鈦材質(zhì)的性能,因?yàn)殁伜辖鹪谖锢?、化學(xué)、力學(xué)、耐腐蝕等方面都是優(yōu)良的。和工藝性能,高壓鈦管批發(fā)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可能盲目套用常用黑色金屬和其他有色金屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)。鈦和鈦合金的力學(xué)性能與鋼不同,鈦材屈強(qiáng)比高,塑性變性范圍狹窄,冷沖壓和冷彎事件反彈大,鈦制設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,同時(shí)良好的結(jié)構(gòu)也容易清洗焊接頭附近的表面,用氣體保護(hù)焊接。鈦可以焊接錯(cuò)誤的金屬、鎳、負(fù)荷、鉛金屬,焊后不會(huì)產(chǎn)生脆性,這也是由于這些金屬在鈦中的溶解性。但是鈦和鋼等金屬的互熔特性較差,鈦等金屬不能直接焊接。連接只能通過粘接、焊接、爆炸焊接和螺栓連接鈦的沖擊韌性和斷裂韌性較差,高壓鈦管批發(fā)在設(shè)計(jì)中應(yīng)保持結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和焊接接頭的光滑性,避免應(yīng)力集中;鈦的塑性變形范圍窄,存在明顯的加工硬化現(xiàn)象。因此,鈦件的彎曲和翻邊通常采用較大的彎曲半徑和較小的管膨脹率。純鈦在氯化物溶液中易產(chǎn)生裂縫腐蝕,但裂縫腐蝕與溫度、氯濃度、ph值和裂縫大小密切相關(guān)。
鈦的焊接性分析,鈦是一種活性金屬,能在室溫下形成含氧致密的氧化物薄膜,保持高的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。540℃以上生成的氧化膜則不致密。高溫下鈦與氧、氮、氫反應(yīng)速度較快,鈦在300℃以上快速吸氫,400℃以上開始吸氧、吸氮,600℃以上快速吸氧,700℃以上快速吸氮。氧氣、氮對(duì)鈦的溶解使鈦的塑性和韌性降低,氫對(duì)鈦的溶解使鈦的脆性增強(qiáng),韌性急劇下降。碳通過間隙固溶于鈦,提高鈦的強(qiáng)度,降低塑性,碳含量超過溶解度時(shí),會(huì)產(chǎn)生硬脆的TiC,呈網(wǎng)狀分布,容易產(chǎn)生裂紋。此外,鈦的熔點(diǎn)高,比熱及導(dǎo)熱系數(shù)小,冷卻速度慢,焊接熱影響區(qū)在高溫下停留時(shí)間長(zhǎng),高溫極易過熱粗化,造成接頭塑性下降。鈦的可焊性可以從鈦的上述特性來分析。為了保證焊接接頭的性能,高壓鈦管批發(fā)應(yīng)控制碳、氮、氧和氫的侵入。因此,如何在高溫下保持鈦的清潔和保護(hù)是關(guān)鍵問題。同時(shí),高壓鈦管批發(fā)應(yīng)控制焊接接頭的溫度,避免過熱影響焊接接頭的性能。氬是惰性氣體,既不與鈦形成固溶體,也不與其他元素發(fā)生反應(yīng),因此鈦的焊接適用于氬弧焊,但氬氣的純度應(yīng)很高,一般純度≥99.99%。
焊縫金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化,高壓鈦管批發(fā)生產(chǎn)的鈦是有同素異形體轉(zhuǎn)變的金屬。在886°C時(shí)開始發(fā)生組織的固態(tài)轉(zhuǎn)變。886°C一下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu),成為α鈦;高于886°C時(shí)α結(jié)構(gòu)的鈦轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的β鈦。這個(gè)轉(zhuǎn)變過程是在熔池從液體變成固體的瞬間完成的。而這個(gè)瞬間長(zhǎng)短差異對(duì)熔池的結(jié)晶形式有影響,瞬間越長(zhǎng)越有利于柱狀晶生長(zhǎng)。高壓鈦管批發(fā)由于鈦具有熔點(diǎn)高(1668°C)、熱容量大和導(dǎo)熱性能差等特性,所以焊接時(shí)焊縫收到焊接線能量大小和焊縫強(qiáng)制冷卻的好壞影響,寒風(fēng)處于高溫下滯留的瞬間就有差異。瞬間稍長(zhǎng),為熔池結(jié)晶柱狀晶體生長(zhǎng)和接頭熱影響區(qū)的擴(kuò)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(qiáng)度端口通常出現(xiàn)在焊縫的熱影響區(qū)。為了減少這種不利影響,鈦焊接時(shí)應(yīng)采用軟焊接規(guī)范,即應(yīng)使用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度。
為了防止鈦合金在超成形中氧化、氫吸收和其他微量元素的污染,需要采取技術(shù)措施使成形的鈦合金部件具有良好的性能。主要措施是涂層保護(hù)、真空加熱和惰性氣體(氬)保護(hù)。涂層保護(hù)法,清洗后,高壓鈦管批發(fā)在成型毛坯表面涂上一定厚度的保護(hù)涂層,零件脫模后,用堿洗、酸洗或吹砂的方法去除涂層。涂料應(yīng)具備以下主要性能:a、耐高溫,能在750—1050℃高溫下使用;b.應(yīng)具有一定的潤(rùn)滑作用,高壓鈦管批發(fā)防止毛坯在成型過程中被擦傷;c、涂層在工作溫度下能牢固附著在坯料表面;d、加熱后易于清除;e、無有害物質(zhì),不污染環(huán)境,不妨礙人體健康。經(jīng)過鑒定適于鈦管和鈦合金超塑成形使用的涂料有:Ti—2醇溶性制劑可與Ti—3石墨類潤(rùn)滑劑配合使用,適于在750—1050℃下熱成形使用;KBC—12水溶性制劑,可與石墨水劑配合使用。
鈦管和配件的安裝和運(yùn)輸注意事項(xiàng):1、鈦和鈦合金管道設(shè)置鈦和鈦合金管的運(yùn)輸和存儲(chǔ)時(shí),高壓鈦管批發(fā)必須注意不要與鐵質(zhì)材料接觸或碰撞。2、鈦及鈦合金管材切割應(yīng)采用機(jī)械方法,切割速度應(yīng)低;用砂輪切割或磨削鈦管時(shí),應(yīng)使用專用砂輪;不要使用火焰切割。凹槽應(yīng)采用機(jī)械方法加工。3、鈦合金焊管應(yīng)采用惰性氣體保護(hù)或真空焊接方式焊接用氧-乙炔或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接,高壓鈦管批發(fā)也不得采用普通手工電弧焊接。4、鈦及鈦合金管道在安裝時(shí)不得用鐵工具和材料沖擊和擠壓;應(yīng)在碳鋼支架、絞架和鈦及鈦合金管道之間插入橡膠或軟塑料板,使其不與鈦及鈦合金管道直接接觸;鈦及鈦合金管道應(yīng)通過墻壁和板條安裝套管,間隙不小于10毫米,并應(yīng)填充絕緣材料,不得在絕緣材料中含鐵雜質(zhì)。5、鈦及鈦合金管不得與其他金屬管直接焊接。當(dāng)需要連接時(shí),可以使用套管法蘭連接。使用的非金屬墊片一般為橡膠墊或塑料墊,并應(yīng)控制氯離子含量不得超過25ppm。