钛管缺陷（共3篇）
钛管缺陷 篇1
0 引言
岭澳二期核电站汽轮机为东方电气进法国ALSTOM百万千瓦等级半转速机组, 其中单台机组凝汽器包括4个管束模块 (共8个进出口水室) , 58 572根钛管, 共计117 144个管孔, 换热面积75 770 m2, 其供货状态与常规火电机组不同, 为模块化交货, 即在制造厂内完成立管架、穿钛管、钛管胀接及钛管封口密封焊等工序, 最后以管束模块方式交付现场进行安装。
在汽轮机组调试过程中发现海水渗漏到凝结水侧, 导致二回路给水系统氯离子和钠离子含量超标, 检查后发现部分钛管焊后焊缝颜色发蓝、钛管内壁因胀管操作不当导致划伤、划伤后人为打磨导致钛管壁厚减薄、部分钛管因胀接操作不当存在欠胀或偏胀等缺陷, 上述缺陷给凝汽器的安全运行带来了重大影响。
本文通过对钛管与钛复合板胀焊典型缺陷及原因进行全面、深入地分析研究, 结合岭澳二期工程应用实例, 形成核电凝汽器钛管胀焊缺陷处理措施, 提出了一套返修工艺和检验方法。
1 情况描述
2009年10月23日, 岭澳核电站二期3号机组凝汽器管板及水室在进行海水循环冲洗后, 对冷凝器进口水室进行检查时, 发现钛管与钛复合板的部分焊缝存在锈蚀, 在进一步处理凝汽器钛管焊缝锈蚀过程中, 又检查、发现了钛管焊缝焊后发蓝、焊缝宽窄不均、钛管内壁划伤或打磨减薄、钛管胀接欠胀或偏胀等一系列缺陷问题。如图1~4所示。
凝汽器典型缺陷统计见表1。
2 原因分析
2.1 锈蚀的原因分析
端管板与钛管间有两道连接:先用胀管器胀接, 然后在端管板钛板层一侧与钛管管口实施密封焊接。凝汽器管束模块的端管板是由5 mm的钛板与30 mm碳钢板经爆炸焊接而成, 厚度为35 mm, 而钛管胀接区长度为32 mm (从钛板层至碳钢层的距离) , 见图5, 胀接力矩12 N·m (经水压试验确定能够保证胀接区密封的力矩值) , 因此, 胀接区可视为汽侧与水侧的第一道屏障;端管板与钛管管口密封使用自动旋转氩弧焊机进行密封焊, 作为汽侧与水侧的第二道屏障。
由此可见, 即便钛管管口密封焊接工艺出现问题, 由于胀接区是密封的, 海水也不会直接腐蚀到碳钢层, 但是从现场缺陷焊缝的拔管图 (图6) 分析看出, 锈蚀是从管板的碳钢层流出的, 海水穿越了钛管与管板的密封焊层及胀管区两道屏障, 到达了碳钢层, 钛管的密封焊及胀接区都存在着质量问题。
2.2 焊缝存在气孔的原因分析
钛管与钛复合板焊缝的气孔产生原因主要与焊接保护不良和焊接部位存在水分、油污或灰尘有关。
焊缝焊接时采用双重氩气保护, 且焊前与焊后送气时间均较长 (6~8 s) , 实际操作中, 焊接时采用了挡风装置, 一端采用塑料薄膜盖住管板, 因此不存在保护不足的问题。
凝汽器在制造厂穿管、胀焊时需使用专用厂房, 生产工作环境必须保持干净, 但据了解, 该凝汽器制造时生产场地与其他设备的焊接场地距离较近, 胀焊工作区未配备专门清洁室, 其他设备焊接和打磨过程中产生的粉尘较多, 导致凝汽器组装车间清洁度不高, 部分管口被灰尘污染, 直接影响到凝汽器钛管焊缝焊接质量, 导致焊接中可能出现气孔。
2.3 胀接不均、焊缝成型不好的原因分析
胀管数量巨大, 在胀管过程中, 个别胀珠损坏导致有部分管板孔胀接后存在椭圆现象, 形成胀偏;个别孔胀偏 (管板孔有部分存在椭圆) , 焊接过程中走出的是圆形轨迹, 故造成焊缝熔合不良, 同时焊接孔数多, 时间过长, 焊枪钨极位置参数可能发生变化, 也会使焊缝熔合不良。
2.4 内壁打磨、划伤的原因分析
内壁打磨主要是补焊不良造成的, 当管口焊缝出现熔合不良, 修复困难, 出现越修越大问题, 补焊后采用了打磨方式进行尺寸恢复;在焊前的切管过程中, 有些切管器的轴不够光滑, 在旋转过程中造成部分管内壁划伤。
2.5 制造过程中质量控制方面的原因分析
岭澳二期核电工程的凝汽器为供应商首次厂内生产的百万千瓦核电机组凝汽器, 供应商对钛管的焊接经验不够丰富, 加之管板孔数量巨大, 管孔焊接过程中, 焊接工人容易产生视觉疲劳、操作疲劳, 凝汽器制造过程中胀管、焊接及检验过程质量控制不够严格, 具体表现在以下方面。
(1) 胀管器及切管器等工具实际操作不够熟练、效果不佳, 导致钛管胀管过程中胀接不均, 部分管孔有划痕, 切管后管端伸出长度不一致, 导致部分焊缝宽窄不一, 成型不好。
(2) 操作工人在胀管和焊管这种批量化的长时间反复操作时, 容易产生疲劳和麻痹思维;胀管器胀珠上的油污杂质未清洗干净, 胀管器未及时更换, 在胀管器已过使用寿命后仍继续使用, 导致胀管区域出现划痕。
(3) 胀接不规范:个别胀管器未插入到要求部位, 就进行胀管, 导致偏胀;在焊接时, 未及时实施质量自检, 导致出现焊接缺陷, 甚至出现漏胀。
2.6 运输的影响分析[1]
凝汽器管束模块本身质量大、惯性大, 在运输过程中遇到运输设备冲撞时会在管束壳体上产生较大的冲击力, 可能会造成壳体的形变、位移, 导致焊缝受损。岭澳凝汽器运输过程中没有遇到异常, 在设备到达现场并就位后, 也没有发现结构件出现损坏或其他异常现象, 根据数个管束模块在运行后均有不同程度胀焊缺陷的结果, 表明运输的影响不是焊缝质量缺陷的根本原因。
3 处理措施[2]
3.1 钛管焊缝锈蚀处理准则
通过VT (目视检查) 确定锈蚀部位, 包括疑似区域;
通过PT (渗透检查) 准确确定锈蚀部位;
使用丙酮清洁焊缝区域及钛管内表面一定深度, 清洁后用白纱布擦拭不污染;
堵管处理;如机组处于非真空状态, 采用假管堵管, 如处于真空状态, 为保证核电机组商运, 采用堵头封堵, 待机组停机后再用假管更换;
对假管堵管区域PT检查。
3.2 发黄及发蓝焊缝处理准则
发蓝焊缝:在PT检查无缺陷前提下, 根据钛管焊后性能指标, 建议原样使用;
发黄焊缝:在PT检查无缺陷前提下, 考虑钛管焊缝氧化有所加大, 建议采用不锈钢刷去除表面氧化区域, 如不能去除, 可采用细目砂纸打磨去除, 在细目砂纸打磨后仍没有效果的前提下, 需重新自动重熔或手工补焊修复;
重新自动重熔或手工补焊修复后需PT检查合格。
3.3 焊缝成型不好或补焊后少肉、肥大处理准则
在PT检查无缺陷前提下, 采用重新自动重熔;
使用丙酮清洁焊缝区域及钛管内表面一定深度, 清洁后用白纱布擦拭不污染;
因条件限制, 自动重熔无法进行, 可采用手工补焊修复, 原则上不采用填丝修补, 手工自熔修复最好, 除焊缝严重缺肉下, 可考虑填丝补焊, 需注意填丝焊接的长度每次应控制在3~5 mm范围, 可多次填丝;
焊后PT检查合格。
3.4 钛管内壁划痕、打磨处理准则
打磨或划痕深度不大于0.15 mm可原状使用, 否则实施堵管。
3.5 胀接操作不当引起欠胀、偏胀处理准则
清洁胀管区, 然后补胀, 补胀后用自动焊机进行补焊;
焊后PT检查焊缝合格。
4 结束语
由于滨海核电汽轮发电机组容量的不断提升, 凝汽器的换热面积很大, 通常换热管数量近6万根, 钛管与钛复合板的胀接与密封焊涉及近12万个管孔, 工作强度高, 工厂的质量控制经验不足。本文通过岭澳二期凝汽器复合钛板与钛管封口焊缝典型缺陷问题的原因分析、处理, 可为制造厂控制凝汽器钛管的胀焊质量, 提升凝汽器制造质量控制能力提供方法参考;同时可为后续、在役核电工程凝汽器钛管缺陷处理原则提供参考, 缩短缺陷处理周期, 确保机组后续安全、可靠运行, 保证核电项目工程经济效益。
摘要：结合岭澳二期核电工程应用实例, 对钛管与钛复合管板胀焊典型缺陷及原因进行全面、深入地分析研究, 形成核电凝汽器钛管胀焊缺陷处理措施。
关键词：核电站,凝汽器,钛管,锈蚀,缺陷
参考文献
[1]李兴仁.凝汽器钛管的泄露原因分析和运行维护策略[J].机电工程技术, 2012 (2) :84-86.
[2]王军伟.凝汽器钛管泄漏原因分析及预防措施[J].广东电力, 2012, 25 (9) :114-117.
钛管焊接施工技术 篇2
1 焊接过程控制环节和控制点
1)焊接工艺评定→焊接工艺说明→焊接工艺试验→焊接工艺评定报告。2)焊接设备→焊接设备状况确认→焊接设备运行操作。3)焊接材料→焊接材料验收→焊接材料保管→焊接材料使用。4)焊工→焊工考试→焊工资格认证→焊工业绩。5)焊接施工→焊接工艺文件→焊接环境→焊接接头准备→焊接过程→焊接外观检查→焊接无损检测→焊接资料整理。
注:1)焊接设备、焊接材料、焊接施工为焊接过程控制环节,其他部分为控制点。2)焊缝经外观检查和无损检测不合格必须进行返修,但焊缝同一部位的返修不得超过两次。
2 焊接管理
1)工艺管理。
焊接过程中采用的焊接工艺,必须以合格的焊接工艺评定为依据。
2)焊工管理。
参加焊接的焊工必须按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规范》取得合格证书后方可进行焊接工作。
3)焊材管理。
现场设专用焊材库,所有入库焊材及施焊使用焊材均须有经焊接责任工程师确认的质量证明书及合格证。
4)现场施焊环境管理。
施工现场相对湿度小于90%;风速不大于2 m/s;天气:无雾雨。现场施焊环境不能满足以上要求时,应采取搭设防护棚,加热提高环境温度,降低空气相对湿度等措施后方可进行焊接施工。
3 焊接工艺及要求
1)焊接方法选择。
焊接方法应采用钨极氩弧焊。
2)焊接设备的选择。
焊接设备选用性能稳定的直流氩弧焊机,带有高频引弧和电流衰减装置的YC-300TSP型松下焊机。
3)焊接材料的选择。
焊接材料选用与钛管道母材同质的TA2焊丝,钨极选用铈钨极,保护气体使用纯度99.99%以上的氩气。
4)焊前准备。
a.管道主要焊接接头、坡口尺寸、形式及焊道分布见图1。b.焊前清理。坡口及两侧各50 mm以内的内外表面清除油污后,应用奥氏体不锈钢丝刷、绞刀等机械方法清除其氧化膜、毛刺和表面缺陷。经机械清理后坡口的表面填充焊丝,焊接前使用不含硫的丙酮或乙醇进行脱脂处理。焊丝如被污染、氧化变色时,污染部分应予切除。c.定位焊。管子或管件组对时应做到内壁齐平,对口错边量不应超过壁厚的10%。定位焊应采用与正式焊接相同的焊接材料及焊接工艺,定位焊缝长度一般为5 mm～10 mm,高度不超过壁厚的2/3。定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹污及氧化变色等缺陷,发现缺陷应及时清除。
5)焊接工艺。
a.为了更好的控制焊接质量,施工时,应按照管线图进行管段预制,尽量减少管线上固定焊口的数量,预制时焊接位置尽量采用转动焊。b.焊接熔池及焊接接头的内外表面不论温度高低均应用氩气进行保护,熔池采用焊炬气体保护,热态焊缝及近缝区域的外表面采用焊炬拖罩保护。焊炬拖罩根据焊件形状及尺寸决定,拖罩长40 mm～100 mm,宽40 mm～60 mm,便于操作,喷嘴和拖罩做成一体,且采用不燃材料制作。管内采用充氩保护焊缝及近缝区的内表面。小直径(<100 mm)采用整体充氩气排除空气的方法,中等直径(100 mm～500 mm)可采用隔板式保护方法,隔板采用易溶材料制作,管内提前充氩,并保持微弱正压和呈流动状态,以得到优良的保护效果。焊接起弧前应提前送气,充气量为容积的5倍以上才能进行焊接,熄弧时,焊炬不能马上离开焊缝,应延长不少于30 s,对焊缝进行延时保护。c.焊接时应在合格的工艺参数范围内选用小规范焊接,层间温度不得高于200℃。d.焊接操作要求。焊接过程中电弧应保持稳定,避免钨极与焊件或焊丝接触造成夹钨。出现夹钨时应立即停止焊接,清除缺陷后方可继续施焊。定位焊使用定位片的材质与母材相同。定位片焊接时,应在氩气保护下进行。在各层焊接中,要仔细进行,以防止在焊接面上产生气泡、裂纹等缺陷。进行多层焊接时,在焊下一道前应将上一道上的氧化物清除干净。
4焊接检验
1)对接焊缝的射线检测应按GB 50236-98现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范,射线检测比例按设计要求进行,设计无要求时按规范执行。2)与管道连接的角焊缝应按JB 4730-94压力容器无损检测的规定进行渗透检测。3)底层焊道焊接完成后应进行渗透检测,检测方法按JB 4730-94压力容器无损检测执行,以无裂纹和其他任何表面缺陷为合格。4)管道焊后必须对焊缝进行外观检查,并符合下列要求:a.焊缝表面不得有咬边、气孔、夹钨、裂纹及未熔合等缺陷。b.焊缝外观尺寸应符合下列要求:焊缝宽度每边不超过坡口边缘2 mm。焊缝余高保持0 mm～1.5 mm。角焊缝的焊脚高度符合规定,其外形应平滑过渡。c.焊道焊接完成后及时采取酸洗法对焊道进行酸洗。
参考文献
[1]GB 50236-98,现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范[S].
[2]JB 4730-94,压力容器无损检测[S].
钛管内壁划痕原因分析及处理 篇3
海水冷却器是利用海水将工艺气体冷却, 管程介质为海水, 壳程介质为苯、甲苯等易爆极度危险工艺气体。换热管选取具有很好耐海水腐蚀性能的钛材。换热管是换热器中最重要的部件。应确保质量, 以避免发生泄漏, 影响生态环境和生命安全。
二、设备简介
本批海水冷却器均为列管式换热器, 共需钛 (TA1) 换热管7247根, 规格为φ25mm×1.25mm, 其中2台设计技术参数见表1。
三、换热管内壁划痕分析
1. 内壁缺陷
检查换热管外观时发现部分管内壁轴向直线型划痕, 且划痕数量较多。按GB/T3625标准要求:管材表面的局部缺陷可予以清除, 但清除后不得使外径和壁厚超出允许的负偏差。管材表面允许有局部不超出外径和壁厚允许偏差的划伤、凹坑、凸点和矫直痕迹。
2. 质量证明书审查
对到厂的钛管质证书进行审查, 按批进行检查, 每批同一牌号, 同一熔炼钢炉号、同一规格、同一轧制方法、同一交货状态和同一热处理炉批组成。TA1冷轧钛管, 规格φ25mm×1.25mm, 退火状态供货。对化学成分 (GB/T3620.1-1995) 、力学性能 (GB/T3625-1995) 进行复验, 经审查复验报告, 各项指标均符合标准要求。
3. 工艺性能复验
扩口和压扁工艺性能按照GB/T3625相关要求进行复核, 各项指标均满足要求。按GB/T3625标准要求扩口尺寸至少为原直径的120%, 按名义尺寸计算扩口后内径≥27mm, 扩口后用放大镜观察无裂纹;对于实物测量压扁方向最大间距<11.15mm, 压扁后放大镜观察试样完好无裂纹, 扩口和压扁试样见图1。
4. 尺寸及外观检查
经抽查约3%的钛管 (约160根) , 钛管名义尺寸φ25mm×1.25mm, 厚度偏差为±0.125mm (厚度的±10%) , 外径偏差为±0.1mm, 端部切斜偏差≤3mm, 抽查尺寸均符合GB/T3625标准要求。
管材内外表面清洁, 未发现肉眼可见裂纹、折迭, 起皮针孔等肉眼可见的缺陷。
5. 划痕分析
(1) 宏观检查及无损检测
取一根钛换热管切割, 并做渗透检测, 划痕宏观情况见图2渗透检测内壁划痕显像。
为了确定划痕数量的分布、灵敏量严重程度, 对首批到厂的3210根钛换热管进行内窥镜检查, 按划痕数量多少划分为四类, 由表2可见, 存在表面划痕的管材占近一半。
对钛管进行无损检测复验, 最严重的钛管全部超声波检测, 次严重抽查10%, 其他抽查5%, 超声波抽查结果见表3, 划痕严重的有超声波检查不合格, 其他的超声波检查均合格。
(2) 金相检查
为了查看划痕组织变化确定划痕性质及深度, 对划痕数量不同类别各取样进行金相检查, 金相试验结果如下。
(1) 对于划痕最严重的金相检查, 在抛光态下观察试样横截面疑似裂纹为裂纹, 裂纹周围有灰色氧化物存在。裂纹深浅不一, 浓度范围约为:0.1~0.5mm。腐蚀后观察裂纹形貌, 裂纹周围组织与其它区域无差别。
(2) 次严重取两个试样, 内表面划痕金相试验结果如下。
a.1#试样抛光态下观察试样横截面, 多处疑似裂纹有的表面是划痕, 划痕底部有裂纹扩展, 其中最深一条深度为0.25mm, 裂纹周围有氧化物存在。
b.2#试样抛光下观察试样横截面, 多处疑似裂纹有的表面是划痕, 划痕底部有裂纹扩展, 其中最深一条深度为0.13mm, 裂纹周围有氧化物存在。
(3) 少量内共取6个试样, 钢管内表面划痕金相试验结果如下。
抛光态观察试样横截面, 多处疑似裂纹是划痕, 最深一条深度为0.08mm。另一个试样最深一条深度为0.05mm。另外四个试样多处疑似裂纹是划痕, 最深一条为0.03mm。经金相试验确定, 多处疑似裂纹为表面划痕。
(4) 无划痕取两个试样, 钢管内表面金相试验结果如下:抛光态下观察管材内外表面, 均未发现裂纹。
四、分析
根据以上检验结果和对钢管制造厂工艺进行调研分析, 此钛换热管内表面划痕是钛管在轧制时, 由于轧制造商的芯棒表面不光滑 (粘钢) 而产生, 经几道轧制后形成机械划伤, 严重的形成微裂纹。对于严重和次严重划痕的钛管, 划痕的深度超过换热管厚度负偏差0.125mm。
钛换热管的内壁划痕及钛材本身的脆断性, 直接影响后续的贴胀, 在贴胀过程中易在很小的胀接压力下便发生了胀裂的情况。
五、处理意见及实施措施
第一, 表面划痕内窥镜检查最严重、次严重的钛换热管判定不合格产品, 全部退回。
第二, 表面划痕内窥镜检查少量划痕及无划痕判定符合钛管验收标准要求的钛管, 让步接收, 建议用户在使用该批钛换热管的设备时缩短该设备检修周期, 减少该设备预计使用寿命, 加强该批设备监控。
第三, 对于未发货的钛管, 钛换热管厂家改进制造工艺, 在轧管中间采用镗孔方式去除内表面划痕或微裂纹, 保证其光滑无毛刺。在钛管制造厂逐根进行100%超声检测, 换热器厂无损检测技术人员到钛管厂监督检查超声波检测过程, 合格后, 内窥镜检查, 没有划痕的管材发货, 少量划痕的管材备用。
六、结语
钛换热管内壁划痕虽不易察觉, 但经检查可知深度超过厚度负偏差, 造成局部管壁厚度减薄, 因钛材的脆断性, 易在胀管时因微小裂纹而扩展胀裂, 因此在制造前要对钛管的内壁进行严格检查。钛换热管制造过程中注意控制超声波检测报警缺陷尺寸, 防止漏检。
本批换热器在钛管质量控制和设备组焊过程控制, 制造后经水压试验、气密性检查氨渗漏检查合格。在投入使用后, 跟踪使用状况, 评价良好, 未发生钛管内漏或渗漏现象。
参考文献
[1]曾光, 朱梅生, 王瑞欣, 谢种博.纯钛挤压管坯内表面缺陷分析[M].真空与低温, 2013, 2.
[2]贾国梁.钛管无损检测方式的应用选择[M].科技信息, 2011, 9.
[3]陆裕湘。电站冷凝器用钛管的超声探伤[M].上海金属, 1990, 2.
[4]马小菊, 曲恒磊等.高标准纯钛 (Gr.2) 斜轧穿孔管的冷加工技术[M].稀有金属材料与工程, 2009, 12.