引言

近年來，隨著煤化工裝置向大型化、高參數(shù)方向發(fā)展，系統(tǒng)中所采用的氣-水熱交換設備面臨日益嚴苛的腐蝕介質(zhì)環(huán)境，傳統(tǒng)不銹鋼材料在多組分氣體條件下易出現(xiàn)點蝕、縫隙腐蝕等失效問題。鈦及其合金因其優(yōu)異的耐腐蝕性能、良好的熱導性及力學穩(wěn)定性，已在化工換熱設備中得到日益廣泛的應用。汽提氣水冷器是某煤化工技改工程中的關鍵設備，其結(jié)構復雜，采用鈦材與碳鋼、不銹鋼等多種異種材料復合構成，制造過程中對焊接連接、管板結(jié)構加工及表面潔凈度控制等提出了較高要求。

本研究以該設備的工程制造過程為基礎，圍繞鈦鋼復合板鉆孔與去鈦、鈦材焊接質(zhì)量控制、潔凈制造環(huán)境驗證等關鍵技術節(jié)點進行系統(tǒng)分析,并針對實際制造中出現(xiàn)的結(jié)構裂紋、脹接泄漏、焊縫變色等問題，提出可行性改進措施，以期為鈦制換熱器類壓力容器的設計與制造提供工程技術參考。

1設備結(jié)構及技術特點

汽提氣水冷器作為氣相介質(zhì)與水介質(zhì)間的熱量傳遞裝置，其結(jié)構為典型的殼程-管程型管殼式換熱器，主要由殼體、管箱、換熱管、管板等部件組成，如圖1所示。設備殼程材質(zhì)選用奧氏體不銹鋼S30408，管程則采用工業(yè)純鈦TA2，以滿足在弱酸性、多組分腐蝕氣體介質(zhì)環(huán)境下的長期穩(wěn)定運行需求。

該設備采用TA2+Q345R復合板制成的管箱結(jié)構，換熱管為Φ32x2mm的TA2無縫鈦管，管板結(jié)構則為TA2+16MnIII復合材料，整體構造實現(xiàn)了強度與耐腐蝕性的有機結(jié)合，同時也對焊接工藝、材料連接及制造精度提出了更高要求，具體技術參數(shù)見表1。執(zhí)行標準為GB/T150《壓力容器》、GB/T151《換熱器》、JB/T4745《鈦制焊接容器》及相關鈦復合材料標準。

該設備結(jié)構緊湊、鈦復合板應用多、制造難度大，尤其在異種金屬之間的過渡連接、焊縫質(zhì)量控制以及鈦材表面保護等方面,對制造工藝及生產(chǎn)環(huán)境提出了嚴格要求。

表1主要技術參數(shù)

2、制造工藝流程與關鍵控制點

鈦制換熱器的制造過程需嚴格控制環(huán)境潔凈度、材料加工方式及焊接工藝，尤其在復合板材料加工、管端焊接接頭質(zhì)量控制及異種金屬連接方面具有一定難度。為保障制造質(zhì)量與結(jié)構完整性，本項目在實施過程中構建了完整的制造工藝流程，并對關鍵工序進行了針對性的過程控制。

2.1清潔環(huán)境控制與鐵離子污染檢測

鈦材料具有高度化學活性,極易與環(huán)境中游離鐵離子發(fā)生反應，從而影響焊接接頭性能及表面質(zhì)量。為此，制造現(xiàn)場需滿足高潔凈度要求。如圖2所示，本工程選用菲繞啉顯色試驗法對不同制造場地進行鐵離子污染評估。該方法通過在檢測區(qū)域布置處理試紙,并與配制的顯色試劑反應,借助顏色變化判斷環(huán)境中是否存在金屬顆粒沉積。

2.2鈦鋼復合管板加工與鈦層去除技術

如圖3所示,本項目中所采用的復合管板為TA2+16Mn爆炸焊接復合板,具有較高的界面結(jié)合強度，但加工難度大。加工過程中，首先通過深孔鉆床使用BTA鉆頭完成管板管孔的高精度加工，隨后采用定制J型倒角刀具進行管口處理，以提升后續(xù)換熱管連接質(zhì)量。

在封頭邊緣鈦層去除工序中，為避免損傷基體鋼層，采用1.2mm厚度薄型砂輪片進行初步切槽，再借助氣動風鏟實現(xiàn)鈦層分離與撬邊，實踐表明該方法操作性強、切深可控，平均控制在0.8mm以內(nèi)，未見明顯過切現(xiàn)象。

2.3鈦材表面防護與異種金屬焊接工藝

鈦及其合金在加工過程中需避免劃傷、污染和氧化，故在原材料進場后即進行表面臨時性防護，常采用牛皮紙貼覆處理，并在施工過程中持續(xù)修復與更換，防止暴露區(qū)被污染。鈦材之間焊接采用鎢極氬弧焊[TIG]，焊接過程中使用高純氬氣保護，并采用雙面保護裝置保障焊縫成形。TA2與16MnIII之間的異種材料連接采用銀基釬焊方式，溫度控制在650℃~750℃范圍內(nèi)，有效控制鈦基熱影響區(qū)脆性相生成。

焊縫質(zhì)量依據(jù)JB/T4745《鈦制焊接容器》標準進行評定，焊后顏色應控制在金黃色至銀白色范圍內(nèi)，杜絕出現(xiàn)藍色、紫色及灰黑色等高溫氧化跡象，必要時采用細砂紙打磨處理。

2.4管端焊接成形與管板脹接控制

換熱管與管板連接為鈦換熱器制造中的關鍵工序之一，需同時滿足密封性與機械強度雙重要求。在管端焊過程中，由于部分換熱管長度偏差及管板平面度控制不足，導致個別管端伸出長度不一。針對該問題，需通過去除管端余量方式，確保管端連接區(qū)達到圖紙要求。

在脹接過程中，采用液壓脹管方式實現(xiàn)換熱管與復合管板的脹接，但由于部分鈦管在裝配前存在冷作硬化跡象，個別脹接點出現(xiàn)微裂紋及泄漏。為此，在施工前增加脹接性能試驗，并預留備用換熱管，施工中對開裂部位換熱管予以更換，確保結(jié)構完整性和使用可靠性。

3、典型制造問題及解決方案

如表2所示，在鈦制汽提氣水冷器的制造過程中，受到材料特性、產(chǎn)品結(jié)構及現(xiàn)場條件等多因素影響，出現(xiàn)了若干典型制造問題。為確保產(chǎn)品性能和交付進度，針對問題成因進行了分析，并提出了相應的解決策略，積累了具有推廣價值的工程經(jīng)驗。

表2 典型制造問題及解決方案

4、結(jié)論

本文以鈦制汽提氣水冷器為研究對象，梳理了其在制造過程中涉及的關鍵工藝環(huán)節(jié)，并總結(jié)了現(xiàn)場實際中遇到的典型問題及對應對策，研究表明:清潔環(huán)境控制和鈦材表面防護是確保焊接質(zhì)量的前提;鈦鋼復合板加工和焊接需合理選用工藝手段，保障結(jié)構強度與密封性能;制造過程中常見問題如鈦材冷裂、管端偏差和脹接開裂等，應通過預試驗和工藝優(yōu)化加以規(guī)避。

本研究為鈦制換熱設備的工程制造提供了實踐參考，具有一定的應用推廣價值。

參考文獻

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（注，原文標題：鈦制汽提氣水冷器制造工藝研究_劉振）

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