矩形钛盘管加工工艺解析

因为钛材具有优良的耐腐蚀性，故被广泛运用于石化、氯碱、冶金、电镀及航空航天等领域中。由于钛是稀有金属，使用钛材制作设备的成本较高，但也具备使用寿命长、化学性能稳定、重量轻、结构紧凑和维护方便等优点。在钛设备加工中，用钛管制成盘管式换热器已经成为主流措施。

换热器最重要的性能指标就是换热面积，为了增大换热面积，提高换热效率，通常使用盘管方式来制作。由于钛管单价高，因此在制作过程中不仅要化繁为简，降低制作难度， 保证各项尺寸与形位公差符合图纸要求，而且要严格控制管材废品率，提高利用率，取得良好的经济性。

1、矩形钛盘管零件图研读与解析

钛盘管零件如图1 所示。

本套钛盘管使用管指定为宝钛股份生产的φ32mm×2钛管，牌号为TA2，钛管各项指标均符合相关规范要求。仔细分析图纸，该套加热钛盘管实质为内、外两付矩形钛盘管并联而成额。图中左上钛法兰三通分别连接内外两付盘管的上接口；图右上钛法兰三通分别连接内外两付盘管的下接口；内、外盘管合拼对接时，应以内盘管上下管口位置为基准，确定外盘管上下接口上弯位置，并取与大付盘管外部管壁平行，从而保证钛法兰副间以及钛法兰与管壁之间的平行度。内外盘管圈数都为213/4 圈，每圈升程δ 为3mm 钛支撑板，与双头U 形螺栓双螺母紧固连接，且所有尺寸未注公差。

由图1 可知，外盘管最大外壁与电解槽壁间隙如下：

长度方向单边=（1300 － 1200 － 32）/2 ＝ 34mm；宽度方向单边=（1150 － 1050）÷2 ＝ 50mm，其中包含支撑钛板δ ＝ 3mm，M6 U 形双头螺栓紧固双螺母厚度以及外 露2 ～ 3 扣螺牙长度。如果外壁尺寸太大，会造成放不进电解槽的问题，所以必须严控外盘管最大外壁尺寸，使其尺寸≤ 1200 mm×1050 mm；内盘管内壁尺寸为电镀工件 有效工作区，所以也是重要控制尺寸，即内盘管最小尺寸≥ 996mm×846 mm；内、外盘管均通过4×R100×90°，实现4 个角的圆弧过渡连接。φ32 钛管壁厚为2mm，厚度 中等；过渡弯头圆弧中心半径为R100mm，弯曲半径不是很小，可以靠模冷弯工艺加工，但必须经过钛管冷弯实验评定，以确保弯曲处外观圆滑，无明显褶皱或变形；弯曲 幅度用圆弧样片检验，上直角检验平台，检验直角是否垂直，从而保证内外矩形盘管的长宽尺寸符合零件要求。

另外，每圈钛盘管中心距为47mm，扣除管径32mm，即得到每圈升程为47-32=15mm。每付盘管都有6 条，分别按照50mm×1100mm×δ3mm 规格选取钛支撑条配钻φ7mm 孔，与M6 的U 形双头螺栓配合紧固定型。升程尺寸为15mm，由6 根钛支撑条来保证划线分配高度。整体拼接时应先要保证液面高度，然后拼接半圆连接三通，确保固定钛法兰中心距到盘管底面高度尺寸为1270mm。

2、加工工艺编排

第一，加工钛法兰2 片。

下料割钛法兰毛坯，外圆和内径各留车削余量5mm； 以外圆定位车削内孔D 为φ33mm；以内孔定位车削外圆d 为φ90mm；划线、打样冲眼及钻孔为φ9mm。

第二，加工M6 双头钛螺栓。

下料钛棒料φ6mm 长度L 为95mm，切130 根；两端头加工M6 螺纹，加工长度L为15mm；以φ32mm 圆管为内模，加工成形U 形螺栓，要求两脚中心距为38mm，外观对中，端脚齐平。

第三，外协采购M6 钛螺母，厚度m为5mm，数量为130×4=520 粒。

第四，加工钛支撑板。

下料钛板厚度δ为3mm，剪板尺寸为50mm×1050mm，数量为6×2 付=12 条；由于每圈升程15mm 已固定，即tanα 已知，算出6 根支撑板所在位置与一圈原点行程距离，即可得到每根端头偏移量，以确定每条支撑板最底圈的钛管中心位置；找到该点后，以其为基点，划线确定U 形螺栓孔位置，严格保证钛管中心距以及u 型螺栓两脚中心间距；打样冲眼钻孔为φ7mm。

第五，φ32mm×2 钛管冷弯工艺评定。

参考资料钛盘管加热器冷加工成型时，弯曲中径Y 与展开中径X 成正比关系为Y=KX，其中K ≈ 0.83 ～ 0.93，取K 值为0.91，算出弯曲中径为Y=0.91×232=211.12 mm；模具外径为（Y-32）=（211.12-32）=179.12 ≈ 179mm；用划针在钛管管壁上划长度间距500mm 的2 条线，作为90°冷弯后轴向方向 位移测量点；将前端划线处与d=179mm 的模具外沿相切点对齐定位，然后锁紧，待开动盘管机弯管到达角度90°后限位自动断电；卸下弯管，观察弯头表面是否有起皱或扁 管现象；将弯头放于直角测量平台，弯头一边外壁靠平基准边，另一边外壁与另一条基准边自然贴合；用圆弧样片内切弯头内壁进行透光性检验；将弯头放于直角测量平台， 弯头两侧外壁贴紧基准边，此时用直尺测量先前划线处与另一条平行基准边的距离L 为433.5mm。有了上述这些关键数值，就可以计算并连续进行弯管加工了。

第六，焊接φ32mm×2 直管。

内盘管绕制周长约为42m；外盘管绕制周长为（1.2- 0.032+1.05-0.032）×22圈≈ 48m；宝钛股份φ32mm×2 钛管标准长度为6m/ 根，故内、外盘管应先直管对焊分别为6 或7 根，每2 根对焊接成12 米长的直管；剪取φ3mm 的钛焊丝，用硝酸或氢氟酸溶液进行酸洗，除净焊丝表面氧化膜；按焊接工艺规范，用丙酮或酒精清洗焊接接口以及两根管头50mm 焊接热敏区；钛管上焊接平台，用V 型槽外圆定位直管对焊，焊缝不高于2mm，焊后用着色渗透方法检验焊缝。

第七， 用地模法焊接制作内盘管定型专用支架。

在平整钢板上划出矩形， 尺寸为994mm×844mm； 用L30mm×30mm×3mm 的角钢，切割6 段1100mm 长的分段，角铁背部与矩形轮廓线相切，角铁焊于矩形内部；焊 接位置与钛支撑板距离5mm 相邻，用角钢背边相切于矩形轮廓线内焊接一个矩形体，即控制内盘管内壁最小尺寸996mm×846mm。

第八，绕制内矩形盘管。

量距管端头500mm 处划线，将划线处与模具外沿相切点对齐定位，然后锁紧，开动盘管机弯第1 个90°弯头；卸下弯头，将弯头放于直角测量平台，弯头一边外壁靠平基准边，另一边找到1094.5mm处并划线，将划线处与模具外沿相切点对齐定位，然后锁紧，开动盘管机弯第2 个90°弯头，弯好后复核内盘管长度中心距；将弯头放于直角测量平台，弯头一边外壁靠平基准边，另一边找到944.5mm 处并划线，将划线处与模具外沿相切点对齐定位，然后锁紧，开动盘管机弯第3 个90°弯头；弯好后复核内盘管宽度中心距，保证在878mm±2 范围内即可；当12m 直管加工完成时，将内盘管套在内盘管专用支架外，收紧已弯好的圆弧一端，V 型块配合测出其到外壁长度L，在新的12m 长管开始弯管时，扣除这长度即可继续进行加工；依次重复以上操作，完成内盘管水平方向所有90°弯头制作。

第九，绑扎并定型内盘管。

将绕制好的内盘管套在专用支架外：用V 型块定位，清洗拼焊12m 弯管段；由下至上逐层理顺钛管位置，升程15 由15mm 厚的木条控制；前后左右四个方向均匀下尺寸，然后用铁线捆绑扎紧于立焊角铁上；当内盘管所有水平弯头固定好，上钛支撑架，与U 形螺栓锁紧定型，双螺母副对顶防松；拆除内盘管专用支架，吊出内盘管放于平台上，上下接口分别单配2 个90°上弯弯头。

第十，绕制外矩形盘管。

量距管端头300mm 处划线，将划线处与模具外沿相切点对齐定位，然后锁紧，开动盘管机弯第1 个90°弯头；将弯头放于直角测量平台，弯头一边外壁靠平基准边，另一边找到1234.5mm 处并划线，将划线处与模具外沿相切点对齐定位，然后锁紧，开动盘管机弯第2 个90°弯头，弯好后复核内盘管长度中心距在1168mm±3 范围内即可；将弯头放于直角测量平台，弯头一边外壁靠平基准边，另一边找到1084.5mm 处并划线，将划线处与模具外沿相切点对齐定位，然后锁紧，开动盘管机弯第3 个90°弯头，弯好后复核内盘管宽度中心距在1018mm±3 范围即可；当12m 直管加工完成时，将内盘管套在内盘管专用支架外，收紧已弯好的圆弧一端，V型块配合测出其已有到外壁长度L，在新的12m 长管开始绕弯时，扣除这长度L 即可继续进行加工；依次重复以上操作，完成外盘管水平方向所有90°弯头制作。

第十一，用地模法焊接制作外盘管定型专用支架。

在平整钢板上划出矩形，尺寸为1203mm×1053mm；用L30mm×30mm×3mm 的角钢，切割成6 段1100mm 长的分段，角铁背部与矩形轮廓线相切，角铁焊于矩形外部， 焊接位置与钛支撑板距离5mm 相邻，用角钢背边相切于矩形轮廓线外焊接一个矩形体，即控制外盘管外壁最大尺寸为1200mm×1050mm。

第十二，绑扎并定型外盘管。将绕制好的外盘管套入专用支架内：用V 型块定位，清洗拼焊12m 弯管段；由下至上逐层理顺钛管位置；前后左右四个方向均匀下尺寸，然后用铁锨捆绑扎紧于立焊角铁上；当内盘管所有水平弯头固定好，上钛支撑架，与U 形螺栓锁紧定型，双螺母防松；拆除外盘管专用支架，吊出外盘管放于平台上；将内盘管装入外盘管内部，并调整四个方向间距均匀；分别以内盘管两个出口为基准，确定外盘管上下接口上弯位置，保证其与内盘管出口中心面同外盘管外壁面平行；截取外盘管2个接口与管底高度尺寸1150mm。

第十三，加工钛法兰三通。

分别量取内、外盘管上接口水平面中心距L1，内外盘管下接口水平面中心距L2，并分别以这两尺寸进行半圆弯管制作；弯好后将弯头放于直角测量平台，弯头顶端顶紧横向基准边，外壁靠紧纵向平基准边，用直尺在纵向平基准边上量出136mm 处并划线，按划线处用割管刀割断；如上重复步骤3 次，即得三通接头圆弧部分；找出半圆中心点，打样冲眼，上钻床，钻φ33mm 孔；两段钛法兰与直管焊接，两个半圆管分别与内外盘管上下接口对焊，将焊接钛法兰的两根直管插入φ33mm孔中，并用设垂直立面的方法定位两法兰的平面度，满足钛盘管加工精度要求；将加工完的钛盘管放入水池内通入10kg/cm2 压缩空气，保压2h 后若无泄露即为合格。

3、结语

通过分析得知，采用直管对焊，既保证了焊缝质量，又减少了现场焊接劳动强度与焊接风险。通过详细计算，弯管一次性成型，没有废钛管被割除，提升了经济效益。按照本文所设计的方案，合理安排加工工艺，化繁为简，3天完成5 套该钛矩形盘管加工任务，获得了用户的一致好评。由此可见，选择正确的工艺，不仅在制作过程中能化繁为简，降低制作难度，又能严格控制管材废品率，提高利用率，达到良好的经济性。

参考文献

[1] 刘永中. 钛盘管换热器制作模具尺寸确定[J]. 压力容器，2008，（12）；53-55.

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