1 概述

      鈦及鈦合金具（jù）有（yǒu）密度低、強度高、耐腐蝕和耐壓性好等突出（chū）優點（diǎn）, 目前已廣泛（fàn）應用（yòng）於航空（kōng）、航（háng）天、石油、化工、冶金、電力、醫（yī）藥衛生和儀器儀表等行業。為適（shì）應海洋工程深（shēn）海容器、船舶等領域需（xū）求, 在鈦合金閥開發過程中, 用新技術（shù）、新材料和新標準規範產品設計, 符合國家高新技術（shù）產品政策的要求, 是一種（zhǒng）新興（xìng）的, 又很有發（fā）展前途的材料應用技術, 從（cóng）而提高了閥門（mén）質量, 改善了產品性能。

      2 鈦（tài）的耐腐蝕性能（néng）

      鈦是一種具有高度化學活性的金屬, 對大多數腐蝕介質都呈（chéng）現出特別（bié）優（yōu）異的耐腐蝕性。鈦和氧有很大的（de）親和力, 在接觸於（yú）大氣或任何（hé）含氧介質時, 其表麵立即形成一種堅固而緊密的鈍性氧化薄（báo）膜。這種薄膜十分穩定, 如果產生機（jī）械（xiè）損傷, 又（yòu）會立即（jí）重新形成（chéng）(隻要存（cún）在一定量的氧)。

      金屬（shǔ）鈦（tài）有幾種特殊的腐蝕形（xíng）式, 如高溫腐（fǔ）蝕（shí）、應力腐蝕、點腐蝕、縫隙（xì）腐蝕、電偶腐蝕（shí）和腐蝕（shí）疲勞等,但鈦應用在船（chuán）舶閥（fá）門上（shàng）主要是電偶腐蝕。

      電偶腐蝕是（shì）當兩種不同（tóng）的金屬（shǔ）在一（yī）電解質中構成電偶時, 作陽極的金屬的腐（fǔ）蝕可以被（bèi）加速。其（qí）腐蝕量取決（jué）於（yú）材料間的電極電位差, 也取決於陽極和陰（yīn）極的麵積比以及兩者的極化特（tè）性。鈦與一般材（cái）料不同, 它在許多介質中是鈍態的, 並且顯示出（chū）類似於（yú）鈍態18-8不鏽鋼的電位。鈦在海（hǎi）水中的電位是（shì） 0.10V (對飽和甘汞電極)。鈦與（yǔ）蒙乃爾合金、哈斯特洛依C、18- 8不鏽鋼、加N i的鋁青銅管板接（jiē）觸時（shí）電位差很小, 不會產生電偶腐（fǔ）蝕。但同樣在海水中, 鈦與鋁、鋅、碳鋼（gāng）接觸時, 鋁、鋅（xīn）等金（jīn）屬被腐蝕。然而, 它（tā）們的腐蝕速度卻比與不鏽鋼接觸時所引起的腐蝕小。這些金屬的腐蝕程度隨鈦（tài）和接觸鈦的（de）金（jīn）屬表麵（miàn）積的比例而變化。接觸鈦的金屬和鈦的表麵積比為1：10(即陽極與（yǔ）陰極麵積比為1：10)時, 被接觸金屬將很（hěn）快腐蝕。與此（cǐ）相反, 與鈦（tài）接觸的金屬和鈦的表麵積比為10：1時（shí）, 其腐蝕（shí）率（lǜ）大大（dà）降低（dī）。鈦（tài）與某些金（jīn）屬（shǔ）在海水（shuǐ）中接觸腐蝕量（liàng）如圖（tú）1。在低濃度還原（yuán）性酸(如硫酸或鹽酸)也存在類似海水的情況。

      此外, 鈦有強烈的極化傾（qīng）向, 即意味著包含鈦作陰極的電偶, 隻產生（shēng）小的電流。由於鈦表麵有氧化膜存在, 所以, 當與其他金屬接觸（chù）時, 其腐蝕率通（tōng）常不會增（zēng）加。因此在（zài）船（chuán）舶用鈦（tài）製閥門上的其他材料應注意電偶腐（fǔ）蝕的對比。

      3 閥（fá）門結構特（tè）點

      ( 1) 鈦合金閥門的閥體（tǐ）流（liú）道采用圖2形式(以截止閥為例), 以減小介質（zhì）對密封麵的直接衝刷（shuā）和由於通道（dào）的急劇收（shōu）縮及擴張而產生渦流區。

      ( 2)鈦材較貴, 為（wéi）經濟、合理使用鈦（tài）材, 在不與腐蝕介質接觸的部位, 應盡量不用鈦製零件。

       ( 3)鈦材的力學性能隨溫度而改變, 其值較一般碳素鋼或合（hé）金（jīn）鋼大。其強度指標隨溫度上升而下（xià）降, 如250~ 300℃ 時的抗拉強（qiáng）度和屈服強度約為（wéi）常（cháng）溫（wēn）時的50%。因此, 即使在設計溫度不（bú）高（gāo）的情況下, 也應按設計（jì）溫度下的強（qiáng）度值選取。鈦的屈強比高、持久強度好, 因此, 設計（jì）溫度在316℃ 以下時, 決定設計強度指標的往往是該溫度下的抗拉強度值。工業（yè）純鈦是不能通過熱處理來提（tí）高強度指標值的。鈦的熱膨脹係數小, 當鈦和其他材料聯合使用時, 要注意（yì）膨脹值（zhí）差引起的應力。

      ( 4)工（gōng）業純鈦和- 鈦合金壓力加工時的塑性變形範圍小, 容易產生破裂。而提高變形速度或降低變形溫度等都可能導致加工中的破裂。因此, 最好（hǎo）不要設計變形量大的冷加工件（jiàn）。在需（xū）要翻邊的地方, 彎曲半徑盡量取得大一些。用強度脹連（lián）接的管子與管板管孔之（zhī）間的（de）間隙公差要小, 以免鈦管脹裂。

      ( 5)選用鈦製螺栓時, 必須（xū）考慮（lǜ）由於鈦在常溫下也有蠕變現象而產生應力鬆弛問題, 最好不用鈦製（zhì）螺栓作（zuò）強製（zhì）密封的連接件。當因耐腐（fǔ）蝕（shí）須用鈦製螺栓時, 結構設計需考慮易於定期擰緊螺栓以（yǐ）保證密封。鈦和（hé）不（bú）鏽鋼一樣, 也具有摩擦粘（zhān）結和咬合現象。鈦製螺紋易咬合, 可使用異種材料或較大間隙的螺紋配合或用適當的潤滑劑解決（jué）。應（yīng）少采用需要攻絲的內螺紋, 盡量選用帶退刀槽的車製螺紋結構。同樣, 通過手輪旋轉閥杆控製鈦閥的調節及動作, 應通過材（cái）料性能和各個零件的（de）工藝性來（lái）保（bǎo）證。

      ( 6)結構設（shè）計時要最大限度地消除縫隙（xì）和可以存水的凹處, 以避免鈦在某些介質（zhì）中發生縫隙腐蝕現象。尤（yóu）其是鈦與四氟形成的縫（féng）隙, 比（bǐ）鈦- 鈦之間的（de）縫隙還容易（yì）受到腐蝕, 因（yīn）為鈦（tài）對於含有少量可溶性氟化物的溶液（yè）是不耐腐蝕的, 氟化物使鈍態破壞。因此, 在使用聚四氟乙烯塑料墊, 含（hán）氟的橡膠墊圈和粘結劑時應特別謹慎。

      ( 7)由於鈦的高度化學活性和特殊（shū）的物理、機械性能, 對其進行切削加（jiā）工（gōng）可以采用一般的（de）切削加工方法, 但與其他常用金屬比, 還有其特殊要求（qiú）, 掌握（wò）一定的（de）加工技術, 加工過程中加以注意（yì）。為（wéi）防止溫升過（guò）大, 應采用較低的切削速度, 一般（bān）來說, 應比與其相同硬度的鋼件的切削速度低25% ~ 50% 或更低。采用（yòng）大的進刀量, 進刀量對溫升影（yǐng）響很小。在切削過程中（zhōng）不要停止走刀, 否則會引（yǐn）起加工硬化或產生燒結（jié）、擠裂而損壞刀具。刀具切削刃應鋒利（lì）,否則刀具（jù）極易磨損（sǔn）, 因（yīn）為切削刀具的磨損和切削量不成比例, 開始時磨損很小, 刀具一旦變鈍（dùn）, 磨損立即加（jiā）劇。使用足夠的切削液（yè）( 5% 氯化鈉水溶液、油（yóu）水體積比為1:20的乳化油等潤滑冷卻液) 潤滑冷卻, 降（jiàng）低刀刃上的熱量, 並衝走切屑（xiè）。

      4 閥門結構設計

      4.1 密封（fēng）副

      截（jié）止閥采用平麵密封（fēng）結構, 閥體（tǐ）和閥瓣的密封副止口也是直接加工製成(圖3)。

      閥門作為流體的控製機構, 閥瓣與閥座的密（mì）封作用非常重要。根據閥門工作條件的不同, 一般要求閥門密封（fēng）麵有良好的耐擦傷性能、耐腐蝕性能、適宜的硬度、良好的熱態組織穩定性、抗裂性及合理的工藝性等。因此, 閥瓣、閥（fá）座止（zhǐ）口材（cái）料選擇了鈦合金（jīn）Ti60, 260~ 300HB, 密封麵的許（xǔ）用比壓45MPa。

      4.2 上密封設置

      為了提高密封質量, 設置上（shàng）密封結構, 即截止閥完全開啟時閥瓣螺母與閥（fá）蓋之間（jiān）的倒角（jiǎo）配合, 倒角加工時精度要（yào）求較高。

      4.3 閥體與閥蓋密封

      閥體中法蘭與（yǔ）閥蓋之間的密封用橡膠墊片, 它的密封作用主要是借安裝（zhuāng）時（shí）的預壓力和（hé）在工作時由工作介質的壓力（lì）使（shǐ）密封圈產生變形（xíng）來達到的。

      4.4 填料密（mì）封（fēng）

      填料函（hán）的尺寸根據GB 標準設計, 並將填料壓蓋和填料（liào）座（zuò）係列化。安裝填料時要避免劃傷閥杆,壓緊填料壓蓋（gài）時（shí）各螺母受力要均（jun1）勻。閥杆受填料作用易引起點狀腐蝕和（hé）擦傷, 是填料處泄（xiè）漏的原因之一, 解決辦法是減少填料中氯離子、硫離子的含（hán）量,或采用緩蝕填料和提高閥杆（gǎn）的光潔度。閥杆運動狀態下還須克服填料的摩（mó）擦阻力（lì）。根據分析, 填料選用聚四氟乙烯割裂絲（sī）編織成型密封填料。該材料具有耐高溫、自潤滑和耐化學（xué）腐蝕性, 柔韌性好, 不滲透, 摩擦係數低, 提高了閥的防泄漏能力。

      4.5 閥（fá）體

      閥體的（de）結構尺寸、形（xíng）式、材料、中法蘭結構、連接螺（luó）栓大小和介質流動通道根據GB 標準規定設計。由於（yú）鈦價格較貴, 設計時（shí）采用薄（báo）壁公式計算厚度, 並對閥體強度和中法蘭連接螺栓數量進（jìn）行校核。

      4.6 閥蓋

      閥蓋與閥體共（gòng）同組成承壓殼體, 閥蓋所承（chéng）受的（de）介質壓力和溫度等技術參數與閥體基本（běn）相同。因此, 在設（shè）計計算方法上兩者也有共性。閥蓋結構尺寸和（hé）形式按GB 標準規定, 閥蓋中法蘭尺寸設計計算（suàn）和閥體中法蘭相同。

      4.7 閥杆

      當介質從閥瓣下（xià）方流（liú）入時（shí）, 閥杆受力及力矩沿閥杆軸向（xiàng）最大載荷在關閉位置, 這（zhè）時閥杆受（shòu）壓。當介質從（cóng）閥（fá）瓣（bàn）上（shàng）方流入時, 最大載荷在開啟位置, 這時閥杆受拉（lā）。

      5 結語（yǔ）

      石（shí）油、化工、宇航、船舶及海洋（yáng）等領域（yù）的發展促進了閥門工業的（de）迅速發（fā）展（zhǎn）。對鈦合金閥門（mén）的結構、材質和生產工藝（yì）方麵進（jìn）行了更（gèng）深入的開發（fā）和研究,從而提高了閥門的可靠（kào）性和管（guǎn）路（lù）控製設備的壽命,滿足了各領域對閥門技術發展（zhǎn）的要求。目前, 法蘭鈦合金截止閥已具有了國家標準( CB /T 3992 -2008) , 通過了相（xiàng）關權（quán）威組織機構的鑒定, 成功應用於新一代船舶和海洋工程重點項目。