淺談鈦制化工設(shè)備制造質(zhì)量的有效控制

【摘 要】通過分析鈦制化工設(shè)備的特點(diǎn)，結(jié)合長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高要求制造質(zhì)量鈦制化工設(shè)備的施工操作方案和規(guī)程進(jìn)行總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】鈦合金；化工設(shè)備制造質(zhì)量；質(zhì)量控制

由于鈦具有良好的穩(wěn)定性，在各種酸、堿、鹽介質(zhì)中能夠穩(wěn)定存在，鈦?zhàn)鳛榭垢g材料得到了廣泛應(yīng)用。鈦是石油化工中的優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料，常用作各種熱交換器、反應(yīng)器、高壓容器、蒸餾塔等的制作材料，例如尿素生產(chǎn)過程中，在高溫環(huán)境下，氨、氨基甲酸銨及它們的混合液具有很強(qiáng)的腐蝕性，不銹鋼設(shè)備使用壽命短，檢修費(fèi)用高，改用鈦制設(shè)備后，設(shè)備使用壽命增加，檢修費(fèi)用得到縮減[1]。近年來，鈦材的產(chǎn)量越來越高，這種具有優(yōu)良性能且資源豐富的金屬已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備制造。

1.鈦制化工設(shè)備制造與質(zhì)量控制

1.1備料

鈦金屬材料設(shè)備對(duì)表面有嚴(yán)格要求，由于鈦的摩擦系數(shù)和化學(xué)活性較高，在制造和加工過程中，表面被劃傷和污染的幾率較高，在使用不合理的工具、場(chǎng)地或接觸其他金屬情況下，表面有缺陷的鈦制化工設(shè)備極易出現(xiàn)抗腐蝕能力和力學(xué)性能下降的情況。所以，在備料方面應(yīng)遵循以下要求來保證鈦材化工設(shè)備制造質(zhì)量：①專用制造車間制造鈦制化工設(shè)備受壓元件，不能混雜其他產(chǎn)品生產(chǎn)，工作場(chǎng)地要嚴(yán)格保持清潔，控制灰塵；②鈦材必須入庫(kù)保管，不能露天堆放，設(shè)置邊角余料箱供鈦材專用，對(duì)鈦材的保管和發(fā)放制度進(jìn)行細(xì)分；③鈦材化工設(shè)備制造人員要求持證上崗、穿工作服、戴手套，防止劃傷鈦材表面；④除了以后的加工工序能消除的缺陷，否則禁止用鐵錘擊打鈦材表面，禁止在鈦材上打樣沖眼、打鋼印及用墨汁或油漆書寫標(biāo)記，應(yīng)采用金屬鉛筆在鈦材上劃線；⑤由于鈦材接觸鐵、油污后易被污染，下料切割后要打磨污染區(qū)域，所以在劃線時(shí)應(yīng)該留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔浚虎掴伡庸すぞ咭珠_保管，鈦加工盡量不使用鋼絲刷等碳鋼工具；⑦采用火焰或等離子弧切割鈦板和鈦復(fù)合板時(shí)，防止火花濺于鈦板表面，且復(fù)層應(yīng)朝上[2]。

1.2成形加工

成形加工設(shè)備不僅要嚴(yán)格控制表面機(jī)械損傷，而且要清理飛濺物。在刨邊過程中，較長(zhǎng)板材出現(xiàn)彎曲和撕裂現(xiàn)象的幾率較大，所以要用槽鋼將刨邊的一端壓緊，控制刀具的刃傾角，緩慢小進(jìn)刀量進(jìn)行切削，注意在切削過程中禁止中途停刀，而且要頻繁磨削刀具，避免切削表面出現(xiàn)硬化。要注意清理卷板機(jī)滾筒的表面，在卷板之前，在鈦板上應(yīng)墊一層薄鍍鋅鐵皮可達(dá)到保護(hù)鈦板表面的目的。不加工的鈦件要用塑料袋或塑料布包好。應(yīng)采用刨邊機(jī)加工鈦板坡口，加工管材坡口要在車床上進(jìn)行。

1.3裝配

在裝配過程中，防止出現(xiàn)鈦材表面被鋼制胎具和工裝夾具拉毛、劃傷、刻槽的情況出現(xiàn)，禁止鐵錘敲擊。采用橡膠或尼龍摻合氧和鋁的砂輪打磨鈦設(shè)備的表面，禁止使用打磨過的碳鋼砂輪進(jìn)行打磨，禁止出現(xiàn)過熱色澤現(xiàn)象。焊接操作相關(guān)人員應(yīng)穿戴整潔，坡口嚴(yán)禁觸摸，避免劃傷鈦材表面[3]。

2.焊接質(zhì)量控制

2.1性能分析

鈦在熔融狀態(tài)極易發(fā)生化學(xué)變化，且在400攝氏度時(shí)大量吸氫，而氫對(duì)鈦的塑性、韌性等性能有很大影響，會(huì)造成鈦制品易脆裂。鈦制品的焊接過程中，氧化、氮化和脆裂是最主要的問題。焊接溫度達(dá)到400攝氏度時(shí)，大量氫吸入，而在冷卻時(shí)氫無法完全逸出，從而聚集在內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，影響制造質(zhì)量。因此鈦的含氫量要求低于0.15%，一旦母材和焊材含氫量超出標(biāo)準(zhǔn)，就必須立即進(jìn)行脫氫處理。當(dāng)溫度超過600攝氏度時(shí)，鈦會(huì)和氧、氮發(fā)生急劇的化合反應(yīng)，生成二氧化鈦和氧化鈦，當(dāng)溫度超過800攝氏度時(shí)，二氧化鈦與鈦相互溶解擴(kuò)散，二氧化鈦進(jìn)入到鈦的內(nèi)部組織中，從而出現(xiàn)0.05毫米左右厚的中間脆化層，焊接接頭的塑性與溫度和時(shí)間成正比，溫度時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，氧化和氮化越嚴(yán)重，焊接接頭的塑性越低。因此一般要求鈦的含氧量應(yīng)控制在0.3%左右[4]。

2.2焊前準(zhǔn)備

保證氬氣純度達(dá)標(biāo)（≥99.9%），選擇鈰鎢極作鎢極，選擇鎢極自動(dòng)或手工交、直流兩用氬弧焊機(jī)作為焊接設(shè)備。鈦制壓力容器的施焊操作工必須具有考試合格證以及扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。即使鈦材焊縫只有很小的污染，也會(huì)對(duì)焊縫的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，所以焊前的清理工作是必不可少的。就主要清理順序做如下要求：

①對(duì)坡口及其兩側(cè)至少50毫米范圍內(nèi)的污物進(jìn)行嚴(yán)格清理，選用砂紙或砂輪機(jī)去除，以露出銀白色金屬光澤為標(biāo)準(zhǔn)；②用干凈的綢布蘸無水酒精擦拭鈦制品表面，以綢布上看不見污物為標(biāo)準(zhǔn)；③施焊前取無水酒精擦拭焊絲；④坡口及焊絲清理步驟與施焊應(yīng)緊密連接，否則就會(huì)形成新的污染，需要重新進(jìn)行清理。

2.3焊接

做好焊前準(zhǔn)備工作后，要馬上施焊，若跨班或過夜施焊，應(yīng)在施焊前重新清理。每道焊縫焊接完成后要對(duì)表面顏色進(jìn)行檢查，對(duì)于表面不達(dá)標(biāo)的制品要重焊或作廢。焊接環(huán)境要保持清潔，環(huán)境風(fēng)速應(yīng)低于2米每秒，相對(duì)濕度應(yīng)小于90%，雨雪天、室外、環(huán)溫零下等情況不能焊接。焊接時(shí)，鎢極的最佳伸出長(zhǎng)度為11毫米左右，每一次的焊絲填充高度應(yīng)低于5毫米，高于2毫米。由于在高溫條件下，鈦材與氫、氧、氮極易發(fā)生反應(yīng)和變化，從而造成焊接接頭塑性變低，所以焊縫熔池及其背部凡若超過400攝氏度的，就必須通過保護(hù)盒嚴(yán)格保護(hù)焊接熱影響區(qū)。通過焊炬來保護(hù)熔池。保護(hù)盒以銅制品為佳，通入氬氣。氬氣流量以11升每分鐘最佳，這是因?yàn)闅鍤饬髁窟^大會(huì)導(dǎo)致氣體紊亂，使焊接區(qū)進(jìn)入空氣，過小則會(huì)造成氣流剛性較差。氬氣要控制在層流狀態(tài)。焊接結(jié)束后，最好不要馬上移開焊炬，應(yīng)連同保護(hù)盒急冷保護(hù)，焊接接頭冷卻低于400攝氏度后再離開。若焊縫表面有咬邊、弧坑現(xiàn)象，或出現(xiàn)焊肉低于母材表面現(xiàn)象時(shí)，在無氧化污染的情況下可以直接進(jìn)行修補(bǔ)。在未焊透、表面未熔合、表面裂紋等情況下，要打磨缺陷并進(jìn)行焊前清理，然后進(jìn)行補(bǔ)焊，最多返修兩次[5]。

3.焊后檢測(cè)與質(zhì)量控制

每一道焊縫焊接完成后均要完成以下三種焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方式，一是外觀檢查，二是著色探傷，三是X射線探傷。外觀檢查是指通過肉眼對(duì)焊縫表面缺陷及焊接接頭顏色進(jìn)行觀察，一般借助放大鏡，焊接接頭顏色是保護(hù)氣體的保護(hù)效果的判定標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)表面顏色不達(dá)標(biāo)的焊縫部分和熱影響區(qū)，必須要打磨缺陷并進(jìn)行焊前清理，然后進(jìn)行補(bǔ)焊，最多返修兩次。

隨著鈦及鈦合金在化工設(shè)備制造中的廣泛應(yīng)用，保證鈦制化工設(shè)備的壽命、安全性、穩(wěn)定性、實(shí)用性是目前鈦制設(shè)備制造的重要任務(wù)，企業(yè)應(yīng)該對(duì)化工設(shè)備的制造質(zhì)量引起高度重視，其中以焊接質(zhì)量尤為突出。因此，要結(jié)合鈦材的性能和特點(diǎn)，對(duì)鈦材化工設(shè)備制造過程中的每道工序、焊接每一項(xiàng)操作步驟進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]張唯瑋，陸亞東.鈦制設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造[J].化工設(shè)備與管道，2012，03：79-82+86.

[3]潘志強(qiáng)，曹忠良.煤化工設(shè)備質(zhì)量管理及進(jìn)度控制[J].設(shè)備監(jiān)理，2012，03：43-48.

[4]文新民.石油化工設(shè)備制造中的材料質(zhì)量控制[J].化工管理，2013，16：162-163.

[5]車志剛.石油化工設(shè)備制造中的材料質(zhì)量控制[J].石油化工設(shè)備，2011，05：95-98.