锆材小规格厚壁焊接管道管件加工工艺研究
本课题研究的锆材锆材小规格厚壁焊接管道管件加工工艺研究，实现降低锆材加工时的报废率和提高锆材加工效率。目前国内所使用的锆材大多数需要进口，由于锆材为稀有金属材料，材料塑性差，且价值高，目前市场锆材加工制作经验闭塞，没有形成知识共享，本文通过对锆材的制作、焊接、热处理、酸洗、等工艺的针对性研究以及可行性结果，在一定程度上给与新的企业首次接触锆材加工时提供参考经验，达到降本增效目的，同时整体提升特材行业的发展。
目录
引 言 1
一、锆材研究对象选择 2
（一）锆材管道管件的外径选择 2
（二）锆材管件的种类选择 2
（三）制作标准的选择 2
二、锆材的相关实验与数据整理 2
（一）锆材的原材料复验 2
（二）锆材的热处理实验 3
（三）锆材加工性能实验 3
（四）酸洗实验 4
三、 锆材管道的加工工艺研究 5
（一）传统管道加工工艺分析 5
（二）锆材管道的加工工艺改进以及实验 6
四、锆材弯头的加工工艺实验 9
（一）传统弯头加工工艺分析 9
（二）锆材弯头的加工工艺以及实验 9
五、 锆材管道管件的焊接成型 11
（一）锆材焊接的一些注意事项 13
六、成型管道管件的校型 13
（一）管道校型方法 13
（二）弯头校型方法 14
七、成品管道管件的检验 14
（一）成品管道管件的外观质量检验以及数据检验 14
（二）焊缝外观检验以及X射线（RT）检测 15
（三）管道管件最终热处理 16
（四）铁离子检测 16
总 结 17
谢 辞 18
参考文献 19
引 言
锆材弯头制作不合格率为15%~20%区间，平均5件产品就会出现一件次品，需要返修，甚至报废。所以迫切需要改善目前的加工局面。由于锆材为稀有金属材料，价值高且仅可在特定的工况环境中发能发挥其最大的应用价值，所以锆材在国内市场上生产制作厂家稀少，行业内制造经验不流通，从而 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
导致锆材管道管件制作过程中报废率高，增加成本。本文通过对锆材特性的理论研究加上实际制作验证来确定锆材的正确加工工艺，将很大程度上提升产品的合格率以及制作效率，达到降本增效的目的。目前市场上大部分锆材的管道加工仍采用普通三辊卷板机卷制成型，或者折弯机压制成型。但是这两种加工方式的缺陷都很明显。首先是三辊卷板机卷制的锆管壁厚不宜超过6mm，否则管道难以卷制成型，极易出现卷制裂纹。折弯机压制成型的锆管虽说解决了管道壁厚问题，可以压制成型6mm以上锆管，但折弯机压制成型的锆管压痕太深，对材料的性能有一定的影响，且国外一些工程公司明确指出禁止使用压制成型的锆管。本文重点研究锆材管道管件的成形、热处理以及酸洗工艺。 一、锆材研究对象选择
（一）锆材管道管件的外径选择
本文锆管道研究规格为：φ219.1×12.7mm。常规特材管道的厚度为3~8mm，本文选择了12.7mm为研究对象，且管径为8寸，小规格厚壁管。
（二）锆材管件的种类选择
本文锆管件选择的研究对象为90°长半径弯头，规格为φ219.1×12.7mm，与管道相匹配。
（三）制作标准的选择
锆管道的制作标准按照ASTM B6582011 SPECIFICATION FOR SEAMLESS AND WELDED ZIRCONIUM AND ZIRCONIUM ALLOY PIPE 无缝和焊接的锆及锆合金管道规范。
锆弯头的制作标准按照ASME B16.92012 FactoryMade Wrought Buttwelding Fittings 工厂制造的锻轧制对焊管配件。以及ASTM B6532011 SPECIFICATION FOR SEAMLESS AND WELDED ZIRCONIUM AND ZIRCONIUM ALLOY WELDING FITTINGS 无缝和焊接锆及锆合金焊接配件规范。
二、锆材的相关实验与数据整理
（一）锆材的原材料复验
本文实验对象的原材料为国产材料R60702，采购自西部钛业有限公司，所有原材料均为同一炉批号，如图21所示。
图21 原材料质保书
为保障原材料的性能，首先需要根据原材料制作标准ASTM B551中第13条要求对原材料进行下述3项复验：1.每批产品应做一个拉伸实验。2.每批产品应对化学元素氢和氮进行含量检测。3. 每批产品应做2个弯曲试样，两个试样分别取自板材的横向和纵向位置。
实际复验结果均复合标准要求，原材料没有问题。
（二）锆材的热处理实验
因为根据标准要求，锆材管道管件成型后是需要热处理消除成型内应力的，所以为了保证管道管件成型后的热处理工序不出问题，我们提前对锆材的热处理工艺进行了实验与研究。根据NB/T 470112010锆制压力容器标准中资料参考，锆材在300℃以上时开始吸氢，氢含量超标会导致锆材变脆，使锆的塑形、韧性下降。锆材在425℃时会严重起皮，540℃时生成白色氧化锆，700℃时氧化变脆。再根据ASTM B658中推荐的锆管道效应力热处理温度≥600℃。
综合上述资料考究，锆材热处理应优先选择真空热处理，入炉与出炉温度应≤300℃，这样可以保证材料在加热过程中没有氢、氮含量的摄入。最终热处理温度设置为620℃±10℃，稍高于标准推荐的温度，保证热处理温度不小于600℃。保温时间按常规材料的25mm/小时参考，本文的实验材料厚度为12.7mm，理论上保温半小时即可，但为了保证材料加工应力完全释放，本次实验保温时间定为1小时。
最终热材热处理完成后，我们再次对热处理后的原材料进行材料复验，结果符合标准要求，这就证明了热处理工艺的思路是正确的，本热处理工艺完全符合工艺要求。
注意事项：为了保证热处理的温度能够达到工艺要求，工件热处理时每个工件上都应连接一个热电偶，保证工件的温度符合工艺要求。
目录
引 言 1
一、锆材研究对象选择 2
（一）锆材管道管件的外径选择 2
（二）锆材管件的种类选择 2
（三）制作标准的选择 2
二、锆材的相关实验与数据整理 2
（一）锆材的原材料复验 2
（二）锆材的热处理实验 3
（三）锆材加工性能实验 3
（四）酸洗实验 4
三、 锆材管道的加工工艺研究 5
（一）传统管道加工工艺分析 5
（二）锆材管道的加工工艺改进以及实验 6
四、锆材弯头的加工工艺实验 9
（一）传统弯头加工工艺分析 9
（二）锆材弯头的加工工艺以及实验 9
五、 锆材管道管件的焊接成型 11
（一）锆材焊接的一些注意事项 13
六、成型管道管件的校型 13
（一）管道校型方法 13
（二）弯头校型方法 14
七、成品管道管件的检验 14
（一）成品管道管件的外观质量检验以及数据检验 14
（二）焊缝外观检验以及X射线（RT）检测 15
（三）管道管件最终热处理 16
（四）铁离子检测 16
总 结 17
谢 辞 18
参考文献 19
引 言
锆材弯头制作不合格率为15%~20%区间，平均5件产品就会出现一件次品，需要返修，甚至报废。所以迫切需要改善目前的加工局面。由于锆材为稀有金属材料，价值高且仅可在特定的工况环境中发能发挥其最大的应用价值，所以锆材在国内市场上生产制作厂家稀少，行业内制造经验不流通，从而 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
导致锆材管道管件制作过程中报废率高，增加成本。本文通过对锆材特性的理论研究加上实际制作验证来确定锆材的正确加工工艺，将很大程度上提升产品的合格率以及制作效率，达到降本增效的目的。目前市场上大部分锆材的管道加工仍采用普通三辊卷板机卷制成型，或者折弯机压制成型。但是这两种加工方式的缺陷都很明显。首先是三辊卷板机卷制的锆管壁厚不宜超过6mm，否则管道难以卷制成型，极易出现卷制裂纹。折弯机压制成型的锆管虽说解决了管道壁厚问题，可以压制成型6mm以上锆管，但折弯机压制成型的锆管压痕太深，对材料的性能有一定的影响，且国外一些工程公司明确指出禁止使用压制成型的锆管。本文重点研究锆材管道管件的成形、热处理以及酸洗工艺。 一、锆材研究对象选择
（一）锆材管道管件的外径选择
本文锆管道研究规格为：φ219.1×12.7mm。常规特材管道的厚度为3~8mm，本文选择了12.7mm为研究对象，且管径为8寸，小规格厚壁管。
（二）锆材管件的种类选择
本文锆管件选择的研究对象为90°长半径弯头，规格为φ219.1×12.7mm，与管道相匹配。
（三）制作标准的选择
锆管道的制作标准按照ASTM B6582011 SPECIFICATION FOR SEAMLESS AND WELDED ZIRCONIUM AND ZIRCONIUM ALLOY PIPE 无缝和焊接的锆及锆合金管道规范。
锆弯头的制作标准按照ASME B16.92012 FactoryMade Wrought Buttwelding Fittings 工厂制造的锻轧制对焊管配件。以及ASTM B6532011 SPECIFICATION FOR SEAMLESS AND WELDED ZIRCONIUM AND ZIRCONIUM ALLOY WELDING FITTINGS 无缝和焊接锆及锆合金焊接配件规范。
二、锆材的相关实验与数据整理
（一）锆材的原材料复验
本文实验对象的原材料为国产材料R60702，采购自西部钛业有限公司，所有原材料均为同一炉批号，如图21所示。
图21 原材料质保书
为保障原材料的性能，首先需要根据原材料制作标准ASTM B551中第13条要求对原材料进行下述3项复验：1.每批产品应做一个拉伸实验。2.每批产品应对化学元素氢和氮进行含量检测。3. 每批产品应做2个弯曲试样，两个试样分别取自板材的横向和纵向位置。
实际复验结果均复合标准要求，原材料没有问题。
（二）锆材的热处理实验
因为根据标准要求，锆材管道管件成型后是需要热处理消除成型内应力的，所以为了保证管道管件成型后的热处理工序不出问题，我们提前对锆材的热处理工艺进行了实验与研究。根据NB/T 470112010锆制压力容器标准中资料参考，锆材在300℃以上时开始吸氢，氢含量超标会导致锆材变脆，使锆的塑形、韧性下降。锆材在425℃时会严重起皮，540℃时生成白色氧化锆，700℃时氧化变脆。再根据ASTM B658中推荐的锆管道效应力热处理温度≥600℃。
综合上述资料考究，锆材热处理应优先选择真空热处理，入炉与出炉温度应≤300℃，这样可以保证材料在加热过程中没有氢、氮含量的摄入。最终热处理温度设置为620℃±10℃，稍高于标准推荐的温度，保证热处理温度不小于600℃。保温时间按常规材料的25mm/小时参考，本文的实验材料厚度为12.7mm，理论上保温半小时即可，但为了保证材料加工应力完全释放，本次实验保温时间定为1小时。
最终热材热处理完成后，我们再次对热处理后的原材料进行材料复验，结果符合标准要求，这就证明了热处理工艺的思路是正确的，本热处理工艺完全符合工艺要求。
注意事项：为了保证热处理的温度能够达到工艺要求，工件热处理时每个工件上都应连接一个热电偶，保证工件的温度符合工艺要求。
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