大口徑超薄壁鈦焊管的研制

鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐海水腐蝕和綜合性能優(yōu)異等特點(diǎn)。國外已經(jīng)大量使用薄壁鈦管代替?zhèn)鹘y(tǒng)銅合金管用于海水淡化、艦船、海上石油工程、電站等用的熱交換器和冷凝器裝置，這不僅可以顯著提高熱交換效率，還可以提高使用壽命，降低設(shè)備維修維護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

與鈦無縫管相比，鈦焊管具有壁厚尺寸均勻、同心度好、內(nèi)外表面光潔度高、材料利用率和生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢。且鈦焊管可以做到壁厚0.5mm及以下，而通過軋制和拉拔工藝要獲得壁厚≤1mm的鈦管很難。

我國目前已經(jīng)具備了小口徑薄壁鈦焊管的生產(chǎn)能力，且工藝比較成熟。但對(duì)于直徑大于38.1mm、壁徑比＜2%的鈦焊管，國內(nèi)的相關(guān)研究仍屬空白。隨著我國海洋工程戰(zhàn)略的啟動(dòng)和海洋工程裝備制造水平的提升，對(duì)海洋工程用大口徑超薄壁鈦焊管的研制要求十分迫切。為此，對(duì)大口徑薄壁鈦焊管生產(chǎn)中存在的成形和外徑控制難度大、切割易變形等問題進(jìn)行研究，希望能夠優(yōu)化生產(chǎn)工藝，制備出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的Φ50.8mm×0.5mm鈦焊管產(chǎn)品。

原料為真空退火后的冷軋鈦帶卷，牌號(hào)為Gr.2，規(guī)格為0.5mm×160mm×L。焊接設(shè)備采用JT50連續(xù)自動(dòng)化鈦焊管生產(chǎn)線，成形軋輥采用銅合金軋輥，孔型設(shè)計(jì)適用于超薄壁管冷彎成形，焊接采用鎢極氬弧焊+高純氬氣保護(hù)，熱處理工藝為在線感應(yīng)消除應(yīng)力退火。

相較于普通焊管的成形，大口徑超薄壁鈦焊管的成形尤其困難。因?yàn)殁伒捻g性好，成形過程中的帶邊回彈較不銹鋼等材質(zhì)大，又由于壁厚薄，帶邊在不均勻受力的情況下非常容易產(chǎn)生變形，當(dāng)變形程度超過彈性極限時(shí)，很容易產(chǎn)生鼓包、波浪形邊等，導(dǎo)致無法焊接。另外由于直徑較大，圓度控制也是一個(gè)大的難題，最后的成品管外徑大小以及橢圓度很容易超標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)成形段、焊接段以及定徑段的軋輥弧形進(jìn)行了多次優(yōu)化，以克服研制過程中出現(xiàn)的帶邊鼓包、圓度不夠、焊接打孔等實(shí)際問題。以第一對(duì)成形輥為例，該對(duì)輥是W弧形，是鈦管成形的關(guān)鍵，在首次研制的時(shí)候，因?yàn)閹н吺芰Σ痪霈F(xiàn)了帶邊鼓包等現(xiàn)象，通過對(duì)W弧形的優(yōu)化，鼓包現(xiàn)象得以消除。

大口徑超薄壁鈦焊管由于口徑大、壁厚薄，在線切割時(shí)極易變形。研制時(shí)，對(duì)超薄壁鈦焊管切割?yuàn)A持基體進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在基體的端頭鑲嵌了4塊聚氨酯扇形夾塊，其目的是為了實(shí)現(xiàn)夾具受到拉力合攏時(shí)能夠?qū)︹伖苓M(jìn)行夾持和定位。在夾具基體端頭鑲嵌聚氨酯扇形塊，解決了夾具夾持時(shí)鈦管變形或表面損傷的問題，提高了薄壁管定位精度，為切割創(chuàng)造了有利條件。