10-2Pa的条件下，利用井式电阻炉对待焊件进行加热钎焊，随炉冷却后得到修复完成的钯合金管组件；所述加热钎焊的具体工艺过程为：在升温速率为7℃/min～10℃/min的条件下对井式电阻炉进行升温，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以下50℃～60℃后保温10min～30min，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以上20℃～50℃后保温3min～5min。
上述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤二中所述打磨的具体工艺过程为：依次采用600#、800#和1000#的水砂纸逐级打磨法兰盘的法兰孔表面。
上述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤二中所述超声清洗的频率为60KHz～90KHz，温度为30℃～40℃，时间为10min～30min。
上述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤三中所述螺旋圈体为圆形，所述螺旋圈体的直径比新的钯合金管的横截面直径大0.1mm～0.2mm。
上述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤四中所述新的钯合金管与法兰盘上法兰孔的装配间隙为0.01mm～0.02mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明可实现对钯合金管组件中待修复的钯合金管进行原位替换焊接，修复完成的钯合金管组件可重新应用于氢气纯化装置中，提高了氢气纯化装置分离高纯氢的纯度，延长了钯合金管组件的使用寿命。
2、本发明是在真空条件下进行加热钎焊，无需添加钎剂，能够降低气体杂质对焊接接头的污染，提高法兰盘和钯合金管钎焊界面的纯净度，且该加热钎焊工艺稳定可控，焊接接头的质量可靠。
3、本发明实现了对异种材料焊接接头的局部均匀加热，降低了非焊位置的温度场，减少了钯合金管组件的受热变形，在实现对钯合金管组件中待修复的钯合金管进行修复的同时很好的保护了其他完好的钯合金管。
4、本发明通过中频感应熔炼炉的观察孔实现了对加热钎焊过程中的可视控制，操作简单，修复成本低，且钎焊的修复率在90％以上。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明加热钎焊的装置示意图。
图2为图1的A部放大图。
附图标记说明:
1—法兰盘； 2—螺旋圈体； 3—井式电阻炉；
4—中频感应熔炼炉； 5—钎焊夹具。
具体实施方式
本发明实施例1～实施例3使用的井式电阻炉为洛阳恒立窑炉有限公司生产的型号为1200℃HLJ系列井式电炉。
实施例1
本实施例修复方法中加热钎焊的过程采用如图1和图2所示的装置示意图进行，本实施例钯合金管组件中钯合金管的材质为PdAg20合金，规格为φ2mm×0.08mm×600mm，法兰盘1的材质为N9纯镍合金，焊接法兰盘1与钯合金管时所用钎料为纯Ag钎料，其熔点为962℃，具体包括以下步骤：
步骤一、采用小磨头打磨钯合金管组件中待修复的钯合金管与法兰盘1之间的焊缝，直至将待修复的钯合金管从法兰盘1上分离下来；
步骤二、打磨步骤一中所述法兰盘1的法兰孔表面，直至法兰孔表面光滑平整，然后将打磨后的法兰盘1置于丙酮中进行超声清洗，烘干后待用；所述打磨的具体工艺过程为：依次采用600#、800#和1000#的水砂纸逐级打磨法兰盘1的法兰孔表面；所述超声清洗的频率为80KHz，温度为35℃，时间为20min；
步骤三、将银钎料螺旋环绕3圈形成螺旋圈体2，然后将所述螺旋圈体2置于丙酮中进行清洗；所述银钎料为横截面直径为0.6mm的丝材；所述银钎料为AgCu28钎料(熔点为779℃)；所述螺旋圈体2为圆形，所述螺旋圈体2的直径比新的钯合金管的横截面直径大0.2mm；
步骤四、将新的钯合金管一端***步骤二中烘干后法兰盘1的法兰孔中并伸出3mm，将步骤三中所述螺旋圈体2套装在新的钯合金管伸出法兰孔的一端上，且使螺旋圈体2紧贴于法兰盘1上，得到由法兰盘1、螺旋圈体2和钯合金管构成的待焊件，然后将所述待焊件装夹于钎焊夹具5上；所述新的钯合金管与法兰盘1上法兰孔的装配间隙为0.02mm；所述新的钯合金管的材质和规格均与待修复的钯合金管相同；
步骤五、将步骤四中装夹在钎焊夹具5上的待焊件置于井式电阻炉3中，使待焊件上法兰盘1所在的一端位于所述井式电阻炉3的加热区，然后将待焊件和井式电阻炉3置于中频感应熔炼炉4中，在中频感应熔炼炉4的真空度不低于1×10-2Pa的条件下，利用井式电阻炉3对待焊件进行加热钎焊，随炉冷却后得到修复完成的钯合金管组件；所述加热钎焊的具体工艺过程为：在升温速率为8℃/min的条件下对井式电阻炉3进行升温，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以下55℃后保温20min，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以上35℃后保温4min。
采用氦质谱检漏仪对本实施例修复完成的钯合金管组件进行检漏，结果为该钯合金管组件的泄漏率小于5.0×10-11Pa·m3/s，说明修复完成的钯合金组件中焊缝的气密性良好，不存在微气孔；修复后的钯合金管组件经200次以上冷热循环使用后，经检测泄漏率仍然小于5×10-11Pa·m3/s，说明本实施例修复完成的钯合金管组件气密性好，能够重新应用于氢气纯化装置中进行高纯氢气的纯化和分离，且具有较长的使用寿命。
实施例2
本实施例修复方法中加热钎焊的过程采用如图1和图2所示的装置示意图进行，本实施例钯合金管组件中钯合金管的材质为PdY8合金，规格为φ2mm×0.08mm×600mm，法兰盘1的材质为N6纯镍合金，焊接法兰盘1与钯合金管时所用钎料为BAg65CuPd钎料，其熔点为880℃，具体包括以下步骤：
步骤一、采用小磨头打磨氢气钯合金管组件中待修复的钯合金管与法兰盘1之间的焊缝，直至将待修复的钯合金管从法兰盘1上分离下来；
步骤二、打磨步骤一中所述法兰盘1的法兰孔表面，直至法兰孔表面光滑平整，然后将打磨后的法兰盘1置于丙酮中进行超声清洗，烘干后待用；所述打磨的具体工艺过程为：依次采用600#、800#和1000#的水砂纸逐级打磨法兰盘1的法兰孔表面；所述超声清洗的频率为60KHz，温度为40℃，时间为30min；
步骤三、将银钎料螺旋环绕3圈形成圆形的螺旋圈体2，然后将所述螺旋圈体2置于丙酮中进行清洗；所述银钎料为横截面直径为0.8mm的丝材；所述银钎料为BAg68CuPd钎料(熔点为807℃～810℃)；所述螺旋圈体2为圆形，所述螺旋圈体2的直径比新的钯合金管的横截面直径大0.1mm；
步骤四、将新的钯合金管一端***步骤二中烘干后法兰盘1的法兰孔中并伸出5mm，将步骤三中所述螺旋圈体2套装在新的钯合金管伸出法兰孔的一端上，且使螺旋圈体2紧贴于法兰盘1上，得到由法兰盘1、螺旋圈体2和钯合金管构成的待焊件，然后将所述待焊件装夹于钎焊夹具5上；所述新的钯合金管与法兰盘1上法兰孔的装配间隙为0.01mm；所述新的钯合金管的材质和规格均与待修复的钯合金管相同；
步骤五、将步骤四中装夹在钎焊夹具5上的待焊件置于井式电阻炉3中，使待焊件上法兰盘1所在的一端位于所述井式电阻炉3的加热区，然后将待焊件和井式电阻炉3置于中频感应熔炼炉4中，在中频感应熔炼炉4的真空度不低于1×10-2Pa的条件下，利用井式电阻炉3对待焊件进行加热钎焊，随炉冷却后得到修复完成的钯合金管组件；所述加热钎焊的具体工艺过程为：在升温速率为10℃/min的条件下对井式电阻炉3进行升温，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以下50℃后保温10min，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以上50℃后保温3min。
采用氦质谱检漏仪对本实施例修复完成的钯合金管组件进行检漏，结果为该钯合金管组件的泄漏率小于5.0×10-11Pa·m3/s，说明修复完成的钯合金组件中焊缝的气密性良好，不存在微气孔；修复后的钯合金管组件经100次以上冷热循环使用后，经检测泄漏率仍然小于5×10-11Pa·m3/s，说明本实施例修复完成的钯合金管组件气密性好，能够重新应用于氢气纯化装置中进行高纯氢气的纯化和分离，且具有较长的使用寿命。
实施例3
本实施例修复方法中加热钎焊的过程采用如图1和图2所示的装置示意图进行，本实施例钯合金管组件中钯合金管的材质为PdAgAuNi23-3-0.5合金，规格为φ2mm×0.08mm×600mm，法兰盘1的材质为316L不锈钢，焊接法兰盘1与钯合金管时所用钎料为AgCu28钎料，其熔点为779℃，具体包括以下步骤：
步骤一、采用小磨头打磨氢气钯合金管组件中待修复的钯合金管与法兰盘1之间的焊缝，直至将待修复的钯合金管从法兰盘1上分离下来；
步骤二、打磨步骤一中所述法兰盘1的法兰孔表面，直至法兰孔表面光滑平整，然后将打磨后的法兰盘1置于丙酮中进行超声清洗，烘干后待用；所述打磨的具体工艺过程为：依次采用600#、800#和1000#的水砂纸逐级法兰盘1的打磨法兰孔表面；所述超声清洗的频率为90KHz，温度为30℃，时间为10min；
步骤三、将银钎料螺旋环绕4圈形成圆形的螺旋圈体2，然后将所述螺旋圈体2置于丙酮中进行清洗；所述银钎料为横截面直径为0.5mm的丝材；所述银钎料为Ag97Li钎料(熔点为600℃)；所述螺旋圈体2为圆形，所述螺旋圈体2的直径比钯合金管的横截面直径大0.2mm；
步骤四、将新的钯合金管一端***步骤二中烘干后法兰盘1的法兰孔中并伸出2mm，将步骤三中所述螺旋圈体2套装在新的钯合金管伸出法兰孔的一端上，且使螺旋圈体2紧贴于法兰盘1上，得到由法兰盘1、螺旋圈体2和钯合金管构成的待焊件，然后将所述待焊件装夹于钎焊夹具5上；所述新的钯合金管与法兰盘1上法兰孔的装配间隙为0.01mm；所述新的钯合金管的材质和规格均与待修复的钯合金管相同；
步骤五、将步骤四中装夹在钎焊夹具5上的待焊件置于井式电阻炉3中，使待焊件上法兰盘1所在的一端位于所述井式电阻炉3的加热区，然后将待焊件和井式电阻炉3置于中频感应熔炼炉4中，在中频感应熔炼炉4的真空度不低于1×10-2Pa的条件下，利用井式电阻炉3对待焊件进行加热钎焊，随炉冷却后得到修复完成的钯合金管组件；所述加热钎焊的具体工艺过程为：在升温速率为10℃/min的条件下对井式电阻炉3进行升温，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以下60℃后保温30min，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以上20℃后保温5min。
采用氦质谱检漏仪对本实施例修复完成的钯合金管组件进行检漏，结果为该钯合金管组件的泄漏率小于5.0×10-11Pa·m3/s，说明修复完成的钯合金组件中焊缝的气密性良好，不存在微气孔；修复后的钯合金管组件经200次以上冷热循环使用后，经检测泄漏率仍然小于5×10-11Pa·m3/s，说明本实施例修复完成的钯合金管组件气密性好，能够重新应用于氢气纯化装置中进行高纯氢气的纯化和分离，且具有较长的使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用小磨头打磨钯合金管组件中待修复的钯合金管与法兰盘(1)之间的焊缝，直至将待修复的钯合金管从法兰盘(1)上分离下来；
步骤二、打磨步骤一中所述法兰盘(1)的法兰孔表面，直至法兰孔表面光滑平整，然后将打磨后的法兰盘(1)置于丙酮中进行超声清洗，烘干后待用；
步骤三、将银钎料螺旋环绕形成螺旋圈体(2)，然后将所述螺旋圈体(2)置于丙酮中进行清洗；所述银钎料为横截面直径为0.5mm～0.8mm的丝材；所述银钎料的熔点低于焊接形成步骤一中所述焊缝时所用钎料的熔点；
步骤四、将新的钯合金管一端***步骤二中烘干后法兰盘(1)的法兰孔中并伸出2mm～5mm，将步骤三中所述螺旋圈体(2)套装在新的钯合金管伸出法兰孔的一端上，且使螺旋圈体(2)紧贴于法兰盘(1)上，得到由法兰盘(1)、螺旋圈体(2)和钯合金管构成的待焊件，然后将所述待焊件装夹于钎焊夹具(5)上；
步骤五、将步骤四中装夹在钎焊夹具(5)上的待焊件置于井式电阻炉(3)中，使待焊件上法兰盘(1)所在的一端位于所述井式电阻炉(3)的加热区，然后将待焊件和井式电阻炉(3)置于中频感应熔炼炉(4)中，在中频感应熔炼炉(4)的真空度不低于1×10-2Pa的条件下，利用井式电阻炉(3)对待焊件进行加热钎焊，随炉冷却后得到修复完成的钯合金管组件；所述加热钎焊的具体工艺过程为：在升温速率为7℃/min～10℃/min的条件下对井式电阻炉(3)进行升温，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以下50℃～60℃后保温10min～30min，待炉内温度升至所述银钎料的熔点以上20℃～50℃后保温3min～5min。
2.按照权利要求1所述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤二中所述打磨的具体工艺过程为：依次采用600#、800#和1000#的水砂纸逐级打磨法兰盘(1)的法兰孔表面。
3.按照权利要求1所述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤二中所述超声清洗的频率为60KHz～90KHz，温度为30℃～40℃，时间为10min～30min。
4.按照权利要求1所述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤三中所述螺旋圈体(2)为圆形，所述螺旋圈体(2)的直径比新的钯合金管的横截面直径大0.1mm～0.2mm。
5.按照权利要求1所述的一种氢气纯化装置用钯合金管组件的修复方法，其特征在于，步骤四中所述新的钯合金管与法兰盘(1)上法兰孔的装配间隙为0.01mm～0.02mm。
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