鈦焊管用冷軋鈦帶常見缺陷分析

韓 聰，孔 玢

（湖南湘投金天鈦金屬股份有限公司，湖南 長沙 410205）

鈦及鈦合金具有良好的熱穩定性、比強度高、良好的抗腐蝕性等優勢，近幾十年來，已成為工業上最重要的金屬之一，廣泛應用于苛刻的環境下使用。隨著我國工業技術發展及新技術的引進，管道的腐蝕問題是影響現代工業發展的一個極為嚴重的破壞因素，工礦化工等企業的管道腐蝕所引起跑、冒、滴、漏除影響著正常生產外，還降低了產品質量、污染環境、浪費能源及提高了安全隱患出現的幾率，上述問題的長期存在嚴重阻礙了我國工業化發展進度。用鈦材制成的薄壁焊管憑以強度高、密度小、優異的耐腐蝕性能，作為鋼及不銹鋼、銅合金等管道的替代產品應運而生，用鈦焊管制備的冷凝器、換熱器、輸送管道等在海水淡化、核電、石油化工等領域得到市場的認可。

1 鈦焊管生產基本工藝

1.1 鈦焊管

鈦焊管作為一種相對獨特的鈦管產品形式，是把鈦板或鈦卷帶進行軋制、彎曲成形后采用鎢極惰性氣體保護焊將縫隙焊合而成的一種產品。現在小口徑薄壁鈦焊管（公稱尺寸DN100及以下）已用在各類冷凝器和熱交換器中逐漸替代鈦無縫管作為換熱管的首選材料。

1.2 薄壁鈦焊管生產基本工藝

常用鈦焊管壁厚在0.4mm～1.5mm之間，基本生產工藝流程如下：

鈦帶卷→分條→上卷焊接→彎曲成形→鎢極氬弧焊（★）→冷卻→開口渦流檢測→一次定徑校形→清洗→退火→二次定徑→清洗→渦流探傷→激光測徑→噴碼→剪切

鎢極氬弧焊為鈦焊管生產的關鍵工序，鈦管焊接是利用惰性氣體對焊接區進行有效保護的TiG焊接工藝。由于鈦材具有特殊的物理化學特性，因而其焊接工藝與其它金屬存在較大差異。焊接時必須保證：①焊接區金屬在250℃以上不受活性氣體N，0、H及有害雜質元素C，Fe，Mn等的污染。②不能形成粗晶組織。③不能產生較大的焊接殘余應力和殘余變形。

2 鈦焊管用冷軋鈦帶卷生產工藝

2.1 工藝流程

坯料經熱軋、冷軋、退火后厚度在0.4-2.0mm的鈦帶卷，是作為鈦焊管的常用原材料，常用牌號有TA1、TA2、TA10等，其生產工藝如下：

海綿鈦→制備電極→真空自耗鈦錠→鍛造板坯→加熱→熱軋→退火→拋丸→酸洗→冷軋→脫脂清洗→成品退火→平整→拉矯→入庫、包裝

2.2 關鍵工序對鈦焊管的影響

圖1 冷軋起皺開裂

圖2 開裂處組織

表1 開裂位置元素檢測

（1）真空自耗爐熔煉鈦錠作為源頭最關鍵工序，熔煉過程應避免成分不均勻、冷隔、氣孔等缺陷。成分不均勻致后續冷軋薄帶過程出現線條狀的皺紋、裂口，制成鈦焊管表面穿孔，渦流探傷不合格、打壓測試不合格，影響鈦焊管的使用壽命或報廢。

（2）加熱及熱軋工序將塊狀板坯軋制成薄且長的鈦帶卷，加熱制度影響著熱軋質量；熱軋過程需保證板形、厚差，更要保證表面質量，如表面存在異物壓入、熱劃傷等缺陷，此類缺陷將嚴重影響鈦焊管用帶的質量。

（3）冷軋工序為將熱軋卷加工至薄壁焊管需要的厚度，為焊管料用冷軋鈦帶的關鍵工序之一，其軋制過程除要保證必須的厚度指標要求外，同時保證冷軋成品板形良好，不能產生嚴重中浪、邊浪、四分之一浪等板形缺陷，板形不良會影響鈦焊管原料出現不平直、波浪等，影響焊管焊接質量及外型以外觀；同時冷軋過程需保證表面質量，不能有輥印等缺陷。

（4）成品退火為焊管用鈦帶性能控制關鍵工序，工業純鈦成品退火為再結晶退火，退火溫度控制在再結晶溫度以上100℃左右，500℃～700℃保溫足夠時間即可。溫度過低或時間不夠造成再結晶不能完全形成或再結晶晶粒過小，導致強度過高或塑性不夠，影響焊管的彎曲成型及焊接質量；溫度過高或保溫時間過長導致鈦帶晶粒粗大或組織異常，嚴重會影響所制成焊管的外形及表面。

圖3 正常組織

圖4 異常組織

（5）平整、拉矯工序為冷軋鈦帶的精整工序，主要對焊管用鈦帶做最后的板形調整、性能調整，以保證冷軋鈦帶能更好的滿足焊管的要求。

3 鈦焊管用冷軋鈦帶的常見缺陷分析

由于鈦材生產過程加工、廢料重熔都較為困難，導致鈦材價格昂貴，再加之鈦焊管所應用的行業領域較為尖端一次性投資費用較高、使用環境對鈦焊管的質量要求極高，而影響鈦焊管質量的最直接因素取決于原材料---冷軋鈦帶的質量。以下為影響鈦焊管質量的冷軋鈦帶常見缺陷、產生原因及解決辦法。

3.1 起皺穿孔

產生原因：海綿鈦中雜質或者是熔煉過程異常導致成分和組織不均勻，經大變形軋制后形成裂紋或穿孔。對鈦焊管的影響：制成鈦焊管會造成焊管存在裂紋或孔洞，導致探傷不能通過、打壓測試無法通過或焊管報廢。控制辦法：熔煉過程控制起皺、冷隔、氣孔等缺陷。

3.2 異物壓入

產生原因：熔煉過程異物混入或熱軋、冷軋過程異物壓入鈦帶表面。對鈦焊管的影響：制成焊管后探傷不能通過，影響焊管承壓能力或焊管報廢。控制辦法：避免熔煉、熱軋、冷軋過程異物壓入，如產生異物壓入可進行修磨等處理去除。

3.3 板形不良

產生原因：軋制規程、輥系配置不合理、張力不穩。對鈦焊管的影響：制成焊管后焊管外形或外觀不平整，渦輪探傷無法通過。控制辦法：優化軋制規程、穩定張力，后續通過退火、平整或拉矯等進行板形改善。

3.4 周期性輥印

產生原因：軋制過程、平整過程中工作輥損傷導致。對鈦焊管的影響：造成鈦焊管表面存在周期性凸點影響外觀，嚴重的導致焊管報廢。控制辦法：生產過程加強工作輥質量檢查，如鈦帶表面已產生只能通過改制處理或報廢。

3.5 周期性擦傷

產生原因：生產過程中帶材層與層之間發生錯動或帶材表面與設備等發生摩擦導致表面擦傷。對鈦焊管的影響：制成焊管后導致焊管表面有環狀亮斑，影響外觀、渦輪探傷無法通過導致報廢。控制辦法：生產過程加強表面控制、層與層之間墊紙避免擦傷。

3.6 氧化

產生原因：退火過程中保護氣體氣氛不純或真空度不夠導致鈦帶表面發生氧化。對鈦焊管的影響：邊部氧化對焊接質量造成影響，出現不焊合或焊縫穿孔，導致焊管無法使用報廢。控制辦法：真空設備需進行定期保養維護，防止設備漏氣；保證保護氣體的純度，滿足退火要求。如發生氧化可進行酸洗去除氧化膜或直接將邊部氧化切除。

3.7 邊浪

產生原因：軋制過程板形控制不當、軋制規程不合適。對鈦焊管的影響：邊部不平對焊接造成影響，導致無法焊接或局部焊不合，造成焊管報廢。控制辦法：優化軋制規程、合理控制板形；通過退火、平整、拉矯等精整工序進行板形改善。

3.8 邊部變形

產生原因：帶材邊部受外力撞擊或與設備發生刮擦導致邊部變形。對鈦焊管的影響：邊部不平對焊接造成影響，導致無法焊接或局部焊不合，造成焊管報廢。控制辦法：生產過程加強質量控制，將邊部變形切除。

3.9 邊部毛刺

產生原因：配刀制度不合理、刀盤損壞。對鈦焊管的影響：邊部毛刺對焊接造成影響，導致無法焊接或局部焊不合，造成焊管報廢。控制辦法：根據帶材厚度、材質合理配刀，切邊或分條前檢查刀盤質量。

4 結語

鈦焊管作為新興管材取代傳統不銹鋼、銅合金管材，其一次性投入成本較高，但使用壽命較長，后期維護周期長、費用低。終端客戶對鈦焊管質量要求極高，作為鈦焊管的原材料供應生產廠，保證冷軋鈦帶的質量尤為重要，生產過程尤其注意避免以上缺陷產生。