鈦及鈦合金直縫焊管(簡稱“鈦焊管”)是將鈦及鈦合金卷帶材或?qū)挿宀慕?jīng)卷曲軋制成管形后焊接而成。美國的鈦合金牌號主要有Gr.1、Gr.2和Gr.12 等,國內(nèi)的鈦合金牌號主要有TA1、TA2 和TA10 等。
鈦焊管的生產(chǎn)工藝流程如下:鈦帶開卷→剪切對焊→活套儲料→鈦帶清洗→管形成型→焊接→焊縫渦流探傷→預(yù)定徑→在線退火→精定徑/矯直→渦流探傷→激光測徑→在線噴碼→定尺切割→超聲波探傷→精定尺/平頭→氣密性試驗(yàn)→成品檢驗(yàn)→包裝入庫。
1、近年來國內(nèi)鈦焊管行業(yè)的發(fā)展
由于受原材料和加工技術(shù)等多方面的制約,鈦焊管的生產(chǎn)技術(shù)多年來一直掌握在日本、美國、法國、俄羅斯等國家的專業(yè)廠家手中。中國鈦焊管的發(fā)展相對于其他鈦加工產(chǎn)品起步較晚,且前期發(fā)展比較緩慢。雖然鈦無縫管在國內(nèi)起步較早,但由于鈦無縫管加工工序多、生產(chǎn)周期長、效率低、成本高,使得其應(yīng)用受到限制,而鈦焊管生產(chǎn)效率和成材率高,且鈦焊管脹管、彎曲等性能與無縫管相近,因此國內(nèi)外鈦焊管的用量在逐年增加,并在電站冷凝器中的應(yīng)用日益增多。
在鈦焊管發(fā)展早期,雖然中國從國外引進(jìn)了完整的小直徑鈦焊管自動生產(chǎn)線,結(jié)束了中國不能生產(chǎn)鈦焊管的歷史,但由于當(dāng)時國內(nèi)生產(chǎn)鈦焊管的原材料鈦帶卷完全依賴進(jìn)口,且無法提供薄壁鈦焊接管用的帶坯,同時國外鈦帶卷的銷售價格較高,因此抑制了國內(nèi)鈦焊管的生產(chǎn);另外,因技術(shù)引進(jìn)消化和原料采購困難的多重影響,國產(chǎn)鈦焊管一直未真正具備批量生產(chǎn)能力,當(dāng)時國內(nèi)的鈦焊管市場也未真正形成。
近十年來,中國鈦焊管行業(yè)快速發(fā)展,主要是由于國內(nèi)在鈦焊管原材料———鈦帶卷的生產(chǎn)技術(shù)上取得了重大突破,國產(chǎn)冷熱軋鈦帶卷的技術(shù)性能指標(biāo)、質(zhì)量穩(wěn)定性等能夠滿足鈦焊管的要求。湖南湘投金天科技集團(tuán)旗下的湘投金天鈦金屬有限公司于2007 年通過“鈦鋼聯(lián)合模式”研制出中國第一卷寬幅熱軋鈦帶卷; 2008 年又研制出冷軋鈦帶卷,打破了日本和美國在這個領(lǐng)域的壟斷,為中國鈦焊管產(chǎn)業(yè)提供了原材料支撐,隨后國產(chǎn)鈦焊管也應(yīng)運(yùn)而生。
寶鈦集團(tuán)有限公司與國內(nèi)外多家企業(yè)合資的西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司于2007 年正式投產(chǎn),該生產(chǎn)線的投產(chǎn)推動了國內(nèi)鈦焊管生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步。隨著2011 年寶鈦集團(tuán)有限公司在鈦冷軋板帶技術(shù)方面的突破,西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司也實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)鈦冷軋板帶的批量生產(chǎn)。
近年來,隨著鈦行業(yè)整體的進(jìn)步,海綿鈦產(chǎn)能的膨脹,鈦帶卷等鈦加工產(chǎn)能的擴(kuò)張,下游鈦焊管行業(yè)也取得了長足的發(fā)展,自2008年起國內(nèi)陸續(xù)建成了多條鈦焊管生產(chǎn)線。鈦焊管產(chǎn)能的擴(kuò)張以及鈦行業(yè)發(fā)展速度的放緩加劇了鈦焊管企業(yè)間的競爭。目前,除了湘投金天科技集團(tuán)等具備完整鈦產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)外,其他鈦焊管企業(yè),以及眾多以不銹鋼管、稀有金屬管材為主業(yè)的企業(yè)也在推動著鈦焊管產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。鈦焊管企業(yè)越來越重視新技術(shù)的開發(fā)和差異化的發(fā)展。
鈦焊管的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展。鈦焊管已經(jīng)成為很多行業(yè)替代不銹鋼管、銅鎳合金管、鈦無縫管的首選管材。國產(chǎn)鈦焊管經(jīng)過幾年的發(fā)展,突破了一系列關(guān)鍵工藝及技術(shù)瓶頸,已廣泛應(yīng)用于電力、空調(diào)、海水淡化、水處理設(shè)備等領(lǐng)域。另外,國產(chǎn)鈦焊管也實(shí)現(xiàn)了批量出口。可見,國產(chǎn)鈦焊管的生產(chǎn)工藝及質(zhì)量水平均有較大幅度的提升。
2、鈦焊管的綜合優(yōu)勢
在中國,低強(qiáng)度、低合金化鈦無縫管的生產(chǎn)技術(shù)比較成熟,在一些需耐高壓以及結(jié)構(gòu)受力用管方面,一般采用厚壁鈦無縫管。但是,由于鈦無縫管成品率低、交貨周期長等因素的影響,使得大力發(fā)展鈦焊管已經(jīng)成為鈦管行業(yè)的趨勢。與鈦無縫管相比,鈦焊管的綜合優(yōu)勢越來越明顯,在日本、美國、歐洲等國家和地區(qū),鈦焊管正逐步取代鈦軋制管。
2.1 鈦焊管與鈦無縫管力學(xué)性能基本一致
以換熱器及冷凝器用鈦及鈦合金管為例,國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3625—2007,美國標(biāo)準(zhǔn)為ASTMB338,鈦焊管與鈦無縫管在化學(xué)成分、力學(xué)性能和工藝性能等指標(biāo)方面差異不大,甚至相同。隨著鈦焊管焊接及熱處理技術(shù)的進(jìn)步,國內(nèi)薄壁鈦焊管普遍采用單槍或多槍TIG/PAW 自熔焊接,焊接后采用在線熱處理工藝,通過優(yōu)化焊接、退火工藝,使母材、焊縫、熱影響區(qū)的顯微組織基本上接近,同時消除了焊接應(yīng)力,使焊縫組織均勻化。通過對比發(fā)現(xiàn),鈦焊管焊縫成分與母材基本一致,焊縫力學(xué)性能、防腐蝕性能與母材無異。
2.2 鈦焊管的外觀及質(zhì)量優(yōu)于鈦無縫管
鈦焊管采用冷軋帶卷焊接而成,壁厚均勻,同心度好,光潔度好,管內(nèi)不易結(jié)垢。尤其是薄壁鈦管,用無縫軋制工藝生產(chǎn)根本無法達(dá)到其技術(shù)要求。鈦無縫管經(jīng)過軋制或拉拔工藝,很難做到壁厚1 mm以下;而鈦焊管可以做到壁厚0.5 mm及以下,節(jié)約了大量的材料及成本。同時由于鈦焊管壁厚較薄,可獲得更高的傳熱系數(shù),取得更好的傳熱效果。
2.3 鈦焊管的成本和環(huán)保優(yōu)勢突出
鈦無縫管生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜,常規(guī)采用三輥或多輥軋機(jī)、拉拔機(jī)將一定規(guī)格的管坯經(jīng)多道次軋制或拉拔,最后經(jīng)過減徑減壁后生產(chǎn)出無縫管。該工藝過程生產(chǎn)效率和成材率較低。鈦無縫管從海綿鈦到管材,通過軋制或拉拔,材料浪費(fèi)較大,成材率只有50%左右,并且無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn),生產(chǎn)周期也相對較長。
而鈦焊管是通過自動化連續(xù)生產(chǎn)線,采用壁厚均勻的鈦帶卷經(jīng)過冷彎成型、焊接、在線熱處理、定徑矯直、無損檢測和氣密性測試等工序生產(chǎn)而成。從海綿鈦到焊接管材,材料利用率通常在80%左右,如果以鈦帶卷為原材料,其材料利用率在95%以上。隨著國內(nèi)鈦工業(yè)的迅速發(fā)展以及焊接技術(shù)日趨成熟,鈦焊管的生產(chǎn)效率也將大幅度提升,質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性以及生產(chǎn)效率將會更高,可以按照客戶要求定尺切成所需長度,交貨期短,材料利用率高,單位成本較無縫管將會更低。
鈦無縫管通常采用軋制或拉拔等工藝生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中將會使用大量的軋制油、拉拔油等,生產(chǎn)現(xiàn)場污染嚴(yán)重。鈦管軋制、拉拔加工后,需要對管材內(nèi)外表面的油脂、污物等進(jìn)行脫脂、酸洗,酸洗過程對環(huán)境污染較大。為了保證操作人員的健康,保護(hù)環(huán)境,就必須增加防護(hù)設(shè)備及保護(hù)措施,因而也就增加了資金投入,產(chǎn)品生產(chǎn)成本也相應(yīng)提高。而鈦焊管是通過自動化生產(chǎn)線連續(xù)大批量生產(chǎn),質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)效率高,生產(chǎn)過程中除一定的水電氣等能源消耗外,對環(huán)境幾乎沒有污染。
3、結(jié)語
隨著對鈦焊管了解的加深,鈦焊管在石油化工行業(yè)中的使用將會得到市場的認(rèn)可,使用范圍會越來越廣,市場份額也會越來越大。雖然鈦焊管與常用流體輸送管道相比投資成本較高,但是其成本要低于鈦無縫管,且從鈦焊管的使用壽命和維護(hù)周期來分析,鈦焊管的投資成本可以在使用中得到補(bǔ)償,管道系統(tǒng)中使用鈦焊管可通過減少定期維護(hù)次數(shù),減少停產(chǎn)時間、提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高管道壽命來降低生產(chǎn)成本。特別是近年來全球鈦行業(yè)不是很景氣,競爭又非常劇烈,鈦焊管價格一直處于較低位的水平,石油化工行業(yè)內(nèi)企業(yè)選用鈦焊管前期設(shè)備投入成本更低。
雖然中國鈦焊管行業(yè)取得了快速發(fā)展,生產(chǎn)工藝及質(zhì)量水平大幅提升,鈦焊管已經(jīng)被大量應(yīng)用于電力、海水淡化、水處理設(shè)備、空調(diào)設(shè)備等行業(yè),但在石油化工行業(yè),對鈦焊管的使用還在持續(xù)推廣中。
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