淺談鈦材復(fù)合板換熱器封頭密封面泄漏及維修

楊銘思

（逸盛大化石化有限公司，遼寧 大連 116600）

近些年來,隨著冶煉技術(shù)的不斷提高,鈦材產(chǎn)量迅速增長,這種性能優(yōu)異的有色金屬已越來越多地用于制造化工備(多用作襯里)。鈦材比強(qiáng)度高，但價(jià)格較貴，做壓力容器或壓力容器原件多采用與碳鋼復(fù)合的形式，因兩種材料線脹系數(shù)不一致導(dǎo)致襯鈦層固定不當(dāng)往往導(dǎo)致泄漏[1]。本文簡單介紹了在日常維護(hù)中遇到泄漏問題的維修辦法，為類似設(shè)備的維修提供參考。

1 鈦材與碳鋼固定關(guān)系

鈦材性能優(yōu)異，最大的特點(diǎn)是質(zhì)量?。芏?.51g/cm3），強(qiáng)度高，耐腐蝕性優(yōu)良，低溫性能好，在海水和大多數(shù)酸、堿、鹽介質(zhì)中均有優(yōu)良的抗腐蝕性能，故被大量用作各種化學(xué)反應(yīng)容器、熱交換器材料，但缺點(diǎn)是成本較高，特別是作為結(jié)構(gòu)部件使用時(shí)這個(gè)問題尤為突出，有效的解決方法就是使用鈦鋼復(fù)合板[2]。

因鈦材與碳鋼材質(zhì)可焊性差，一般采用銀釬焊進(jìn)行密封焊接，因銀的價(jià)格昂貴故只有在需要?dú)饷軝z測等特殊情況下才對(duì)會(huì)進(jìn)行焊接，目前通常采用的連接形式有以下兩種。

1.1 爆炸復(fù)合形式

圖1 爆炸復(fù)合形式

圖2 螺釘固定形式

是以炸藥為能源，利用爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，使焊件發(fā)生劇烈碰撞、塑性變形、熔化及原子間相互擴(kuò)散從而實(shí)現(xiàn)連接的一種壓焊方法。首先將欲壓接的二張金屬板之間保持一定間隔放置,在其上面再放上適量炸藥。由炸藥的一端起爆，爆炸速度每秒數(shù)千米，憑借該爆發(fā)能鈦板與基材鋼板角度碰撞，在該碰撞點(diǎn)基材鋼板與鈦板因非常大的變形速度與超高壓下形成連接，接合在瞬間完成。連接位置見圖1。

1.2 螺釘固定形式

首先在碳鋼基材上鉆孔、攻絲，同時(shí)在鈦板上鉆孔，用鈦螺釘將鈦板固定在碳鋼基材上，然后在螺釘上表面進(jìn)行密封焊接，焊接一般采用氬弧焊，示意見圖2。為了在殼體內(nèi)焊接襯里時(shí)，提供保護(hù)襯里焊縫背面的惰性氣體通道，檢驗(yàn)襯里的焊接質(zhì)量，排出襯里和殼體間的空氣，襯里設(shè)備應(yīng)設(shè)有檢漏系統(tǒng)。

檢漏系統(tǒng)通常由襯里背面互相連通的、半徑為1.5mm～3mm的半圓形檢漏槽和與大氣相連通的檢漏孔構(gòu)成。

2 兩種材料的線脹系數(shù)比較

根據(jù)GB150標(biāo)準(zhǔn)，常溫時(shí)碳素鋼線脹系數(shù)約為11×10-6/℃。根據(jù)JB/T4745標(biāo)準(zhǔn)，常溫時(shí)鈦線脹系數(shù)為8.5×10-6/℃。兩者線脹系數(shù)存在差異，所以在受熱時(shí)兩種材料之間存在應(yīng)力。

3 泄漏位置及原因分析

①泄漏位置：封頭與管板法蘭密封面泄漏。②現(xiàn)場處置：利用拉伸器按螺栓拉伸力矩要求進(jìn)行緊固，但緊固無效，未消除漏點(diǎn)。③現(xiàn)場拆除檢查：拆除封頭檢查管板和管箱密封面，表面均無明顯劃痕和明顯變形。對(duì)管箱密封面（螺釘固定形式）用金屬錘輕輕敲擊，部分位置有空洞的聲音，特別是在泄漏的位置較嚴(yán)重，進(jìn)行PT無損檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，證明鈦板與基材之間存在問題。④原因分析：根據(jù)以上現(xiàn)象分析泄漏原因?yàn)楣芟浞ㄌm密封面與基材密封面未貼實(shí)，在按力矩緊固螺栓后，密封面接觸位置有虛點(diǎn)，造成泄漏。

圖3 螺釘示意

4 處理辦法及維修辦法

表1 鈦焊縫和熱影響區(qū)表面顏色

更換原鈦環(huán)密封面，具體步驟如下：①用車床將鈦環(huán)密封面加工去除，位置見圖4。②將管箱的碳鋼基材腐蝕位置進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊要高出基材的表面，用車床將基材表面加工平整，粗糙度達(dá)到3.2以上。③新制作鈦環(huán)1件，規(guī)格Φ1660mm＊Φ1418mm＊14mm。因尺寸較大，整圓預(yù)制浪費(fèi)材料較多，故采用三個(gè)圓弧進(jìn)行拼接以節(jié)省材料。④鈦環(huán)與基材配鉆固定螺釘孔，原采用M8螺釘固定，改為M12螺釘進(jìn)行固定，數(shù)量不變,見圖3。⑤利用工裝將鈦環(huán)密封面整周壓緊固定后將鈦螺釘擰緊。⑥將鈦螺釘與鈦環(huán)焊接。焊接形式采用GTAW，氬氣純度要求99.998%以上，氣量15-25L/min，焊絲牌號(hào)ERTi-2，規(guī)格Φ2.4，焊接電流120A-180A,焊接速度8-20cm/min，焊接電流極性DCEN。焊接表面是否合格可根據(jù)焊縫熱影響區(qū)的顏色進(jìn)行判斷，判斷方法見表1。⑦焊接件的溫度降至室溫后撤掉工裝，檢測鈦板的回彈率，在圖紙要求范圍內(nèi)為合格。⑧加工鈦板密封面至圖紙尺寸。⑨所有焊縫進(jìn)行PT檢測，達(dá)到NB/T 47013 I級(jí)合格。

圖4 鈦環(huán)密封面位置示意

5 使用效果

維修后按螺栓規(guī)定的力矩進(jìn)行緊固后未出現(xiàn)泄漏情況。

6 結(jié)語

（1）法蘭密封面緊固后要測量密封面的距離偏差，間距差一般要小于0.5mm。

（2）更換鈦板密封面過程中應(yīng)特別注意焊接速度和工裝壓緊度，這是避免鈦板變形的關(guān)鍵。