鈦制壓力容器制造和檢驗要點

1、鈦制壓力容器制造和檢驗要點【摘要】本文通過對硫酸銅蒸發(fā)罐的生產(chǎn)實例全面介 紹了鈦制壓力容器的設(shè)計、焊接、加工等制造要點以及制造 完成后的檢驗原理、步驟和重點?！娟P(guān)鍵詞】鈦壓力容器制造檢驗?zāi)彻窘拥揭慌蛩徙~蒸發(fā)罐的訂單，介質(zhì)為 cus04+h2s04,設(shè)計溫度150°c,設(shè)計壓力0. 25mpa。考慮到 鈦在含有氯、漠、醋酸、硫酸、硝酸等腐蝕性介質(zhì)中具有比 不銹鋼、鋁、銅更優(yōu)良的耐蝕性，特選用了鈦材。但是鈦制 壓力容器比普通的鋼制壓力容器在技術(shù)上有更多難度，積累 經(jīng)驗也少得多，為此作者對鈦制容器在材料選用、加工卷制、 焊接、熱處理、檢驗上的要點進行了一系列的論證。1材料選用鈦存在兩種

2、同素異構(gòu)晶體形態(tài)，a為密排六角結(jié)構(gòu)，b 為體心立方結(jié)構(gòu)。因為882. 5°c以下，密排六角結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定, 所以壓力容器設(shè)計中應(yīng)采用a合金狀態(tài)，即ta牌號。根據(jù) 氧含量的不同，分為ta0-ta3共4種牌號，機械強度和硬度 逐級增加，抗腐蝕性能相近。ta1和ta2的耐腐蝕性能和綜 合性能適中，tao具有較好的成型性能，ta3具有較高強度 和耐磨性能，考慮到經(jīng)濟性，選用ta2牌號。由于鈦及鈦合金的抗拉強度隨溫度的升高而下降較快， 見表1,因為硫酸銅蒸發(fā)罐的工作溫度約為14ctc,考慮到 該溫度下抗拉強度與常溫下有較大差距，所以選用鈦-鋼復(fù) 合板綜合考慮復(fù)合板的力學(xué)性能指標(biāo)和工藝性能指標(biāo)選用

3、s30408+ta2o 2筒體的卷制與封頭的沖壓鈦材在剪切過程中，易產(chǎn)生塑性變形，加之溫度過高， 容易與空氣中的氧、氮等反，產(chǎn)生加工硬化，降低防腐蝕性 能，所以選用水下切割的方法。鋼板卷制過程中，在鋼板厚度方向上，外層收到拉伸， 內(nèi)層收到壓縮，存在一定的剪切應(yīng)力。由于鈦-鋼復(fù)合板按 目前的生產(chǎn)技術(shù)一般采用爆炸法，界面存有一定的應(yīng)力，疊 加卷制產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，將面臨巨大的剝離風(fēng)險。因此必須 采用特殊的卷制方法：（1）使用合適的預(yù)彎模版進行板端預(yù)彎；(2) 卷板一次壓下量不宜過大，避免同一區(qū)域往復(fù)成形;(3) 縱縫基層焊接完畢后進行無損檢測；(4) 盡可能減少筒體找圓次數(shù)。根據(jù)jb/t4745-2

4、002,鈦封頭應(yīng)盡量采用熱成形。因為鈦 的屈強比較大，屈服極限與彈性模量的比值也較大，在封頭 成形時，內(nèi)部存在較大應(yīng)力，所以一般采用熱成形或冷成形 后熱校形。3焊接3.1焊接接頭的設(shè)計由于液態(tài)下鈦與鋼會產(chǎn)生金屬間化合物而嚴(yán)重脆化，鈦 與鋼不能直接熔焊，故鈦復(fù)層與鋼基層單獨進行焊接。選用 如圖1的焊接接頭形式，通過加鈦蓋板來防止焊接接頭被介 質(zhì)腐蝕，而焊接接頭的強度則由鋼基層焊縫來保證。3.2焊接工工藝參數(shù)的選擇在焊接前，應(yīng)進行純鈦板對接的工藝評定，驗證鈦材焊接工藝性能。焊前開60ov形坡口，鵠極直徑20mm,噴嘴直 徑9mm,氫氣流量1012l/mino具體工藝參數(shù)如表2所示。3. 3注意事項

5、（1）焊工必須按“鈦容器焊工考試規(guī)則”進行考核并取 得相應(yīng)資格證書；（2）接頭組對焊接先焊基材部分，基層焊完后先進行無 損檢測，因為容器的強度主要由基層保證，必須及時發(fā)現(xiàn)焊 接缺陷，保證質(zhì)量。4檢驗程序4.1目測檢查焊接完畢首先進行目測檢查，焊縫顏色以銀色和金黃色 為合格，藍色及灰白色必須返修。這是因為在焊接過程中， 隨著溫度的升高鈦吸收氫、氧、氮的能力逐步提高，大約 25（rc開始吸收氫，40（rc開始吸收氧（輕微氧化為金黃色， 中度氧化為金紫色，深度氧化為深藍色），60ctc開始吸收氮 （灰白色），這些氣體被吸收后將直接引起焊接接頭脆化是 影響焊接質(zhì)量的極為重要的因素。這也正好解釋了 ts

6、gr0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中的 規(guī)定“鈦和鈦合金用于壓力容器受壓元件時應(yīng)符合以下條 件：鈦和鈦合金的設(shè)計溫度不高于3151,鈦鋼復(fù)合板的設(shè)計溫度不高于350°c” o4. 2無損檢測由于盛裝介質(zhì)h2s04為中度危害根據(jù)jb/ t4745-2002鈦 制焊接容器10. 5. 2. 1 (b)和10. 5. 3的規(guī)定對a、b類接 頭進行100%rt檢測，ii級合格；c、d類焊接接頭進行pt 檢測，i級合格4.3壓力試驗由于基層為s30408,所以液壓試驗溫度要注意不低于 15 °co試驗時壓力緩慢上升至試驗壓力保壓30min后，降 至規(guī)定試驗壓力的80

7、%保持足夠長時間后對所有焊接接頭和 連接部位進行檢查。4.4熱氣循環(huán)試驗因為通常的壓力試驗不能對設(shè)計溫度下鈦層和鈦焊縫受 拉伸熱應(yīng)力產(chǎn)生的影響進行檢驗，所以還需模擬真實操作條 件，進行熱氣循環(huán)試驗，進一步驗證容器制作的質(zhì)量。步驟 如下：(2)達到試驗溫度后，勻速充入氮氣，最終達到試驗壓力;(3) 保持一定時間；(4)緩慢降溫，壓力保持試驗壓力;(5) 溫度降至常溫后，將壓力降為常壓；(6) 重復(fù)1-5步后，降為常溫常壓試驗結(jié)束。4.5鈦焊縫和法蘭密封面的陽極化處理因為鈦鋼復(fù)合板在介質(zhì)h2s04中，鈦與鋼接觸，產(chǎn)生電 偶腐蝕，使鈦成為陰極開始析氫加速鈦的腐蝕，而且容易引 起鈦的氫脆。解決辦法是對鈦表面進行陽極化處理。陽極化 的方法雖然國家標(biāo)準(zhǔn)中還沒有相關(guān)的規(guī)定，但是國內(nèi)外有很 多論述，本文不再