因為鈦材具有優良的耐腐蝕性，故被廣泛運用于石化、氯堿、冶金、電鍍及航空航天等領域中。由于鈦是稀有金屬，使用鈦材制作設備的成本較高，但也具備使用壽命長、化學性能穩定、重量輕、結構緊湊和維護方便等優點。在鈦設備加工中，用鈦管制成盤管式換熱器已經成為主流措施。

換熱器最重要的性能指標就是換熱面積，為了增大換熱面積，提高換熱效率，通常使用盤管方式來制作。由于鈦管單價高，因此在制作過程中不僅要化繁為簡，降低制作難度， 保證各項尺寸與形位公差符合圖紙要求，而且要嚴格控制管材廢品率，提高利用率，取得良好的經濟性。

1、矩形鈦盤管零件圖研讀與解析

鈦盤管零件如圖1 所示。

本套鈦盤管使用管指定為寶鈦股份生產的φ32mm×2鈦管，牌號為TA2，鈦管各項指標均符合相關規范要求。仔細分析圖紙，該套加熱鈦盤管實質為內、外兩付矩形鈦盤管并聯而成額。圖中左上鈦法蘭三通分別連接內外兩付盤管的上接口；圖右上鈦法蘭三通分別連接內外兩付盤管的下接口；內、外盤管合拼對接時，應以內盤管上下管口位置為基準，確定外盤管上下接口上彎位置，并取與大付盤管外部管壁平行，從而保證鈦法蘭副間以及鈦法蘭與管壁之間的平行度。內外盤管圈數都為213/4 圈，每圈升程δ 為3mm 鈦支撐板，與雙頭U 形螺栓雙螺母緊固連接，且所有尺寸未注公差。

由圖1 可知，外盤管最大外壁與電解槽壁間隙如下：

長度方向單邊=（1300 － 1200 － 32）/2 ＝ 34mm；寬度方向單邊=（1150 － 1050）÷2 ＝ 50mm，其中包含支撐鈦板δ ＝ 3mm，M6 U 形雙頭螺栓緊固雙螺母厚度以及外 露2 ～ 3 扣螺牙長度。如果外壁尺寸太大，會造成放不進電解槽的問題，所以必須嚴控外盤管最大外壁尺寸，使其尺寸≤ 1200 mm×1050 mm；內盤管內壁尺寸為電鍍工件 有效工作區，所以也是重要控制尺寸，即內盤管最小尺寸≥ 996mm×846 mm；內、外盤管均通過4×R100×90°，實現4 個角的圓弧過渡連接。φ32 鈦管壁厚為2mm，厚度 中等；過渡彎頭圓弧中心半徑為R100mm，彎曲半徑不是很小，可以靠模冷彎工藝加工，但必須經過鈦管冷彎實驗評定，以確保彎曲處外觀圓滑，無明顯褶皺或變形；彎曲 幅度用圓弧樣片檢驗，上直角檢驗平臺，檢驗直角是否垂直，從而保證內外矩形盤管的長寬尺寸符合零件要求。

另外，每圈鈦盤管中心距為47mm，扣除管徑32mm，即得到每圈升程為47-32=15mm。每付盤管都有6 條，分別按照50mm×1100mm×δ3mm 規格選取鈦支撐條配鉆φ7mm 孔，與M6 的U 形雙頭螺栓配合緊固定型。升程尺寸為15mm，由6 根鈦支撐條來保證劃線分配高度。整體拼接時應先要保證液面高度，然后拼接半圓連接三通，確保固定鈦法蘭中心距到盤管底面高度尺寸為1270mm。

2、加工工藝編排

第一，加工鈦法蘭2 片。

下料割鈦法蘭毛坯，外圓和內徑各留車削余量5mm； 以外圓定位車削內孔D 為φ33mm；以內孔定位車削外圓d 為φ90mm；劃線、打樣沖眼及鉆孔為φ9mm。

第二，加工M6 雙頭鈦螺栓。

下料鈦棒料φ6mm 長度L 為95mm，切130 根；兩端頭加工M6 螺紋，加工長度L為15mm；以φ32mm 圓管為內模，加工成形U 形螺栓，要求兩腳中心距為38mm，外觀對中，端腳齊平。

第三，外協采購M6 鈦螺母，厚度m為5mm，數量為130×4=520 粒。

第四，加工鈦支撐板。

下料鈦板厚度δ為3mm，剪板尺寸為50mm×1050mm，數量為6×2 付=12 條；由于每圈升程15mm 已固定，即tanα 已知，算出6 根支撐板所在位置與一圈原點行程距離，即可得到每根端頭偏移量，以確定每條支撐板最底圈的鈦管中心位置；找到該點后，以其為基點，劃線確定U 形螺栓孔位置，嚴格保證鈦管中心距以及u 型螺栓兩腳中心間距；打樣沖眼鉆孔為φ7mm。

第五，φ32mm×2 鈦管冷彎工藝評定。

參考資料鈦盤管加熱器冷加工成型時，彎曲中徑Y 與展開中徑X 成正比關系為Y=KX，其中K ≈ 0.83 ～ 0.93，取K 值為0.91，算出彎曲中徑為Y=0.91×232=211.12 mm；模具外徑為（Y-32）=（211.12-32）=179.12 ≈ 179mm；用劃針在鈦管管壁上劃長度間距500mm 的2 條線，作為90°冷彎后軸向方向 位移測量點；將前端劃線處與d=179mm 的模具外沿相切點對齊定位，然后鎖緊，待開動盤管機彎管到達角度90°后限位自動斷電；卸下彎管，觀察彎頭表面是否有起皺或扁 管現象；將彎頭放于直角測量平臺，彎頭一邊外壁靠平基準邊，另一邊外壁與另一條基準邊自然貼合；用圓弧樣片內切彎頭內壁進行透光性檢驗；將彎頭放于直角測量平臺， 彎頭兩側外壁貼緊基準邊，此時用直尺測量先前劃線處與另一條平行基準邊的距離L 為433.5mm。有了上述這些關鍵數值，就可以計算并連續進行彎管加工了。

第六，焊接φ32mm×2 直管。

內盤管繞制周長約為42m；外盤管繞制周長為（1.2- 0.032+1.05-0.032）×22圈≈ 48m；寶鈦股份φ32mm×2 鈦管標準長度為6m/ 根，故內、外盤管應先直管對焊分別為6 或7 根，每2 根對焊接成12 米長的直管；剪取φ3mm 的鈦焊絲，用硝酸或氫氟酸溶液進行酸洗，除凈焊絲表面氧化膜；按焊接工藝規范，用丙酮或酒精清洗焊接接口以及兩根管頭50mm 焊接熱敏區；鈦管上焊接平臺，用V 型槽外圓定位直管對焊，焊縫不高于2mm，焊后用著色滲透方法檢驗焊縫。

第七， 用地模法焊接制作內盤管定型專用支架。

在平整鋼板上劃出矩形， 尺寸為994mm×844mm； 用L30mm×30mm×3mm 的角鋼，切割6 段1100mm 長的分段，角鐵背部與矩形輪廓線相切，角鐵焊于矩形內部；焊 接位置與鈦支撐板距離5mm 相鄰，用角鋼背邊相切于矩形輪廓線內焊接一個矩形體，即控制內盤管內壁最小尺寸996mm×846mm。

第八，繞制內矩形盤管。

量距管端頭500mm 處劃線，將劃線處與模具外沿相切點對齊定位，然后鎖緊，開動盤管機彎第1 個90°彎頭；卸下彎頭，將彎頭放于直角測量平臺，彎頭一邊外壁靠平基準邊，另一邊找到1094.5mm處并劃線，將劃線處與模具外沿相切點對齊定位，然后鎖緊，開動盤管機彎第2 個90°彎頭，彎好后復核內盤管長度中心距；將彎頭放于直角測量平臺，彎頭一邊外壁靠平基準邊，另一邊找到944.5mm 處并劃線，將劃線處與模具外沿相切點對齊定位，然后鎖緊，開動盤管機彎第3 個90°彎頭；彎好后復核內盤管寬度中心距，保證在878mm±2 范圍內即可；當12m 直管加工完成時，將內盤管套在內盤管專用支架外，收緊已彎好的圓弧一端，V 型塊配合測出其到外壁長度L，在新的12m 長管開始彎管時，扣除這長度即可繼續進行加工；依次重復以上操作，完成內盤管水平方向所有90°彎頭制作。

第九，綁扎并定型內盤管。

將繞制好的內盤管套在專用支架外：用V 型塊定位，清洗拼焊12m 彎管段；由下至上逐層理順鈦管位置，升程15 由15mm 厚的木條控制；前后左右四個方向均勻下尺寸，然后用鐵線捆綁扎緊于立焊角鐵上；當內盤管所有水平彎頭固定好，上鈦支撐架，與U 形螺栓鎖緊定型，雙螺母副對頂防松；拆除內盤管專用支架，吊出內盤管放于平臺上，上下接口分別單配2 個90°上彎彎頭。

第十，繞制外矩形盤管。

量距管端頭300mm 處劃線，將劃線處與模具外沿相切點對齊定位，然后鎖緊，開動盤管機彎第1 個90°彎頭；將彎頭放于直角測量平臺，彎頭一邊外壁靠平基準邊，另一邊找到1234.5mm 處并劃線，將劃線處與模具外沿相切點對齊定位，然后鎖緊，開動盤管機彎第2 個90°彎頭，彎好后復核內盤管長度中心距在1168mm±3 范圍內即可；將彎頭放于直角測量平臺，彎頭一邊外壁靠平基準邊，另一邊找到1084.5mm 處并劃線，將劃線處與模具外沿相切點對齊定位，然后鎖緊，開動盤管機彎第3 個90°彎頭，彎好后復核內盤管寬度中心距在1018mm±3 范圍即可；當12m 直管加工完成時，將內盤管套在內盤管專用支架外，收緊已彎好的圓弧一端，V型塊配合測出其已有到外壁長度L，在新的12m 長管開始繞彎時，扣除這長度L 即可繼續進行加工；依次重復以上操作，完成外盤管水平方向所有90°彎頭制作。

第十一，用地模法焊接制作外盤管定型專用支架。

在平整鋼板上劃出矩形，尺寸為1203mm×1053mm；用L30mm×30mm×3mm 的角鋼，切割成6 段1100mm 長的分段，角鐵背部與矩形輪廓線相切，角鐵焊于矩形外部， 焊接位置與鈦支撐板距離5mm 相鄰，用角鋼背邊相切于矩形輪廓線外焊接一個矩形體，即控制外盤管外壁最大尺寸為1200mm×1050mm。

第十二，綁扎并定型外盤管。將繞制好的外盤管套入專用支架內：用V 型塊定位，清洗拼焊12m 彎管段；由下至上逐層理順鈦管位置；前后左右四個方向均勻下尺寸，然后用鐵锨捆綁扎緊于立焊角鐵上；當內盤管所有水平彎頭固定好，上鈦支撐架，與U 形螺栓鎖緊定型，雙螺母防松；拆除外盤管專用支架，吊出外盤管放于平臺上；將內盤管裝入外盤管內部，并調整四個方向間距均勻；分別以內盤管兩個出口為基準，確定外盤管上下接口上彎位置，保證其與內盤管出口中心面同外盤管外壁面平行；截取外盤管2個接口與管底高度尺寸1150mm。

第十三，加工鈦法蘭三通。

分別量取內、外盤管上接口水平面中心距L1，內外盤管下接口水平面中心距L2，并分別以這兩尺寸進行半圓彎管制作；彎好后將彎頭放于直角測量平臺，彎頭頂端頂緊橫向基準邊，外壁靠緊縱向平基準邊，用直尺在縱向平基準邊上量出136mm 處并劃線，按劃線處用割管刀割斷；如上重復步驟3 次，即得三通接頭圓弧部分；找出半圓中心點，打樣沖眼，上鉆床，鉆φ33mm 孔；兩段鈦法蘭與直管焊接，兩個半圓管分別與內外盤管上下接口對焊，將焊接鈦法蘭的兩根直管插入φ33mm孔中，并用設垂直立面的方法定位兩法蘭的平面度，滿足鈦盤管加工精度要求；將加工完的鈦盤管放入水池內通入10kg/cm2 壓縮空氣，保壓2h 后若無泄露即為合格。

3、結語

通過分析得知，采用直管對焊，既保證了焊縫質量，又減少了現場焊接勞動強度與焊接風險。通過詳細計算，彎管一次性成型，沒有廢鈦管被割除，提升了經濟效益。按照本文所設計的方案，合理安排加工工藝，化繁為簡，3天完成5 套該鈦矩形盤管加工任務，獲得了用戶的一致好評。由此可見，選擇正確的工藝，不僅在制作過程中能化繁為簡，降低制作難度，又能嚴格控制管材廢品率，提高利用率，達到良好的經濟性。

參考文獻

[1] 劉永中. 鈦盤管換熱器制作模具尺寸確定[J]. 壓力容器，2008，（12）；53-55.

相關鏈接