钛钢复合设备焊接接头结构设计的探讨
刘巧艳
宝鸡力兴稀贵金属加工厂 邮编 721013
［摘要］主要阐述了钛钢复合设备焊接接头结构设计理论依据，结合生产实践中存在的问题，提出了钛钢复合设备焊接接头结构在现实生产应用中改进措施，对钛钢复合设备更加广泛应用具有重要意义。
关键词：钛钢复合设备 焊接接头结构设计 改进
1 前 言
随着钛材的研究和应用，钛钢复合设备的广泛应用，在国民生产中，化工、制盐、制药、汽车、航空航天、军工等多领域大量应用钛及钛合金、钛钢复合材料。伴随着爆炸复合技术的不断提高，钛钢复合材料的性价比，钛钢复合材料制设备越来越受到重视和发展，并且在市场上取得了更高的经济效益。
2 钛钢复合设备焊接接头结构设计的要求
由于钛钢复合设备其材料的特殊性，它是由钛和钢两种性能不同的材料，通过爆炸、轧制、或者爆炸轧制法结合而成的新生材料；其性能兼且二者的性能，并充分发挥了二者材料的优点。
钛钢复合材料制设备的结构要求尽量简单，焊缝坡口的表面要便于清洗，且复层便于用惰性气体保护焊。设备的基层连接焊接接头应为全熔透的对接接头，并须经过射线检测合格，钛钢层连接接头应为不熔透的对接焊接接头或搭接焊接接头。
3 在JB/T4745-2002标准中钛钢复合设备焊接接头结构设计
在国内，钛钢复合设备从设计、制造、检验和验收已积累了丰富的经验，且有相应的标准、规范可依据，主要遵守JB/T4745-2002《钛制焊接容器》进行设计。
3.1 A、B类对接焊缝结构
图1所示是两种常用的对接接头结构，图1（a）是比较常用的一种结构，使用压力、温度范围广，结构简单、易于制造。此处基材钢板对接焊缝可采用V型坡口，也可用X型坡口；在焊接钢板时，先将距焊缝坡口边缘15㎜钛钢复层完全去除。钢板焊接完后，采用钛垫条来填充空缺部分，用加工钛焊丝或者不加钛焊丝将垫条与复层焊接起来，焊缝可连续焊
也可间断焊。然后加贴条与钛复层焊接起来，此处垫条的作用是在贴条后面提供机械支撑，以便抵挡内部介质造成的压力。
图1（b）是有些设计或制造单位选用的结构，贴条为槽型，这种结构看似简单，能够减少工作量，但由于其贴条需要弯制，会产生应力，温度高时还会产生较大膨胀，贴条与复层之间的角焊缝容易产生裂纹，导致容器腐蚀，此结构只在压力温度不高的情况下使用。
(a)(b)基材银钎焊间断焊垫条基材复材贴条复材贴条
图1 对接接头
3.2 “T”型焊接接头
设备纵、环缝焊接接头连接处的“T”型焊接接头结构如图2所示，接头处采用一个单独的带有圆弧转角的盖板。为了对盖板的搭接焊接头检漏和在焊接这条焊接接头时，便于背面通气保护，每条纵向对接焊接接头的垫板上或钎焊层上至少钻2个￠6㎜的检漏孔，而其检漏孔的位置应尽量靠近两端的环向焊接接头。为了能及时检出泄漏发生在哪一段衬里上和减少焊接时保护背面的氩气消耗量，各个衬里筒节的检漏通道是互不相通的。因此，在“T”字形盖板下面的垫条处，在与另一个筒体衬里纵向焊接接头连接时用钎焊封死。
环焊缝钛垫条钛贴条钛盖板银钎焊密封环焊缝2处检漏孔纵焊缝2处检漏孔纵焊缝钛垫条钛贴条钛盖板钛对接焊缝
图2 “T”型焊接接头
3.3 接管与筒体连接结构
钛钢复合设备的外部连接件，例如接管、人孔、搅拌器连接口等通常采用钛衬里。接管衬里与筒体复层常用的连接结构见图3（a）、（b）、（c）。
结构（a）是依靠一个预制成型的钛装配件-圆弧环板，一端与筒体（封头）复层搭焊，另一端与接管的衬里对焊。筒体（封头）上复层被去除部分插入垫板，也可用银钎焊，并且与复层面平齐。接管的内径处应具有光滑的过渡半径。
结构（b）和（c）结构相似，用薄钛板做成半径R=5的弧形环板，或者用钛板做成一个和筒体（封头）相吻合的环板，一端与筒体（封头）的复层焊接，一端与接管的衬里焊接，这两种结构在制造上要比（a）简单，适用于操作条件不太苛刻的情况。
设计时如何选择最佳结构，要结合每种结构的特点，具体分析，就以往的经验，通常情况下一般多采用（b）图结构。
(a)(b)(c)接管钛衬里接管接管钛衬里钛垫板钛衬里钛垫板钛环板钛垫板钛环板钛环板弧形环板
图3 接管焊接接头
3.4 接管法兰结构
接管法兰及密封面型式可根据设备设计压力、设计温度、介质的特性及气密性要求等条件来选定，法兰材质多是钢制板材和锻件。钛密封环通常采用钛螺钉、钎焊等方法固定在碳钢法兰上，最后加工法兰密封面，钛密封环和接管钛衬里的连接采用如图4所示的各种结构。
结构（a）是钛密封环与钛衬里角接，结构最简单，易于生产制造，采用钛螺钉将密封环固定在钢法兰上，密封环比法兰外径小10㎜，也可根据需要，采用银钎焊将密封环与法兰连接起来。
结构（b）和（c）相似，钛密封环与钛衬里对接连接，受力较好，可以用于苛刻的工作状况下。但密封环要机械加工，厚度一般较结构（a）厚很多，结构（c）中还带有和衬里对接的凸肩这样就比较浪费材料，增加成本。
每一个接管衬里后面应设置2个直径为￠6㎜的检漏孔，一个位于接管颈部，另一个位于壳体最高或最低点上。每一个检漏孔焊一个带螺纹的检漏咀，采用连接角焊缝在设备的外表面或接管上。
在要求不是非常高的情况下，通常选用结构（a），如果介质为高度危害、易燃易爆，并且考虑到设备在工艺系统中的重要性，宜选用结构（b）。
(a)钛密封环银钎焊(b)钛密封环银钎焊凸肩(c)钛密封环银钎焊钛垫板钛衬里钛螺钉钛衬里钛螺钉钛衬里钛螺钉接管接管接管
图4接管焊接接头
4 结束语
由于钛的特性决定了它不能与钢直接相焊，所以钛做为复层其结构既要满足焊接密封性，又要方便焊接，确保焊接质量，还要能够方便检查焊接质量。本文通过探讨分析钛钢复合材料设备的结构设计，以期能为钛钢复合材料设备的设计、制造人员提供参考和借鉴。以国内目前现状，随着化工、制盐、制药等相关行业的大力发展和要求，钛钢复合材料设备借其良好的综合性能，在化工容器、压力容器设备制造中会得到进一步的广泛应用。
参与文献
[1] JB/T4745-2005，钛制焊接容器
[2] 黄嘉琥,应道宴等.钛制化工设备(第一版)[M].北京:化学工业出版社,2002,85-104