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。

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%。

钛管材感应退火炉PLC控制系统的研制

采用中频感应加热对钛管材进行退火热处理,是稀有金属加工领域一项新技术和新工艺。针对钛管材中频感应退火炉的设备特点和工艺要求,介绍研制以西门子S7-200为核心的PLC控制系统。系统投产运行以来,取得显著效果,具有推广和应用价值。

换热器钛管在复合载荷下的双向强化研究

在不同的复合载荷下，薄壁钛管具有不同的应力状态。对ＴＡ２钛管的各向异性和双向强化问题进行了论述，提供了钛管换热器合理设计的依据。

钛管换热器中流体诱发的振动

管壳式换热器,管束由409根钛管组成(图1)。由于振动,位于壳程流体进口附近的约占总数10%的管子在与管板联接处发生泄漏(图2)。检修时将这部分管子抽出。

精对苯二甲酸(PTA)装置钛管焊接施工技术

PTA生产对设施材质要求较高,钛材具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能强、耐热性能好、耐低温性能好、抗阻尼性能强、无磁性、无毒、换热性能好等特性,目前已经应用于石油石化设备制造中,包括PTA生产设施。但是钛材管道的应用目前较少、多为工厂化预制的设备所采用;尤其户外工况下作业的更少。我公司承接恒力石化(大连)有限公司年产250万吨PTA-4项目,本装置为目前国内单体产量最大的PTA生产装置。装置中输送强腐蚀性介质管道为钛材(TIB862-2)材质,对比其已经投产的1、2、3线装置钛材管道应用情况,PTA-4装置设计进行了升级,所用钛材管道规格更多,管径更大。故公司进行PTA装置钛管焊接施工技术研究。