鈦管內壁劃痕原因分析及處理

楊吉梅

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

鈦管內壁劃痕原因分析及處理

楊吉梅

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

在換熱器制造前對鈦管檢查發現內表面劃痕，為保證產品質量，對劃痕的形態、尺寸進行定性和定量分析，最終從根源上解決問題。

TA1鈦管；劃痕；內窺鏡檢查；金相檢查；超聲波檢查

一、概述

海水冷卻器是利用海水將工藝氣體冷卻，管程介質為海水，殼程介質為苯、甲苯等易爆極度危險工藝氣體。換熱管選取具有很好耐海水腐蝕性能的鈦材。換熱管是換熱器中最重要的部件。應確保質量，以避免發生泄漏，影響生態環境和生命安全。

二、設備簡介

本批海水冷卻器均為列管式換熱器，共需鈦（TA1）換熱管7247根，規格為φ25mm×1.25mm,其中2臺設計技術參數見表1。

表1 其中兩臺換熱器設計技術參數表

三、換熱管內壁劃痕分析

1.內壁缺陷

檢查換熱管外觀時發現部分管內壁軸向直線型劃痕，且劃痕數量較多。按GB/T3625標準要求：管材表面的局部缺陷可予以清除，但清除后不得使外徑和壁厚超出允許的負偏差。管材表面允許有局部不超出外徑和壁厚允許偏差的劃傷、凹坑、凸點和矯直痕跡。

2.質量證明書審查

對到廠的鈦管質證書進行審查，按批進行檢查，每批同一牌號，同一熔煉鋼爐號、同一規格、同一軋制方法、同一交貨狀態和同一熱處理爐批組成。TA1冷軋鈦管，規格φ25mm×1.25mm，退火狀態供貨。對化學成分（GB/T3620.1-1995）、力學性能（GB/ T3625-1995）進行復驗，經審查復驗報告，各項指標均符合標準要求。

3.工藝性能復驗

擴口和壓扁工藝性能按照GB/T3625相關要求進行復核，各項指標均滿足要求。按GB/T3625標準要求擴口尺寸至少為原直徑的120%，按名義尺寸計算擴口后內徑≥27mm，擴口后用放大鏡觀察無裂紋；對于實物測量壓扁方向最大間距＜11.15mm，壓扁后放大鏡觀察試樣完好無裂紋，擴口和壓扁試樣見圖1。

圖1 擴口壓扁試樣

4.尺寸及外觀檢查

經抽查約3%的鈦管（約160根），鈦管名義尺寸φ25mm×1.25mm，厚度偏差為±0.125mm（厚度的±10%），外徑偏差為±0.1mm，端部切斜偏差≤3mm，抽查尺寸均符合GB/T3625標準要求。

管材內外表面清潔，未發現肉眼可見裂紋、折迭，起皮針孔等肉眼可見的缺陷。

5.劃痕分析

（1）宏觀檢查及無損檢測

取一根鈦換熱管切割，并做滲透檢測，劃痕宏觀情況見圖2滲透檢測內壁劃痕顯像。

圖2 滲透檢測內壁劃痕顯像

表2 內窺鏡檢查情況分類表

為了確定劃痕數量的分布、靈敏量嚴重程度，對首批到廠的3210根鈦換熱管進行內窺鏡檢查，按劃痕數量多少劃分為四類，由表2可見，存在表面劃痕的管材占近一半。

對鈦管進行無損檢測復驗，最嚴重的鈦管全部超聲波檢測，次嚴重抽查10%，其他抽查5%，超聲波抽查結果見表3，劃痕嚴重的有超聲波檢查不合格，其他的超聲波檢查均合格。

（2）金相檢查

為了查看劃痕組織變化確定劃痕性質及深度，對劃痕數量不同類別各取樣進行金相檢查，金相試驗結果如下。

①對于劃痕最嚴重的金相檢查，在拋光態下觀察試樣橫截面疑似裂紋為裂紋，裂紋周圍有灰色氧化物存在。裂紋深淺不一，濃度范圍約為：0.1～0.5mm。腐蝕后觀察裂紋形貌，裂紋周圍組織與其它區域無差別。

②次嚴重取兩個試樣，內表面劃痕金相試驗結果如下。

a.1#試樣拋光態下觀察試樣橫截面，多處疑似裂紋有的表面是劃痕，劃痕底部有裂紋擴展，其中最深一條深度為0.25mm，裂紋周圍有氧化物存在。

b.2#試樣拋光下觀察試樣橫截面，多處疑似裂紋有的表面是劃痕，劃痕底部有裂紋擴展，其中最深一條深度為0.13mm，裂紋周圍有氧化物存在。

③少量內共取6個試樣，鋼管內表面劃痕金相試驗結果如下。

拋光態觀察試樣橫截面，多處疑似裂紋是劃痕，最深一條深度為0.08mm。另一個試樣最深一條深度為0.05mm。另外四個試樣多處疑似裂紋是劃痕，最深一條為0.03mm。經金相試驗確定，多處疑似裂紋為表面劃痕。

④無劃痕取兩個試樣，鋼管內表面金相試驗結果如下:拋光態下觀察管材內外表面，均未發現裂紋。

四、分析

根據以上檢驗結果和對鋼管制造廠工藝進行調研分析，此鈦換熱管內表面劃痕是鈦管在軋制時，由于軋制造商的芯棒表面不光滑（粘鋼）而產生，經幾道軋制后形成機械劃傷，嚴重的形成微裂紋。對于嚴重和次嚴重劃痕的鈦管，劃痕的深度超過換熱管厚度負偏差0.125mm。

鈦換熱管的內壁劃痕及鈦材本身的脆斷性，直接影響后續的貼脹，在貼脹過程中易在很小的脹接壓力下便發生了脹裂的情況。

五、處理意見及實施措施

第一，表面劃痕內窺鏡檢查最嚴重、次嚴重的鈦換熱管判定不合格產品，全部退回。

第二，表面劃痕內窺鏡檢查少量劃痕及無劃痕判定符合鈦管驗收標準要求的鈦管，讓步接收，建議用戶在使用該批鈦換熱管的設備時縮短該設備檢修周期，減少該設備預計使用壽命，加強該批設備監控。

第三，對于未發貨的鈦管，鈦換熱管廠家改進制造工藝，在軋管中間采用鏜孔方式去除內表面劃痕或微裂紋，保證其光滑無毛刺。在鈦管制造廠逐根進行100%超聲檢測，換熱器廠無損檢測技術人員到鈦管廠監督檢查超聲波檢測過程，合格后，內窺鏡檢查，沒有劃痕的管材發貨，少量劃痕的管材備用。

六、結語

鈦換熱管內壁劃痕雖不易察覺，但經檢查可知深度超過厚度負偏差，造成局部管壁厚度減薄,因鈦材的脆斷性，易在脹管時因微小裂紋而擴展脹裂，因此在制造前要對鈦管的內壁進行嚴格檢查。鈦換熱管制造過程中注意控制超聲波檢測報警缺陷尺寸，防止漏檢。

本批換熱器在鈦管質量控制和設備組焊過程控制，制造后經水壓試驗、氣密性檢查氨滲漏檢查合格。在投入使用后，跟蹤使用狀況，評價良好，未發生鈦管內漏或滲漏現象。

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