Футерование листовым титаном

Титан - прочный, легкий, гибкий металл, имеющий самый большой показатель отношения предела прочности к плотности из всех конструкционных металлических материалов. Он обладает высоким сопротивлением коррозии и эрозии, усталостной прочностью при высоких температурах, хорошей свариваемостью и хладостойкостью, малым коэффициентом линейного расширения. Благодаря этим качествам конструкции из титановых сплавов могут работать в любых агрессивных условиях без ограничения ресурса. Используются они преимущественно в ракетостроении, авиации и химической промышленности.

Титан - единственный материал, коррозионно-стойкий в средах, содержащих двуокись хлора, хлораты, гипохлориты и влажный хлор. Из-за высокой стоимости титана возможность его широкого применения для изготовления оборудования ограни-чена. Сокращение расхода титана достигается применением оборудования, футерованного листовым титаном.

Футеровка химического оборудования листовым титаном осуществляется следующими способами:

- вставным вкладышем;

- листом или сварной картой, согнутой в обечайку, с заваркой замыкающего стыка внутри аппарата на остающейся титановой подкладке;

- панелями (компенсаторами) с приваркой их к остающимся титановым подкладкам.

Для футеровки применяют титан марок ВТ 1-0 и ВТ 1-00. Детали, выполняемые методом, связанным с пластической деформацией заготовки, рекомендуется изготовлять из титана ВТ1-00. Для футеровки аппаратов применяют титановые листы толщиной 1,5-2 мм и в отдельных случаях для аппаратов небольших размеров, работающих в менее активных средах, толщиной 1 мм; а для футеровки заготовок - толщиной до 5 мм.

При футеровке аппаратов вставным вкладышем вначале штампуют из сварных пакетных заготовок днища из титана. При этом одновременно получают днища из углеродистой стали для корпуса аппарата. Затем по фактическим размерам наружного диаметра титанового днища и внутреннего диаметра корпуса аппарата изготовляют титановую обечайку. Для этого заготовку из титана изгибают и на специальном стенде сваривают автоматической аргоно-дуговой сваркой. К титановой обечайке приваривают титановое днище ручной аргоно-дуговой сваркой без присадочного металла.

Корпус аппарата с футеровкой из листового титана, выполненный способом «вставного вкладыша» со сваркой титановой обечайки с титановым днищем встык, показан на рисунке 7.1.

а) б)

Рис. 7.1. – Корпус аппарата с футеровкой из листового титана,

выполненной способом «вставного вкладыша» со сваркой титановой

обечайки с титановым днищем встык: а – с плоским титановым фланцем:

1 – титановый фланец; 2 – технологическая кольцевая канавка, 3 – футеровка корпуса; б – с титановым воротником, изготовленным из листовой заготовки обкаткой: 1 – титановый воротник; 2 – технологический фланец;

3 – разжимное кольцо

Корпус аппарата перед футеровкой тщательно очищают и обезжиривают. Титановую обечайку с приваренным днищем вставляют в корпус аппарата до плотного прилегания к поверхности днища из углеродистой стали. Затем на плоскость фланца, изготовленного из углеродистой стали, накладывают титановый фланец или воротник и плотно прижимают их винтами. После сборки титанового фланца или воротника с титановой обечайкой их сваривают.

Для упрощения технологии изготовления аппаратов целесо-образно футеровать корпус, крышку и днище отдельно. В этом случае внутреннюю поверхность корпуса аппарата подвергают механической обработке и футеруют титановой обечайкой, предварительно сваренной на стенде автоматической сваркой. Титановую обечайку запрессовывают в корпус аппарата на прессе или на специальном приспособлении.

Футеровку фланцев из углеродистой стали титаном произ-водят плоским титановым фланцем или воротником, выпол-ненным из листового титана. Футеровка углеродистых фланцев плоскими титановыми фланцами менее трудоемка по сравнению со вторым способом футеровки воротником, обеспечивает наи-более надежную конструкцию и применяется при изготовлении аппаратов, работающих под давлением.

Плоские титановые фланцы изготовляют из полосового проката или нарезанных из листов полос. Гибку полос ведут в штампе пли на профилегибочны,х машинах. Рабочую полость штампа и канавки в валках выполняют соответственно профилю обрабатываемой полосы. При необходимости гибки полос с относительно небольшой толщиной гнут одновременно несколько заготовок. Согнутые полосы сваривают встык.

При изготовлении емкостей и аппаратуры, футерованной листовым титаном и работающей при давлении 0,7 кгс/см² углеродистые фланцы футеруют титановыми воротниками. Воротники изготовляют из цилиндрической сварной заготовки на карусельных станках в приспособлении или штамповкой из плоской кольцевой заготовки. Вторым способом получают более широкую отбортованную часть воротника, но расходуют значи-тельно больше листового титана.

Длину развертки титановой обечайки принимают по факти-ческим размерам диаметра корпуса аппарата после механи-ческой обработки. Заготовку титановой обечайки вставляют внутрь корпуса, разжимают специальными кольцами, тщательно пригоняют кромки и прихватывают сваркой. После этого обе-чайку вынимают из корпуса и сваривают продольный шов на стенде автоматической сварки. Сваренную обечайку запрес-совывают в корпус и приваривают к титановым фланцам, укреп-ленным на фланцах из углеродистой стали корпуса аппарата. После приварки титановой обечайки обрабатывают привалочные плоскости (шип и паз) титановых фланцев.

Так как аппараты, футерованные указанным способом, изготовляют небольших диаметров, крышки для них целесообразнее выполнять методом пакетной штамповки. В этом случае из отштампованной пакетной заготовки после подрезки торцов вынимают только внутреннее днище из углеродистой стали. Титановое днище, выполняющее функцию футеровки, приваривают к титановому фланцу, прикрепленному к фланцу днища из углеродистой стали. В заготовке пакета из углеродистой стали, предназначенной для получения наружного днища, кроме отверстий для выхода воздуха предусматривают отверстие с резьбой М8-М10 в центральной части для контроля футеровки крышки на герметичность.

При изготовлении аппаратуры, футерованной сварной картой, обращают особое внимание на точность изготовления, зачистку и обработку внутренней поверхности аппарата.

После поджима футеровки к стенкам корпуса кромки обечайки размечают под сварку. Размеченную сварную карту вынимают из аппарата и обрезают по разметке с припуском, равным двум толщинам остающейся подкладки (на всю длину). Припуск оставляется для подгибки продольных кромок профильными роликами или под прессом в штампе с передвижкой заготовки.

После обрезки и пригонки под сварку кромок сварной карты в корпусе аппарата размечают места установки остающихся титановых подкладок (шириной 60 мм и толщиной 1 мм) и для отверстий под резьбу для их крепления. Отверстия располагают в два ряда на расстоянии, достаточном для размещения сварного шва между головками винтов. После сверления отверстий в корпусе (через отверстия в титановых подкладках) нарезают резьбу М6, устанавливают и закрепляют остающиеся титановые подкладки пиитами из углеродистой стали. Затем в корпус аппарата вставляют титановую заготовку так, чтобы стыкуемые кромки находились в середине титановых подкладок. Кромки титановой заготовки, предназначенные под сварку, зачищают и обезжиривают. После прижима сварной карты к корпусу аппарата прихватывают и сваривают замыкающий шов полуавтоматической или ручной аргонодуговой сваркой.

Футеровку с компенсаторами применяют для изготовления аппаратуры больших габаритных размеров. Футеровка данным методом производится отдельными панелями, размеры которых зависят от габаритных размеров аппарата и размера титановых листов. Панели имеют по продольным стыкам отогнутые кромки, которые после сварки служат компенсаторами. Высота отогнутой кромки и радиус ее закругления зависят от толщины футеровки (рис. 7.2).

Рис. 7.2. – Футеровка с компенсаторами

Количество компенсаторов, необходимое для футеровки аппарата, зависит от внутреннего диаметра, высоты корпуса и температуры среды в аппарате.

Толщина Радиус закругления Высота отогнутой

футеровки, мм кромки, мм кромки, мм

1 10 до 20 3

1,5 св. 20 до 25 5

2 св. 25 до 30 6

Количество компенсаторов принимают из следующего рас-чета: один компенсатор может снять разницу в расширении между футеровкой и корпусом в 1,5-2 мм. При этом для аппаратов, работающих при резких колебаниях температур и давлений, количество компенсаторов в футеровке принимают по меньшему значению компенсирующей способности одного компенсатора.

Основными деталями и сборочными единицами при изготовлении футерованной аппаратуры являются днища, фланцы, люки и штуцера.

Днища из пакетных и цельных заготовок штампуют в одинаковых штампах. Температура нагрева пакетной заготовки для штамповки не выше 750°С. Зазор между матрицей и пуансоном в пределах 1,05-1,1 толщины пакетной заготовки. Днище, отштампованное из пакетной заготовки, обрезают по высоте до заданного чертежом размера и затем производят его разъем.

После штамповки титановые днища подвергают травлению. Протравленную поверхность промывают волосяными щетками в теплой воде (40-50°С) и высушивают, обдувая теплым сжатым воздухом. Наружное днище из углеродистой стали, предназначенное для изготовления корпуса аппарата, очищают дробеструйной обработкой. На поверхности днищ не допускаются гофры, складки, трещины и другие дефекты. Днища, как наружное из углеродистой стали, так и титановое, должны удовлетворять требованиям ОСТ 26-291-71. Внутреннее днище и может быть использовано для изготовления других аппаратов без дополнительной обработки или после перештамповки на другой размер.