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Forschung zu gelöteten Titanrohren als Ersatz für nahtlose Titanrohre
2024-10-11

Titan zeichnet sich durch geringe Dichte, hohe spezifische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Elastizität, geringe Feuchtigkeit, Nullmagnetismus und gute Eigenschaften bei hohen/niedrigen Temperaturen aus. Es wird als Spezialmetall und Schiffsmetall geschätzt und wird in den Bereichen Volkswirtschaft und Verteidigungsbau weithin eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, Meerwasserentsalzung, Wasserfahrzeugen, Chemieingenieurwesen, Fahrzeugen und Elektrizität. Nahtlose Rohre haben eine niedrige Fertigungsrate, lange Produktionszyklen und hohe Kosten, während gelötete Rohre aus reinem Titan einen kurzen Produktionsprozess, niedrige Produktionskosten und eine hohe Produktionseffizienz aufweisen. Daher besteht bei der Rohrproduktion ein Trend zur Entwicklung dünnwandiger gelöteter Rohre. In Japan und europäischen Ländern werden dünnwandige nahtlose Rohre aus Titan und Titanlegierungen nach und nach durch gelötete Titanrohre ersetzt. Sie werden in Kondensatoren in Küstenkraftwerken und Kernkraftwerken eingesetzt, was nicht nur die Wärmeaustauschrate verbessert, sondern auch die Lebensdauer der Kondensatoreinheiten verlängert, was zu erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen führt.

 Beim Löten von Titanrohren muss Folgendes gewährleistet sein:

 (1) Im Lötbereich, bei Temperaturen über 250℃, wird das Metall nicht durch aktive Gase und schädliche Verunreinigungselemente wie N, O und H, C, Fe und Mn verunreinigt.

 (2) Es kann keine grobkörnige Struktur entstehen.

 (3) Keine großen Löteigenspannungen und Restverformungen. Daher muss während des Lötvorgangs die vorgegebene Konstruktionsreihenfolge befolgt werden, und die Qualitätskontrolle des gesamten Prozesses muss unter strikter Einhaltung der Prozessqualitätskontrollstandards durchgeführt werden. Menschen, Maschinen, Material und Methode werden gut kontrolliert, um die Lötqualität der Titanrohre innerhalb eines angemessenen Zeitraums sicherzustellen.

Der Berstdruck von gelöteten Titanrohren beträgt 61,76 MPa. Wenn an der Längsnaht ein kleiner Riss auftritt, strömt Wasser aus den Rohren. Der Berstdruck von nahtlosen Titanrohren beträgt 68,10 MPa. Wenn an der Verbindung zwischen Stopfen und Rohr ein großer Riss auftritt, strömt Wasser aus den Rohren und das nahtlose Rohr selbst wird nicht beschädigt. Durch die Mantelflüssigkeit verursachte Vibration von Wärmetauschern und Kondensatoren aus Titanrohren während des Gebrauchs führt zu Wirbeln, Stößen, elastischen Stoßanregungen und akustischen Resonanzen verschiedener Flüssigkeiten. Die Kombination solcher Vibrationen führt zu starken Vibrationen, wodurch die Rohre ständig gegen die Prallplatte schlagen und dann das Phänomen auftritt, dass die Rohre von den Kanten der Prallplatte geschnitten und durchbohrt werden und die Verbindung zwischen Rohren und Rohrplatten reißt, was zu Undichtigkeiten führt. Daher werden gelötete Titanrohre und nahtlose Titanrohre einem Vibrationsermüdungstest unterzogen, um die Ermüdungszeiten jeweils unter gleichen Bedingungen zu zählen und zu bestimmen, ob gelötete Titanrohre als Ersatz für nahtlose Titanrohre die Lebensdauer der Ausrüstung beeinflussen.

 (1) Dehnverbindung von gelöteten Titanrohren: Unter gleichem Druck der Dehnverbindung ist die Auszugskraft gelöteter Titanrohre um 2,5–3,1 MPa höher als bei nahtlosen Titanrohren. Nach der erweiterten Verbindung sind gelötete Titanrohre enger mit den Vorrichtungen verbunden und die Abdichtbarkeit der erweiterten Verbindung ist besser.

(2) Innerhalb des definierten Bereichs von Druckbehältern können gelötete Titanrohre einem Auslegungsdruck von bis zu 35 MPa standhalten und den Druck 3 Minuten lang ohne Leckage aufrechterhalten.

(3) Die Häufigkeit von gelöteten Titanrohren und nahtlosen Titanrohren beträgt 30. 

Prinzipien und Technik des Spannens mit der Rolle sind dieselben wie bei nahtlosen Titanrohren. Das Vorhandensein von Wülsten erfordert jedoch die Berücksichtigung zusätzlicher Faktoren, um die beste und stabilste Technik des Spannens mit der Rolle zu bestimmen. Unter diesen Faktoren sind die metallurgische Qualität und der Oberflächenzustand der Rohre die wichtigsten. Beispielsweise müssen bei Rohren im geglühten statt im gelöteten Zustand überstehende Ausgleichsperlen zur Verbindung der Rohrbleche vermieden werden.  Es ist erwiesen, dass ein luftgeglühter Kopf mit aufgeweitetem Rohr und polierter Schleife eine bessere Bindefestigkeit aufweist als Rohre nach einer Aufweitung durch Blankglühen oder Blankspannungsfreiglühen.

Andererseits könnte eine raue Oberfläche von Rohren oder Rohrblechen die mechanische Festigkeit verbessern, aber ihre Dichtfähigkeit ist schlecht. Die Löcher von Titan-Rohrblechen, die durch Präzisionsbearbeitung oder Präzisionsbearbeitung plus Nachschleifen hergestellt werden, weisen eine Oberflächenglätte von 0,75-1,5-101 auf. Am Rohrkopf erreicht die Glätte der polierten Schleife das gleiche Niveau. Daher ist die Kombination aus Festigkeit und Dichtfähigkeit optimal.

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