因為鈦材具有優(yōu)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(lǐng)域中。由于鈦是稀有金屬，使用鈦材制作設(shè)備的成本較高，但也具備使用壽命長、化 學性能穩(wěn)定、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和維護方便等優(yōu)點。在鈦設(shè)備加工中，用鈦管制成盤管式換熱器已經(jīng)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(jīng)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(chǎn)的 φ32mm×2鈦管，牌號為 TA2，鈦管各項指標均符合相關(guān)規(guī)范要求。

仔細分析圖紙，該套加熱鈦盤管實質(zhì)為內(nèi)、外兩付矩形鈦盤管并聯(lián)而成額。圖中左上鈦法蘭三通分別連接內(nèi)外兩付盤管的上接口；圖右上鈦法蘭三通分別連接內(nèi)外兩付盤管的下接口；內(nèi)、外盤管合拼對接時，應(yīng)以內(nèi)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(nèi)外盤管圈數(shù)都為 21 3/4 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(nèi)盤管內(nèi)壁尺寸為電鍍工件 有效工作區(qū)，所以也是重要控制尺寸，即內(nèi)盤管最小尺寸≥ 996mm×846 mm；內(nèi)、外盤管均通過 4×R100×90°，實現(xiàn) 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(jīng)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(nèi)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(guī)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(yīng)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(nèi)徑各留車削余量 5mm；以外圓定位車削內(nèi)孔 D 為φ33mm；以內(nèi)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(nèi)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(xié)采購 M6 鈦螺母，厚度 m 為 5mm，數(shù)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(shù)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(guān)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(xiàn)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(nèi)切彎頭內(nèi)壁進行透光性檢驗；將彎頭放于直角測量平臺，彎頭兩側(cè)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(guān)鍵數(shù)值，就可以計算并連續(xù)進行彎管加工了。

第六，焊接 φ32mm×2 直管。內(nèi)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(nèi)、外盤管應(yīng)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(guī)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(qū)；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(nèi)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(nèi)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(nèi)焊接一個矩形體，即控制內(nèi)盤管內(nèi)壁最小尺寸996mm×846mm。

第八，繞制內(nèi)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(nèi)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(nèi)盤管寬度中心距，保證在 878mm±2 范圍內(nèi)即可；當 12m 直管加工完成時，將內(nèi)盤管套在內(nèi)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(xù)進行加工；依次重復以上操作，完成內(nèi)盤管水平方向所有 90°彎頭制作。

第九，綁扎并定型內(nèi)盤管。將繞制好的內(nèi)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(nèi)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(nèi)盤管專用支架，吊出內(nèi)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(nèi)盤管長度中心距在1168mm±3 范圍內(nèi)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(nèi)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(nèi)盤管套在內(nèi)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(xù)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(nèi)：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(nèi)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(nèi)盤管裝入外盤管內(nèi)部，并調(diào)整四個方向間距均勻；分別以內(nèi)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(nèi)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(nèi)、外盤管上接口水平面中心距L1 ，內(nèi)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(nèi)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(shè)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(nèi)通入 10kg/cm 2 壓縮空氣，保壓 2h 后若無泄露即為合格。

3、結(jié)語

通過分析得知，采用直管對焊，既保證了焊縫質(zhì)量，又減少了現(xiàn)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(jīng)濟效益。

按照本文所設(shè)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(wù)，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(jīng)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.

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