换热器用无缝钛管失效分析

该文通过采用宏观检测、显微组织分析、扫描电镜分析、能谱分析等方法对流动介质为氯化物溶液的换热器用无缝钛管进行失效分析,发现流动介质为氯化物溶液的换热器中无缝钛管主要是通过以下2种方式发生腐蚀失效的,一种是Fe+离子存在于钛管材表面会在钛管材表面形成点腐蚀,通过点腐蚀的方式使钛管发生腐蚀失效;另一种是当换热器的管板和管材形成一定缝隙时会发生间隙腐蚀,间隙腐蚀发生时钛管会伴随有吸氢反应和自催化作用,最终导致管材产生腐蚀孔洞而失效。同时笔者建议在制作内部流动氯化物溶液的换热器时不易将不锈钢管板和钛管组合使用,并且管板与管材之间的间隙大于0.5 mm以免在使用过程中发生点腐蚀和间隙腐蚀导致换热器泄漏。

TA2钛管挤轧成形金属变形规律及工艺优化

采用挤轧成形工艺制备TA2钛管,建立了TA2钛管挤轧成形有限元仿真模型,研究了管坯在挤轧成形工艺中的变形过程;探究了轧辊送进角、轧辊公转速度和管坯前进速度对挤轧成形后管坯尺寸精度的影响规律;以管坯几何尺寸精度为评价依据,通过正交模拟试验得到钛管挤轧成形的最优工艺参数。结果表明,管坯的径向应变、周向应变以及轴向应变在挤轧变形区内呈明显三角分布;送进角过大和过小均使得管坯的尺寸偏差增大,管坯的尺寸偏差随着轧辊公转速度的增大而增大,管坯前进速度过小会导致管坯成形质量变差;最优的挤轧工艺参数为送进角6°,轧辊公转速度150 r·min^(-1),管坯前进速度5 mm·s^(-1);基于优化的挤轧工艺参数,成功挤轧出质量良好的TA2钛管。

高强TA18钛管微观织构对拉伸力学性能与弯曲成形性能影响研究

目的揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸测试及EBSD表征,分析微观织构对管材拉伸力学性能的影响;选取具有典型微观织构分布状态和CSR值的高强钛管进行数控绕弯试验及成形质量测试。结果单向拉伸力学性能测试结果表明,当CSR值为0.65~2.43时,随着CSR值的增大,颈缩阶段管材的应变与整体伸长率不断增大;数控绕弯试验结果表明,当高强钛管CSR值从1.27提高到1.48时,其断裂前最大弯曲角度从20°提高到110°,当CSR值增大到1.71时,可以成功实现120°的弯曲,并且随着CSR值进一步增大到2.14,弯管件的截面畸变率和壁厚减薄率不断减小。结论建立了可以准确描述宏观CSR与微观织构强度指标之间定量关系的双曲函数表达式,高强钛管径向织构强度的增强会提升高强钛管变形过程中抗壁厚减薄的能力,并有利于管材弯曲成形质量的提升。

油气田用工业纯钛管道TIG焊焊接接头组织与性能研究

选用工业纯钛管道TA2、TA3进行钨极氩弧(Tungsten Inert Gas,TIG)焊接工艺研究。通过金相分析、力学性能试验和腐蚀试验,焊缝均能取得满足要求的金相组织,TA3接头的抗拉强度在室温和高温下都优于TA2。冲击试验均为韧性断裂,焊缝在硫化氢酸性环境中的抗应力腐蚀开裂性能优异,可满足油气田服役要求。

工业钛管(TA2)钨极氩弧焊焊接工艺研究

为掌握钛管焊接工艺,助力金属钛在化工管道领域的广泛应用,山东能源集团建工集团有限公司三十七处采用GTAW(氩弧焊)“三通”全保护多层多道焊接方法、依据《钛和锆管道施工及验收规范》(SH/T3502-2021)等开展了工业钛管(TA2)钨极氩弧焊焊接工艺研究,包括钛管及焊丝、焊机、气体保护罩等试验材料及焊接工具选择,坡口选择、焊前清理、钛管装配、钛管保护等焊前准备工作方法,Φ219mm×8mm钛管、Φ108mm×2mm钛管焊接工艺参数确定,以及焊接试件送检和焊接工艺评定检验项目制定。所焊钛管试样焊接质量检验(外观检查、无损检测、弯曲和拉伸试验)结果显示,GTAW“三通”全保护多层多道焊接获得的钛管焊缝外观良好、无颜色变化,达GB/T3323.1-2019Ⅱ级要求,塑韧性良好、抗拉强度符合要求,满足化工行业钛管安装焊接质量要求。

钛管道焊接氧化及气孔控制措施

对钛材进行焊接性分析认为,焊接过程中最易出现的问题是钛的氧化及气孔。从操作角度阐述了防止氧化及产生气孔的措施,焊接过程中的要点及注意事项,在焊接实践中取得了较好的效果。

高频感应焊TA2钛管焊后退火组织与性能研究

采用高频感应焊接技术焊接壁厚0.5 mm钛管,研究焊后退火对钛焊管微观组织与力学性能的影响。结果表明,经过800℃退火处理后,钛焊管外观颜色无变化,焊接接头显微组织由锯齿状与针状组织转变为等轴组织,晶粒内部取向一致,晶粒明显长大,焊接接头各区域硬度值显著下降且分布更加平均;退火前焊接接头抗拉强度为480.9 MPa,伸长率4%,退火后抗拉强度为439.2 MPa,为退火前91.6%,伸长率18%,为退火前4.5倍,断口具有明显韧性断裂特征,综合力学性能有明显提升。

小弯曲半径钛管差温推弯成形工艺研究

针对小弯曲半径钛管弯曲成形问题,采用差温推弯成形方法开展了弯曲半径为0.9 D (D为管材外径)的小弯曲半径钛管弯曲成形试验。研究分析了成形弯管的外观质量、壁厚分布规律和关键区域材料的微观组织特点。结果表明差温推弯成形方法能够有效应用于成形弯曲半径为0.9 D的小弯曲半径钛合金管,成形弯管表面质量好、壁厚减薄少、弯曲外侧材料组织变细小。

钛管高速双枪TIG焊电弧和熔池动态行为的数值模拟

采用高速双枪TIG焊制造钛焊管。建立双钨极、双电弧和熔池耦合数学模型,研究温度场分布、电弧等离子体和熔池液态金属流动以及双枪TIG焊系统能量传输行为。电弧极性相同,在电磁力作用下,前后电极下方的电弧等离子体相向流动。熔池Marangoni力远高于电弧剪切力,是熔池上表面液态金属后向流动的主要驱动力。计算的双钨极电弧热效率为79.8%。高速双枪TIG焊可以提高钛焊管的制造效率和质量。

凝汽器钛管-板密封焊缝自动焊修复工艺研究

采用管-板自动焊工艺,对钛管-板模拟件焊缝进行了自熔焊和自动填丝焊修复,并使用无损检测和光学金相显微镜手段,研究了焊缝修复后的接头成形。结果表明:自熔焊和自动填丝焊修复后的焊缝成形良好,组织中未发现焊接缺陷,焊缝余高、焊缝宽度和角焊缝厚度满足标准要求。开发的一整套凝汽器钛管-板密封焊缝自动修复工艺,解决了手工修复过程中二次污染、可靠性差、效率低等问题,能够满足现场检修的需求。

钛管道K-TIG深熔焊工艺研究及应用

为提高中厚板钛管道的焊接效率,采用K-TIG深熔焊对钛管道项目中两种典型厚度10 mm和25 mm的工业纯钛进行焊接试验,对焊接接头的拉伸、弯曲、硬度性能指标进行了检测。试验结果表明,对厚度14 mm不开坡口的工业纯钛,K-TIG深熔焊可以实现一次熔透,并获得质量稳定的焊接接头。K-TIG施焊使母材自熔形成焊缝,焊缝表面熔敷金属补充不足,需配合机械TIG进行焊缝的盖面以获得满足标准要求的焊缝成形,组合施焊的焊接接头具有较好的塑性及拉伸强度,并在钛管道制造上成功应用,取得很好的焊接效果,该研究对K-TIG深熔焊工艺在有色金属压力容器制造领域推广应用具有积极意义。

激光功率对Nd:YAG激光焊接钛管材料的显微组织和力学性能的影响

采用Nd:YAG激光束焊接连接2级钛管。通过组织表征和力学试验研究了激光功率的影响。结果表明,随着激光功率的增加,焊珠的几何形状从楔形变成了平行形,焊接区呈粗糙、不均匀、锯齿状的粗颗粒结构。激光功率对晶粒的位向角分布也有显著影响。高功率激光导致焊接区出现了较大的孔隙,还有高密度的位错和亚晶界。通过激光焊接,材料的强度得到提高,但通过显微硬度分析发现,高功率激光下材料的强度提高较小,而在较低功率的激光下,材料可以获得更高的抗拉强度。通过断口分析发现,焊接区存在的微小空隙导致材料出现韧性断裂。

凝汽器钛管板密封焊缝现场修复及质量管控

归类并总结了凝汽器钛管板密封焊缝在服役阶段常见的缺陷类型和产生的原因,针对性地提出了包括手工焊修复、自动自熔焊、自动填丝焊修复和堵管修复等方案,并根据缺陷实际情况采取了相应的焊接修复工艺与实施步骤,明确了质量管控措施和质量验收要求,为凝汽器钛管板密封焊缝的现场修复及质量管控提供了借鉴,有效保证了凝汽器的安全运行。

核电厂凝汽器钛管泄漏现象及处理

核电厂凝汽器钛管泄漏对二回路的水质有着非常大的影响,及时处理和缓解该类事件可有效避免停机停堆情况的发生.文章对核电厂凝汽器钛管泄漏的危害和原因进行了简单介绍,分析了核电厂凝汽器钛管泄漏发生时的现象、诊断过程,重点介绍了运行人员预防和处理该类工况的方法.

高压换热器钛管-管板爆炸焊接模拟与试验

运用计算机数值模拟高压换热器钛管和管板爆炸焊接过程,并通过优化低猛度临界爆速炸药配方、选取最佳的爆炸焊接间隙、应用不稳定爆轰端控制技术等关键技术,使薄壁钛管-普通钢管板能成功实现爆炸焊接成型。此爆炸焊接成型可实现用常规焊接和胀管方法无法实现的锆、钛等稀有金属管材与钢等异形金属之间的焊接;换热器换热管与管板之间的焊接强度高,既保证了换热器的安全性,又大大提高了换热器的使用寿命;生产率高,可一次实现一台换热器所有管子与管板的焊接成型。

钛管在复杂应力下的双向强化效应

利用塑性势理论，同时通过各种复合应力试验证明了TA2钛管具有明显的各向异性和双向强化效应，并提供了钛管换热器合理设计的可靠依据．

钛管CaCO3污垢特性的实验研究

实验研究了钛管的污垢特性,并和不锈钢管、紫铜光管的污垢特性进行了比较。结果表明,钛管的污垢诱导期随着浓度的增大而增大,随着流速的增大而减小;但污垢热阻值随着浓度和流速的变化规律较复杂。在同种工况下,钛管的诱导期比不锈钢管短、却比铜管长,污垢热阻渐近值比铜管小、却比不锈钢管大,说明了钛管的抗垢性能虽好于铜管,但比不锈钢管差。

考虑材料参数变化的高强钛管数控弯曲回弹行为研究

目的研究钛管数控弯曲回弹角、回弹半径的变化规律,揭示回弹角和回弹半径变化特征的形成机制。方法基于有限元软件平台,建立考虑收缩应变比-弹性模量变化的Ti-3Al-2.5V钛管数控弯曲成形及回弹全过程的有限元模型。结果回弹角随弯曲角和相对弯曲半径的增加而增加;回弹半径在弯曲角小于30°时,随弯曲角的增加而先变化很小,后显著增加;弯曲角大于30°时,回弹半径随弯曲角的增加而逐渐减小。回弹半径随相对弯曲半径的增加而增加。弯曲角越大,应力分布区域越大,回弹变形越大;相对弯曲半径越大,弯管中处于弹性变形的区域占总变形区域的比例较大,回弹变形越大。结论考虑两参数变化时对回弹角和回弹半径的变化趋势无显著影响,但获得的回弹角和回弹半径均大于忽略两参数变化时的值;考虑收缩应变比-弹性模量变化时,弯曲变形区沿外脊线的拉应力大于忽略两参数变化时的拉应力,卸载回弹时,管材发生大的弹性恢复,表现为回弹角和回弹半径的增加。

薄壁钛管的矫直

为了对薄壁钛和进行高精度矫直,在对弯曲矫直和对辊压扁椭圆矫直法及弯曲矫直与对辊压扁椭圆荞直相结合的矫直法进行对比分析之后,决定在六辊矫直机上采用弯曲矫直法与对辊压扁椭圆矫直法相结合的方法对薄壁钛管进行矫直。在详细分析了影响矫直精度参数的基础上,确定矫直的合适工艺。所进行的矫直实验结果表明:弯曲矫直法与对辊压扁椭圆矫直法相结合的方法可有效的改善薄壁钛管材的直线度和椭圆度。矫直的薄壁钛管直线度达到0.3mm/m,达到了较高精度的要求。

厚壁钛管轴向压缩塑性的应力-应变关系

基于环形试样轴压实验、有限元模拟、回归分析和遗传算法相结合的反求方法对厚壁钛管压缩状态下的塑性材料参数进行快速识别,利用试验方法研究机床弹性变形时TA18厚壁钛管不同圆环压缩试样高度下试样鼓肚率和机床弹性变形的变化情况,并在此基础上确定了试样高度范围,获得了试验力-位移曲线。利用反求方法确定了其压缩应力应变关系,并将其应用在不同高度钛管环形试样轴压模拟中,与试验进行对比,以发现反求获得的应力-应变曲线可以较好地预测钛管轴向压缩变形行为,对压缩试样变形后最大直径和载荷的预测误差分别不超过1.5%和11%。