无缝钛管件的选择

钛管件生产工艺的比较
　　我国70年代开始在民用工业的化工系统中使用钛材，钛作为一种用于化工装置中的耐腐蚀结构材料，已经确立了它的地位，而且作为化工输送腐蚀性介质管道中的理想材料，管道的寿命取决于管件，钛管件也愈来愈引起工程技术人员的重视，尤其钛管件的标准化更为重要。
　　1.1钛管件的工作情况首先我们分析一下钛管件的工作情况：
　　钛管道主要输送的是腐蚀性严重危险介质，当带腐蚀介质的介质经过钛管件时、介质都带有一定的压力，而各种管件的各部位承载压力不同，以最为常用的三种管件（弯头、三通、异径管）来分析。
　　1.1.1弯头
　　弯头是各种管道系统的重要管件之一，除了用作改变介质流动方向外，还起到提高管路柔性。当介质通过弯头时如图1，带有压力的介质直冲弯头的背部，介质顺着背部流动到出口，由此可见弯头的背部即承受较大压力又承受着严重的冲刷腐蚀，说明背部承载大于任何部位。
　　1.1.2三通
　　三通的工作情况见图2，同弯头相似，介质通过三通时直冲三通的支路与直路的相交处，此处的承载压力和冲刷腐蚀大于其它部位。支路为主管路的卸压分流状态。
　　1.1.3异径管
　　异径管的工作情况见图3，介质通过异径管时往往介质是从大头向小头流动，因截面积的逐渐变小使异径管的锥体部位产生增压现象，锥体内表面即承载较大压力又承受严重冲刷腐蚀。
　　以上分析表明钛管件是钛管道中极其重要的部件，它直接影响着钛管道的寿命。
　　常见的钛管件生产工艺
　　1.2.1多焊缝钛弯头
　　我国钛管道使用初期国内没有厂家生产标准的钛管件，不得不使人们采用多焊缝式（俗称“虾米腰”式）钛弯头见图4，它的加工工艺繁杂。通常采用将管切成多段斜口、焊接而成或板金下成多节叶形展开料，再卷制焊接 ，焊缝量大。由于焊接处的几何外形不连续，将产生较高的应力集中，因此，对这种管件的工作压力和工作温度必须作出严格的规定。 焊缝会大大降低耐蚀性、易泄漏、且外观欠佳，内表面为折面而增大了管道传输阻力和背部的焊缝受到严重的冲刷腐蚀而降低了寿命。
　　1.2.2焊接三通
　　三通如图5采取在直管道上开孔，将支路直接管焊接而成，因钛材的加工性能不如其它材料，焊接处的相贯线的加工也是相当困难的[]。更为重要的是，焊缝处产生直角，一是严重的影响着介质的流导，增大了管道的传输阻力，二是相贯线的曲线焊接困难，三是直角部位的冲刷腐蚀增大，使直角部位早损。
　　1.2.3压片焊接式钛弯头
　　1.上模2.坯料3.下模
　　为了改善多焊缝钛弯头的缺陷，采用压半片焊接式钛弯头。它与多缝“虾米腰”式相比，焊缝相应少些，且焊缝没有迎面受到冲刷腐蚀，而顺向受冲刷，因而耐腐情况要好一些。
　　1.2.4铸造式弯头
　　人们企图甩掉焊缝，研制出无缝钛弯头，产生了铸造式弯头，虽说以无缝弯头而出现，但壁厚（至少5mm）与管道壁厚（2～4mm）不能匹配，而且表面光洁度差，而增加传输阻力。更为重要的是内部存在着大量的由铸造产生的气孔等缺陷，严重影响耐蚀性及寿命，不适合对焊式钛管道的使用，大多应用在小直径的承播式管件，此种工艺生产的钛管件成本高、得不到使用者的认定。
　　1.2.5冲制钛弯头
　　有人利用冲压方法冲制钛弯头，外表看来是乎达到标准要求，但从实质来看，该加工工艺是将（见图6）管坯在冲床上冲压模中冲压成型，成型过程中将弯头的背部受拉，迫使背部拉薄，腹部管壁受压而增厚造成壁厚不均或打皱。且使用过程中因弯头背部承受冲刷腐蚀（见图1），由于背部壁减薄，所以背部会产生早损。壁厚难以保证，其耐压和寿命都达不到标准中的壁厚公差要求，尽量不使用此种工艺生产的钛弯头。
　　1.2.6推挤工艺
　　如何提高钛管道寿命？提高钛管件寿命而成为管道设计技术领域的一大学术难题。
　　弯头推挤工艺是在八十年代中、后期由日本引入我国的一项钢制弯头生产新技术。由于该工艺可实现连续性生产，并且生产的弯头壁厚均匀一致，因而它迅速取代了传统工艺[]。西北有色金属研究院在九十年代初率先将这一新技术成功的开发研制出了推挤无缝钛弯头。相继又研制出无缝钛三通、无缝异径管等无缝钛管件产品[]，无缝管件的最大直径可达Φ219，并达到了ASTMB363?95标准[]要求。
　　推制钛弯头的加工是以无缝钛管作为坯料，在专用推制挤压机上采用管径小于成品口径的坯料推制挤压成型，如图7成形模固定在主机上不动，有一活动推力推动管坯从右方向左方前进，坯料在成型模时，受到加热及保护，成型过程中管坯受到扩涨，对成型过程中受力分析表明，其不同部位的受力大小是不同的，但都是二向受压，一向受拉，即轴向受压、径向受压、周向受拉。整个变形过程中直径逐渐变大、弯曲、长度缩短而厚度基本不变[4]。用网络法的实验结果证实，弯头成型时的变形主要发生在下部（见图8）。坯料上画上均匀网格，成型中可观察到弯头背部成型时方格变化不大，到腹部变形越严重，网格在周向被拉长，轴向被压缩，而网格总面积不变，表明厚度方向上没有明显变化
　　我国钛管件标准和规范
　　钛管件标准最早出现于美国宇航标准中，化工行业的钛管件在国际上能查到的唯一标准是ASTMB3635]它也是钛管件国际贸易中常遵循的文件，ASTMB363建立于1961年，第一次修改在1978年，以后又多次修改（如83年，87年）最近版本是1995年，使标准比较完善了。
　　我国在1994年由西北有色金属研究院出台了企业标准Q/XB1507?94《钛制对焊无缝管件》。受到了设计部门的热忱欢迎，该标准的出台代表我国钛管件标准化的起步。是我国钛管件生产、经销、设计、施工的主要参考文件。
　　为了使标准能更好地指导我国钛管件的标准化生产、设计选用、采购经销、安装施工，国家石油和化学工业局于1999年7月13日发布了《钛制对焊无缝管件》的行业标准，此标准由权西北有色金属研究院起草，标准号为HG/T3651-1999,已于2000年6月1日起实施。该标准所规定的管件尺寸公差与美国国家标准ANSIB16.9-1986《锻钢对焊用管件》和我国国家标准GB12459-90《钢制对焊无缝管件》等同，管件的要求和成品管件材料性能及管件表面质量与美国材料试验协会标准ASTMB363-95《无缝及有缝钛及钛合金对焊用管件》等同。