鈦管內(nèi)壁劃痕原因分析及處理

楊吉梅

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

鈦管內(nèi)壁劃痕原因分析及處理

楊吉梅

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

在換熱器制造前對鈦管檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面劃痕，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對劃痕的形態(tài)、尺寸進(jìn)行定性和定量分析，最終從根源上解決問題。

TA1鈦管；劃痕；內(nèi)窺鏡檢查；金相檢查；超聲波檢查

一、概述

海水冷卻器是利用海水將工藝氣體冷卻，管程介質(zhì)為海水，殼程介質(zhì)為苯、甲苯等易爆極度危險(xiǎn)工藝氣體。換熱管選取具有很好耐海水腐蝕性能的鈦材。換熱管是換熱器中最重要的部件。應(yīng)確保質(zhì)量，以避免發(fā)生泄漏，影響生態(tài)環(huán)境和生命安全。

二、設(shè)備簡介

本批海水冷卻器均為列管式換熱器，共需鈦（TA1）換熱管7247根，規(guī)格為φ25mm×1.25mm,其中2臺設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 其中兩臺換熱器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)表

三、換熱管內(nèi)壁劃痕分析

1.內(nèi)壁缺陷

檢查換熱管外觀時(shí)發(fā)現(xiàn)部分管內(nèi)壁軸向直線型劃痕，且劃痕數(shù)量較多。按GB/T3625標(biāo)準(zhǔn)要求：管材表面的局部缺陷可予以清除，但清除后不得使外徑和壁厚超出允許的負(fù)偏差。管材表面允許有局部不超出外徑和壁厚允許偏差的劃傷、凹坑、凸點(diǎn)和矯直痕跡。

2.質(zhì)量證明書審查

對到廠的鈦管質(zhì)證書進(jìn)行審查，按批進(jìn)行檢查，每批同一牌號，同一熔煉鋼爐號、同一規(guī)格、同一軋制方法、同一交貨狀態(tài)和同一熱處理爐批組成。TA1冷軋鈦管，規(guī)格φ25mm×1.25mm，退火狀態(tài)供貨。對化學(xué)成分（GB/T3620.1-1995）、力學(xué)性能（GB/ T3625-1995）進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，經(jīng)審查復(fù)驗(yàn)報(bào)告，各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.工藝性能復(fù)驗(yàn)

擴(kuò)口和壓扁工藝性能按照GB/T3625相關(guān)要求進(jìn)行復(fù)核，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。按GB/T3625標(biāo)準(zhǔn)要求擴(kuò)口尺寸至少為原直徑的120%，按名義尺寸計(jì)算擴(kuò)口后內(nèi)徑≥27mm，擴(kuò)口后用放大鏡觀察無裂紋；對于實(shí)物測量壓扁方向最大間距＜11.15mm，壓扁后放大鏡觀察試樣完好無裂紋，擴(kuò)口和壓扁試樣見圖1。

圖1 擴(kuò)口壓扁試樣

4.尺寸及外觀檢查

經(jīng)抽查約3%的鈦管（約160根），鈦管名義尺寸φ25mm×1.25mm，厚度偏差為±0.125mm（厚度的±10%），外徑偏差為±0.1mm，端部切斜偏差≤3mm，抽查尺寸均符合GB/T3625標(biāo)準(zhǔn)要求。

管材內(nèi)外表面清潔，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見裂紋、折迭，起皮針孔等肉眼可見的缺陷。

5.劃痕分析

（1）宏觀檢查及無損檢測

取一根鈦換熱管切割，并做滲透檢測，劃痕宏觀情況見圖2滲透檢測內(nèi)壁劃痕顯像。

圖2 滲透檢測內(nèi)壁劃痕顯像

表2 內(nèi)窺鏡檢查情況分類表

為了確定劃痕數(shù)量的分布、靈敏量嚴(yán)重程度，對首批到廠的3210根鈦換熱管進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，按劃痕數(shù)量多少劃分為四類，由表2可見，存在表面劃痕的管材占近一半。

對鈦管進(jìn)行無損檢測復(fù)驗(yàn)，最嚴(yán)重的鈦管全部超聲波檢測，次嚴(yán)重抽查10%，其他抽查5%，超聲波抽查結(jié)果見表3，劃痕嚴(yán)重的有超聲波檢查不合格，其他的超聲波檢查均合格。

（2）金相檢查

為了查看劃痕組織變化確定劃痕性質(zhì)及深度，對劃痕數(shù)量不同類別各取樣進(jìn)行金相檢查，金相試驗(yàn)結(jié)果如下。

①對于劃痕最嚴(yán)重的金相檢查，在拋光態(tài)下觀察試樣橫截面疑似裂紋為裂紋，裂紋周圍有灰色氧化物存在。裂紋深淺不一，濃度范圍約為：0.1～0.5mm。腐蝕后觀察裂紋形貌，裂紋周圍組織與其它區(qū)域無差別。

②次嚴(yán)重取兩個(gè)試樣，內(nèi)表面劃痕金相試驗(yàn)結(jié)果如下。

a.1#試樣拋光態(tài)下觀察試樣橫截面，多處疑似裂紋有的表面是劃痕，劃痕底部有裂紋擴(kuò)展，其中最深一條深度為0.25mm，裂紋周圍有氧化物存在。

b.2#試樣拋光下觀察試樣橫截面，多處疑似裂紋有的表面是劃痕，劃痕底部有裂紋擴(kuò)展，其中最深一條深度為0.13mm，裂紋周圍有氧化物存在。

③少量內(nèi)共取6個(gè)試樣，鋼管內(nèi)表面劃痕金相試驗(yàn)結(jié)果如下。

拋光態(tài)觀察試樣橫截面，多處疑似裂紋是劃痕，最深一條深度為0.08mm。另一個(gè)試樣最深一條深度為0.05mm。另外四個(gè)試樣多處疑似裂紋是劃痕，最深一條為0.03mm。經(jīng)金相試驗(yàn)確定，多處疑似裂紋為表面劃痕。

④無劃痕取兩個(gè)試樣，鋼管內(nèi)表面金相試驗(yàn)結(jié)果如下:拋光態(tài)下觀察管材內(nèi)外表面，均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

四、分析

根據(jù)以上檢驗(yàn)結(jié)果和對鋼管制造廠工藝進(jìn)行調(diào)研分析，此鈦換熱管內(nèi)表面劃痕是鈦管在軋制時(shí)，由于軋制造商的芯棒表面不光滑（粘鋼）而產(chǎn)生，經(jīng)幾道軋制后形成機(jī)械劃傷，嚴(yán)重的形成微裂紋。對于嚴(yán)重和次嚴(yán)重劃痕的鈦管，劃痕的深度超過換熱管厚度負(fù)偏差0.125mm。

鈦換熱管的內(nèi)壁劃痕及鈦材本身的脆斷性，直接影響后續(xù)的貼脹，在貼脹過程中易在很小的脹接壓力下便發(fā)生了脹裂的情況。

五、處理意見及實(shí)施措施

第一，表面劃痕內(nèi)窺鏡檢查最嚴(yán)重、次嚴(yán)重的鈦換熱管判定不合格產(chǎn)品，全部退回。

第二，表面劃痕內(nèi)窺鏡檢查少量劃痕及無劃痕判定符合鈦管驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求的鈦管，讓步接收，建議用戶在使用該批鈦換熱管的設(shè)備時(shí)縮短該設(shè)備檢修周期，減少該設(shè)備預(yù)計(jì)使用壽命，加強(qiáng)該批設(shè)備監(jiān)控。

第三，對于未發(fā)貨的鈦管，鈦換熱管廠家改進(jìn)制造工藝，在軋管中間采用鏜孔方式去除內(nèi)表面劃痕或微裂紋，保證其光滑無毛刺。在鈦管制造廠逐根進(jìn)行100%超聲檢測，換熱器廠無損檢測技術(shù)人員到鈦管廠監(jiān)督檢查超聲波檢測過程，合格后，內(nèi)窺鏡檢查，沒有劃痕的管材發(fā)貨，少量劃痕的管材備用。

六、結(jié)語

鈦換熱管內(nèi)壁劃痕雖不易察覺，但經(jīng)檢查可知深度超過厚度負(fù)偏差，造成局部管壁厚度減薄,因鈦材的脆斷性，易在脹管時(shí)因微小裂紋而擴(kuò)展脹裂，因此在制造前要對鈦管的內(nèi)壁進(jìn)行嚴(yán)格檢查。鈦換熱管制造過程中注意控制超聲波檢測報(bào)警缺陷尺寸，防止漏檢。

本批換熱器在鈦管質(zhì)量控制和設(shè)備組焊過程控制，制造后經(jīng)水壓試驗(yàn)、氣密性檢查氨滲漏檢查合格。在投入使用后，跟蹤使用狀況，評價(jià)良好，未發(fā)生鈦管內(nèi)漏或滲漏現(xiàn)象。

[1]曾光，朱梅生，王瑞欣，謝種博.純鈦擠壓管坯內(nèi)表面缺陷分析[M].真空與低溫，2013，2.

[2]賈國梁.鈦管無損檢測方式的應(yīng)用選擇[M].科技信息，2011，9.

[3]陸裕湘。電站冷凝器用鈦管的超聲探傷[M].上海金屬，1990，2.

[4]馬小菊，曲恒磊等.高標(biāo)準(zhǔn)純鈦（Gr.2）斜軋穿孔管的冷加工技術(shù)[M].稀有金屬材料與工程，2009，12.

[5]黃嘉琥，應(yīng)道宴.鈦制化工設(shè)備[M].北京：北京化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

TG17

B

1671-0711（2015）01-0059-03

2014-11-14）