氣雜質對金屬焊接性能的影響,鈦具有較高的化學活躍性,與空氣中的氧、氮具有極高的親和力。溫度較低時,鈦與氧相互作用,形成一層致密的氧化膜,其厚度隨溫度升高而增加,在600攝氏度以上時,鈦開始吸收氧,并將氧溶解于鈦中。當溫度再次升高時,鈦的活性急劇增加,與氧發生劇烈反應,形成氧化鈦。鈦在300°C以上開始吸氫,在700°C以上開始吸收氮。由于鈦被氧和氮污染,鈦的強度和硬度增加,而塑性降低。氧氣比氮氣的影響更大。鈦中氫的質量分數為0.01%~0.05%時,高壓鈦管批發會使焊縫金屬的沖擊韌性急劇下降,而塑性卻下降較少。這意味著氫化物引起的脆性。氫也是焊縫中氣孔的來源。在焊接過程中,熔池就像一個小型冶金爐,熔融金屬與空氣接觸。如果高壓鈦管批發不采取相應的防護措施,熔融的金屬和空氣被隔絕,氧、氮、氫等氣體要素融入鈦中,形成脆性氧化物和氮化物,焊接金屬的塑性下降,拉伸強度上升,嚴重的情況下裂,塑性等于0。
通過大量實驗和應用實例證明,鈦管在電站凝汽器中的應用在技術和經濟上都具有很大的優越性。從經濟角度來看,以1983年日本1000mw凝汽器的核電機組管道(約5萬條凝汽器管)價格為例,根據凝汽器的使用時間為40年,鋁黃管年平均漏液量為40年。高壓鈦管批發生產的鈦管應用于發電站應解決的三個問題:1.腐蝕問題,海水用作沿海電站冷凝器的冷卻水。由于海水中含有大量的泥沙、懸浮物、海洋生物和各種腐蝕性物質,在海水和河水交替出現的微咸水中,情況更加嚴重。傳統銅平臺金屬管的腐蝕方式有:整體腐蝕(均勻腐蝕)、沖蝕、應力腐蝕等。鈦具有優異的耐腐蝕性,鈦管凝氣器因腐蝕而消除海水泄漏事故,但耐腐蝕性好,不像銅合金管那樣表面產生含毒物質,鈦管內壁容易附著海生物,影響傳熱效果,需要相應的清洗裝置。2.吸氫問題,雖然鈦表面有致密的鈍化膜,在許多強腐蝕介質中非常耐腐蝕,但鈦與氫的親和力很高。非常容易吸氫。在常溫時就發生,高溫時(如100℃)吸氫迅速。氫在鈦中的固熔限很小(約為20ppm),超過限量就會在鈦表面上析出氫化物(TtH2)。隨著表面TiH2含量的增加,4j時鈦的沖擊值和延伸率迅速下降。此外,舊機組改造時,由于管板采用銅合金,冷凝管采用鈦,因此需要采用陰極保護裝置,防止電化學腐蝕。比如日立電廠的冷凝器是海水冷卻,鈦管和銅合金板組成熱電偶。當保護電位低于0.75V(SCE)時,出口鈦管端吸收氫氣,氫氣含量達到650ppm使用一年后;如果電位為0.5~0.75V(SCE),鈦在常溫下不會吸氫。3.震動問題,由于鈦管的耐腐蝕性好。鈦制凝固器不會因腐蝕而泄漏。但是,鈦管有可能因振動而損壞。為了避免鈦管的振動問題,在制造屏蔽鈦凝固器時,高壓鈦管批發必須確定適當的隔板間隔的舊單元改造時,必須檢查原來的隔板間隔是否適用。
鈦焊管廠家生產的鈦設備在應用中有哪些優勢?鈦設備可以提高設備的使用壽命和可靠性。有色冶金企業使用鈦軋件這種It工件類型,每年可以為高壓鈦管批發創造豐富的經濟效益,高壓鈦管批發降低使用成本和維修成本,提高勞動生產率。鈦設備廣泛應用于鎳鈷和鈦鎂工業企業;鈦廣泛應用于銅生產;鋅、鉛、錫、鎢和鉬、汞、銻、鎘、金、銻、鎘、金等金屬、鋁和硬質合金以及有色金屬加工企業,鈦也逐步得到應用。例如,髙壓釜設備中同腐蝕介質相接觸的各種零部件都是由鈦制造的,取代了原制備金屬溶液的電解槽在含金屬材料的連續自動化固液萃取(浸出)新工藝過程的有色冶金中,這種鈦制設備可確保髙效運轉。鈦高壓反應器溶液中的金屬成本比溶解電解槽低25%。
世界上主要有八個鈦生產國,按美國、俄羅斯、日本、中國、英國、法國、德國、意大利排名。近年來,受包括中國、日本在內的亞洲各國經濟增長的拉動,特別是以中國為核心的石化、軍工等行業用鈦量的快速增長,世界鈦材的需求量迅速增加。每年以兩位數的幅度增長。美國是世界上鈦需求量較大的國家。也是生產大國,2012年產量超過3.5萬噸;俄羅斯鈦材產量居全球第2位,2012年產量在3.0萬t左右;中國高壓鈦管批發2012年生產鈦材約2.8萬t,且2013年有望突破3.0萬t;日本2012年的產量也達到了1.9萬t左右;歐洲近兩年鈦材的產量變化不大。但是,與發達國家在鈦材料深加工和應用方面的優勢相比,國內鈦材料的發展相對廣泛,大部分仍停留在原材料或粗品的加工上。高壓鈦管批發生產的少量技術含量高的成品主要用于軍工產品,由于成本等原因無法廣泛推廣到民用領域。在國外,如英國IMI公司研制的M1834合金、美國Timet公司研制的Ti-1100鈦合金等鈦合金系列均己成為先進航空發動機上的主要材料。TIMT公司的ExhaustXT合金、KoBESTEEL公司的Ti-1.2ASN合金以及NIPPONSTEEL公司的TI-lCu-0.5Nb合金等,由于室溫塑性和高溫抗氧化性能較好,已陸續應用于汽車排氣系統。
焊接工藝評定,按NB/T47014—2011進行焊接工藝評定,焊接工藝評定所用鈦管材料為TA2,鈦管規格為φ45mm×3mm。在準備預焊程序時,應以焊接可操作性和良好的焊接接頭性能為原則。為保證鈦盤管施焊的焊接接頭滿足使用要求,高壓鈦管批發評定焊接工藝試驗時按預焊接工藝規程進行。所用氬弧焊焊機型號為WSM315,采用高頻引弧,氬氣采用純氬(99.99%Ar)。焊接工藝評定試驗結果可知焊接工藝評定試驗結果合格。(2)切片腐蝕試驗,為了檢驗焊接接頭的耐蝕性,高壓鈦管批發采用氬弧焊焊接一個鈦管試件,封口時均采用通水保護,其中中間焊縫特意不進行保護,焊縫呈黃色,部分呈藍色,其余為銀白色。鈦管試件切片取樣,取30%硫酸(煮沸)侵泡24h后進行腐蝕試驗,結果表明,銀白色焊縫有輕微腐蝕,而藍色金黃色焊縫腐蝕嚴重,表明在焊接過程中,經通水保護的焊縫同樣耐腐蝕。
焊縫金屬和接頭熱影響區的組織變化,高壓鈦管批發生產的鈦是有同素異形體轉變的金屬。在886°C時開始發生組織的固態轉變。886°C一下晶體結構為密排六方結構,成為α鈦;高于886°C時α結構的鈦轉變為體心立方結構的β鈦。這個轉變過程是在熔池從液體變成固體的瞬間完成的。而這個瞬間長短差異對熔池的結晶形式有影響,瞬間越長越有利于柱狀晶生長。高壓鈦管批發由于鈦具有熔點高(1668°C)、熱容量大和導熱性能差等特性,所以焊接時焊縫收到焊接線能量大小和焊縫強制冷卻的好壞影響,寒風處于高溫下滯留的瞬間就有差異。瞬間稍長,為熔池結晶柱狀晶體生長和接頭熱影響區的擴大提供條件。這也是焊接接頭塑性下降的主要原因之一。接頭的抗拉強度端口通常出現在焊縫的熱影響區。為了減少這種不利影響,鈦焊接時應采用軟焊接規范,即應使用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度。