鈦制泥漿冷卻器的制造

王麗紅，王菊茹，陳 平

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

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

1 鈦材泥漿冷卻器的結構特點

鈦制泥漿冷卻器的結構并不復雜，與一般的U型管換熱器并無差別，但因其工作介質腐蝕性較強，因此在管程設計上選用了鈦材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爆炸復合而成。殼體部分選用的是 Q345R。TA2的化學成分和力學性能分別見表1、表2。

表1 TA2化學成分（%）

表2 TA2力學性能

2 鈦材的焊接特點

鈦由于液態金屬流動性好，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、氮反應速度較快，因而焊接鈦及其合金時，重點要保護300 ℃以上的區域。在鎢極氬弧焊時，僅僅依靠噴嘴保護是不夠的，要輔以拖罩局部或整體保護方式，否則會造成焊縫吸氧、吸氫、吸氮，從而導致焊縫塑性下降，脆化程度加重。鈦及合金的焊接保護是否正確或合適，可通過焊縫及熱影響區的顏色來檢驗。

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

3 管箱的制造

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

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

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

4 管束的制造

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

（2）制造過程中發現鈦管非常軟，低溫加熱（300～400 ℃）后再進行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）鈦的機械加工應采用較大的進刀量和較低的切削速度，在切削過程中不應停止走刀，應使用足夠的切削潤滑冷卻液，以防止加工表面發熱氧化。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，適當降低管孔表面粗糙度，避免出現毛刺和劃痕，切忌出現縱向劃痕。

5 鈦材的焊接

工業純鈦的焊接主要解決焊縫和熱影響區的表面保護和焊縫中產生氣孔問題。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在空氣潔凈無塵無煙的專用場地進行，場地鋪設橡膠等軟墊。此外還要采取以下措施：

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

（2）保護氣體氬氣選用純度為高于99.99%。

（3）控制保護氣流量，氣流量過小保護不好，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。正式生產前我公司按照JB4745－2002附錄B對鈦材進行了焊接工藝評定，其焊縫經過外觀及射線檢測合格，其拉伸、彎曲結果表明，強度、韌性等機械性能均達到標準要求。

按焊接工藝評定確定的焊接規范焊接此臺鈦材泥漿冷卻器，焊后對鈦焊縫進行外觀檢查，要求不應有咬邊、未焊透、未熔合，并按標準規定判斷其顏色是否合格。顏色檢查合格后再進行100%射線檢測，結果其主體A、B類焊縫一次合格率達到96%，焊接質量非常好。

6 結束語

（1）鈦制泥漿冷卻器的制造，關鍵是要控制好鈦材焊接接頭的質量。選擇適當的焊接材料和合理的焊接規范參數，正確地進行氬氣保護，防止鈦焊縫表面氧化。

（2）對脹接的管子管板結構，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量。