鈦制泥漿冷卻器的制造

王麗紅，王菊茹，陳 平

（1. 沈陽東方鈦業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110000；2. 營口慶營石化設(shè)備有限公司，遼寧 營口 115000）

鈦及其合金由于密度小質(zhì)量輕，早期大量地使用在航空、航天等尖端領(lǐng)域。然而隨著石油、化工行業(yè)近些年的飛速發(fā)展，由于鈦及其合金在海水及大多數(shù)酸、堿、鹽介質(zhì)中均具有較優(yōu)良的抗耐蝕性能，此外還有良好的低溫沖擊韌性，因而鈦及其合金現(xiàn)在越來越受到該行業(yè)的青睞，被廣泛制造成復(fù)合板、反應(yīng)釜、分離塔或各類換熱器等。該行業(yè)由于使用了鈦制設(shè)備，大大降低了維修及更換設(shè)備次數(shù)，從而節(jié)約了時間和生產(chǎn)成本。在設(shè)備制造過程中，公司對鈦材的技術(shù)要求及工藝性能、焊接性能進(jìn)行了分析，克服了主要工藝難點，圓滿地完成了制造任務(wù)，并順利地通過了各方檢驗。

1 鈦材泥漿冷卻器的結(jié)構(gòu)特點

鈦制泥漿冷卻器的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，與一般的U型管換熱器并無差別，但因其工作介質(zhì)腐蝕性較強，因此在管程設(shè)計上選用了鈦材TA2。管箱采用8 mm的TA2鋼板卷制而成，換熱管是Φ19×2的TA2管，管板是16 Mn與TA2爆炸復(fù)合而成。殼體部分選用的是 Q345R。TA2的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1、表2。

表1 TA2化學(xué)成分（%）

表2 TA2力學(xué)性能

2 鈦材的焊接特點

鈦由于液態(tài)金屬流動性好，表面張力大，因而焊接時焊縫成型非常均勻、美觀；但由于鈦是一種活潑金屬，高溫下鈦與氧、氫、氮反應(yīng)速度較快，因而焊接鈦及其合金時，重點要保護(hù)300 ℃以上的區(qū)域。在鎢極氬弧焊時，僅僅依靠噴嘴保護(hù)是不夠的，要輔以拖罩局部或整體保護(hù)方式，否則會造成焊縫吸氧、吸氫、吸氮，從而導(dǎo)致焊縫塑性下降，脆化程度加重。鈦及合金的焊接保護(hù)是否正確或合適，可通過焊縫及熱影響區(qū)的顏色來檢驗。

此外，鈦及其合金只要焊前進(jìn)行嚴(yán)格的清理工作，選擇合適的焊接填充材料和氬氣做保護(hù)氣，氣孔和裂紋等缺陷是可以避免的。

3 管箱的制造

（1）管箱短節(jié)焊縫應(yīng)采用機械刨邊，并保證外周長的偏差不超標(biāo)。短節(jié)的形成過程：先進(jìn)行預(yù)彎，經(jīng)弧形樣板檢測合格，用滾板機彎制成形，組焊縱縫后進(jìn)行筒體校圓。

（2）圖紙要求管箱的所有A、B類焊縫進(jìn)行100%射線檢測，II級合格；所有的C、D類焊縫以及支耳與短節(jié)間的角焊縫進(jìn)行100%滲透檢測，I級合格。

（3）整個組裝過程應(yīng)在鈦材專用區(qū)域進(jìn)行，組裝中要特別注意對鈦材表面的保護(hù)，必須用軟質(zhì)材料加以保護(hù)，防止鐵離子污染和表面劃傷。

4 管束的制造

（1）按照設(shè)計要求，鈦管與管板間采用強度焊加貼脹。產(chǎn)品正式脹接前先對試樣進(jìn)行模擬試驗，確認(rèn)工藝成熟了再進(jìn)行產(chǎn)品脹接。為防止焊接變形影響脹接質(zhì)量，焊接管頭過程中嚴(yán)格采取對稱焊，脹接工作必須要在焊接全部完成后方可進(jìn)行。

（2）制造過程中發(fā)現(xiàn)鈦管非常軟，低溫加熱（300～400 ℃）后再進(jìn)行U型管的煨制。同時穿管時不能施加過大外力，防止鈦管變形或鈦管拉毛。

（3）鈦的機械加工應(yīng)采用較大的進(jìn)刀量和較低的切削速度，在切削過程中不應(yīng)停止走刀，應(yīng)使用足夠的切削潤滑冷卻液，以防止加工表面發(fā)熱氧化。管板的管孔采用先鉆后鉸，鉸孔的余量控制在單邊0.4 mm左右，適當(dāng)降低管孔表面粗糙度，避免出現(xiàn)毛刺和劃痕，切忌出現(xiàn)縱向劃痕。

5 鈦材的焊接

工業(yè)純鈦的焊接主要解決焊縫和熱影響區(qū)的表面保護(hù)和焊縫中產(chǎn)生氣孔問題。由于鈦在高溫下（大于300 ℃）對氧氫氮有極大的親和力，所以鈦材在焊接時應(yīng)在空氣潔凈無塵無煙的專用場地進(jìn)行，場地鋪設(shè)橡膠等軟墊。此外還要采取以下措施：

（1）對母材、焊材表面進(jìn)行處理，用酒精或丙酮仔細(xì)清洗。焊接時所用的輔助裝置也應(yīng)注意清潔。

（2）保護(hù)氣體氬氣選用純度為高于99.99%。

（3）控制保護(hù)氣流量，氣流量過小保護(hù)不好，過大易形成渦流。焊鈦時噴嘴的氣流量為15～18 L/min左右，背面氣流量為15 L/min左右，拖罩的氣流量為20 L/min左右。

焊接TA2縱環(huán)焊縫及角焊縫采用的是脈沖氬弧焊機，是Φ2.0的STA2R焊絲；而焊接換熱管與管板使用的是管頭氬弧自動焊機，是Φ0.8的STA2R焊絲。正式生產(chǎn)前我公司按照J(rèn)B4745－2002附錄B對鈦材進(jìn)行了焊接工藝評定，其焊縫經(jīng)過外觀及射線檢測合格，其拉伸、彎曲結(jié)果表明，強度、韌性等機械性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

按焊接工藝評定確定的焊接規(guī)范焊接此臺鈦材泥漿冷卻器，焊后對鈦焊縫進(jìn)行外觀檢查，要求不應(yīng)有咬邊、未焊透、未熔合，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定判斷其顏色是否合格。顏色檢查合格后再進(jìn)行100%射線檢測，結(jié)果其主體A、B類焊縫一次合格率達(dá)到96%，焊接質(zhì)量非常好。

6 結(jié)束語

（1）鈦制泥漿冷卻器的制造，關(guān)鍵是要控制好鈦材焊接接頭的質(zhì)量。選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧虾秃侠淼暮附右?guī)范參數(shù)，正確地進(jìn)行氬氣保護(hù)，防止鈦焊縫表面氧化。

（2）對脹接的管子管板結(jié)構(gòu)，最主要的是控制好管子管孔間的間隙，除了要控制好管孔的外徑精度外，還應(yīng)選用高精度的鈦管以保證間隙的基本一致，這樣才能保證貼脹的脹接質(zhì)量。