浅谈钛制化工设备制造质量的有效控制
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【摘 要】通过分析钛制化工设备的特点，结合长期实验研究经验，对高要求制造质量钛制化工设备的施工操作方案和规程进行总结。
由于钛具有良好的稳定性，在各种酸、碱、盐介质中能够稳定存在，钛作为抗腐蚀材料得到了广泛应用。钛是石油化工中的优良结构材料，常用作各种热交换器、反应器、高压容器、蒸馏塔等的制作材料，例如尿素生产过程中，在高温环境下，氨、氨基甲酸铵及它们的混合液具有很强的腐蚀性，不锈钢设备使用寿命短，检修费用高，改用钛制设备后，设备使用寿命增加，检修费用得到缩减[1]。近年来，钛材的产量越来越高，这种具有优良性能且资源丰富的金属已经广泛应用于化工设备制造。
1.钛制化工设备制造与质量控制
1.1备料
钛金属材料设备对表面有严格要求，由于钛的摩擦系数和化学活性较高，在制造和加工过程中，表面被划伤和污染的几率较高，在使用不合理的工具、场地或接触其他金属情况下，表面有缺陷的钛制化工设备极易出现抗腐蚀能力和力学性能下降的情况。所以，在备料方面应遵循以下要求来保证钛材化工设备制造质量：①专用制造车间制造钛制化工设备受压元件，不能混杂其他产品生产，工作场地要严格保持清洁，控制灰尘；②钛材必须入库保管，不能露天堆放，设置边角余料箱供钛材专用，对钛材的保管和发放制度进行细分；③钛材化工设备制造人员要求持证上岗、穿工作服、戴手套，防止划伤钛材表面；④除了以后的加工工序能消除的缺陷，否则禁止用铁锤击打钛材表面，禁止在钛材上打样冲眼、打钢印及用墨汁或油漆书写标记，应采用金属铅笔在钛材上划线；⑤由于钛材接触铁、油污后易被污染，下料切割后要打磨污染区域，所以在划线时应该留出适当的加工余量；⑥钛加工工具要分开保管，钛加工尽量不使用钢丝刷等碳钢工具；⑦采用火焰或等离子弧切割钛板和钛复合板时，防止火花溅于钛板表面，且复层应朝上[2]。
1.2成形加工
成形加工设备不仅要严格控制表面机械损伤，而且要清理飞溅物。在刨边过程中，较长板材出现弯曲和撕裂现象的几率较大，所以要用槽钢将刨边的一端压紧，控制刀具的刃倾角，缓慢小进刀量进行切削，注意在切削过程中禁止中途停刀，而且要频繁磨削刀具，避免切削表面出现硬化。要注意清理卷板机滚筒的表面，在卷板之前，在钛板上应垫一层薄镀锌铁皮可达到保护钛板表面的目的。不加工的钛件要用塑料袋或塑料布包好。应采用刨边机加工钛板坡口，加工管材坡口要在车床上进行。
1.3装配
在装配过程中，防止出现钛材表面被钢制胎具和工装夹具拉毛、划伤、刻槽的情况出现，禁止铁锤敲击。采用橡胶或尼龙掺合氧和铝的砂轮打磨钛设备的表面，禁止使用打磨过的碳钢砂轮进行打磨，禁止出现过热色泽现象。焊接操作相关人员应穿戴整洁，坡口严禁触摸，避免划伤钛材表面[3]。
2.焊接质量控制
2.1性能分析
钛在熔融状态极易发生化学变化，且在400摄氏度时大量吸氢，而氢对钛的塑性、韧性等性能有很大影响，会造成钛制品易脆裂。钛制品的焊接过程中，氧化、氮化和脆裂是最主要的问题。焊接温度达到400摄氏度时，大量氢吸入，而在冷却时氢无法完全逸出，从而聚集在内部产生气孔，影响制造质量。因此钛的含氢量要求低于0.15%，一旦母材和焊材含氢量超出标准，就必须立即进行脱氢处理。当温度超过600摄氏度时，钛会和氧、氮发生急剧的化合反应，生成二氧化钛和氧化钛，当温度超过800摄氏度时，二氧化钛与钛相互溶解扩散，二氧化钛进入到钛的内部组织中，从而出现0.05毫米左右厚的中间脆化层，焊接接头的塑性与温度和时间成正比，温度时间越长，温度越高，氧化和氮化越严重，焊接接头的塑性越低。因此一般要求钛的含氧量应控制在0.3%左右[4]。
2.2焊前准备
保证氩气纯度达标（≥99.9%），选择铈钨极作钨极，选择钨极自动或手工交、直流两用氩弧焊机作为焊接设备。钛制压力容器的施焊操作工必须具有考试合格证以及扎实的技术基础。即使钛材焊缝只有很小的污染，也会对焊缝的质量造成严重影响，所以焊前的清理工作是必不可少的。就主要清理顺序做如下要求：
①对坡口及其两侧至少50毫米范围内的污物进行严格清理，选用砂纸或砂轮机去除，以露出银白色金属光泽为标准；②用干净的绸布蘸无水酒精擦拭钛制品表面，以绸布上看不见污物为标准；③施焊前取无水酒精擦拭焊丝；④坡口及焊丝清理步骤与施焊应紧密连接，否则就会形成新的污染，需要重新进行清理。
2.3焊接
做好焊前准备工作后，要马上施焊，若跨班或过夜施焊，应在施焊前重新清理。每道焊缝焊接完成后要对表面颜色进行检查，对于表面不达标的制品要重焊或作废。焊接环境要保持清洁，环境风速应低于2米每秒，相对湿度应小于90%，雨雪天、室外、环温零下等情况不能焊接。焊接时，钨极的最佳伸出长度为11毫米左右，每一次的焊丝填充高度应低于5毫米，高于2毫米。由于在高温条件下，钛材与氢、氧、氮极易发生反应和变化，从而造成焊接接头塑性变低，所以焊缝熔池及其背部凡若超过400摄氏度的，就必须通过保护盒严格保护焊接热影响区。通过焊炬来保护熔池。保护盒以铜制品为佳，通入氩气。氩气流量以11升每分钟最佳，这是因为氩气流量过大会导致气体紊乱，使焊接区进入空气，过小则会造成气流刚性较差。氩气要控制在层流状态。焊接结束后，最好不要马上移开焊炬，应连同保护盒急冷保护，焊接接头冷却低于400摄氏度后再离开。若焊缝表面有咬边、弧坑现象，或出现焊肉低于母材表面现象时，在无氧化污染的情况下可以直接进行修补。在未焊透、表面未熔合、表面裂纹等情况下，要打磨缺陷并进行焊前清理，然后进行补焊，最多返修两次[5]。
3.焊后检测与质量控制
每一道焊缝焊接完成后均要完成以下三种焊接质量检验方式，一是外观检查，二是着色探伤，三是X射线探伤。外观检查是指通过肉眼对焊缝表面缺陷及焊接接头颜色进行观察，一般借助放大镜，焊接接头颜色是保护气体的保护效果的判定标准。针对表面颜色不达标的焊缝部分和热影响区，必须要打磨缺陷并进行焊前清理，然后进行补焊，最多返修两次。
随着钛及钛合金在化工设备制造中的广泛应用，保证钛制化工设备的寿命、安全性、稳定性、实用性是目前钛制设备制造的重要任务，企业应该对化工设备的制造质量引起高度重视，其中以焊接质量尤为突出。因此，要结合钛材的性能和特点，对钛材化工设备制造过程中的每道工序、焊接每一项操作步骤进行严格的质量控制。
【参考文献】
[1]丁文溪，王建勋.钛制化工设备制造质量的控制[J].化工机械，2012，02：139-142.
[2]张唯玮，陆亚东.钛制设备的设计与制造[J].化工设备与管道，2012，03：79-82+86.
[3]潘志强，曹忠良.煤化工设备质量管理及进度控制[J].设备监理，2012，03：43-48.
[4]文新民.石油化工设备制造中的材料质量控制[J].化工管理，2013，16：162-163.
[5]车志刚.石油化工设备制造中的材料质量控制[J].石油化工设备，2011，05：95-98.