引言

鈦合金管路具有機(jī)械強(qiáng)度高、密度低、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，是一種優(yōu)秀的船舶材料，特別適用于制造壓力高、流速快、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的系統(tǒng)管路，且可以減輕管路系統(tǒng)的重量。但由于鈦合金管路的管壁薄、焊接易氧化、電勢高易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，給鈦合金管路的彎曲、焊接和船上安裝等施工帶來一系列問題。針對鈦合金管路的特點(diǎn)，在施 工過程中對鈦合金管路的彎曲、焊接、安裝等方面進(jìn)行了工藝研究，并在我廠建造的某型艦艇上進(jìn)行了應(yīng)用。本文對該工藝方法在生產(chǎn)過程中涉及到的工藝參數(shù)及施工中的注意事項(xiàng)進(jìn)行提煉和總結(jié)，以期在船舶管系設(shè)計(jì)、工藝與制作方面與業(yè)內(nèi)人員交流與參考。

1、鈦合金管系的下料與彎制

鈦合金管路下料、彎制與常規(guī)的彎管工藝相差較大，圖1和圖2為工藝改進(jìn)前后的對比樣品。其下料、彎制工藝改進(jìn)后要點(diǎn)及參數(shù)如下。

鈦合金彎曲前應(yīng)先進(jìn)行下料，下料時應(yīng)使用專用的切割機(jī)、鋼鋸片、不含鐵質(zhì)的砂輪片或等離子切割機(jī)。開支管孔可用等離子切割或等效機(jī)械加工方法，堅(jiān)決杜絕利用氣焊進(jìn)行切割。

由于鈦合金一般管壁都較薄，為獲得較好的彎曲質(zhì)量，彎管時應(yīng)采用有芯彎管機(jī)，并加裝防皺裝置，彎制時采用銅夾具、彎模和芯棒。彎管前，應(yīng)清除管子內(nèi)外表面、彎管機(jī)胎具與管子接觸部分粘附的硬雜物，避免彎曲時劃傷管子，并在管子內(nèi)徑和芯棒工作部分涂抹潤滑油。為防止管子橢圓度和褶皺超標(biāo)，應(yīng)采用彎曲半徑不小于3倍半徑的彎模。彎曲時管子與芯棒間的間隙，應(yīng)根據(jù)管子規(guī)格的大小而定，但一般在0.5mm～1mm之間。芯棒的提前值對鈦合金管彎曲成形影響較大。經(jīng)實(shí)踐證明，提前2mm～3mm效果較好，但影響提前值的因素很多，因此提前值的確定應(yīng)根據(jù)彎管設(shè)備的性能狀況而定(一般采取試彎確定)。

2、鈦合金管的焊接

由于鈦合金的化學(xué)活潑性很強(qiáng)，在400℃～600℃時能與空氣中的氧、氫、氮等元素結(jié)合而發(fā)生反應(yīng)，使鈦及鈦合金的性質(zhì)顯著下降。因此在鈦合金管路焊接過程中氬氣的保護(hù)尤其重要，即使是焊接好的焊縫也需要在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行冷卻。在工藝研究過程中對氬氣的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的工藝與普通材料的氬弧焊相比，焊接鈦合金管路時額外增加了一路氬氣，利用焊接保護(hù)罩(拖罩)對焊好后的焊縫進(jìn)行保護(hù)(見圖3)。在焊接過程中，根據(jù)焊口的形式及位置，必須合理選擇相應(yīng)的焊接保護(hù)罩。在焊接過程中應(yīng)注意焊接保護(hù)罩應(yīng)在焊槍的后端，并緊靠近焊槍，且與焊槍運(yùn)行速度保持同步，必要時，可將焊槍和焊接保護(hù)罩作成一體式。

圖4為我廠經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)最終定型的鈦合金管路對接焊時的焊接保護(hù)罩形式，其鈦合金管的焊接工藝改進(jìn)后的要點(diǎn)及參數(shù)如下。

鈦合金管的焊接采用手工鎢極氬弧焊，焊接設(shè)備采用直流正接電源，鎢極采用鈰鎢電極，鎢極長出焊接嘴端面約10mm。鈦合金焊接所用氬氣純度應(yīng)為Ar≥99.99％，焊絲采用與母材同牌號或高于母材純度的焊絲。

焊接前，施工人員佩戴潔凈的白細(xì)紗布手套(嚴(yán)禁佩戴棉線手套)，用絲粗為0.3 mm不銹鋼絲刷，將焊口處刷至銀白金屬色，然后用干凈白綢布(不得使用棉線制品)蘸少許丙酮將焊接區(qū)域擦凈。經(jīng)處理的焊區(qū)嚴(yán)禁用手觸摸和接觸鐵質(zhì)物品。如管路有油污，在進(jìn)行上述工序前，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗去除油污。清理后，應(yīng)盡快施焊，如不能立即施焊，應(yīng)采取措施對焊區(qū)進(jìn)行保護(hù)，間隔時間應(yīng)不超過8h，否則應(yīng)重新清理。

鈦合金管對接焊時，管子壁厚<2 mm的無需開坡口，但≥2 mm需要開60°的V型坡口，焊接對接間隙為0.5 mm。焊接時應(yīng)進(jìn)行定位焊，定位點(diǎn)焊數(shù)量應(yīng)根據(jù)管徑大小對稱布置，小管徑點(diǎn)焊不得少于三點(diǎn)，點(diǎn)焊長度不小于6mm，且焊點(diǎn)應(yīng)均勻牢固，焊點(diǎn)不得有裂紋存在。對接焊時，為了使焊接接口成型質(zhì)量達(dá)到單面焊雙面成型要求，焊口的成型應(yīng)分

兩次進(jìn)行：一次為封底焊接，另一次為成型焊接。鈦合金管搭焊時，其正面焊口的成型焊分兩次進(jìn)行：一次為封底焊接，另一次為成型焊。法蘭面焊口(法蘭內(nèi)口)的成型焊一次完成。表1為我廠在焊接鈦合金管路時所采用的焊接參數(shù)。

鈦合金管焊接時，正面(外管及焊槍)氬氣保護(hù)流量為13 L／min～15 L／min，反面(內(nèi)管)氬氣保護(hù)流量為4 L／min～6 L／min。焊接引弧前，焊絲加熱端不允許移出氬氣保護(hù)區(qū)，并盡可能一次焊完一條焊縫。如中途停焊，再繼續(xù)焊接時，應(yīng)將焊肉接口端搭接10 mm～15 mm。焊接過程中，應(yīng)時刻注意焊肉的顏色變化，如果焊肉顏色出現(xiàn)輕微藍(lán)色時，應(yīng)立即停止施焊，此時焊縫有氧化現(xiàn)象，應(yīng)檢查氣體保護(hù)效果的可靠性，并經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)合格后方可繼續(xù)施焊。

圖5為焊接過程中由于氬氣防護(hù)不到位，導(dǎo)致的過度氧化樣品。

焊接結(jié)束后，即使熄弧仍需繼續(xù)通氬氣10 s～15 s，直到焊口處得到適當(dāng)冷卻。管子焊接后，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。焊縫的焊接應(yīng)均勻，焊接應(yīng)圓滑地向母材過渡。焊接內(nèi)外表面不應(yīng)有裂紋、焊瘤、氣孔、咬邊及未填滿的弧坑或凹陷存在。圖6為工藝改進(jìn)后，滿足要求的鈦合金管子對接焊的樣品。

3、鈦合金管的安裝

鈦合金管路的安裝會直接影響管路的使用壽命。工藝研究時從鈦合金管路的通艙形式、鈦合金管路與附件的安裝、鈦合金管路支架的安裝等方面進(jìn)行工藝改進(jìn)以防止腐蝕，并對施工過程的電絕緣提出了檢測方法。鈦合金管的安裝工藝改進(jìn)和電絕緣檢測方法如下。

3.1 鈦合金管的通艙形式

鈦合金管路的通艙形式可采用焊接式、對夾式、DGM_NG形式等。具體采用何種形式，應(yīng)根據(jù)通艙的位置、空間大小、管徑等因素綜合選擇。

焊接式的通艙件復(fù)板需要采用過渡用復(fù)合材料，如：鈦鋁既能和鈦合金焊接，也能和鋁制船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，焊接形式通艙件主要用于液艙和露天甲板部位。

對夾式一般用在螺紋通艙管件。針對鈦合金管路需要在艙壁接觸處加絕緣墊片，絕緣墊片材質(zhì)為四氟乙烯，其艙壁的水密靠螺母的壓緊來實(shí)現(xiàn)。安裝過程中，在艙壁與螺紋通艙管件接觸處涂防水密封膠，增加防腐電絕緣隔離效果，該類型主要用于空間有限，且通艙管徑較小的情況。

DGM—NG通艙形式主要由金屬框體、DGM耐火密封膠和NG耐火套管(薄片)等組成，其金屬框體與艙壁焊接，需要穿艙的管路從框體內(nèi)穿過，框體和管路的間隙利用耐火套管(薄片)進(jìn)行填充，框體兩端再利用耐火密封膠進(jìn)行密封。該類型通艙形式用于多管子和單管子形式貫穿密封。該通艙形式使鈦合金管路不直接和艙壁接觸，很好地避免電化學(xué)腐蝕。該類型主要用于除液艙和露天甲板部位的其他部位，但由于需要的框體較大，空間狹小部位也不太適用。

3.2 鈦合金管路與附件的安裝

由于鈦合金管路和附件之間的材料不同，存在電化學(xué)腐蝕，為避免腐蝕鈦合金管路上存在的異種金屬部位，應(yīng)進(jìn)行防腐電絕緣隔離，并在管路的適當(dāng)位置安裝陽極環(huán)。

電絕緣組件的安裝。根據(jù)法蘭規(guī)格，選用相應(yīng)尺寸的螺栓、絕緣密封墊片及絕緣套管。安裝時在絕緣套筒兩端加入測量片，螺栓絕緣套筒嵌入各法蘭螺栓孔中，安裝后的螺栓絕緣套筒受力端，應(yīng)與測量片和法蘭外平面靠緊，并將管子連接的兩法蘭螺栓孔對正，再加入法蘭密封絕緣墊片，螺栓與絕緣套筒之間應(yīng)裝鋼質(zhì)平墊，管路連接不允許強(qiáng)行安裝。安裝結(jié)束后電絕緣組件應(yīng)進(jìn)行連接測試，用500 V兆歐表測量兩法蘭之間、法蘭與螺栓之間的絕緣情況，測量值應(yīng)不小于10 k12。電絕緣組件如圖7所示。

陽極環(huán)的安裝(見圖8)。根據(jù)管路的通徑選取相應(yīng)規(guī)格的陽極環(huán)和連接附件。陽極環(huán)盡量在管子的彎曲和支管處安裝，加裝距離為5 m左右。如果陽極環(huán)與設(shè)備的撓性接頭直接相連時，則此端不接導(dǎo)線。陽極環(huán)安裝結(jié)束后，要進(jìn)行絕緣性和通導(dǎo)性兩種測試。為保證陽極環(huán)的安裝密封性和工作可靠性，測試應(yīng)在系統(tǒng)通人介質(zhì)之前進(jìn)行。絕緣性測試：陽極環(huán)的安裝絕緣性測試，是在不接通導(dǎo)線的情況下進(jìn)行，用500 V兆歐表測量兩法蘭與陽極環(huán)外殼、法蘭與螺栓之間的絕緣情況，測量值應(yīng)不小于10 k12。通導(dǎo)性測試：陽極環(huán)的安裝通導(dǎo)性測試是在接通導(dǎo)線的情況下進(jìn)行，測量陽極環(huán)外殼與法蘭間的通導(dǎo)性測值應(yīng)小于1 Q。

3.3鈦合金管路支架的安裝

由于鈦合金管的電勢較高，且大多布置在花鋼板下及潮濕艙室內(nèi)，因此管子吊架應(yīng)采用電隔離行式。該類型吊架在“U”型螺栓的內(nèi)圈增加聚四氟乙烯襯套，在支架與管子接觸處增加聚四氟乙烯墊板，在U型螺柱與鋁制角鋼之間增加螺栓絕緣套筒(見圖9)。在進(jìn)行電隔離吊架安裝時，應(yīng)保證吊架與鈦合金管路之間的絕緣性，并進(jìn)行測量。用500V兆歐表測量鈦合金管子與“U”型螺栓及支架的絕緣情況，測量值應(yīng)不小于10 kQ。

4、結(jié)束語

我廠承建某型艦艇的實(shí)船應(yīng)用了改進(jìn)后的鈦合金管路彎曲、焊接、安裝等工藝。經(jīng)過多年的實(shí)船驗(yàn)證，證明了該工藝方法可行、可靠、能夠滿足施工需要，且能得到理想的效果。也充分證明了鈦合金管系材料是一種經(jīng)得起考驗(yàn)、理想的船用材料。但與常用鋼材相比較而言是一種貴金屬材料，也只是一些特殊的高速船、艇的建造過程中得以應(yīng)用。因此，

施工人員接觸較少，這就要求在施工前加強(qiáng)對鈦合金性能進(jìn)行全面了解，針對其特點(diǎn)制定有針對性的工藝，只有這樣才能充分地發(fā)揮鈦合金材料的優(yōu)勢，才能使鈦合金產(chǎn)品在裝船實(shí)踐中逐步得到推廣和完善。

參考文獻(xiàn)

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