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壓力容器特材應(yīng)用簡介 鈦和鈦合金 一 鈦和鈦合金 特點 比重小 比強(qiáng)度高 耐腐蝕性能好應(yīng)用 行業(yè) 石油化工 制藥 制鹽 合成化工 航空 冶金 電子 設(shè)備 塔器 反應(yīng)釜 攪拌器 過濾器 各種型式的換熱器 固定管板式 U型管式 盤管 板式 螺旋板式等 泵和閥 國內(nèi)鈦設(shè)備應(yīng)用 鈦及鈦合金常用牌號 鈦及鈦合金常用標(biāo)準(zhǔn)GB T6611 1986 鈦及鈦合金術(shù)語 GB T3620 2 1994 鈦及鈦合金加工產(chǎn)品化學(xué)成份及成分偏差 GB T3621 1994 鈦及鈦合金板材 GB T3624 1995 鈦及鈦合金管 GB T3625 1995 熱交換器及冷凝器用鈦及鈦合金管 GB T2965 1996 鈦及鈦合金棒材 GB T16598 1996 鈦及鈦合金餅和環(huán) GB T3622 1999 鈦及鈦合金帶 箔材 GB T6612 1986 重要用途的TA9鈦合金板材 GB T6613 1986 重要用途的TC4鈦合金板材 GB T2966 1996 優(yōu)質(zhì)TC4鈦合金棒材 JB T4745 2002鈦設(shè)備制作標(biāo)準(zhǔn) 鈦制焊接容器 注 數(shù)表示在過去幾年壓力容器制作中的使用頻率 鈦及鈦合金化學(xué)性能 鈦是第22號元素 化學(xué)符號為Ti 在地殼中的儲量占第九位 在結(jié)構(gòu)金屬中僅次于鋁 鐵和鎂 但因其活性高 難分離 產(chǎn)量卻偏低 在結(jié)構(gòu)金屬中次于鐵 鋁 銅 鋅 鉛 鎳 鎂 鉻 錫而占第十位 鈦的化學(xué)性質(zhì)活潑 在大氣中室溫時比較穩(wěn)定 在200 300 以上按拋物線規(guī)律與氧化合生成致密的氧化保護(hù)膜 在250 左右開始吸氫 當(dāng)溫度超過400 時 開始與氧 氮 氫發(fā)生反應(yīng) 溫度達(dá)到600 時發(fā)生劇烈氧化 氮化和吸氫 高于1000 開始與碳化合 鈦與氫氣的反應(yīng) 就是吸氫 又叫氫脆 會使鈦塑性嚴(yán)重下降 鈦與氧氣的反應(yīng) 200 300 可生成氧化膜 600 以上 開始劇烈反應(yīng) 鈦的氧化物分類 溫度及相應(yīng)顏色見下表 其中銀白與金黃是合格產(chǎn)品 400 鈦與氮氣反應(yīng) 600 加劇 使塑性降低 1000 鈦才與C反應(yīng) 高溫下 鈦也會與鐵發(fā)生反應(yīng) Ti Fe TiFe TiFe2鈦與鐵反應(yīng)的危害 形成針形馬氏體 分布在晶間 塑性降低 為鈦吸氫創(chuàng)造條件 降低了鈦的抗腐蝕性 鈦及鈦合金物理性能 1 鈦的比重小 4 51g cm3 僅為鋼的60 左右 2 鈦的彈性模量低 TA2在常溫下為113000MPa 僅為鋼的50 左右 3 鈦的導(dǎo)熱系數(shù)小 常溫下TA2為0 0407 是低碳鋼的1 4 與不銹鋼相當(dāng) 4 鈦的線膨脹系數(shù)小 常溫下TA2為8 6x10 6 約為低碳鋼的74 奧氏體不銹鋼的50 5 鈦的熔點比碳鋼和不銹鋼略高 常溫下TA2為1660 鋼約為1500 6 鈦的比熱和比電阻與奧氏體不銹鋼相近 無磁性 鈦材物理性能與溫度的關(guān)系 鈦及鈦合金機(jī)械性能 1 工業(yè)純鈦一般在退火狀態(tài)下使用 工藝為680 700 保溫0 5 2小時 空冷 2 工業(yè)純鈦沒有明顯的屈服點 回彈大 屈強(qiáng)比高 脹管率低 3 工業(yè)純鈦抗拉強(qiáng)度和變形速率有很大關(guān)系 即鈦對拉伸試驗時的拉伸速度敏感性很大 拉伸速度提高時 抗拉強(qiáng)度上升 延伸率及斷面收縮率下降 4 工業(yè)純鈦的沖擊韌性與材料所含氫 氧 氮等雜質(zhì)有很大關(guān)系 我國材料標(biāo)準(zhǔn)中不考核鈦材的沖擊韌性 5 鈦的塑性與溫度的關(guān)系見表 6 工業(yè)純鈦在常溫下也有蠕變現(xiàn)象 即長期在應(yīng)力作用下會發(fā)生永久性變形 7 工業(yè)純鈦具有較高的疲勞強(qiáng)度 它在空氣中的疲勞強(qiáng)度適用于海水等腐蝕介質(zhì)中 而鋼的疲勞壽命在海水中比空氣中要減少50 左右 8 工業(yè)純鈦唯一的熱處理就是退火 不能用調(diào)質(zhì)等熱處理提高它的機(jī)械強(qiáng)度 9 鈦合金中Ti 0 2Pd TA9 與Ti 0 3Mo 0 8Ni TA10 的機(jī)械性能與工業(yè)純鈦相近 10 Ti 6AL 4V TC4 合金含有6 Al和4 V 提高了合金的熱強(qiáng)性能 可在高溫高強(qiáng)度場合下使用 TC4合金可進(jìn)行固熔 時效強(qiáng)化熱處理 但當(dāng)前國內(nèi)主要是在退火狀態(tài)下使用 鈦及鈦合金耐腐蝕性能 1 對中性 氧化性 弱還原性介質(zhì)耐腐蝕 如淡水 海水 濕氯氣 硝酸 醋酸等 2 對強(qiáng)還原性和無水強(qiáng)氧化性等介質(zhì)不耐腐蝕 如發(fā)煙硝酸 氫氟酸 濃度大于3 的鹽酸 干氯氣等 3 工業(yè)純鈦耐應(yīng)力腐蝕性能極好 只在有限的幾種強(qiáng)氧化劑和含鹵素元素的介質(zhì)中才產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕 如發(fā)煙硝酸 某些甲醇溶液或鹽酸溶液 高溫 260 次氯酸鹽 溫度為300 450 的熔鹽或含鹽 NaCl 氣氛 正已烷 二硫化碳及干氯氣等 4 工業(yè)純鈦耐縫隙腐蝕性能較差 但Ti 0 2Pd TA9 合金耐縫隙腐蝕性能良好 常用于易產(chǎn)生縫隙腐蝕的介質(zhì)和部位 Ti 0 2Pd常用與中等濃度硫酸 鹽酸和磷酸中 也常用于許多還原性介質(zhì)和含氯介質(zhì)中 如氯化鋁 氯化鈣 檸檬酸 甲酸和草酸 5 Ti 0 3Mo 0 8Ni TA10 合金耐縫隙腐蝕及還原性介質(zhì)能力 低于Ti 0 2Pd 但好于工業(yè)純鈦 因價格較低 常用來代替Ti 0 2Pd Ti 0 3Mo 0 8Ni合金耐氧化性介質(zhì)的能力卻比工業(yè)純鈦和Ti 0 2Pd都要好得多 因此常用于較高濃度硝酸溶液中 Ti 0 3Mo 0 8Ni在王水和有機(jī)酸溶液中的耐腐蝕性也可與Ti 0 2Pd匹敵 甚至更好 6 鈦及鈦合金表現(xiàn)優(yōu)異的典型介質(zhì) 自來水和蒸餾水 400 以下的水蒸汽 海水 鈦在海水中的耐蝕性比其它任何合金包括各種銅鎳合金都要好得多 硝酸 沸點以下的水溶液 Ti 0 3Mo 0 8Ni更好 不用于發(fā)煙硝酸 濃度小于4 的室溫硫酸 更高溫度和濃度可用Ti 0 2Pd 60 以下 濃度小于3 的鹽酸 更高溫度和濃度可用Ti 0 2Pd 35 以下 濃度小于20 的磷酸 更高溫度和濃度可用Ti 0 2Pd 硝酸與鹽酸和硫酸的混合酸 遠(yuǎn)優(yōu)于鹽酸和硫酸 其它無機(jī)酸 如硼酸 鉻酸 氫溴酸 氫碘酸 亞硫酸 濕氯氣 濕溴氣 濕碘氣及不含HF的氣態(tài)氟和氯化物 不耐干氯氣 干溴氣 干碘氣及液氟 堿性溶液 但不耐 93 的氫氧化鈉和50 以上的氫氧化鉀溶液 各種高溫高濃度的無機(jī)鹽溶液 僅硫酸氫鈉除外 各種有機(jī)化合物 含尿素 甲銨溶液 僅不包括高溫的三氯醋酸 但甲酸 草酸和檸檬酸要用Ti 0 2Pd或Ti 0 3Mo 0 8Ni 800 以下的液態(tài)金屬 如鎵 鉛 鋰 鎂 汞 鉀 鈉 錫 鋅 鉍及其合金 大氣和濕二氧化硫 干二氧化硫更好 鈦及鈦合金的機(jī)械加工 1 切割加工受壓元件材料的標(biāo)記移植 不應(yīng)在鈦材和鈦鋼復(fù)合板的耐腐蝕面采用硬印作為標(biāo)記 確認(rèn)標(biāo)記可采用不溶于水的 不含金屬顏料的 無硫 無氯的墨水書寫 在鈦材上劃線應(yīng)盡量采用金屬鉛筆 只有在以后的加工工序中能去除的部分才允許打沖眼 鈦鋼復(fù)合板的劃線應(yīng)在基層鋼板上進(jìn)行 鈦材搬運和加工過程中應(yīng)用軟質(zhì)材料包和墊 防止鈦材表面劃傷 鈦材的切割和坡口加工一般應(yīng)采用機(jī)械方法 鈦鋼復(fù)合板在剪切時應(yīng)將鋼基層朝下 注意防止分層 厚度較大或形狀不規(guī)則時也允許用火焰切割或等離子切割 此時應(yīng)避免火花濺落在鈦材表面 且切割邊緣和坡口仍應(yīng)用機(jī)械方法加工和去除污染層 采用火焰切割鈦材時 速度要比鋼板快4 5倍 對小于20mm厚的鈦板 其污染深度可達(dá)1 5 2mm以上 必須用機(jī)械方法去除 因此機(jī)加余量不得小于5mm 剪切有色材料時 必須十分注意材料表面保護(hù) 要先檢查和修整剪板機(jī)的臺面及壓緊柱腳 使其達(dá)到平整 光滑 無硬粒 防止有色材料表面壓傷 焊接坡口表面不應(yīng)有裂紋 分層 夾雜及影響焊接質(zhì)量的其它缺陷 2 彎曲加工鈦的塑性具有方向性 彎曲時 彎曲軸線應(yīng)垂直于軋制方向 圓筒與殼體的卷制一般采用冷卷 當(dāng)筒體直徑小于50倍壁厚時 應(yīng)采用熱卷或卷后熱處理 對于直徑較小而卷板機(jī)不好卷制的圓筒可采用折彎機(jī)折制的方法 目前市場上 108以下有無縫管 不須卷制 卷板機(jī)滾筒或折彎機(jī)折刀表面應(yīng)清理干凈 在卷曲或折制時宜在鈦板表面墊上一層薄的鍍鋅鐵板 不銹鋼板或塑料薄膜 以保護(hù)鈦板表面 卷制復(fù)合板時不應(yīng)在同一區(qū)域往復(fù)成形 在卷制彎曲半徑較小的鈦鋼復(fù)合板圓筒時 一次壓下量不宜過大 以防止復(fù)層剝離 殼體 封頭 接管上的翻邊應(yīng)盡量加熱到300 C 400 C時進(jìn)行 翻邊不應(yīng)出現(xiàn)裂口 拉痕 劃傷 縮頸等缺陷 管子的彎曲可在冷態(tài)或熱態(tài)下進(jìn)行 彎管表面不應(yīng)有裂紋和超過壁厚公差的劃傷 凹痕和其它缺陷 彎管外圓弧的壁厚減薄量不應(yīng)超過17 的名義壁厚 管子彎曲時 必須注意采用防扁 防皺折措施 用直徑不大于2mm的石英砂或黃砂作填料裝入管內(nèi)作為芯軸 彎管時一定要使用干砂 并將管內(nèi)的砂子夯實封牢 用帶槽滾輪彎管時 要檢查滾輪槽口的匹配和滾輪的表面是否光滑 有無碰傷 棱角 硬顆粒和毛刺 因鈦對變形速度敏感 彎曲要慢 因鈦的屈強(qiáng)比高 曲彈比大 彎曲時要考慮回彈量且最小彎曲半徑必須滿足如下要求 管子外徑D最小彎曲半徑rD 10S S為管子壁厚 r 1 2DD 25Sr 2DD 50Sr 2 75DD 66Sr 3 2D熱彎鈦型材 含管材 加熱溫度根據(jù)工件大小而定 一般取170 C 350 C以內(nèi) 如果彎曲較大的工件 工業(yè)純鈦加熱溫度可定為500 C 650 C 鈦合金采用550 C 750 C 但表面必須涂保護(hù)層 加熱時間不宜過長 乙炔氣 電爐 煤氣爐 酒精噴燈 高頻 中頻感應(yīng)加熱均可 3 沖壓加工鈦材的缺陷敏感性高 在沖壓加工前必須檢查材料表面質(zhì)量 若有劃傷 小孔 微裂紋 一定要預(yù)先處理掉 以免在成形的進(jìn)程中產(chǎn)生裂紋 因鈦材塑性小 回彈大 冷沖壓成形只用于薄壁 變形量小 彎曲半徑大 尺寸精度要求不高的工件 當(dāng)壓制變形量大的工件時 應(yīng)分段多次壓制并進(jìn)行中間退火 工業(yè)純鈦600 C 650 C可以恢復(fù)原來的塑性 鈦材冷加工硬化傾向較大 為消除壓制成形后的殘余應(yīng)力 可以進(jìn)行最終退火 但由于鈦材在加溫到400 C以上時 很容易與空氣中的氣體 氧 氮 氫 起反應(yīng) 使鈦材被污染而降低其塑性 因而要慎選熱處理工藝參數(shù) 對形狀復(fù)雜 變形量大的工件 可采用在低溫下 200 C 350 C 熱態(tài)多次沖壓成形 變形量每次可達(dá)40 板料較厚 強(qiáng)度較高 變形量大 要求精度較精確時 可在高溫下成形 加熱溫度可提高到600 C 800 C 對于需加熱到600 C以上熱成形的鈦工件表面應(yīng)采用耐高溫涂料或其它高溫防護(hù)措施 以防止表面氧化污染 熱成形溫度在500 C以下時可不用表面高溫防護(hù) 熱成形溫度為500 C 600 C時 表面是否需高溫防護(hù)視具體情況定 加熱爐應(yīng)保持微氧化性氣氛 熱沖壓鈦封頭 鈦鋼復(fù)合板封頭 鈦表面應(yīng)涂以高溫保護(hù)劑加熱 陰模陽模表面氧化皮必須清理干凈 達(dá)到基本光滑并嚴(yán)格控制壓制溫度和壓延速度 4 鍛造加工鈦和鈦合金鍛造的主要特性是變形抗力大 鍛造溫度范圍窄和缺陷敏感性高 對鈦材加熱一般采用煤氣爐 電爐 感應(yīng)爐 當(dāng)用煤氣爐加熱時 火焰不能直接噴射到金屬表面上 最好用罩子覆蓋 否則金屬會被污染 鈦的鍛造溫度一般控制在800 C 1200 C 溫度不宜過高 加熱時間不宜過長 但須熱透 否則就會被氣體污染 吸氫 氧 使晶粒粗大而影響鍛件質(zhì)量 鈦和鈦合金的鐓粗 坯料相對高度 H D 應(yīng)小于3 最好2 0 2 5 其余鍛造中的基本工序如拔長 沖孔 擴(kuò)孔 芯軸拔長 錯移 扭轉(zhuǎn) 切割 彎曲以及鍛造比的計算和碳鋼鍛造操作基本相同 鈦和鈦合金的鍛造溫度參考數(shù)據(jù)見下表 5 脹接加工脹接廣泛用于管板與換熱管的結(jié)合 脹接的方法有二種 一種是柔性脹接 包括橡膠脹 液袋脹 液壓脹幾種 一種是機(jī)械脹接 有手動脹 風(fēng)動脹 液動脹和電動脹幾種 每種脹接方法又有貼脹和強(qiáng)度脹之分 貼脹管板孔內(nèi)表面可不開槽 強(qiáng)度脹管板內(nèi)表面開矩形槽 鈦管與鈦板脹接效果很好 接頭強(qiáng)度很高 但鈦管與鋼板脹接時效果較差 因為鈦與鋼的膨脹系數(shù)幾乎差一倍 溫度升高后強(qiáng)度會減弱 由于鈦對變形速率敏感性高 為避免脹接產(chǎn)生裂紋 應(yīng)以慢速進(jìn)行 柔性脹接比機(jī)械脹接更適用于鈦管 脹接時脹管器的安裝位置必須垂直于管板平面 脹管頭放置位置恰當(dāng) 不應(yīng)偏斜 管孔內(nèi)開槽可以增加拉脫力 管孔光潔可以增加密封性能 但有降低拉脫力的傾向 一般管孔粗糙度應(yīng)控制在Ra6 3左右 連接部位的換熱管和管板孔表面應(yīng)清理干凈 不應(yīng)留有影響脹接質(zhì)量的毛刺 鐵屑 銹斑 油污等 脹接連接時 其脹接長度 不應(yīng)伸到管板背面 殼程側(cè) 換熱管脹接部分與非脹接部分應(yīng)圓滑過渡 不應(yīng)有急劇的棱角 沒有經(jīng)驗時應(yīng)先進(jìn)行試脹 以確定合適的脹管壓力 過脹會造成管子開裂 因欠脹而進(jìn)行多次脹接 也會造成加工硬化使管子開裂 6 組對 裝配鈦制零件精度不高 互換性差 裝配時需進(jìn)行選配和調(diào)整 裝配過程中 常伴有大量焊接 應(yīng)掌握焊接應(yīng)力和變形情況 裝配時采取適當(dāng)措施 防止或減少焊后變形和焊后矯正工作 鈦制品在組對前 應(yīng)對其內(nèi)表面或內(nèi)件進(jìn)行清除鐵污染處理 組對中 對有可能再次被污染的工序要做好防護(hù)措施 吊裝鈦等有色金屬材料時應(yīng)采用軟繩 不允許采用鋼絲繩 有色金屬筒體縱縫和環(huán)縫裝配應(yīng)用與筒體相同的材料制作斜楔或 廠 形件 不準(zhǔn)使用鐵制作 不許用鐵器直接敲打有色金屬表面 防止產(chǎn)生鐵離子污染 在組裝過程中要注意保護(hù)有色金屬表面和設(shè)備法蘭密封面 防止產(chǎn)生拉毛和碰傷 組對時要參考設(shè)備管口方位圖 盡量避免接管開到焊縫上 容器上凡被補強(qiáng)圈 支座 墊板等其它零部件覆蓋的焊縫 均應(yīng)打磨到母材平齊 修磨拋光有色制品外表面局部缺陷時 打磨方向應(yīng)保持與母材的加工方向一致 軋制方向或切削方向 不準(zhǔn)許任意交叉打磨 拋光 對于鈦容器耐腐蝕表面的局部傷痕 刻槽等缺陷應(yīng)予修磨 修磨范圍的斜度至少為1 3 修磨的深度應(yīng)不大于該部位鈦材厚度的5 對于壓力容器 或10 對于常壓容器 且均不大于2mm 否則應(yīng)予焊補 管板 折流板應(yīng)全部清除毛刺 銳角倒鈍 筒體內(nèi)部清理干凈后方可組對 對管子 管板和折流板要進(jìn)行去油 脫脂 清洗干凈后方可穿管 穿管時 操作人員應(yīng)穿干凈的工作服 戴干凈的白手套 工作場地周圍不得進(jìn)行打磨及有粉塵的作業(yè) 拉桿上螺母應(yīng)擰緊 以免在裝入或抽出管束時因折流板竄動而損傷換熱管 穿管時不應(yīng)強(qiáng)行敲打 更不能用鐵錘敲 換熱管表面不得出現(xiàn)凹癟或劃傷 除換熱管與管板間以焊接聯(lián)接外 其它任何零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊 7 酸洗鈦表面氧化層厚度 從顏色上大體可分為銀白 金黃 蘭 紫和灰色 其中蘭色和紫色可直接酸洗清除 灰色須經(jīng)噴砂或用布砂輪輕拋 破碎其氧化皮 即破磷 使其呈現(xiàn)銀灰色后方可酸洗 焊縫呈灰色應(yīng)視為不合格 鈦材酸洗液的主要成分為 5 氫氟酸 35 硝酸和60 水 硝酸的作用是除去金屬表面的油垢及緩蝕作用 氫氟酸是調(diào)節(jié)反應(yīng)速度 氫氟酸少 反應(yīng)速度慢 過量 在反應(yīng)速度加快的同時表面會出現(xiàn)微弱的腐蝕 可根據(jù)鈦表面的氧化程度調(diào)整配制比例 但應(yīng)保持硝酸與氫氟酸的含量比大于5 酸洗液溫度宜 50 C 酸洗時間3 10分種 酸洗操作 酸洗 熱水沖洗 冷水沖洗 烘干 酸洗過程中攪動 可以加快酸洗的速度 酸洗時應(yīng)注意觀察表面情況 防止過酸洗現(xiàn)象產(chǎn)生 8 切削加工鈦的切削加工要求要低速 小進(jìn)刀量 切削速度比鋼低25 50 最好有潤滑劑 因鈦散熱慢 攻絲時比較困難 要把底孔放大 機(jī)械攻絲時速度要慢 因為鈦的氧化層比較硬 切削加工時要求第一刀進(jìn)刀要深一些 鈦材工件加工更容易變形 注意控制 切削加工中途不要停刀 刀具要鋒利 不然容易造成加工硬化 用高速鋼和碳化鎢合金刀具加工 可獲得良好的切削性能 車削鈦和鈦合金時 要用活頂尖 不能用死頂尖 避免磨擦粘結(jié) 攻絲時 如果絲錐折斷 可用硝酸清除 因為硝酸能溶解鋼而不溶解鈦 8 焊接加工采用氬弧焊對接板材時 厚度3mm以上須開坡口 坡口一般為60 70 鈍邊0 5 1 可用刨 銑 磨等方法加工坡口 并嚴(yán)格控制尺寸 鈦板使用氣割方法下料時 必須用機(jī)械方法去除斷面污染層 鈦有良好的可焊性 但只要有小量有害雜質(zhì)的污染 就會嚴(yán)重影響焊縫的質(zhì)量 所以必須做好焊前清理和焊中的防護(hù) 清理范圍為焊縫兩側(cè) 20mm 首先用汽油或丙酮等無殘渣溶劑清除油脂 再用酸洗或拋光法去除氧化膜 當(dāng)氧化膜為灰黑色時 必須用拋光等機(jī)械法或堿洗法清除后再酸洗 焊接前焊道要保持清潔 干燥 清理后不宜久放 嚴(yán)禁用鐵器敲打焊口 氫對鈦的焊縫危害及大 必須用含氫量低的或經(jīng)除氫處理的焊絲 焊接保護(hù)用氬氣的純度不得低于99 99 為防熱影響區(qū)過大 應(yīng)盡量采用較小的電流和較快的速度進(jìn)行焊接 管子與管板的焊接必須對稱進(jìn)行 否則 管板容易受熱變形 1 按照焊接工藝規(guī)程 采用規(guī)定的坡口型式及尺寸 施焊過程中控制較小線能量 以防止焊接接頭附近的鈦復(fù)層因焊接熱量過高而降低結(jié)合強(qiáng)度 2 鋼基層焊接完畢后 按照 壓力容器質(zhì)量手冊 有關(guān)要求 施焊人員在規(guī)定部位打上焊工代號鋼印 并由檢驗員對焊縫的外觀 成形等進(jìn)行檢驗 3 焊縫外觀檢驗合格后 按照設(shè)計圖樣規(guī)定進(jìn)行射線探傷 并按JB4730 壓力容器無損檢測 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗收 4 鋼基層A B類焊接接頭施焊成型且RT檢驗合格后 磨平內(nèi)側(cè)焊縫余高與母材平齊 0 0 5mm 并根據(jù)圖樣規(guī)定設(shè)置相應(yīng)的檢漏嘴5 壓力容器設(shè)備的殼體鋼焊縫按GB150必須加帶產(chǎn)品試板 6 筒體和封頭拼焊時 禁止強(qiáng)力組對 以防過大焊接應(yīng)力存在 封頭拼焊時 應(yīng)注意焊接順序 以防焊接變形 9 復(fù)合板基層焊接質(zhì)量控制要點 1 焊前清理 對接頭兩側(cè)的復(fù)層貼條區(qū)域 各60mm 進(jìn)行拋光 清洗處理 2 根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點 結(jié)合我公司制造有色金屬設(shè)備成熟專有技術(shù)及質(zhì)控要點 復(fù)層貼條型式設(shè)計采用如圖1結(jié)構(gòu)型式 3 貼條寬度按凹槽實際尺寸下料 控制裝配間隙 0 0 5mm 工裝壓緊后定位點焊 貼條與復(fù)材間采用自熔及填絲焊接 熔深 2 3 n 4 墊條裝配 根據(jù)槽寬尺寸 在槽內(nèi)加入墊條 并定位點固 5 貼條裝配 采用工裝卡具將貼條壓緊貼實 再次用丙酮進(jìn)行嚴(yán)格清理并點固 同時對焊絲進(jìn)行清理 6 A B類焊縫貼條T型接頭處加蓋合適尺寸的加強(qiáng)板 10 復(fù)合板復(fù)層焊接質(zhì)量控制要點 1 焊接工藝 根據(jù)WPS和PQR 選擇TIG 兩層施焊 第一層自熔 保證焊透 第二層填絲焊 保證結(jié)合強(qiáng)度 嚴(yán)格控制層間溫度 2 焊接保護(hù) 焊接過程中 正 背面嚴(yán)格氬氣保護(hù) 氬氣純度大于99 99 3 施焊環(huán)境 操作人員必須穿戴干凈的勞保用品 鞋套 手套 帽子 焊接區(qū)域相對獨立 空氣潔凈 無塵 無煙 風(fēng)速小于1 5m s 相對濕度小于60 溫度不低于5 4 T型接頭貼條質(zhì)量控制要點 對于縱 環(huán)焊縫貼條T型交接處 為了保證焊接密封性 對T型接頭處覆蓋加強(qiáng)板如圖 檢漏嘴設(shè)置在距T型縫50 100mm范圍內(nèi) 11 焊接質(zhì)量保證措施 5 復(fù)合板殼體與接管接頭型式如圖 此類角接頭焊縫坡口型式嚴(yán)格按圖樣或工藝執(zhí)行 對稱施焊 保證焊透 貼條及加強(qiáng)板焊后分別進(jìn)行外觀檢驗 著色探傷檢驗以及氣密性檢漏試驗 6 復(fù)合板設(shè)備法蘭與接管接頭型式如圖 Inconel600合金材料簡介 Inconel600材料主要特性 Inconel600合金是一種Ni Cr合金 可以使用在從低溫到1093 的溫度范圍內(nèi) Inconel600合金可以使用在廣泛的腐蝕環(huán)境下 高的鎳含量讓600合金對還原性環(huán)境有一定的耐蝕性能 同時鉻的加入讓600合金對弱氧化性環(huán)境有一定的耐蝕性能 由于鎳含量相當(dāng)高 所以600合金對氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂有優(yōu)異的耐蝕性能 Inconel600材料物理性能 密度 8 42g cm3比熱 0 100 460J kg k磁導(dǎo)率 1 02 Inconel600材料力學(xué)性能 屈服強(qiáng)度0 2 MPa 255抗拉強(qiáng)度 MPa 640延伸率 s 45 Inconel600材料化學(xué)成分 如下表 Inconel600材料產(chǎn)品形式及標(biāo)準(zhǔn) 600合金的產(chǎn)品形式主要有板材 帶材 供貨狀態(tài)主要是退火狀態(tài) 薄板和帶材也可以以正火狀態(tài)供貨 Inconel600材料耐蝕性能及應(yīng)用 600合金的高鎳含量讓它對中等強(qiáng)度的還原性環(huán)境有良好的耐蝕性能 同時對氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂有也良好的耐蝕性能 600合金可以使用在中性和堿性的鹽溶液中不會有腐蝕情況發(fā)生 600合金對蒸汽和蒸汽 空氣 碳的氧化物的混合氣體有抵抗力 但在含有硫的高溫氣體環(huán)境中則會腐蝕 600合金在高溫時對碳化有極佳的抵抗力 且對氧化有良好的抵抗 所以長期以來此合金被用于熱處理工業(yè)上 在中等高溫時對脫水Cl2和HCl氣體有良好的抵抗性 600合金在堿液濃縮過程中耐熱應(yīng)力腐蝕性能 Inconel600材料加工特性 600合金的冷成形性能非常好 可以使用多種加工方式對600合金進(jìn)行大規(guī)模的變形操作 加工硬化傾向比不銹鋼低 600合金的切削工具必須選擇適當(dāng)?shù)慕嵌燃巴庑纬叽?600合金焊接性能良好 且可以與碳鋼材料焊接 600合金適宜采用惰性氣體保護(hù)焊 焊材選用ERNiCr 3 鋯及鋯設(shè)備制造 鋯材的主要特性鋯是一種活性金屬 很容易產(chǎn)生氧化反應(yīng) 如在室溫下就能和空氣里的氧起反應(yīng) 形成一層氧化物保護(hù)膜 這層保護(hù)膜給了鋯和鋯合金最好的防腐能力 鋯對還原性環(huán)境的耐蝕性非常好 對大多數(shù)酸的抗蝕能力優(yōu)良 其中對小于10 的沸騰硫酸有良好的耐蝕性能 對10 40 的硫酸可適用至100 對50 60 的硫酸可適用至60 對70 80 的硫酸可適用至35 只在氫氟酸 濃硫酸 王水等介質(zhì)中腐蝕嚴(yán)重 鋯對氧化性環(huán)境如硝酸 鉻酸也有良好的耐蝕性 但如含有氯化物 如FeCl3 CuCl2 則腐蝕激增 在含有Fe3 和Cu2 的環(huán)境還會產(chǎn)生孔蝕 對堿液 熔堿 鹽液的耐蝕性能優(yōu)良 但不耐濕氯 在化學(xué)工業(yè)中主要應(yīng)用于鹽酸 熔堿 醋酸等行業(yè) 鋯合金即使在低溫下也有良好的延展性 以及與其它工程合金相仿的強(qiáng)度 沒有從可塑到脆化的傾向 國內(nèi)鋯材生產(chǎn)情況鋯最初用于核工業(yè) 由于具有極優(yōu)良的耐腐蝕性能 隨著工業(yè)的發(fā)展 在石油 化學(xué) 環(huán)保等行業(yè)得到了應(yīng)用 目前國內(nèi)化工設(shè)備所使用的鋯材多數(shù)需要進(jìn)口 雖然 國內(nèi)寶雞902廠有鋯材供應(yīng) 但由于是原子能級用鋯 其純度 價格 強(qiáng)度等均不同于國外材料 使用不經(jīng)濟(jì) 此外還存在板幅小 材料品種不全等問題 國外鋯材生產(chǎn)情況以西歐和美國為代表 擁有生產(chǎn)各種規(guī)格鋯及鋯復(fù)合板材料的能力 同時 在材料加工方面也處于領(lǐng)先地位 工業(yè)純鋯及鋯復(fù)合板等特材設(shè)備的制造 在國外已有多年的歷史 英國BP公司 美國NOOTER公司在特材制造方面均有較為成熟的經(jīng)驗 尤其在冷熱加工及焊接工藝方面 這些國外公司出于自身的商業(yè)利益 對我國一直進(jìn)行技術(shù)壟斷和技術(shù)封鎖 鋯材的化學(xué)成分鋯合金的鋯 鉿總含量達(dá)95 5 到99 2 其中鉿的含量最高可以達(dá)到4 5 非核用鋯合金分為兩個級別 Zr702和Zr705 這兩種級別的材料都具有優(yōu)良的防腐蝕性能 只在物理性能和機(jī)械性能方面稍有不同 Zr702是商用材料 Zr705則是鋯和鈮的合金 以增強(qiáng)其強(qiáng)度和改善其模鍛的性能 鋯材 Zr702 的物理性質(zhì)熔點 1852 比熱 0 2847KJ導(dǎo)熱系數(shù) 22W m K熱膨脹系數(shù) 5 810 6 C 38 彈性模量 99 2Gpa 室溫 泊松比 0 35 室溫 比重 6 51g cm3 20 國內(nèi)鋯材應(yīng)用情況鋯在很多環(huán)境下比不銹鋼 鎳基合金及鈦具有更優(yōu)異的耐腐蝕性 力學(xué)性能和工藝性能也很適宜制造各類化工容器 隨著國內(nèi)化工行業(yè)的發(fā)展 許多強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的設(shè)備正越來越多地采用鋯材 大大地提高設(shè)備的壽命和可靠性 取得很好的經(jīng)濟(jì)效益 目前 國內(nèi)已有幾十家化工廠使用了鋯設(shè)備 硫酸鈦白 過氧化氫 醋酸 農(nóng)藥等工藝設(shè)備采用鋯材均已取得良好效果 鋯材焊接特點鋯具有熔點高 熱容量小 導(dǎo)熱系數(shù)小等特點 特別是鋯在高溫下的化學(xué)性質(zhì)活潑 鋯比鈦對氧 氫等氣體的親和力更強(qiáng) 焊接溶池和冷卻中的焊縫必須嚴(yán)密地置于惰性氣體的保護(hù)之下 而且保護(hù)氣體純度和表面清理好壞直接影響了鋯材的焊接質(zhì)量 因此 鋯及其復(fù)合板焊接難度大 技術(shù)要求高 鋯材焊接注意點坡口加工采用機(jī)械方法 型式和尺寸在滿足好操作的情況下 適應(yīng)盡量滿足小填絲量的原則 焊前機(jī)械清理和丙酮清洗焊接區(qū)及焊絲 不得存在油污 鐵銹 水分等污染物 焊接方法為手工TiG 焊材選用與母材相匹配的焊絲 組對點焊后 應(yīng)仔細(xì)檢查焊點質(zhì)量 若存在有裂紋等缺陷 應(yīng)打磨去除重焊 焊接規(guī)范參數(shù)選用小電流 快速焊 不擺動 層間溫度 60 層道間采用專用不銹鋼絲刷清理 焊接過程中采用正 背面氬氣保護(hù) 以免合金元素高溫氧化燒損 鋯材設(shè)備的設(shè)計 制造由于鋯的熱膨脹系數(shù)大大低于普通鋼的膨脹系數(shù) 制作鋯復(fù)合板設(shè)備時 應(yīng)充分考慮升溫升壓時 由于線膨脹量不同產(chǎn)生很大的應(yīng)力 導(dǎo)致焊接接頭拉裂 從結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)充分考慮 采用適當(dāng)?shù)难a償措施以減少應(yīng)力 保證設(shè)備使用壽命 鋯材設(shè)備的設(shè)計 制造鋯的熱膨脹系數(shù)低 因而焊接后焊接件的變形較小 鋯的彈性模量低 因而焊接后焊接件的殘余應(yīng)力小 鋯的氧化物在鋯中有較高的溶解度 焊縫中通常不會產(chǎn)生夾渣 焊縫通常也不會產(chǎn)生熱裂和冷裂 鋯不能和鐵 銅 鋁等熔焊 因此構(gòu)件上要避免這種焊接 鋯材可以用氧乙炔焰或等離子弧切割 但在加工焊接坡口區(qū)域各25mm內(nèi)不能熱切割 鋯材設(shè)備的設(shè)計 制造工業(yè)純鋯板材的彎曲成形 在室溫下彎曲半徑可以達(dá)到4 5倍板厚 在200 300 溫度下彎曲半徑可以3倍板厚 鋯材的加工硬化傾向明顯 機(jī)械加工應(yīng)采用慢速 大進(jìn)刀量 并用大量冷卻劑和潤滑劑 刀具常用硬質(zhì)合金 鋯切削時易著火 車屑宜儲存在放水的容器中 鋯材設(shè)備的設(shè)計 制造鋯材是一種塑性相對較差的金屬 具有各相異性和冷作硬化傾向 因此鋯材在冷 熱加工過程易開裂 鋯在高溫下易與空氣中的H O N C等元素結(jié)合 鋯在空氣加熱中時 425 會嚴(yán)重起皮 540 生成白色氧化鋯 700 以上吸氧變脆 材料的硬度提高塑性降低 故在加熱過程中必須采取保護(hù)措施 以免影響鋯材的性能 鋯材的熱處理性能退火冷加工的純鋯 其消應(yīng)力退火溫度約為300 為降低其腐蝕和吸氫速率及穩(wěn)定組織 一般都在冷加工后進(jìn)行消應(yīng)力退火 消應(yīng)力退火后 鋯合金強(qiáng)度變化不大 而塑性明顯提高 淬火鋯在迅速冷卻時 可能發(fā)生切變型馬氏體的轉(zhuǎn)變 一般來說 鋯及其合金在 區(qū)淬火可得到一定程度的硬化 如含有0 02 C 0 03 O 0 135 Al及微量其他雜質(zhì)的晶條鋯在1000 淬火 抗拉強(qiáng)度從269Mpa上升到310Mpa 400 回火后強(qiáng)度還會增加 時效溫度通常是500 合金的硬度在最初的3 6小時內(nèi)增加 然后保持在最大值265 7kg mm2 維氏硬度 如在較低的300 和400 時效 則將緩慢地達(dá)到硬度峰值 鋯及鋯合金的成品硬化迅速 在565 下作半小時至一小時的應(yīng)力消除熱處理就可以把殘留應(yīng)力消除 鋯材的應(yīng)用前景隨著各種新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用 對設(shè)備及材料的耐腐蝕性能的要求越來越高 鋯及其復(fù)合板材料逐漸在過氧化氫廠 硝酸廠 鈦白粉廠 農(nóng)藥廠等得到廣泛應(yīng)用 由于其特有的耐蝕能力 大大地提高了設(shè)備的壽命和可靠性 同時減少了停產(chǎn)維修的費用 必將可取得良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益 有著廣闊的發(fā)展前景 B 3合金 B 3合金是鎳鉬合金家族中的一個新成員 是在B 2合金基礎(chǔ)上的一個改進(jìn) B 3合金對于任何溫度和濃度的鹽酸都有極好的抗腐蝕性 同時它對于硫酸 乙酸 蟻酸 磷酸及其它不具有氧化性的介質(zhì)也具有良好的抗腐蝕性 B 3合金對點腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂 刀狀腐蝕和焊接的熱影響區(qū)的腐蝕等均有很高的抗力 B 3材料的主要特性 由于改進(jìn) B 3合金的熱穩(wěn)定性有了明顯的提高 由于在B 3合金中 金屬間有害相形成的傾向很小 使它在加熱過程中及繼后的各種形式的熱循環(huán)中具有更大的韌性 B 3合金有良好的成形和焊接性能 在1230 加熱時 如有足夠時間使部件總體均熱 可進(jìn)行鍛造和其他熱加工 B 3合金是一種低碳合金 可以通過控制終鍛溫度來達(dá)到控制晶粒大小的目的 B 3合金也能通過冷加工來成形 雖然有較快的加工硬化發(fā)生 但所有常規(guī)的冷加工技術(shù)對它均適用 試驗表明 B 3合金在濃度為20 的沸騰鹽酸中當(dāng)冷壓縮變形度不大于50 時 與它在固溶熱處理時相比其抗均勻腐蝕的能力沒有降低 除非有特別要求 所有B 3合金材料都是以固溶熱處理狀態(tài)供應(yīng) B 3合金的固溶溫度是1065 并隨后快速淬冷 薄板或線材作光亮退火 其加熱溫度為1150 隨后在氫氛圍中冷卻 設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題 因其B 3合金材料的特殊性能 為了能夠獲得較好質(zhì)量的設(shè)備 在設(shè)計過程中就應(yīng)該考慮到一些相關(guān)問題 雖然B 3合金的熱穩(wěn)定性比B2有了明顯的提高 但對其進(jìn)行固溶熱處理還是非常困難 所以還是應(yīng)該盡量減少在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用需要有大變形加工的結(jié)構(gòu) 如封頭結(jié)構(gòu) 在允許的情況下 可以采用平蓋封頭代替橢圓封頭 法蘭采用PJ SE的形式 以節(jié)省材料 法蘭的材料應(yīng)選擇不銹鋼 避免造成B 3材料的污染等 B 3合金材料制的壓力容器 目前在國內(nèi)并無相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn) 在設(shè)計時 應(yīng)參照ASME標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行 對于材料許用應(yīng)力的按ASME II卷所列的許用應(yīng)力確定 換熱管與管板的連接形式主要有如下幾種形式 1 強(qiáng)度焊2 強(qiáng)度焊 貼脹3 密封焊 強(qiáng)度脹4 強(qiáng)度脹 在原換熱器上 連接形式選擇的是強(qiáng)度脹 這主要是因為原換熱器材質(zhì)材料為B 2合金 B 2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出 相而導(dǎo)致貧Mo 從而易于產(chǎn)生晶間腐蝕 焊后一般需要進(jìn)行固溶處理 而對整個加熱室進(jìn)行處理顯然很難做到 本次換熱器的材料為B 3合金 其焊接性能相對于B 2合金有了很大的提高 焊縫組織在腐蝕環(huán)境中依然擁有良好的抗腐蝕性能 焊態(tài)組織在50 的沸騰硫酸中腐蝕速率只有0 06mm 焊后可以不進(jìn)行熱處理 另因B 3合金的加工硬化比較嚴(yán)重 如要在已產(chǎn)生加工硬化的換熱管孔內(nèi)挖槽 其難度將非常大 鉆孔后加工表面硬度可達(dá)到HB400 500 故我們選擇強(qiáng)度焊 貼脹為本臺換熱器管與管板的連接形式 加工制造 1 材料質(zhì)量的控制和下料鎳基合金材料到廠后 擺放在指定的專用存放區(qū) 有色金屬存放在有色金屬庫房內(nèi) 焊材存放在焊材一級庫內(nèi) 注意保護(hù)表面 材料檢驗員針對提供的質(zhì)量證明書 逐項進(jìn)行核對和檢驗 對材料的外觀和幾何尺寸進(jìn)行核實 查看實物的各項標(biāo)記 確保質(zhì)量證明書的真實性與一致性 并做好記錄 經(jīng)材料檢驗員確認(rèn)的材料 再經(jīng)材料責(zé)任人員審核后由庫管員進(jìn)行必要標(biāo)識 任務(wù)號 材質(zhì) 規(guī)格 移植號 由材料檢驗員作好確認(rèn)標(biāo)記 經(jīng)材料檢驗員確認(rèn) 按制度必須復(fù)驗的主要受壓元件材料 還要進(jìn)行取樣復(fù)驗 凡制造受壓組件的材料應(yīng)有確認(rèn)的標(biāo)記 在制造過程中 如原有確認(rèn)標(biāo)記被裁掉或材料分成幾塊 應(yīng)于材料切割前完成標(biāo)記移植 不應(yīng)在材料的耐腐蝕面采用硬印作為材料的確認(rèn)標(biāo)記 在材料上劃線應(yīng)盡量采用金屬鉛筆 只有在以后的加工工序中能去除的部分才允許打沖眼 鎳基合金材料在搬運和劃線過程中應(yīng)用軟質(zhì)材料包墊 防止材料表面劃傷 鎳基合金材料的切割和坡口加工一般應(yīng)采用機(jī)械方法 厚度較大或形狀不規(guī)則時也允許用等離子切割 此時應(yīng)避免火花濺落在材料表面 且切割邊緣和坡口仍應(yīng)用機(jī)械方法加工和去除污染層 采用等離子切割鎳基合金材料 因其熱影響區(qū)比較大 必須用機(jī)械方法去除 因此機(jī)械加工余量不得小于5mm 剪切材料時 必須十分注意材料表面保護(hù) 要先檢查和修整剪板機(jī)的臺面及壓緊柱腳 使其達(dá)到平整 光滑 無硬粒 防止有色材料表面壓傷 焊接坡口表面不應(yīng)有裂紋 分層 夾雜及影響焊接質(zhì)量的其它缺陷 圓筒與殼體的卷制一般采用冷卷 卷板時應(yīng)采用專用的卷板機(jī)進(jìn)行加工 因鎳基材料的加工硬化比較嚴(yán)重 卷制應(yīng)盡量一次成形 在卷制前可先用其它材料先試卷一下 加工過程中可適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行工序間固溶熱處理 封頭的壓制應(yīng)在采用專用的模具 壓制前須將模具表面清理干凈 可以使用壓制不銹鋼封頭的模具 本設(shè)備封頭直徑比較小 可采用冷壓成形 封頭壓制成形后 應(yīng)進(jìn)行固溶處理 2 壓力加工 脹接廣泛用于管板與換熱管的結(jié)合 是靠管子和管板變形來達(dá)到密封和緊固的一種連接方法 脹接連接的方法有二種 一種是柔性脹接 一種是機(jī)械脹接 柔性脹接方法有 橡膠脹 液袋脹 液壓脹幾種 機(jī)械脹接有 手動脹 風(fēng)動脹 液動脹和電動脹幾種 其中 柔性脹接方法在脹接過程中不會損傷材料表面且比較容易控制脹管壓力 比較適合鎳基合金材料的脹接 3 脹接 首先要正確掌握脹管器的使用 在脹接時 脹管器的安裝位置必須垂直于管板平面 脹管頭放置位置恰當(dāng) 不應(yīng)偏斜并要控制脹緊力的大小 管板內(nèi)開槽可以增加拉脫力 管板也光潔可以增加密封性能 但有降低拉脫力和傾向 一般管板孔粗糙度應(yīng)控制在Ra6 3左右 管板孔不應(yīng)影響脹接緊密性的缺陷 換熱管脹接操作要點 連接部位的換熱管和管板孔表面應(yīng)清理干凈 不應(yīng)留有影響脹接質(zhì)量的毛刺 鐵屑 銹斑 油污等 脹接連接時 其脹接長度 不應(yīng)伸也管板背面 殼程側(cè) 換熱管脹接部分與非脹接部分應(yīng)圓滑過渡 不應(yīng)有急劇的棱角 脹接時應(yīng)根據(jù)要求選擇合適的脹管壓力 脹接程度不足 欠脹 或脹接過量 過脹 都不能保證脹接質(zhì)量 過脹會使管壁減薄過多而導(dǎo)致管了斷裂和管板變形 因欠脹而進(jìn)行多次脹接 也會造成加工硬化使管了開裂 因此在正式脹接前沒有經(jīng)驗的情況下應(yīng)選進(jìn)行試脹 以確定合適的脹管壓力 裝配過程中 會有有大量焊接工作 應(yīng)掌握焊接應(yīng)力和變形情況 在裝配時 要采取適當(dāng)措施 防止或減少焊后變形和矯正工作 如采用加強(qiáng)圈加強(qiáng)或選擇合適的焊接方法和焊接順序 B 3合金材料制品在組對前 應(yīng)對其內(nèi)表面或內(nèi)件進(jìn)行清除污染處理 組對中 對有可能再次被污染的工序要做好防護(hù)措施 吊裝B 3合金材料時應(yīng)采用軟繩 不允許采用鋼絲繩 B 3合金材料筒體縱縫和環(huán)縫裝配不允許采用強(qiáng)力組裝的方式 不允許使用鐵器真接敲打金屬