探讨反应釜的维护与修复

一套微球车间三台旧成胶反应釜，因腐蚀、磨损， 对釜进行了修复，但效果不好，反应釜泄露频繁，对生产带来了一定影响，就这些问题对反应釜的修复与维护进行一些探讨。

反应釜现状

三台反应釜投用时间为：一具2000年12月，另外两具2002年8月，型号：D2200／2400x2000x14+3，带夹套，材质为：钛合金一碳钢复合板，钛合金为：TA10。2906 年6月由二套微球利旧移位安装至一套装置。 安装之前对两具破损釜内部进行修复，采用氩弧焊，由中油二建手工焊接，焊条选用&=4的TA10板剪制而成，焊接过程中发现焊缝颜色灰白，出现裂纹，判断氩气保护不到位，增加一条氩气保护皮带尾随于焊枪之后，再次施焊，焊缝没有太大变化。 重复焊接，以期凭借堆积达到焊接有效厚度，防止腐蚀深人。

安装使用至今，两具釜修复均很过4次，底部底套及短节部位由于材料缺少，修复无效等原因，均暂以 1Cr18 Ni9Ti钢板及焊材修复，近期有砂眼等泄露情况出现，检修频率有上升趋势。

原因分析

设备的失效可能由各种各样的原因引起，在修复和维护期间无论是使用方还是施工方都作了一些判 断，下面逐一分析。

工艺条件更苛刻

目前，两具釜均很过4次维护，情况并未有所改观反而有加剧的趋势。种怀疑就是工艺条件有了较大变化，腐蚀加剧，但是从生产的各种产品的配方以及操作参数都没有太多的变化。考虑到同时安装的另外一具反应釜状况相对很稳定，这种可能性可以排除。

钛合金材质变化

修复期间，出现焊缝裂纹，由于使用焊接方法为氩弧焊，且第二次对氩气保护进行了加强，焊条也为相同材质&=4的TA10板剪制而成，总体思路没有太大的错误，施工方提出可能是由于母材钛合金材质发生了变化。

钛合金具有优良的性能。钛是银白色稀有金属，比重轻，强度高，耐腐蚀，对人体无害，有漂亮的金属质 感。工业纯钛溶点为1668℃，有两种同素异构体。在882．5℃以下呈密集六方晶格为钛；在882．5℃以上呈体心立方晶格为B钛。钛及其合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优良特性，被誉为“未来的金属”，是具有发展前途的新型结构材料。常温下，钛及 钛合金是比较稳定的。

目前反应釜使用条件，无论从腐蚀条件还是温度上来说，都没有致命性危害，从钛合金釜未失效之前的使用情况，以及新投用的反应釜的情况来看，这个可能性应该甚微。

焊接过程控制

焊接并没有使两台反应釜的状况得到彻底改善，达到我们的使用要求，那么焊接过程控制有什么不到位之处?以下逐项分析。

焊材不当

焊材选用相同材质&=4的TA10板剪制而成，按照 现有的钛材焊接标准GB／T 13149—1991，原则上应选择 与基本金属成分相同的钛丝，有时为了握高焊缝金属塑性，也可选用强度比基本金属稍低的焊丝。我们的焊材选用还是符合标准的，没有太大的不当。

焊接形式不对

从以往反应釜厂家的焊接过程作一了解，厂家采用也是氩弧焊。手工氩弧焊不失为一种简便、灵活的可用方式。

氩气保护不够

从前面修复过程所述，我们先采用一道氩气保护， 效果很差，但是又加了一道氩气保护，效果没有太大改变，仍不理想，似乎有难以确定的因素。

焊接电流不合适

由于钛板较薄，我们采用的是标准的直流钨很氩弧焊，在修复过程中，也认真作了现场观察，电流从大到小都进行了试验，从焊接机理考虑：焊接电流过大 时，易烧穿焊件，热影响区较大，焊缝形状不够理想；焊接电流过小，易产生未焊透、偏析、气孔现象，电流较适中时，直流氩弧焊的优点较明显，热影响区较小，但是实际焊接出来的焊缝，颜色灰白，焊缝裂纹一直没有得 到太大的改善。

温度控制不当

过程一般采用的温度控制一般是为了控制焊缝冷却速度和焊接应力，象铸铁焊接必须焊后保温，那么我们在钛材焊接中出现的裂纹是否由于冷却速度太快，造成应力集中，以致出现裂纹，而且在加第二道氩气冷却时，会不会造成冷却速度更快，一直是我们焊接所担心的问题，在施焊过程中，我们尝试焊枪后气焊跟随来观察效果，没有任何改观，裂纹没有减少，是一次失败的尝试。那么，温度是否是一个关键因素，也是我们一个重要的探讨问题。

反应釜受力不当

从使用情况来看，三具反应釜完好的一台比较稳 定，而出现问题的两具反复在修，问题会不会出在反应 釜的受力不当一由于磨损造成的呢?三具反应釜的底套均采用釜体下端短节内衬四氟套的方式，主要目的是大轴定位，同时大轴不接触反应釜母材。实际情况， 损坏的两具反应釜的对中并不好，罐顶轴承和罐底的 底套孔同轴度存在较大偏差，底套的磨损一般均为偏 磨，往往磨及母材，虽经维护单位通过加偏垫子，四氟套适度偏心，但磨损情况并没有彻底改善。不能否认， 磨损起了一个关键的作用，较起码起到了一个加剧损坏的作用。

应对措施

从以上分析不难看出，反应釜的损坏除了几个几 乎不可能的因素外，其他原因都有很大的嫌疑。关键的问题在反应釜受力不当和焊接控制上。针对于此，特提出以下措施来做好反应釜的修复和维护。

调整反应釜的对中

由于前期的原因，反应釜的对中已经成为一个先 天缺陷，虽经加偏垫子、四氟套偏心等校正，但是关键的问题在于大轴的受力重力的垂直方向始终存在，仅凭这些后天的努力是难于根治的。所以下定决心重新对中。

做好焊接控制

要做好焊接控制，首先要详细了解钛合金的材质、 性能和焊接特点。 我装置的反应釜采用钛合金一碳钢复合板，钛材为 TA10即：Ti一0．3Mo一0．8Ni，属于a钛合金，a钛合金组 织稳定，焊接性能优良，但加工性能差，不能进行热处理强化。具有优良的耐腐蚀性能，它对氧的亲合力特别 大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护钛不 受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生 成钝化氧化膜。因此，钛在酸I生、碱性、中性盐水溶液中 和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢 和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但是，如果在某种介质中，能连续溶解钛表面氧化膜时， 则钛在这种介质中便会受到腐蚀。例如，钛在氢氟酸、 浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中，由于这些溶液溶解钛 表面氧化膜，所以钛被腐蚀。随着温度的升高，钛及钛合 金吸收氧、氮及氢的量明显增加，钛从250℃开始吸收 氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮。这些气体 被吸收后，将会直接引起焊接接头脆化，这是导致钛及 钛合金焊接缺陷的重要因素。各种气体及杂质污染对钛 及钛合金焊接性能的影响具体可见表1。

由于钛及钛合金的上述特点，以致在其焊接实际中容易产生气孔和裂纹这两种缺陷。

钛及钛合金对热裂纹不敏感，这主要是因为钛及 钛合金含硫、磷杂质少，晶界很少生成低熔点共晶。另一个原因是钛及钛合金凝固时收缩量小。 钛合金焊接接头的裂纹主要是出现在热影响区的延迟裂纹，这与氢有关。焊接过程中氢由高温深池向较低温的热影响区扩散，氢含量的提高使该区析出Til2量增加，增大热影响区脆性，另外由于氢化物析出时体积膨胀引起较大的组织应力，再加上氢原子向该区的高应力部位扩散及聚集，以致形成裂纹。

另外，当焊缝含氧、氮量较高时，焊缝或热影响区 塑性降低，性能变脆，在较大的焊接应力作用下也会出 现裂纹，这种裂纹在较低温度下形成，属于延迟裂纹。 鉴于以上特点，预防钛及其合金焊接时裂纹可采 用以下措施。

做好焊前准备

焊件和焊丝表面质量对焊接接头的力学性能有很 大影响因此必须严格清理。钛板及焊丝表面常受到外 部杂质的污染。杂质对钛及钛合金气孔的生成都有一 定的影响，对接端面处的表面杂质污染对气孔形成的影响更为显著。铁板及钛焊丝可采用机械清理及化学 清理两种方法。

(1)机械清理

对焊接质量要求不高或酸洗有困难的焊件，可用细砂纸或不锈钢丝刷擦拭，但较好是用硬质合金黄色 刮削钛板，去除氧化膜。

(2)化学清理

焊前可先对试件及焊丝进行酸洗，酸洗液可用 HF5％+HNO₃5％的水熔液。酸洗后用净水冲洗，烘干后 立即施焊。或者用丙酮、乙醇、四氯化碳、甲醇等擦拭钛 板坡口及其两侧(各50mm内)、焊丝表面、工夹具与钛 板接触的部分。

做好保护措施

针对钛需要保护温度高于300％的区域这一特点， 焊接应使用专门的保护装置(见图1)。

除了焊枪本身具有的保护嘴之外，尚需在焊枪上拖挂保护拖罩，既起保护作用，又能将焊件来不及较快散走的热量带走很大一部分。保护拖罩可以根据焊缝的形状、尺寸等要求具体设计。

如果复合板背面并无破损可以在背面相应位置加喷淋水增加冷却效果。如有破损，钛材外露，考虑到焊缝高温背面的空气仍可能影响焊缝质量，在焊缝高于300℃也应实施氩气保护。

焊缝急冷容易造成应力微裂纹，似乎采取多重 冷却有此嫌疑，实际上，冷却的目的是配合保护气体， 只要焊缝脱离保护气体时能够降低到我们要求的温度以下，就达到了我们的目的。

正确使用保护气体

氩气纯度应不低于99．99％。重要构件背面应冲氩气保护，当氩气瓶中的压力降至0．981MPa时，应停止 使用，以防止影响焊接接头质量。气体流量的选择以达到良好的保护效果为准，过大的流量不易形成稳定的层流，并增大焊缝的冷却速度，以至引起微裂纹。拖罩中的氩气流量不足时，焊缝呈现出不同的氧化色泽；而流量过大时，将对主喷嘴的气流产生干扰作用。焊缝背 面的氩气流量也不能太大，否则会影响到正面层焊缝的气体保护效果。要控制好气体的流量及流速，防 止产生紊流现象，影响保护效果。

正确选择焊接工艺参数

应该严格控制焊接热规范，减少焊缝及近缝区在 高温停留时间，尽量少对焊缝进行重复加热。虽然焊接 过程中产生缺陷的可能性难以避免，但应尽量减 少焊缝局部返修次数。采用小电流、高焊速的焊接规范，焊接层数越少越好。把握好焊接坡口。原则上应尽量减少焊接层数和焊接金属。随着焊接层数的增多，焊缝累计吸气置增加，以至影响焊接接头性能，又由于钛合金焊接时焊接熔池尺寸较大，因此坡口开单V型70° ～ 80°坡口，且不作摆动。焊丝末端不得移出气体保护范围，喷嘴直径可适当加大以扩大保护区域。

注意观察焊缝金属表面

焊缝区金属颜色与氩气保护效果见表2。

 

改进底套，加强维护

这三具钛合金反应釜的底套都为内衬四氟的底套，四氟底套的优点在于它的材质比较软，有自润滑的 作用，不易烧坏，保证大轴不被磨损。这样就可以减少大轴损坏带来的材料、时间、经济上的损失，只需从釜底更换四氟套就可以，既简单又省事。但存在问题，四氟的耐磨性和刚性的不足。如果长期失修，或者其它原因发生损坏，会造成釜体及短节频繁损坏。而釜体的维修麻烦、昂贵，那么，这是得不偿失的。我们的保护是存在问题的。要保护好釜体，解决这个问题，要考虑以下两个方面。

改进底套

在解决好对中情况的前提下，可以改进底套的材质，使外套的耐磨性和刚性更好一些，有效保护釜体，同时，可以仿效其他反应器的合金底套，同时使用内套和 外套，尽量避免轴或釜体的暴露机会，同时保护轴和釜体，而尽量使磨损出在我们事先设计好的底套上。

加强维护

在改进底套后，我们必须掌握底套的使用周期，在改进之初要勤于检查，应实验性地不断观察并递增底 套使用时间，在摸索出规律后，就可以定期进行计划维 护，保证底套既可以保护大轴又可以很好地保护釜体不受损伤。

结束语

只要从根本上消除上述两具反应釜的对中问题， 合理有效地控制好焊接，一定能完全修复两台反应釜， 如果再适时改进底套，加强维护，就可以充分发挥钛合金的很强耐腐蚀性，做好维护，较大地保障生产之需。钛合金的修复，随着科学的发展，技术在不断的进 步，当今的等离子弧焊接、激光焊等先进工艺都在不断完善、成熟，日臻完美，它们必将带给我们更多的喜悦， 值得我们不断研究、探讨。