通過大量實(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。鈦盤管廠家生產(chǎn)的鈦管應(yīng)用于發(fā)電站應(yīng)解決的三個(gè)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(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)問題,在制造屏蔽鈦凝固器時(shí),鈦盤管廠家必須確定適當(dāng)?shù)母舭彘g隔的舊單元改造時(shí),必須檢查原來的隔板間隔是否適用。
鈦管在哪些領(lǐng)域遇到了瓶頸?我國(guó)鈦盤管廠家生產(chǎn)的鈦管、鈦合金管在冷卻器領(lǐng)域的應(yīng)用瓶頸,國(guó)外鈦管與管板之間的連接采用常規(guī)的膨脹接頭,膨脹接頭長(zhǎng)度為管板厚度的90%,管板長(zhǎng)度的10%為鈦管與管板的1mm間隙,這種結(jié)構(gòu)用于高鹽、高濕空氣環(huán)境,管板采用復(fù)合材料(降低產(chǎn)品成本),鈦管與管板容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕,從而導(dǎo)致管板腐蝕,從而導(dǎo)致鈦管與管板的連接失效,以及漏水、渦輪發(fā)電機(jī)故障。鈦盤管廠家的該項(xiàng)目核電動(dòng)輪發(fā)電機(jī)空氣冷卻器的制造技術(shù)和重要技術(shù)參數(shù),國(guó)外目前處于保密階段,國(guó)外空氣冷卻器中國(guó)獨(dú)資企業(yè)也無法制造同類鈦管空氣冷卻器。
焊前準(zhǔn)備1)焊接場(chǎng)地及環(huán)境,焊接環(huán)境應(yīng)清潔、無煙、無塵、獨(dú)立。施焊環(huán)境的自然條件為:風(fēng)速≥1.5m/s,相對(duì)濕度>80%,溫度<5℃,雨雪無防時(shí)不得施焊。例如,在鋼結(jié)構(gòu)車間焊接時(shí),應(yīng)將鈦焊接區(qū)與鋼結(jié)構(gòu)區(qū)分開,鈦盤管廠家防止鐵粉、氣體等有害雜質(zhì)的污染;焊接應(yīng)遠(yuǎn)離通風(fēng)口和開啟門窗,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)鋪設(shè)橡膠墊。(2)保護(hù)罩的制作,為了使鈦在高溫區(qū)(200℃以上)完全受到氬氣的保護(hù),必須制作保護(hù)效果好、焊接操作方便的保護(hù)罩。因?yàn)楸Wo(hù)罩的結(jié)構(gòu)直接影響到焊接質(zhì)量和焊接效率,所以經(jīng)過多次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接試驗(yàn),最終確定了保護(hù)罩的結(jié)構(gòu)形式。另外氬的比重高于空氣,因此保護(hù)罩制作時(shí)可以考慮在保護(hù)罩上方留有操作孔。(3)坡口加工坡口應(yīng)進(jìn)行加工,例如,坡口應(yīng)使用坡口機(jī)、氣動(dòng)內(nèi)磨機(jī)、氧化鋁或碳化硅砂輪拋光片等工具進(jìn)行加工。加工坡口時(shí),請(qǐng)慢慢加工(或用冷卻水冷卻),鈦盤管廠家以免加工時(shí)溫度過高。切削后的坡口表面應(yīng)平整光滑,不能有裂紋、層狀、夾雜、毛刺、飛邊及氧化色等,坡口表面及兩側(cè)30mm以內(nèi)的金屬光澤為銀白色。(4)焊接前清掃焊絲、坡口表面和兩側(cè)20mm范圍內(nèi)進(jìn)行表面清掃。鈦盤管廠家可根據(jù)表面污染程度選用脫脂、機(jī)械清理或化學(xué)清洗,機(jī)械清理時(shí)允許使用不銹鋼絲刷。焊接前應(yīng)用丙酮或無水乙醇等溶劑清洗槽和焊絲,清洗后不要觸摸手,及時(shí)在4小時(shí)內(nèi)焊接,過期焊接應(yīng)再次清洗。清潔焊絲不得隨意扔到地上,鈦盤管廠家應(yīng)放置在清潔焊絲管內(nèi),以防再次污染。
一、偏析型缺陷,除β偏析、β斑、富鈦偏析和條狀α偏析外,較危險(xiǎn)的是間隙型α穩(wěn)定偏析(I型α偏析),鈦盤管廠家的產(chǎn)品其周圍常伴有細(xì)孔、裂紋,含氧、氮等氣體,脆性較大。富鋁型α穩(wěn)定偏析(II型α偏析)也伴有裂紋和脆性,構(gòu)成危險(xiǎn)缺陷。二、夾雜物是由高熔點(diǎn)和高密度金屬夾雜物引起的缺陷,鈦盤管廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品是由鈦合金成分中的高熔點(diǎn)、高密度元素熔化不充分而留在基體中(如鉬夾雜物)形成的,也有冶煉原料(特別是回收料)中混入的硬質(zhì)合金工具碎片或電極焊接工藝不當(dāng)(鈦合金冶煉一般采用真空自耗電極重熔法),如鎢極電弧焊,留下鎢夾雜物、鈦夾雜物等高密度夾雜物。夾雜物的存在很容易導(dǎo)致裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展,因此不存在缺陷(例如,在蘇聯(lián)1977年的數(shù)據(jù)中,為了對(duì)鈦合金進(jìn)行X射線檢測(cè),必須記錄直徑為0.3-0.5mm的高密度夾雜物)。三、殘余縮孔引起的缺陷,見實(shí)例。四、孔洞,孔不一定是單一的,也可能是多個(gè)密集的,這將加速低周疲勞裂紋的擴(kuò)展速度,導(dǎo)致提前疲勞破壞。五、裂紋主要指鍛造裂紋。鈦基體的粘度大,流動(dòng)性差,導(dǎo)熱性差,因此在鍛造變形過程中,由于表面摩擦力大,內(nèi)部變形不均勻明顯,內(nèi)外溫差大等原因,容易在鍛件內(nèi)部產(chǎn)生剪切帶(應(yīng)變線),嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起裂紋,其取向通常是沿著較大變形應(yīng)力方向。六、過熱引起的缺陷鈦合金的導(dǎo)熱性較差,除了鍛造或原材料加熱不當(dāng)外,由于鍛造過程中變形的熱效應(yīng),容易引起過熱。
焊縫金屬和接頭熱影響區(qū)的組織變化,鈦盤管廠家生產(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)。鈦盤管廠家由于鈦具有熔點(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。
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),鈦盤管廠家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,鈦盤管廠家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。