钛及钛合金压力容器制造要领

钛及钛合金压力容器制造要领
1范围
本要领规定了钛及钛合金设备制造过程中对制造环境、材料管理、制造过程等工序的要求。

本要领适用于钛制反应釜、换热器、分离器、塔、储槽及其它形式的压力容器及常压容器。

2材料引用文件
GB/T3620.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》
GB/T3620.2-2007《钛及钛合金加工产品化学成分允许偏差》
GB/T3621-2007《钛及钛合金板材》
GB/T8546-2007《钛-不锈钢复合板》
GB/T8547-2006《钛-钢复合板》
3设备制造、检验和验收
3.1钛、钛钢复合板设备设计符合《固定式压力容器安全技术检查规程》、GB150《压力容器》、GB151《热交换器》，JB/T4745《钛制焊接容器》的规定，且满足本规定的要求。

3.2设备制造、检验和验收按GB150《压力容器》、GB151《热交换器》，JB/T4745《钛制焊接容器》及客户规范的相关章节进行。

4材料
4.1所有材料包括焊接材料应符合图纸及相关技术标准规定的要求。

4.2材料的管理
4.2.1 钛板材表面及复合板的复层应采用纸质贴膜保护起来，以避免灰尘、油污、铁离子等其它污物的污染，同时可以避免搬运或加工过程中划伤钛材表面。

4.2.2钛及钛复合板应与其它材料分开存放，且存放环境应保持干净，材料底部应用干净的木料垫撑（确保没有铁钉等铁物），上部用塑料布盖好。

4.2.3所有搬用设备及成型设备如卷板机、压力机和起吊夹具应清理干净。

对设备上的毛刺、刻痕和其它导致钛材表面破坏和污染的缺陷应进行局部打磨和抛光，必要时为保护钛表面免遭损坏和污染，设备在使用期间应适当覆盖。

4.2.4焊接时，钛表面必须用干净、柔软的席子或毛毡保护起来，以免焊接物损坏表面。

5制造环境
5.1焊接、组装钛设备应在专用、干净的车间内进行，严禁在含铁及有灰尘的区域施焊或组装，以避免铁离子或其它污物的污染。

场地应铺设橡胶或其它软质材料，以免碰伤、擦伤钛表面，应经常清理现场，清除切屑等杂物。

5.2与钛接触的工具应采用钛材或铝制造。

高度光洁、无污染的不锈钢制工具可以少量使用，但需工艺批准。

5.3为检验焊接环境是否符合要求，在施焊前应对环境进行菲绕啉试验试验，以避免铁离子的存在。

5.4在此环境工作的工作人员应穿着干净的工作服，软底布鞋或胶鞋并保持干净，工作服应保持干净，工作服应该放置在清洁车间的附属间中。

6加工前的准备
6.1清洁：任何钛材表面被加热前都应进行清洁处理，以去除表面污染物。

表面清理可用以下方式进行：用不含铁离子的尼龙掺和氧化铝砂轮，或片状氧化铝抛光轮打磨，严禁使用打磨过碳钢或不锈钢的砂轮。

且打磨时不允许出现过热的色泽，或用铝丝刷（禁用不锈钢丝刷）
刷磨，或用25-50%的硝酸+3-7%的氢氟酸水溶液（v/v）在40-65℃酸洗，硝酸与氢氟酸的比例至少10：1，酸洗以后用干净的饮用水冲洗干净。

6.2钛表面及焊丝均应用丙酮、异丙酮或丙醇去除油污；不用乙醇、甲醇、二氯甲烷和三氯乙烯。

6.3铁离子污染试验
焊接前或当钛材被加热到300℃以上时，必须将表面处理干净，并通过铁离子污染试验确保没有铁离子的污染。

7制造
7.1划线、下料和边缘加工
7.1.1钛材下料时，应使用金属铅笔，只有在以后的加工工序中能去除的部分才允许打样冲眼。

钛材复合板的划线应在基材上进行。

7.1.2可用机械加工、火焰切割、等离子切割、水切割等方法下料，切割钛复合板时，基层应朝下，用火焰或等离子切割时，要避免火化溅落在钛材表面，且切割边缘必须用机械方法去除污染层，焊接接头的坡口面必须用机械方法加工。

7.1.3切割完毕后，对复合板复层表面的边缘应再一次着色检查并在两个垂直方向用探头进行100%超声检测以确保边缘完全贴合或内表面无裂纹。

7.1.4在钛钢复合板基层上切割焊接坡口之前，应先将坡口边缘的钛材采用机械加工的方法去除25-30mm。

7.2封头、筒体的成型
7.2.1所有成型过程应确保不会影响复合板的贴合。

7.2.2钛钢复合板的成型应尽量采用冷成型，若采用热成型时其加热温度不超过350℃。

加热前应将工件表面的油污和其它附着物全部清理干净且应进行铁离子污染试验，对于须加热至350℃以上成型的工件，钛材表面应涂以耐高温涂料，以防止表面被氧化、污染。

加热炉应采用电炉，反射炉，不得用焦炭炉。

工件不得接触火焰，加热炉内应保持微氧化性，不得呈还原性，以免渗入氢。

7.2.3分瓣或拼板成型的复合板封头，成型后应进行超声波探伤，以确保基层和复层的贴合率满足复合板的要求。

7.3容器内部的组装
7.3.1在进入容器内部前，人孔周围的环境应清理干净，在人孔前应放置一块木板或塑料毯。

7.3.2在人孔及其法兰面应用非金属衬层加以保护，以免损坏或污染表面。

7.3.3如果在容器内需使用梯子，其材料应是铝合金的且在梯子与容器内壁接触处，应垫一层橡胶垫。

在确保没有铁钉、铁皮等时，可以使用木梯。

7.3.4进入内部的工作人员应穿着专用的软底鞋并避免将任何外界金属带入，工作服应保持干净。

7.3.5在内部工作时，应避免损坏内表面。

8制造公差
8.1复合板部分的组对误差不应大于复层厚度的一半。

8.2装配钛衬里之前，应仔细测量接管及被衬件的尺寸及公差，并应进行精确的机械加工，确保钛衬里和接管及被衬件紧密贴和。

8.3 钛材角焊缝尺寸应保证采用正偏差，以确保角焊缝与母材具有相同的耐腐蚀性和使用寿命。

9焊接工艺
9.1焊接采用熔化极或钨极氩弧焊，焊接坡口按施工图要求。

9.2 应特别注意保护钛层不被铁离子污染。

9.3 使用惰性气体保护焊设备（氩弧焊机）进行钛的熔化焊接时，焊枪中应使用高纯度的焊接用氩气，焊接保护罩（焊缝、热影响区及背面）也要使用高纯氩气作为保护气体，以防止钛受空气污染。

9.3 应采用较小的焊接线能量进行焊接，尽量采用脉冲氩弧焊，控制母材焊缝的热量输入。

过大的焊接热输入会使钛焊缝及热影响区的晶粒粗大，导致焊缝机械性能及耐腐蚀性能下降。

9.4 在进行钛复合板焊接时应避免在钛-钢界面形成脆性的金属间化合物。

9.5 从焊缝边缘算起，应至少剥去10-25mm的钛复层。

9.5 焊接前使用电动工具，利用铝丝抛光轮或其它认可的方法擦亮焊接表面，并进行清理。

小的可拆设备零件可以酸洗。

9.6 钛制压力容器焊接试板的试样尺寸、试样截取和数量，按照JB/T4745-2002《钛制焊接容器》的要求或按图样规定执行。

9.7为了便于复合板设备在生产过程中的捡漏，我公司采用“银钎焊”的分区工艺，将复合板设备的环、纵焊缝分为多个独立的区域，分别进行检测。

10检验
焊缝探伤及检验按施工图及相关标准。

钛焊缝的目视检验和无损检验要求：
在焊接条件下，不经过焊后清理和任何形式的无损检测，通过目测手段发现焊缝有任何如下缺陷，都被认为是不合格焊缝。

a) 焊缝有蓝色的焊缝（注：只有光亮的银白色和金黄色是合格的）。

需检查焊缝和其热影响区的硬度，用VH10 硬度测试仪测量时，其硬度不能超过母材硬度25 个点。

b) 不管是清理或者未清理的焊缝，其厚度小于零件在图纸上所标的厚度。

c) 咬边
d) 焊瘤
e) 尖锐缺口
f) 任何尺寸的裂纹
e)条状气孔
f) 不允许有任何尺寸大小的团状或者线性状孔隙
g) 在射线探伤作判定的时候，球状的夹钨应该被看成是孔隙当孔隙穿透表面的时候，焊缝应该铲掉重焊。

11.换热器的制造
11.1换热管的化学成分中铁小于0.07%，氢小于60ppm，其他符合GB/T3625-2007标准。

11.2管板制造：
11.2.1钛-钢或钛-不锈钢复合管板，应符合GB/T8547-2006、GB/T8546-2007标准的B0级（100%贴合）的要求。

11.2.2管板孔加工程序：
管板→划线→钻孔型→钻孔→倒角→划拉杆孔位置线→钻孔板→检验。

管板孔钻孔设备：必须采用数控钻床，以保证钻孔精度及公差。

11.2.3管板和折流板需用同一模板配钻
11.2.4管板密封面与紧固压板之间应放软垫片，以保护密封面。

当管板较薄时为防止钻头推力引起管板翘曲，管板和工作台之间应用木块垫实。

11.2.5应用油漆或钢印标明上、下及配钻的对应位置标记。

11.3管子与管板的连接
11.3.1管子和管板的连接为强度焊＋贴胀。

11.3.2所有的管子与管板的连接焊缝应按照施工图和我公司焊接工艺。

在任何情况下，焊缝应至少焊两道，开始位置和结束位置错开，完成后的焊角最小厚度应为管厚1.4倍。

11.3.3焊缝试验完成后，管子应与管板贴胀。

贴胀长度至少应开始于焊缝往内 15mm处，结束于管板下表面往内 3mm处。

11.3.4管子穿入管板的时候，应特别注意防止在焊边上带入铁杂质。

在组装前，所有的钛表面应该清理并且按照附录1进行铁离子试验。

11.3.5在焊接前，管端和管板的焊接区应该清理并且保持清洁。

焊接场所的空气也应该检查是否清洁。

试验应该按附录2进行菲绕啉试验。

11.3.6换热管与管板的焊接采用带弧长自动跟踪系统的管板自动焊机，确保焊接质量。

11.3.7 换热管与管板焊接前的定位采用轻度胀接的工艺，严禁采用点焊定位。

11.4焊接试验和检验
11.4.1第二道焊缝后，管子贴胀前后都应该进行着色探伤。

11.4.2在完成所有的管端焊接后，应使用氦气或者其它适合的气体进行泄漏检查。

气体应该充入到换热器的壳程侧。

气体压力最小应该设计压力的 10％或者0.1巴。

管端焊缝应使用气体探测器检查，发现有任何氦气或者替代气体的踪迹都被认为是焊缝不合格的原因。

11.4.3连接接头最后被认可后才能采用允许的溶液清洗。

11.4.4在换热器制造或者试验过程中发现的任何管子缺陷，在采取任何补救措施前应和使用厂家及设计院讨论。

11.5贴胀要求
11.5.1在确定上面的检测合格后，进行贴胀，贴胀必须采用液压胀接，严禁使用机械胀接。

11.5.2正式胀接前必须有合格的胀接工艺，贴胀度按照YBS71-16-2007的规定。

12热处理要求
12.1所有复合板设备均要求进行焊后热处理，最大加热速率为100℃/小时，热处理温度为545℃-6-565℃，保温时间由制造厂根据ASTMⅧ第一分章表UCS-56.1计算或中国纺织工业设计院的热处理要求。

12.2所有热处理应在所有基层焊接完毕后进行（包括所有碳钢接管及钢架等外部附件）热处理前，所有钛材表面在热处理前应该清洗并且检测铁元素污染，同时加热炉也应清洗并检查空气中的铁元素污染。

12.3 需要在容器的内侧和外侧每个面上布置一定数量的热电偶来指示容器的温度。

在容器的厚壁部分应该布置额外的热电偶。

12.4所有接管的内衬（成型后）在与接管焊接前应进行消除应力热处理，热处理温度为540℃-565℃，保温时间为1小时。

12.5对于尺寸较大，成型后无法从人孔进入容器的内衬，应先进行热处理，之后在容器封头与筒体焊接前，放入容器内再进行热处理（这样的内衬需进行两次热处理过程），热处理过程中应对内衬进行适当的保护，防止其变形，以确保内衬与接管贴合完好。

12.6热处理应在不用直接火焰加热，空气洁净（含微量氧化物）的电炉或者马弗炉中进行。

在热处理之前，工件需在经批准的溶液中清洗或者在40～65℃的酸液（含30％硝酸，3％氢氟酸）中酸洗，酸洗后需用饮用水冲洗。

之后，工件应检测铁元素污染。

12.7热处理应为电加热炉，炉内为微氧化环境，热处理工艺规程和温度记录表的拷贝应包含在产品档案中。

13水压试验
13.1初步试验：在基层焊接完毕后，按施工图要求的方法进行水压试验，合格后，在容器继
续加工之前应完全干燥。

为确保复层没有起皮，在所有复层边缘应作着色检验。

13.2所有游离的铁锈应去除且应清理钛材表面
13.2.1最终试验：在所有钛复合板及接管内衬焊接完毕后，并去除所有表面缺陷后，对所有钛材全部长度进行着色检验，着色剂在清洗和着色前保留时间不应少于2小时，显影24小时之后再进行检验，本试验应使用可靠的白显影剂。

13.2.2合格后进行气密性检查，用0.3kg/cm2的空气或氩气从垫板或管衬背面的检漏孔通入，用肥皂水对焊缝进行检漏检查。

13.2.3钛焊缝还应进行氦捡漏，即用一种氦气或相似的气体混合在低于实际压力一半的压力或0.7kg/cm2压力下混合进行试验，并且在检漏孔用氦质谱仪或相似的仪器检查泄漏，在此期间的清理区域必须保持良好的通风，防止试验气体的积累。

仪器的灵敏度应设置在10-7cc/sec.
13.2.4除了不少于四小时的时间段以恒定速率升压之外，水压试验应按规范执行。

13.2.5水压试验之后，容器应在排完水后用抹布把水吸干。

所有的钛衬层和搭片应目测检查，连接件焊缝应进行着色检查。

13.2.6最终压力试验之后，容器应进行热气循环试验。

13.2.7如果洁净程度不能满足要求，可进行酸洗。

14热气循环试验（仅适用于筒体，封头和复合板设备）
14.1水压试验合格后，对容器进行热气循环试验。

14.2在进行热气循环试验前，钛表面应进行铁离子污染试验检验。

14.3容器应安装适宜的压力表，安全阀等装置，最少六个热电偶（其中至少两个在内壁）。

容器内应用干的氮气或纯净的空气吹扫并进行密封（大气压下）。

14.4之后，容器应在加热炉内从室温开始以每小时不超过40℃的速度加热至设计温度。

在此过程中，压力应被放空。

14.5当壁温达到设计温度时，压力应以一定的速度上升，在2小时以上达到设计压力。

14.6炉内温度开始以每小时不超过40℃的速度下降至室温，此后容器应在设计压力和设计温度下保持1个小时。

（在此过程中，压力应保持在设计压力）
14.7在实际压力下，当容器和炉子的温度降到室温后，在放空孔应进行泄漏，试验试验压力为0.3MPa。

14.8重复以上各步一次。

14.9对所有复合板表面，（包括附件）进行100%超声检验，以确保复合板的贴合率满足要求。

14.10对所有焊缝和热影响区再次进行着色，着色方法为：用纯白显影剂进行着色。

着色剂在显影和清洗前保留至少2小时，显影24小时后进行检查。

14.11热气循环试验后，再次进行氦捡漏，即容器内充入0.7 巴(表压)的氦气与空气的混合气，在外部放空口采用质谱仪或者其它仪器探测气体泄漏的方式检查钛焊缝是否泄漏，质谱仪的灵敏度设为10-7cc/sec。

任何泄漏不管裂缝尺寸大小，焊缝都被认为是失效的。

此时，泄漏路径应该被标识，并且所采用的修复操作以及操作规程应得到检验部门认可。

修复后，热气体循环试验以及随后的试验应重复做一遍。

14.12对钛材表面进行铁污染检查
15加工后的清理及阳极化处理（图纸要求时）
15.1在设备制造完毕后（包括加工、组装、热处理和试验等），应进行进一步的清理，以确保内部没有铁屑，油脂，油漆和其它污染物。

15.2在发货前，所有内表面，空气进口管、换热器管板均应按硝酸/氢氟酸溶液进行酸洗，之后对所有钛表面进行铁离子污染检查。

15.3在完成清理，酸洗后，应对所有钛压板包，所有法兰密封面，人孔内表面，管板，容器
内部焊缝钛管表面进行阳极化处理。

15.4阳极化处理由容器制造厂制定。

16包装，运输，保管
钛制设备经过检验合格后，在包装，运输，保管过程中都要特别注意。

钛零件与钢制零件应分开包装，运输和保管时，要防止受潮和化学试剂的侵蚀等，以保证设备完好。

附1：铁离子检测试验
1试验液的配方：
将7克铁氰化钾、4.5毫升硝酸（浓度65%）溶解在214号毫升蒸馏水中。

（这些溶液放置几天后会变混浊，应在配置后立即使用）。

2检测方法：
用蘸有该溶液的滤纸贴于被检测的表面，确保滤纸与被接触表面接触良好。

如果滤纸立刻呈现蓝色或绿色，则说明该表面存在铁离子污染。

应用清水冲洗后再试，直到检测合格为止。

合格标准为：试剂颜色没有明显的变化。

该试剂与含铁的灰尘、铁锈发生反应、因此在检测前应进行清理，检测后用饮用水冲洗干
附2菲绕啉试验
1菲绕啉试验配置方法如下：
1.1 溶解272g含水醋酸钠(CH3COONaH2O)于500ml蒸馏水中，加240ml冰醋酸，然后用蒸馏水稀释至1000ml.
1.2 溶解3.5 g盐酸铵(NH2OHHCl)于350ml蒸馏水中。

1.3溶解
2.5g的1：10的菲绕啉水化物于约200ml的蒸馏水中并稀释至300ml.
1.4 将上述溶液混合得到1650ml混合液，这种混合液很稳定，可在有塞两瓶中保持2-3个月。

2检测方法：
用滤纸吸取溶液贴置于玻璃上，并在要检测的环境中分散放置（至少20个点），应保证滤纸与玻璃贴近。

如表面被污染，滤纸则呈橘红色。

3试验结果：
经放置约8小时，如果仅有一个或两个点的试纸变色（被铁污染），说明此范围的环境适于进行钛材设备的焊接和组装，如果被污染的试纸数量超出两个，则应对此环境进行进一步的清理。

焊接前要达到要求的试验结果。

每一次的检测试纸都应保留，以便用作参考。