導熱管壁厚由使用條件,管板材料、擴管作業(yè)的施工能力、管端的焊接技術(shù)等來決定,由于導熱管直徑小,對強度要求不高,因此實際使用中采用壁厚較薄的管材,一般,銅合金管等壁厚為0.9mm-1.2mm;用鈦管代替,在腐蝕性小的地方,可用壁厚為0.3mm的薄壁焊管。 (2)鈦管的導熱性 由于導熱管的材質(zhì)不同,熱導率也不同,如鈦為17W/(m?k),鋁黃銅為lOOW/(m?k),90/10白銅為47W(m?k),70/30白銅為29W/(m?k),因此,可通過壁厚的變化控制導熱管的導熱效果。在以上材料中,鈦的熱導率最?。缡褂帽”阝伜腹?,導熱性雖然比鋁黃銅差,但與90/10白銅相當,比70/30白銅的要好。 (3)鈦管的經(jīng)濟性 鈦管的單位質(zhì)量價格比銅合金貴2-6倍,但從性價比上考慮,鈦管價格可與銅合金管抗衡,由于鈦的密度低,壁厚相同時,同等長度的鈦管質(zhì)量只是銅合金管的50%,當鈦管壁厚為銅合金管的50%時,相同傳熱面積的鈦管質(zhì)量僅為銅合金管的1/4.按目前的價格水平,采用薄壁鈦焊管的整體價格與鋁銅管相同,比白銅管還便宜.可見,鈦管在價格方面是有競爭力的。 2.2日本薄壁鈦焊管的開發(fā)和應用 鈦帶軋制技術(shù)的開發(fā)成功成為鈦焊管批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)。60年代,在水銀法燒堿電解生產(chǎn)中,日本采用了鈦絲;90年代初,為防止污染,對燒堿生產(chǎn)工藝進行了改進,隨著隔膜法的采用,700多噸的鈦帶得以應用,以此為契機,日本研究開發(fā)了連續(xù)生產(chǎn)熱軋和冷軋鈦帶卷的技術(shù),建立了海水淡化和電站冷凝器鈦薄壁焊管用的帶卷的批量生產(chǎn)體系,相應開發(fā)了薄壁焊管的生產(chǎn)技術(shù)。 日立,三菱及東芝生產(chǎn)的電站冷凝器,使用了厚0.5mm的鈦焊管,三菱、川崎、日立,三井以及神戶制鋼等公司生產(chǎn)的海水淡化裝置,使用了厚0.5mm-0.7mm的鈦焊管。 以電站應用為主,鈦焊管作為海水淡化、煉鐵、船舶、石油精煉、化工等領(lǐng)域的傳熱管已廣泛使用。到1983年,在16年的時間里,日本生產(chǎn)了用于世界各地海水淡化設備的薄壁鈦焊管4038t,至今未發(fā)生因海水腐蝕而損壞的現(xiàn)象。 (1)通風凝結(jié)器和噴射壓氣機 日本真正的海水淡化設備是1967年由松島碳礦株式會社建成的2650t/d海水淡化設備。該裝置的通風凝結(jié)器及噴射壓氣機的傳熱管和管板,由于受海水中Br-的腐蝕,不能用銅合金,換用鈦后,沒發(fā)生過因腐蝕導致的故障。 (2)熱放出部冷凝器 多級閃蒸冷凝器是將海水作冷卻水,冷卻各級閃速室產(chǎn)生的水蒸氣,由于海水?;煊心嗌?、海生物,它們在傳熱管內(nèi)及管端附著,侵蝕銅合金管。因此,現(xiàn)在幾乎所有的MSF型海水淡化設備的傳熱冷凝器上都使用了鈦管。特別是為了殺死海水中的細菌,不得不注入氧時,更需使用耐蝕性好的鈦管。 (3)熱回收部冷凝器 熱回收部冷凝器傳熱面積較大,由于經(jīng)濟原因,現(xiàn)通常使用銅合金管,僅在特殊場合使用鈦管,如含有氨或硫化氫等污染物的介質(zhì)對銅合金的腐蝕劇烈。1977年,向德國出口的3600t/d的MSF型淡化裝置,由于它是氨的附屬設備,不能用銅合金,而采用了鈦;由于硫化氧的腐蝕,秘魯?shù)?120t/dMSP型淡化設備,使用1年后鋁黃銅管就發(fā)生了腐蝕,最后將全部傳熱管換成了鈦管。 據(jù)報道,日產(chǎn)百噸的海水淡化裝置用鈦管達6萬根.從1967年至1994年,在近30年的時間里,共生產(chǎn)了52套原于能級火力發(fā)電用冷凝器和7套海水淡化設備,共計使用鈦焊管11000t。 3、使用時應注意的問題 (1)電偶腐蝕,鈦在海水中電位較正,與其它金屬接觸時,可促進其它金屬的腐蝕。防止辦法有傳熱管和管板均采用鈦,或用犧牲陽極的辦法。80℃以上,為防止吸氫,使用Fe-90%Ni合金作犧牲陽極;80℃以下,使用涂層或膠襯鋼板。 (2)間隙腐蝕,鈦管采用擴管法安裝在鈦管板上,在100℃,pH值為8的海水中可發(fā)生間隙腐蝕.但實際水室中使用了銅合金,即使海水溫度達到120℃,也不會發(fā)生間隙腐蝕。在現(xiàn)實中,為了提高設備的可靠性,在100℃以上使用時多采用管端焊接來防止間隙腐蝕。 (3)吸氫,在80℃以上的海水中;鈦有可能吸氫;施加陰極保護時,過保護時會引起吸氫。如采用Fe-9%Nq合金作犧牲陽極板時,不會發(fā)生鈦吸氫。 (4)振動,由于鈦管壁薄,在替換銅合金管時,還應注意管振動引起的破壞??刹捎帽茹~合金管的管支撐板間隔小的方法來解決這一問題。 鈦在國防工業(yè)上的應用 一.我國國防工業(yè)使用鈦的情況 無論是美國還是俄羅斯,其鈦材主要應用于飛機制造業(yè)和造船業(yè)。近年來,我國這兩個領(lǐng)域發(fā)展很快,不斷有新型飛機量產(chǎn),在研的項目也很多,估計這兩個領(lǐng)域的用鈦量將會大幅增加,而且也有報道說明我們的F10上也使用了較多的鈦合金,前段時間還有網(wǎng)友在鐵血網(wǎng)站上貼出了我國新型的鈦合金發(fā)動機罩和強5戰(zhàn)機的機翼鈦合金連接件的圖片??梢娢覈阝伜辖鹗褂蒙厦嬖缫殉墒?,假以時日,我們的鈦合金的應用也能讓航空航天工業(yè)飛躍。在航天領(lǐng)域,中國第一臺大型全鈦紫外太
空望遠鏡也已經(jīng)制造并實驗完畢,鈦合金在太空領(lǐng)域的應用前途光明。 每種鈦合金都有各自的用途。飛機制造和航天工業(yè)運用鈦合金大家已經(jīng)十分了解,在會生活及在機械業(yè)中的使用更是多多,象眼鏡架啊,高爾夫球桿啊,超級運動自行車啊,等等。但在陸軍和海軍中的使用我們卻是知之甚少,而且相關(guān)的文章和說明也不是很多,下面就列舉一些我國高性能鈦合金在國防工業(yè)的應用情況。 1.發(fā)動機業(yè): 鈦5Al2.5Sn高強鈦合金—齒輪套、發(fā)動機外殼、葉片罩 鈦8Al1Mo1V高鈦合金—發(fā)動機葉片、陀螺儀導向罩、內(nèi)蒙皮 鈦6Al4V(抗拉強度≥895MPa)熱處理強化鈦合金—核心機葉片及葉輪 2.航空業(yè): 鈦6Al2Sn強化鈦合金—緊固件、導向裝置、重要結(jié)構(gòu) 鈦4AlMo1V鈦合金—飛機骨架 鈦Sn5Zr1Mo鈦合金—起落架、飛機承重架、緊固件 3.航天業(yè) 鈦合金1M1315—火箭機盤、導彈基座構(gòu)件 鈦合金1M1550—導彈動力葉片套 鈦合金T-A6V—飛船主用材料 4.陸軍業(yè) 我國已經(jīng)研制成功了83-1型和83-2型兩種迫擊炮。83-1型82迫擊炮廣泛采用了鈦合金,把全炮重量降低到18.1公斤,極其方便班、排這樣的小單位的襲擾戰(zhàn)的開展。 鈦A7D—新型裝甲車輛力學分析鍛件 鈦A6Z5W—反坦克火箭(導彈),地空導彈罩等抗蠕變性要求高的部件 鈦1M1551—某裝甲車輛火力高速旋轉(zhuǎn)部件 5.海軍業(yè) LT41鈦合金—艦船大面積蒙皮 3.7114鈦合金—可焊性優(yōu)良,成型性好適合各種水密隔層 鈦V13CA鈦合金—蜂窩狀艦身,承重框架 鈦合金在艦船上使用是很有前途的。這跟鈦合金的強度、韌性有關(guān)系,還有就是耐腐蝕性,海水中的鈦是極其穩(wěn)定的,基本上可以認為船體是不會腐蝕的,這樣既可以減少維護的費用,也可以減輕船體的重量,對艦艇來講是莫大的好處啊。除此之外,還有必要提及兩點:第一個鈦是無磁性的,對抗磁性探測有很大的幫助,至于什么磁性水雷啊,不值擔心。二是跟先進的艦船復合材料涂層有天生的融合性,未來將使用的隱身復合材料有個缺點,就是跟以前艦船使用的高強特種鋼起反應,由于電位差容易在海水中產(chǎn)生電偶,加快腐蝕,這種事情在052上曾??鈦合金能完美整合。 二.其他國家國防工業(yè)使用鈦的情況 世界上已經(jīng)退役的,正在服役的或者在研武器裝備中,很多都使用了鈦及其合金的結(jié)構(gòu)件,隨著現(xiàn)代化戰(zhàn)爭模式的轉(zhuǎn)變,要求現(xiàn)代化的軍隊的快速機動能力十分突出,所以對于陸軍來說必須依仗運輸機的能力來達到快速的機動,這就要求陸軍本來粗重的裝備盡量的輕型化,比如現(xiàn)在各國都希望自己的炮兵能快速有效的迅速轉(zhuǎn)移到另外一個地方,達到戰(zhàn)略或者戰(zhàn)術(shù)上的目的,這必然使鈦合金在火炮領(lǐng)域的發(fā)展前途一片光明,象美國的M777輕型榴彈炮,由于使用了鈦合金外殼,戰(zhàn)斗全重下降到了3.175噸,可以使用V22或者C130空運,達到快速機動的能力。類似的還有英國的UFH超輕型155毫米火炮,不到4噸的重量里面使用了1噸的鈦合金。在空軍和海軍裝備的領(lǐng)域則更是如此,下面就簡單的介紹鈦合金成功應用的典型事例: ①飛機用鈦數(shù)據(jù)(未注明均指毛坯用量) 國際鈦協(xié)會2002年10月在美國奧蘭多舉辦的年會上公布了下列飛機用鈦新數(shù)據(jù): 1. 計劃于2004年問世的第一架超大型客機—空客A380,用鈦量為45t/架-65t/架;(見下圖) 2. 波音客機,用鈦量占其總重的15%-17%(凈重); 3. F15戰(zhàn)斗機,結(jié)構(gòu)用鈦5.75t,2臺噴氣發(fā)動機用鈦5t; 4. F22戰(zhàn)斗機(正在開發(fā)中),結(jié)構(gòu)用鈦36t,2臺發(fā)動機用鈦5t; 5. 聯(lián)合開發(fā)的F35戰(zhàn)斗機,結(jié)構(gòu)用鈦10t,單臺發(fā)動機用鈦5t; 6. F18艦載戰(zhàn)斗機,用鈦量占其總重的12%-13%(凈重); 7. C-17大型運輸機,用鈦量占其總重的10%(凈重); 8. 歐洲EF2000,將減少用鈦量,改為復合材料。 由此可見鈦在世界航空航天領(lǐng)域的重要地位,尤其是在發(fā)動機制造,機體制造方面更是如此。