浅谈钛制压力容器的监检
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Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． １ ４ ． ０ ９ ２
浅谈钛制压 力容器 的监检
杨淼淼 山 东省 特种设备检 验研 究院潍坊 分院，山东 潍坊 ２ ６ １ ０ ６
摘 要 一 通过对工 业纯钛的特性 分析和焊接性 分析 ，来 对钛制压 力容 器的监检项 目 进行 了 论述 关键词
２ ． 钛的焊接 陛分析
钛 的焊 接性 能主 要是 由其物 理化 学性 能 所决定的 。 ２ ． １ 气体等杂质污染而 引起焊接接头脆化 钛 是 活泼性 元素 ，在 常温 下是 比较稳 定 的 ，但随着温 度的升高 ，钛吸收氧 、氮 、氢 的 能 力也随之 明显上升 ，试验 证 明，钛从２ ５ ０ ￣ Ｃ 开始吸收氢 ，， Ａ４ ￣ ｏ ｏ ＇ ｃ 开始吸收氧 ，从６ ０ ０ ￣ Ｃ 开 始吸收氮 ，这些 气体被吸收后 ，将会直接 引起 焊接接头 的脆化 ，成为影响焊接 质量 的重要 因 素。 １ ） 氢 的影响 。氢是 气体 杂质 中对钛 的 机械 性能影 响最严重的因素 。焊缝含氢 量变 化 对焊缝冲击性能 的影响最为显著 。其主要原 因
２ ． ３ 焊缝气孔 焊 接时 ，由于杂 质元素 的存 在 ，使 熔池 中含有较多 的气体 ，当这 些气体形成 了气泡 ， 又在熔池结 晶前来 不及逸 出熔池 ，就形成 了气
孔。
越来越多 ，如何 保证钛制压力容器的安全就迫 在眉睫 了，保证 其安全需要从源头 ，也 就是 制 造环 节就 开 始抓 起 。在钛 制 （ 主要 是 工业 纯 钛 ）压力容 器的监检中 ，对杂 质元素可 能污 染 的项 目的监检是关键 。
用。
１ ． 工业纯钛的特性
工业 纯钛化 学元 素含 量 中主要 的元素 是 钛 （ Ｔ ｉ ） ，钛有 两种 同素 异构 晶 体形 态 ，即 和 Ｄ。 Ｇ 【 为密 排六 角 品格 ， Ｄ为体 心立 方 品格 。在纯 钛 中， ｏ 【 相在 ８ ８ ２ ． ５ ℃以 下是稳 定 的。钛属于活泼性 元素 ，在常温下 ，钛就能 吸 收空 气 中的氢气 ，在温 度超 过４ ０ ０ ￣ Ｃ时 ，就 开 始和空气 中的氮 、氧等发生化学 反应 ，所生成 的化合物使钛 的性 能下降 ，特别是塑性 显著 下 降 ，不利于变形加 工 ，所以焊接时要采 用气体 保护焊 。钛也是 有强烈钝化倾 向的金属 ，在空 气中能迅速生成一 层稳 定的氧他 保护膜 ，在 氧１ 匕 性或 中性水溶液中 ，钛表面的氧 化膜能稳 定存在 ，即使由于某些原 因遭到破坏后 也能迅 速自 动恢 复 ，因而钛在这些介 质中具有 优异的 耐腐蚀 陛。
能 ，被广泛应用于航空 航天、能源 、化工等领 域。 随 着钛 制压 力容 器在 工业生 产 中应用 的
使焊 缝析 出Ｔ ｉ ｌ２ 增加 ，增 大了焊 缝的脆 性 ； 另外 ，析 出的氢 化物时体积膨胀引起较大的组 织应 力 ，再 加氢 原子 向高 应 力部位 扩散 及聚 集 ，以致最后形成裂纹 。
钛 ；污 染 ；监 检
百度文库
作用下 易出现裂纹 。 ２ ． 旱 接接头裂纹 钛焊接 时有 延迟裂纹 倾向 ， Ｈ ２ 是 引起这 种裂纹的主要原 因。这是因为含氢量的增加 ，
钛 在我 国的 储 量 丰富 、 又 因 冶 金 、加 工 、热处理技术 的提高 ，使钛材产量增加 、价 格降低 ，所 以钛 设备的制造和应用 日 趋广泛 。 钛作为一种优 良的结构金属 ，具有密度小 、优 异的耐腐蚀 性能 以及良好的力学 陛能和工 艺Ｊ 陛
３ ． 钛制压力容器过程的监检
３ ． １ 钛制压力容器设计控制 在设计 方面 ，常规 的要 求仍 然是 与其他 容器是一样 的，同样是要求设计单位取得相应 资质 ，在有效 期内按相应的标准进行设计 。需 要注意 的是 ： ａ ） 钛材 的许 用温 度 。如 ：钛及 钛合金 的许 用温 度下 限为－ ２ ６ ９ ￣ Ｃ，许用 温度上 限为 ３ ０ ０ ℃，钛 复合板 的许用温度上 限为３ ５ ０ Ｅ ； ． ｂ ） 工作 介质 。虽然 纯钛在 大 多数的介 质 中，特别是 在中性 、氧化性介质和海水 中有 很好 的耐腐蚀 性 ，但是钛在一定条件的发烟 硝 酸 、干氯 气、甲醇、三氯乙烯 、液态的 四氧化 二 氮 、熔 融 金属 盐 、四氯 化碳 、尿吡啶 、氢 气 、溴蒸汽等 介质中可能产生燃烧 、爆炸或应 力腐蚀开裂等 ，钛对 这些介质环境应 回避或慎
ｃ ） 焊 接 接 头 系数 。茌 碳 钢 及 合 金 钢 中使用 的焊 接接 头 系数 （ 仅 以全焊 透焊 缝 为 例 ） ：１ ０ ０ ％无损检 测时 ， ｅ ｏ ＝１ ． ０ ｝局 部无 损 检测时 ，中＝ ０ ． ８ ５ ． 在 钛制容 器中 ，１ ０ ０ ％ 无损检 测时 ，中＝ ０ ． ９ ５ ；局部无损检测时 ，中＝ ０ ． ８ ５ ． ３ ． 砖 ０ 压力容器的原材料控制 压力 容器制 造所 选用 的钛材 应附 有钛材 生产单 位的钛 材质量证 明书 ，容 器制造单位应 按 质量证 明书对钛材进行验收 ，必要时还应进 行复验 。容 器制造单位从非材料生产单位获得
容器用钛时 ，应同时取得材料质量证 明书或加 盖供 材单 位 检验 公章 和经 办人 章 的有效 复 印 件。 通过 前面对 钛材 焊接性 能 的分析 ，从原
钛 表面 ，切割或成形设备如同时用于钛材和钢 材 等其 他金属材料时 ，在钛材切割 、卷制或压 制 前应 清理切 割或成形设备上会划伤或嵌入钛 材 ，造成钛材受铁污染的氧化铁皮 、铁屑等杂 物。钛材的切割和坡 口加工一般应采用机械方 法 ，厚度较大时也允许用火焰切割和等离子切 割。此时应避免火花溅落在钛材表面 ，且切割 边缘 和坡 口仍应 用 机械 方法加 工和 去除 污染 层。钛钢复合板在用机械 切割时应将钢基层朝 下 ，注意防止分层。 另一方面是焊接时严格按 工艺施焊 。从事钛制压力容器焊接的人 员首先 要取得相应资格的焊工证 ，并且在资格证有效 期内施焊。对于有一些规模 较小的制造单位 ， 承压 的钛 制压 力容 器制 作的较 少 ，有可 能存 在电焊 工超 过６ 个 月未进行特 种设备施焊 的情 况 ，故在施焊 以前 ，应根据Ｔ ｓ Ｇ Ｚ ６ ０ ０ ２ — ２ ０ １ ０ 《 特种设备焊接操作人 员考核细则》的规定 ， 对焊工项 目进行复审抽考 。进行焊接之前 ，需 有合格的工艺评定支持 ，若没有相应的工艺评 定 ，需要先按工艺评定的程序 ，做工艺评定 。 因为钛是活泼金属 ，易受氧 、氢 、氮 、碳 、铁 的污染 ，所以在焊接前应对焊丝及焊件清理干 净 ，清除上面的油污及水分 ，焊接时 ，采用高 纯度惰性气体进行保护 ，一般采用纯度 不低于 ９ ９ ． ９ ９ ％，露 点不高于一 ５ ０ ℃的氩气进行保护 。 如果保护不好 ，使杂 质气体融人熔池 ，会导致 裂纹、气孔等缺陷产生 。 ３ ． ４ 钛制压 力容器的检验及检测 钛制 压 力容器 的检测 及检验 项 目与碳钢 基本相同 ，所不同的是具体 的要求不 同，例如 在射线检测时 ，选用的射线能量低于钢 的射线 能量 ，像质计一般选用钛或钛合金材 质的 ； 底 片进行评定时 ，钛与钢在 圆形缺 陷评定 区、缺 陷点数换算 ，及缺陷评级方面不 同等 。 另外 ，钛 制压 力容 器要 求对 所有焊 接接 头在焊接完工原始状态进行表面颜 色检验 。通 过对 颜 色的 检验 ，来判 断气 体保 护 的有效程 度 ，以此来判断焊缝是否合格 ，是 否需 要进行 后处理 。
浅谈钛制压 力容器 的监检
杨淼淼 山 东省 特种设备检 验研 究院潍坊 分院，山东 潍坊 ２ ６ １ ０ ６
摘 要 一 通过对工 业纯钛的特性 分析和焊接性 分析 ，来 对钛制压 力容 器的监检项 目 进行 了 论述 关键词
２ ． 钛的焊接 陛分析
钛 的焊 接性 能主 要是 由其物 理化 学性 能 所决定的 。 ２ ． １ 气体等杂质污染而 引起焊接接头脆化 钛 是 活泼性 元素 ，在 常温 下是 比较稳 定 的 ，但随着温 度的升高 ，钛吸收氧 、氮 、氢 的 能 力也随之 明显上升 ，试验 证 明，钛从２ ５ ０ ￣ Ｃ 开始吸收氢 ，， Ａ４ ￣ ｏ ｏ ＇ ｃ 开始吸收氧 ，从６ ０ ０ ￣ Ｃ 开 始吸收氮 ，这些 气体被吸收后 ，将会直接 引起 焊接接头 的脆化 ，成为影响焊接 质量 的重要 因 素。 １ ） 氢 的影响 。氢是 气体 杂质 中对钛 的 机械 性能影 响最严重的因素 。焊缝含氢 量变 化 对焊缝冲击性能 的影响最为显著 。其主要原 因
２ ． ３ 焊缝气孔 焊 接时 ，由于杂 质元素 的存 在 ，使 熔池 中含有较多 的气体 ，当这 些气体形成 了气泡 ， 又在熔池结 晶前来 不及逸 出熔池 ，就形成 了气
孔。
越来越多 ，如何 保证钛制压力容器的安全就迫 在眉睫 了，保证 其安全需要从源头 ，也 就是 制 造环 节就 开 始抓 起 。在钛 制 （ 主要 是 工业 纯 钛 ）压力容 器的监检中 ，对杂 质元素可 能污 染 的项 目的监检是关键 。
用。
１ ． 工业纯钛的特性
工业 纯钛化 学元 素含 量 中主要 的元素 是 钛 （ Ｔ ｉ ） ，钛有 两种 同素 异构 晶 体形 态 ，即 和 Ｄ。 Ｇ 【 为密 排六 角 品格 ， Ｄ为体 心立 方 品格 。在纯 钛 中， ｏ 【 相在 ８ ８ ２ ． ５ ℃以 下是稳 定 的。钛属于活泼性 元素 ，在常温下 ，钛就能 吸 收空 气 中的氢气 ，在温 度超 过４ ０ ０ ￣ Ｃ时 ，就 开 始和空气 中的氮 、氧等发生化学 反应 ，所生成 的化合物使钛 的性 能下降 ，特别是塑性 显著 下 降 ，不利于变形加 工 ，所以焊接时要采 用气体 保护焊 。钛也是 有强烈钝化倾 向的金属 ，在空 气中能迅速生成一 层稳 定的氧他 保护膜 ，在 氧１ 匕 性或 中性水溶液中 ，钛表面的氧 化膜能稳 定存在 ，即使由于某些原 因遭到破坏后 也能迅 速自 动恢 复 ，因而钛在这些介 质中具有 优异的 耐腐蚀 陛。
能 ，被广泛应用于航空 航天、能源 、化工等领 域。 随 着钛 制压 力容 器在 工业生 产 中应用 的
使焊 缝析 出Ｔ ｉ ｌ２ 增加 ，增 大了焊 缝的脆 性 ； 另外 ，析 出的氢 化物时体积膨胀引起较大的组 织应 力 ，再 加氢 原子 向高 应 力部位 扩散 及聚 集 ，以致最后形成裂纹 。
钛 ；污 染 ；监 检
百度文库
作用下 易出现裂纹 。 ２ ． 旱 接接头裂纹 钛焊接 时有 延迟裂纹 倾向 ， Ｈ ２ 是 引起这 种裂纹的主要原 因。这是因为含氢量的增加 ，
钛 在我 国的 储 量 丰富 、 又 因 冶 金 、加 工 、热处理技术 的提高 ，使钛材产量增加 、价 格降低 ，所 以钛 设备的制造和应用 日 趋广泛 。 钛作为一种优 良的结构金属 ，具有密度小 、优 异的耐腐蚀 性能 以及良好的力学 陛能和工 艺Ｊ 陛
３ ． 钛制压力容器过程的监检
３ ． １ 钛制压力容器设计控制 在设计 方面 ，常规 的要 求仍 然是 与其他 容器是一样 的，同样是要求设计单位取得相应 资质 ，在有效 期内按相应的标准进行设计 。需 要注意 的是 ： ａ ） 钛材 的许 用温 度 。如 ：钛及 钛合金 的许 用温 度下 限为－ ２ ６ ９ ￣ Ｃ，许用 温度上 限为 ３ ０ ０ ℃，钛 复合板 的许用温度上 限为３ ５ ０ Ｅ ； ． ｂ ） 工作 介质 。虽然 纯钛在 大 多数的介 质 中，特别是 在中性 、氧化性介质和海水 中有 很好 的耐腐蚀 性 ，但是钛在一定条件的发烟 硝 酸 、干氯 气、甲醇、三氯乙烯 、液态的 四氧化 二 氮 、熔 融 金属 盐 、四氯 化碳 、尿吡啶 、氢 气 、溴蒸汽等 介质中可能产生燃烧 、爆炸或应 力腐蚀开裂等 ，钛对 这些介质环境应 回避或慎
ｃ ） 焊 接 接 头 系数 。茌 碳 钢 及 合 金 钢 中使用 的焊 接接 头 系数 （ 仅 以全焊 透焊 缝 为 例 ） ：１ ０ ０ ％无损检 测时 ， ｅ ｏ ＝１ ． ０ ｝局 部无 损 检测时 ，中＝ ０ ． ８ ５ ． 在 钛制容 器中 ，１ ０ ０ ％ 无损检 测时 ，中＝ ０ ． ９ ５ ；局部无损检测时 ，中＝ ０ ． ８ ５ ． ３ ． 砖 ０ 压力容器的原材料控制 压力 容器制 造所 选用 的钛材 应附 有钛材 生产单 位的钛 材质量证 明书 ，容 器制造单位应 按 质量证 明书对钛材进行验收 ，必要时还应进 行复验 。容 器制造单位从非材料生产单位获得
容器用钛时 ，应同时取得材料质量证 明书或加 盖供 材单 位 检验 公章 和经 办人 章 的有效 复 印 件。 通过 前面对 钛材 焊接性 能 的分析 ，从原
钛 表面 ，切割或成形设备如同时用于钛材和钢 材 等其 他金属材料时 ，在钛材切割 、卷制或压 制 前应 清理切 割或成形设备上会划伤或嵌入钛 材 ，造成钛材受铁污染的氧化铁皮 、铁屑等杂 物。钛材的切割和坡 口加工一般应采用机械方 法 ，厚度较大时也允许用火焰切割和等离子切 割。此时应避免火花溅落在钛材表面 ，且切割 边缘 和坡 口仍应 用 机械 方法加 工和 去除 污染 层。钛钢复合板在用机械 切割时应将钢基层朝 下 ，注意防止分层。 另一方面是焊接时严格按 工艺施焊 。从事钛制压力容器焊接的人 员首先 要取得相应资格的焊工证 ，并且在资格证有效 期内施焊。对于有一些规模 较小的制造单位 ， 承压 的钛 制压 力容 器制 作的较 少 ，有可 能存 在电焊 工超 过６ 个 月未进行特 种设备施焊 的情 况 ，故在施焊 以前 ，应根据Ｔ ｓ Ｇ Ｚ ６ ０ ０ ２ — ２ ０ １ ０ 《 特种设备焊接操作人 员考核细则》的规定 ， 对焊工项 目进行复审抽考 。进行焊接之前 ，需 有合格的工艺评定支持 ，若没有相应的工艺评 定 ，需要先按工艺评定的程序 ，做工艺评定 。 因为钛是活泼金属 ，易受氧 、氢 、氮 、碳 、铁 的污染 ，所以在焊接前应对焊丝及焊件清理干 净 ，清除上面的油污及水分 ，焊接时 ，采用高 纯度惰性气体进行保护 ，一般采用纯度 不低于 ９ ９ ． ９ ９ ％，露 点不高于一 ５ ０ ℃的氩气进行保护 。 如果保护不好 ，使杂 质气体融人熔池 ，会导致 裂纹、气孔等缺陷产生 。 ３ ． ４ 钛制压 力容器的检验及检测 钛制 压 力容器 的检测 及检验 项 目与碳钢 基本相同 ，所不同的是具体 的要求不 同，例如 在射线检测时 ，选用的射线能量低于钢 的射线 能量 ，像质计一般选用钛或钛合金材 质的 ； 底 片进行评定时 ，钛与钢在 圆形缺 陷评定 区、缺 陷点数换算 ，及缺陷评级方面不 同等 。 另外 ，钛 制压 力容 器要 求对 所有焊 接接 头在焊接完工原始状态进行表面颜 色检验 。通 过对 颜 色的 检验 ，来判 断气 体保 护 的有效程 度 ，以此来判断焊缝是否合格 ，是 否需 要进行 后处理 。