جوش تیتانیوم در مبدل حرارتی

جوشکاری نقش مهمی در ساخت مبدل های حرارتی تیتانیوم ایفا می کند. تکنیک های جوش تیتانیوم برای اتصال اجزای مختلف یک مبدل حرارتی مانند لوله ها، صفحات و اتصالات تیتانیوم به یکدیگر استفاده می شود. رایج ترین روش های جوشکاری مورد استفاده برای مبدل های حرارتی تیتانیوم عبارتند از: جوشکاری TIG (گاز بی اثر تنگستن)، جوشکاری قوس پلاسما و جوشکاری با پرتو الکترونی.

جوشکاری TIG رایج ترین روش جوشکاری برای مبدل های حرارتی تیتانیوم است. این روش جوشکاری از یک الکترود تنگستن غیرقابل مصرف برای تولید قوس استفاده می‌کند که فلز پایه و سیم پرکننده را ذوب می‌کند و بین آنها همجوشی ایجاد می‌کند. سیم پرکننده مورد استفاده در جوشکاری TIG معمولاً همان درجه تیتانیوم است که فلز پایه برای اطمینان از اتصال قوی و مقاوم در برابر خوردگی-. جوشکاری TIG کنترل عالی بر روی فرآیند جوشکاری را فراهم می‌کند و جوش‌هایی با کیفیت بالا با حداقل اعوجاج ایجاد می‌کند.

تجزیه و تحلیل

1. تاثیر گاز و آلودگی ناخالصی بر عملکرد جوشکاری

1.1. تأثیر هیدروژن جدی ترین عامل تأثیرگذار بر خواص مکانیکی تیتانیوم در میان ناخالصی های گاز است. تغییر در محتوای هیدروژن جوش بیشترین تأثیر را بر عملکرد ضربه جوش دارد. دلیل اصلی این است که افزایش مقدار بمب هیدروژنی در جوش باعث افزایش مقدار پوسته یا سوزن مانند TiH2 می شود که در جوش رسوب می کند. TiH2 استحکام بسیار کمی دارد که به طور قابل توجهی عملکرد ضربه جوش را کاهش می دهد. هنگام جوشکاری به استفاده از الکترود یا سیم{8}هیدروژن کم توجه کنید.

1.2. تاثیر اکسیژن اکسیژن در هر دو فاز تیتانیوم حلالیت بالایی دارد و می‌تواند فازهای محلول جامد بینابینی را تشکیل دهد که باعث اعوجاج جدی فاز شبکه می‌شود و در نتیجه سختی و استحکام تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم افزایش می‌یابد، اما پلاستیسیته کاهش می‌یابد. به منظور اطمینان از عملکرد اتصالات جوشکاری، علاوه بر جلوگیری از اکسید شدن درز جوش و گرمای جوشکاری{3}}در طول فرآیند جوشکاری، محتوای اکسیژن در فلز پایه و سیم جوش نیز باید محدود شود.

1.3. تاثیر نیتروژن در دمای بالای 700 درجه، نیتروژن و تیتانیوم به شدت واکنش نشان می دهند تا نیترید تیتانیوم شکننده و سخت (TiN) را تشکیل دهند و درجه اعوجاج شبکه ناشی از تشکیل محلول جامد بین بافتی بین نیتروژن و تیتانیوم جدی تر از جذب اکسیژن است. بنابراین، نیتروژن در بهبود استحکام کششی و سختی جوش‌های تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم و کاهش خواص پلاستیک جوش‌ها از اکسیژن مهم‌تر است.

1.4. تاثیر کربن کربن همچنین یک ناخالصی رایج در تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم است. آزمایشات نشان می دهد که وقتی محتوای کربن 0.13٪ باشد، کربن در عمق تیتانیوم است، استحکام جوش بهبود می یابد و انعطاف پذیری کاهش می یابد، اما به اندازه اکسیژن و نیتروژن قوی نیست. با این حال، هنگامی که محتوای کربن جوش بیشتر می‌شود، جوش مانند TiC خالص-به نظر می‌رسد که با افزایش محتوای کربن، مقدار آن افزایش می‌یابد، به طوری که انعطاف‌پذیری جوش به شدت کاهش می‌یابد و ترک‌ها در اثر تنش جوشکاری مستعد ظاهر شدن هستند. بنابراین، محتوای کربن فلز پایه تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم نباید از 0.1٪ تجاوز کند و محتوای کربن جوش نباید از محتوای کربن فلز پایه تجاوز کند.

2. مشکل ترک اتصالات جوشی

هنگام جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم، ترک‌های سرد ممکن است در ناحیه تحت تأثیر گرما{0}} ظاهر شوند، که مشخصه آن ترک‌هایی است که چندین ساعت یا بیشتر پس از جوشکاری ایجاد می‌شود، که به آن ترک تأخیری نیز می‌گویند. مطالعات نشان داده است که این نوع ترک با انتشار هیدروژن در طول فرآیند جوشکاری مرتبط است. در طی فرآیند جوشکاری، هیدروژن از حوضچه مذاب با دمای بالا به منطقه تحت تأثیر حرارت{3}}در دمای پایین‌تر پخش می‌شود. افزایش محتوای هیدروژن باعث افزایش میزان TiH2 رسوب شده در این ناحیه می شود که شکنندگی ناحیه تحت تاثیر گرما را افزایش می دهد. علاوه بر این، انبساط حجمی در حین بارش هیدریدها باعث تنش ساختاری بیشتر می شود. همراه با انتشار و تجمع اتم‌های هیدروژن در بخش‌های-تنش شدید منطقه، که منجر به تشکیل ترک‌ها می‌شود. روش جلوگیری از این نوع ترک تاخیری عمدتاً کاهش منبع هیدروژن در اتصال جوش داده شده و در صورت لزوم انجام عملیات بازپخت خلاء است.

3. انتخاب روش جوش

لوله و ورق تیتانیوم GR2 با انبساط استحکام و جوشکاری مهر و موم شده طراحی شده اند. هنگام جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم، زمانی که دما بین 500 تا 700 درجه باشد، جذب اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن در هوا آسان است که به طور جدی بر کیفیت جوش تأثیر می گذارد. قوس جوشکاری آرگون توسط جریان گاز آرگون محافظت و خنک می شود، گرمای قوس نسبتاً متمرکز است، چگالی جریان بالا است، منطقه تحت تأثیر حرارت کوچک است و کیفیت جوش بالا است. با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی خاص تیتانیوم، همراه با تجهیزات شرکت و شرایط محیطی، این بار برای جوشکاری لوله تبادل حرارتی تیتانیوم و ورق لوله از جوشکاری قوس تنگستن آرگون اتوماتیک استفاده می کنیم.

4. بازرسی صفحه نمونه

بازرسی بصری سطح ناحیه تحت تاثیر جوش و حرارت{1}}باید 100% با ذره بین 10 برابر بررسی شود. نتایج بازرسی بصری و آزمایش‌های غیرمخرب نباید دارای نقص‌هایی مانند ترک، جوش‌نخورده، منافذ، بریدگی‌ها، دهانه‌های قوسی، آخال‌ها و پاشیدن باشد. نباید هیچ نقصی در خارج از جوش وجود داشته باشد نقاط قوسی وجود دارد. روی سطح نباید رنگ اکسیده ای وجود داشته باشد (فقط سفید نقره ای و زرد روشن مجاز است). پس از بازرسی، هیچ گونه ترک، منافذ، عدم همجوشی و سایر عیوب در سطح جوش مشاهده نشد، رنگ سطح نقره ای-سفید بود و بازرسی ظاهری واجد شرایط بود.

5. اتاق مهر و موم شده برای جوشکاری

به دلیل ماهیت خاص تیتانیوم، تأثیر سرعت باد، دما، رطوبت، گرد و غبار و سایر عوامل محیطی بر کیفیت جوش را نباید دست کم گرفت. به منظور اطمینان از محیط جوشکاری، ما یک اتاق جوشکاری مهر و موم شده به مساحت 30 متر مربع (5 متر در 6 متر) ساخته ایم که نسبتاً از دنیای خارج جدا شده است. دما را در حدود 25 درجه و رطوبت نسبی را کمتر از 60 درصد نگه دارید. صلاحیت جوشکاری قطعه آزمایش و جوشکاری محصول در این اتاق مهر و موم شده-ضد باد و گرد و غبار{10}} انجام می شود. (1) دستگاه های تهویه مطبوع، رطوبت گیرها، جاروبرقی ها و فن های خروجی باید در اتاق مهر و موم شده نصب شوند. نور داخل خانه باید کافی باشد و زمین باید صاف، تمیز و تمیز باشد. (2) اقدامات پیشگیری از آتش سوزی و گذرگاه های ایمن باید در اتاق مهر و موم شده در نظر گرفته شود. (3) جوشکاران در حین جوشکاری لباس کار تمیز بپوشند و دستکش های پلی استر خالص چربی زدایی بپوشند.

6. الزامات اساسی برای افراد، ماشین آلات و مواد در جوشکاری

6.1. نیازهای پرسنلی (1) تکنسین های جوشکاری، بازرسان کیفیت جوش و پرسنل بازرسی و آزمایش جوش باید صلاحیت های مربوطه را داشته باشند. (2) تمام جوشکارانی که در جوشکاری شرکت می کنند باید عملیات تئوری و عملی جوشکاری سیار از هر درجه تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم را بگذرانند. و نیاز به تسلط بر دانش پایه زیر: الف. دانش اولیه مواد فلزی تیتانیوم؛ ب دانش اولیه در مورد مواد جوش (آرگون) و استفاده از آن؛ ج دانش اولیه فرآیند جوشکاری و دانش حرفه ای جوشکاری تیتانیوم؛ د علل رایج، خطرات، اقدامات پیشگیری و درمان عیوب جوشکاری؛ ه. دانش اولیه در مورد انواع، استفاده و نگهداری تجهیزات جوشکاری ورق لوله و ابزار اندازه گیری.

6.2. الزامات دستگاه جوش اتوماتیک تنگستن آرگون برای ورق لوله. (1) مشخصه قوس پایدار است. (2) تنظیم فعلی انعطاف پذیر و راحت است و قابلیت تکرار فرآیند خوبی دارد. (3) محرک مکانیکی در عملکرد انعطاف پذیر است و نصب آن آسان است. (4) دارای تامین هوای پیشرفته، توقف تاخیری هوا، پالس، احتراق قوس بدون تماس و عملکرد تضعیف جریان است.

7. آماده سازی قبل از جوشکاری ورق لوله

(1) جوشکاران ورق لوله باید به شدت از مقررات فرآیند جوشکاری پیروی کنند. (2) فاصله بین اندازه میله موقعیت یابی مرکز جوشکار و قطر داخلی سوراخ لوله منبسط شده 0.1 ~ 0.15 میلی متر است و فرآیند جوشکاری تکان نمی خورد. (3) شکل پردازش الکترود تنگستن، شکل اتصال جوش، تنظیم الکترود تنگستن. (4) هنگام نصب الکترود تنگستن، الکترود تنگستن باید در مرکز نازل تفنگ جوش باشد و نباید کج شود. (5) هنگام جوشکاری، همیشه به شکل نوک میله تنگستن توجه کنید. اگر نوک الکترود تنگستن گرد شود، جهت قوس تغییر خواهد کرد. درز جوش صاف نیست و دارای سوراخ است و الکترود تنگستن باید در این زمان تعویض شود. (6) انبساط یا برش لوله هنگام جوشکاری از یک طرف و طرف دیگر برای اطمینان از کیفیت جوش به شدت ممنوع است. هنگام جوشکاری در دو طرف، جوش دادن لوله تیتانیوم به طور همزمان مجاز نیست. (7) هنگام جوشکاری باید از جوش پرشی استفاده شود و جوشکاری باید ردیف به ردیف از پایین به بالا باشد. (8) سطح جوش باید یکنواخت، زیبا و مقیاس{17}} باشد. تقویت جوش نباید بیشتر از 0.5 میلی متر باشد و عرض جوش باید 2-2.5 میلی متر باشد. (9) سطح جوش مجاز به داشتن عیوب مانند ترک ها، منافذ، عدم همجوشی و افست نیست. (10) سطح جوش باید نقره ای باشد. رنگ سفید یا زرد روشن، بنفش، آبی، خاکستری و غیره مجاز نیست.

8. آزمایش غیر مخرب سطح جوش ورق لوله

پس از گذراندن سطح جوش از بازرسی بصری، بازرسی رنگ آمیزی باید انجام شود.

9. تست هیدرواستاتیک

پس از اینکه آزمایش غیرمخرب الزامات کیفیت را برآورده کرد، مونتاژ انجام می شود. پس از اتمام مونتاژ، آزمایش هیدرولیک انجام می شود. جوش لوله تبادل حرارتی و ورق لوله در آزمایش هیدرولیک نشتی پیدا نکردند.

جوش تیتانیوم در مبدل حرارتی

محصولات جوش تیتانیوم به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی، نسبت استحکام به وزن بالا و توانایی تحمل دماهای بالا به طور گسترده در مبدل های حرارتی استفاده می شوند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

1. لوله های تیتانیومی: لوله های تیتانیومی به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی، حتی در محیط های بسیار تهاجمی، معمولاً در مبدل های حرارتی استفاده می شوند. نسبت استحکام-به وزن بالای تیتانیوم نیز آن را به ماده ای ایده آل برای استفاده در لوله های مبدل حرارتی تبدیل می کند.

2. صفحات تیتانیوم: صفحات تیتانیوم در مبدل های حرارتی صفحه ای استفاده می شود که مبدل های حرارتی بسیار کارآمدی هستند که از یک سری صفحات نازک موجدار برای انتقال حرارت بین دو سیال استفاده می کنند. موج‌های موجود در صفحات، سطح را افزایش می‌دهند که فرآیند انتقال حرارت را افزایش می‌دهد.

3. جوش تیتانیوم: جوش تیتانیوم برای اتصال اجزای مختلف مبدل حرارتی از جمله لوله ها، صفحات و اتصالات استفاده می شود. تکنیک های جوشکاری تخصصی مورد استفاده برای جوش تیتانیوم یکپارچگی جوش و مقاومت در برابر خوردگی اتصال را تضمین می کند.

4. اتصالات تیتانیوم: اتصالات تیتانیوم برای اتصال اجزای مختلف یک مبدل حرارتی از جمله لوله ها و صفحات استفاده می شود. مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم دوام و طول عمر اتصالات را حتی در محیط های بسیار خورنده تضمین می کند.

تگ های محبوب: