通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)例證明,鈦管在電站凝汽器中的應(yīng)用在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都具有很大的優(yōu)越性。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看,以1983年日本1000mw凝汽器的核電機(jī)組管道(約5萬(wàn)條凝汽器管)價(jià)格為例,根據(jù)凝汽器的使用時(shí)間為40年,鋁黃管年平均漏液量為40年。不銹鋼鈦金管批發(fā)生產(chǎn)的鈦管應(yīng)用于發(fā)電站應(yīng)解決的三個(gè)問(wèn)題:1.腐蝕問(wèn)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(zhì),在海水和河水交替出現(xiàn)的微咸水中,情況更加嚴(yán)重。傳統(tǒng)銅平臺(tái)金屬管的腐蝕方式有:整體腐蝕(均勻腐蝕)、沖蝕、應(yīng)力腐蝕等。鈦具有優(yōu)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(chǎn)生含毒物質(zhì),鈦管內(nèi)壁容易附著海生物,影響傳熱效果,需要相應(yīng)的清洗裝置。2.吸氫問(wèn)題,雖然鈦表面有致密的鈍化膜,在許多強(qiáng)腐蝕介質(zhì)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(shí)就發(fā)生,高溫時(shí)(如100℃)吸氫迅速。氫在鈦中的固熔限很小(約為20ppm),超過(guò)限量就會(huì)在鈦表面上析出氫化物(TtH2)。隨著表面TiH2含量的增加,4j時(shí)鈦的沖擊值和延伸率迅速下降。此外,舊機(jī)組改造時(shí),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(hù)裝置,防止電化學(xué)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(dāng)保護(hù)電位低于0.75V(SCE)時(shí),出口鈦管端吸收氫氣,氫氣含量達(dá)到650ppm使用一年后;如果電位為0.5~0.75V(SCE),鈦在常溫下不會(huì)吸氫。3.震動(dòng)問(wèn)題,由于鈦管的耐腐蝕性好。鈦制凝固器不會(huì)因腐蝕而泄漏。但是,鈦管有可能因振動(dòng)而損壞。為了避免鈦管的振動(dòng)問(wèn)題,在制造屏蔽鈦凝固器時(shí),不銹鋼鈦金管批發(fā)必須確定適當(dāng)?shù)母舭彘g隔的舊單元改造時(shí),必須檢查原來(lái)的隔板間隔是否適用。
焊縫金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化,不銹鋼鈦金管批發(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(kāi)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(guò)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)。不銹鋼鈦金管批發(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。
焊接工藝評(píng)定,按NB/T47014—2011進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,焊接工藝評(píng)定所用鈦管材料為TA2,鈦管規(guī)格為φ45mm×3mm。在準(zhǔn)備預(yù)焊程序時(shí),應(yīng)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,不銹鋼鈦金管批發(fā)評(píng)定焊接工藝試驗(yàn)時(shí)按預(yù)焊接工藝規(guī)程進(jìn)行。所用氬弧焊焊機(jī)型號(hào)為WSM315,采用高頻引弧,氬氣采用純氬(99.99%Ar)。焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果可知焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果合格。(2)切片腐蝕試驗(yàn),為了檢驗(yàn)焊接接頭的耐蝕性,不銹鋼鈦金管批發(fā)采用氬弧焊焊接一個(gè)鈦管試件,封口時(shí)均采用通水保護(hù),其中中間焊縫特意不進(jìn)行保護(hù),焊縫呈黃色,部分呈藍(lán)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(jìn)行腐蝕試驗(yàn),結(jié)果表明,銀白色焊縫有輕微腐蝕,而藍(lán)色金黃色焊縫腐蝕嚴(yán)重,表明在焊接過(guò)程中,經(jīng)通水保護(hù)的焊縫同樣耐腐蝕。
屏蔽氣體覆蓋的重要性,建議采用純氬氣焊接鈦,因?yàn)榧兌雀?,含水量低??梢允褂?5/25的氬/氦混合物來(lái)提高穩(wěn)定性并僅在指定時(shí)增加滲透。美國(guó)焊接協(xié)會(huì)(AWS)不銹鋼鈦金管批發(fā)建議測(cè)量焊接氣體純度,以確保其符合每種應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。保護(hù)氣體的純度至少為99.995%,不超過(guò)百萬(wàn)分之20(PPM)的氧氣,露點(diǎn)高于-76華氏度。其他應(yīng)用需要99.999%的純氬氣流量。不銹鋼鈦金管批發(fā)用尾罩裝備焊槍很重要。否則,氧氣污染的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加,隨之而來(lái)的是破裂的可能性。一些焊工會(huì)制造自己的尾隨防護(hù)罩,雖然有很多款式可供購(gòu)買。尾隨護(hù)罩符合管子的形狀,并沿著管子的GTAW割炬。在火炬及其氬氣流動(dòng)之后,屏蔽為焊縫提供額外的氬保護(hù)。將割炬和尾隨保護(hù)氣流設(shè)置為20立方英尺/小時(shí)(CFH)可提供較佳保護(hù)氣體覆蓋率。始終使用干凈、無(wú)孔的塑料軟管向割炬、拖尾護(hù)罩和吹掃裝置輸送保護(hù)氣體。
鈦盤管的焊接,焊縫工藝評(píng)定試驗(yàn)和腐蝕試驗(yàn)合格后,方可施焊產(chǎn)品。依據(jù)焊接工藝評(píng)定編制焊接工藝規(guī)程,不銹鋼鈦金管批發(fā)依據(jù)焊接工藝規(guī)程的參數(shù)及要求進(jìn)行盤管的焊接。由于盤管較長(zhǎng),拼焊時(shí)比較重,手動(dòng)旋轉(zhuǎn)比較困難,所以盤管可以放在可旋轉(zhuǎn)的支撐輪上,可以旋轉(zhuǎn)焊接。同時(shí)先采用7根直鈦管一組進(jìn)行組焊后一道焊接,焊接時(shí)分兩層,打底焊時(shí)管內(nèi)通純氬氣進(jìn)行保護(hù)(先通氬10~15min,將管內(nèi)的空氣排凈才可以焊接),焊接處管外用保護(hù)罩進(jìn)行保護(hù),待焊的焊口用膠帶密封住,不銹鋼鈦金管批發(fā)將管口用膠帶密封并插入氬氣管通氬氣,最后一個(gè)管口膠帶密封,并打幾個(gè)小孔,以便排除空氣和氬氣。所有焊接口焊接底部焊接后進(jìn)行蓋面焊接,蓋面焊接時(shí)保護(hù)管內(nèi)的水,注意水必須填充管內(nèi),防止管內(nèi)留有空氣,管外用保護(hù)罩通過(guò)氬氣。焊接時(shí),鈦管的溫度必須隨時(shí)控制在200℃以下。