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          發布時間︰2019-04-15 10:47:00 點擊︰    

          山东澳门美高梅网址不袗反應鍋2019年4月15日訊  為了開發成本低廉的壓力容器焊接用的陶質襯墊,按照不同組分配料和預制襯墊毛坯,進行了不同溫度毛坯燒制和陶質襯墊性能檢測分析。通過對比分析與優。 曬   魴灤偷奶罩食牡,其具有最低1050℃的燒結溫度,並且襯墊性能優良,焊接工藝性良好,可以替代目前常規的高溫燒制陶質襯墊。

          關鍵詞︰壓力容器;焊接;陶質襯墊;燒結溫度

          在金屬結構件的焊接制造中,由于結構布局以及作業空間限制,一般情況下只能進行單面焊接,這容易出現未焊透、焊瘤過大等焊接缺陷〔1,2〕。焊接襯墊的應用是保證單面焊接雙面成型的有效技術手段,已經在大型船舶制造領域得到了廣泛應用〔3,4〕。焊接用的襯墊材質種類為金屬和非金屬2類,其中金屬襯墊主要為鋼質和銅質合金,非金屬襯墊主要為陶質一類材質為主〔5~7〕。陶質焊接襯墊制造成本較低,具有耐高溫和熱沖擊、耐酸堿腐蝕、與焊縫金屬無反應、焊接後容易清理等優點,在焊接工藝中已經逐漸替代其它材質襯墊,得到了大範圍推廣應用。

          1襯墊在壓力容器上的應用

          對于石油和化工領域,在壓力容器制造、大口徑管道施工等方面,焊接襯墊也開始逐步應用。特別是在大口徑高壓管道施工方面,管道焊接用的專用對口器多數配有銅質襯墊機構〔8〕。在壓力容器制造方面,早期焊接襯墊主要為與容器同材質的鋼質襯墊,並在中國GB50661-2011《鋼結構焊接規範》、美國AWSD1.1/D1.1M-2006《StructureWeldingCode-Steel》等一些標準中作了一些說明和規定。由于壓力容器制造後,鋼質襯墊焊接後難以清除殘留,鋼質襯墊近年來已經逐漸被陶質襯墊所取代。但是,陶質襯墊的成本高于鋼質襯墊,這使得陶質襯墊只能應用于一些重要的高壓容器焊接工藝中,在壓力容器制造領域難以大範圍推廣應用。陶質焊接襯墊的制造成本主要為原材料以及燒制工藝兩部分。目前,國內陶質焊接襯墊原料組分主要為燒制陶瓷的高嶺土配以少量各類助熔劑。高嶺土分布在中國東南部分地區,資源有限。陶質焊接襯墊需要很高的溫度(1300℃以上)才能燒制成型,這不但需要專用的高溫加熱爐,而且能源消耗較大。通過試驗研究,從原材料以及燒制溫度上探索開發一種新型的燒結溫度較低的陶質焊接襯墊,以替代目前的常規高溫燒制陶質焊接襯墊,降低陶質焊接襯墊的制造成本,推動我國陶質襯墊在壓力容器焊接領域的廣泛應用。

          2原材料配制與襯墊毛坯預制

          我國黃土資源豐富、儲量巨大、成本低廉。黃土組分比較復雜,包括石英、長石、方解石、白雲石、水雲母、高嶺石、蒙脫石等各類礦物質,主要成分接近高嶺土。如果以黃土為主要配料,勢必大大降低襯墊的原材料成本。試驗探索的新型陶質襯墊原材料以黃色粘土為主要配料,黃土原材料取材後經過一系列烘干、粉碎和篩分處理過程,見圖1。黃土原材料中添加少量石英石(SiO2)粉末以調節配比和提高襯墊強度,添加微量冰晶石(Na3AlF6)以及ZrO2和TiO2粉末作為助熔劑和燒結劑,石英石添加量範圍為10%~30%,冰晶石添加量範圍為1%~5%,ZrO2和TiO2添加量範圍為0.5%~3%。陶質焊接襯墊的毛坯采用濕法混料+干法壓制的成型方式。首先,將襯墊原材料粉末按組配比好後,加入少量清水進行液態下攪拌混料,以達到混合均勻的效果。然後,將混好的濕料在烘干箱中烘干,再用電動磨進行研磨破碎成粉末。最後利用壓制磨具在壓力機上將原材料粉末壓制成襯墊毛坯,毛坯尺寸為30mm×30mm×8mm,正面凹槽寬度8mm,深度1mm,見圖2.

          3襯墊毛坯燒制成型

          壓制好的襯墊毛坯,在高溫加熱爐中按照不同升溫階段進行加熱煆燒。在高溫加熱階段定時檢查毛坯燒結成型情況,探索可以燒制成功的最高溫度下限。通過大量燒制工藝探索,最後優化出襯墊質量最好的原材料配比為︰88%黃土+8%石英石+2.3%冰晶石+1.2%ZrO2+0.5%TiO2。燒制成型的陶質焊接襯墊表面質量良好,不收縮和變形,表面致密光滑無孔洞,見圖3;常規高嶺土配方燒制的襯墊見圖4。圖3與圖4的襯墊相比,新燒制的陶質焊接襯墊外觀顏色為棕灰色,而廠家襯墊為灰白色,二者顏色有一些差異,這對于焊接工藝(而不是作為裝飾材料)來說並無任何影響。並且,襯墊燒制工藝探索發現,在最優原材料配方下的陶質焊接襯墊最高燒制溫度下限降低到只有1050℃,這不但降低了高溫加熱爐設備要求,而且節省了能源消耗,降低了陶質焊接襯墊的燒制工藝成本。

          4襯墊性能檢測分析

          參照陶質焊接襯墊的國際相關標準︰ISO17683-2014《船舶和海上技術︰船用陶質焊接襯墊》以及中國相關標準︰CB/T3715-2013《陶質焊接襯墊》、GB/T3001-2007《耐火材料常溫抗折強度實驗方法》和GB/T8411.2-2008《陶瓷和玻璃絕緣材料第2部分︰試驗方法》,進行陶質焊接襯墊的性能檢測。為了對比分析和評估,將某陶質焊接襯墊廠家常規襯墊試件進行對比檢測試驗。試驗配料燒制的新型陶質焊接襯墊與廠家陶質焊接襯墊分別測試二者的吸潮率、體積密度、抗折強度,檢測結果見表1。由表1可以看出,新型陶質襯墊與廠家襯墊二者各項性能差別不大,並且均滿足標準ISO17683-2014和CB/T3715-2013的相關性能要求。

          5襯墊焊接工藝試驗

          為了檢驗新研制的陶質焊接襯墊的焊接工藝性能,進行CO2氣體保護焊接工藝試驗。試驗選用10mm厚度的壓力容器制造上常用的Q245R材質鋼板,焊接設備采用NBC-350J1601型逆變直流CO2氣體保護電焊機,焊材選用直徑1.5mm的THY-51B藥芯焊絲。焊接工藝試驗流程為︰鋼板開坡口→對接點焊→粘貼襯墊→焊接打底→焊接蓋面→清除襯墊。首先,將鋼板開V型60°坡口;然後,將鋼板對接,坡口根部間隙3~4mm,點焊固定;接著,在鋼板背面用帶膠鋁箔將襯墊組粘貼在坡口處,襯墊凹槽中心線對正坡口的中線;然後依次進行打底和蓋面兩遍焊接工序;最後清理干淨鋼板背面的襯墊。焊接完成後,鋼板背面的焊縫成型良好,在襯墊凹槽的約束下,焊縫呈現微凸形狀,無未焊透、焊瘤過大、裂紋等常規焊縫缺陷。焊後鋼板背面的襯墊與焊縫不粘接,焊後揭下鋁箔後就自行脫落下來,而且襯墊組依然完整,沒有襯墊發生開裂和破碎。這說明新開發的陶質焊接襯墊的焊接工藝性能良好,完全可以替代現有的常規陶質襯墊。

          6應用前景

          新研制的陶質焊接襯墊以我國資源十分豐富的廉價黃色粘土作為主要原料,降低了襯墊的原材料成本,也避免了與其它行業搶奪高嶺土資源。新型陶質焊接襯墊燒制溫度降低到1050℃,常規襯墊最低燒制溫度為1300℃,這不但降低了高溫加熱爐設備要求,而且節省了能源消耗,因而也降低了陶質焊接襯墊的燒制工藝成本。所以,新型陶質焊接襯墊將會逐漸代替目前的常規襯墊,這對于推動陶質焊接襯墊在壓力容器制造領域廣泛應用以及提高焊接制造質量具有重要意義。

          7結論

          通過燒制工藝探索和檢測分析,成功開發出新型的陶質焊接襯墊,其最優原材料配比為︰88%黃土+8%石英石+2.3%冰晶石+1.2%ZrO2+0.5%TiO2,襯墊最高燒制溫度下限只有1050℃。新型陶質焊接襯墊表面質量良好,檢測吸潮率、體積密度、抗折強度均滿足標準ISO17683—2014和CB/T3715—2013的相關性能要求,與襯墊廠家常規高嶺土配方燒制的陶質焊接襯墊差別不大,完全可以替代現有的常規襯墊。

          作者︰孟凡琦 李來泉 陳桂娟 于心瀧 單位︰東北石油大學 機械科學與工程學院


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