1 概述

      鈦及鈦合金具有密度（dù）低、強度高、耐腐蝕和耐（nài）壓（yā）性好等突出優點, 目前已廣泛應用（yòng）於（yú）航（háng）空、航天（tiān）、石油、化工、冶金、電力、醫藥衛生和儀器（qì）儀表等行業。為（wéi）適應海洋工程深海容器、船舶等領域需求（qiú）, 在鈦合金閥開發過程中, 用新技術、新材料和（hé）新（xīn）標準規（guī）範產品設計, 符合國家高新技術產品政策的要求, 是一種新興的, 又很有發展前（qián）途的材料應用技術, 從（cóng）而提高（gāo）了閥門質量, 改善了產品性能。

      2 鈦（tài）的耐腐蝕（shí）性能

      鈦是一種（zhǒng）具有高度化學活性的金屬（shǔ）, 對大多數腐蝕介質都呈現出特別優異的（de）耐腐蝕性。鈦和氧有很（hěn）大的親和力, 在接（jiē）觸於大氣或任何含氧介質時, 其表麵立即形成一種堅固而緊密的鈍性氧化薄膜。這（zhè）種薄膜十分（fèn）穩定（dìng）, 如果產生機（jī）械損傷, 又會立即（jí）重新形成(隻要存在一定量的氧)。

      金屬鈦有幾種特殊的腐蝕形式, 如（rú）高溫腐蝕、應力腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、電偶（ǒu）腐蝕和腐蝕（shí）疲勞等,但（dàn）鈦應用在船（chuán）舶閥（fá）門上主要是電偶腐蝕。

      電偶腐（fǔ）蝕是當（dāng）兩種不同的金屬在一電解質中構（gòu）成電偶時, 作陽極的金（jīn）屬的腐蝕可以被（bèi）加速。其腐蝕量取（qǔ）決於（yú）材料間的電極電位差, 也取決於陽極和陰極的麵積比以及兩者的極化特性。鈦（tài）與一般材料不同, 它在許多介質中是鈍態（tài）的, 並且顯示出類似於鈍態18-8不鏽鋼的電位。鈦在海水中的電位（wèi）是（shì） 0.10V (對飽和甘汞電極)。鈦與蒙乃爾合金、哈（hā）斯特洛（luò）依C、18- 8不鏽鋼、加N i的鋁青銅（tóng）管板接觸時電位（wèi）差很小, 不會產生電偶（ǒu）腐蝕。但同樣在海水中, 鈦與鋁、鋅、碳鋼接觸時（shí）, 鋁、鋅等金屬被腐蝕。然而, 它們的腐蝕速度卻（què）比與（yǔ）不鏽鋼接觸時所引起的腐蝕（shí）小。這些金屬的腐蝕程度隨鈦（tài）和接觸鈦（tài）的金屬表麵積的（de）比例而變化。接觸（chù）鈦的金（jīn）屬和鈦的表麵（miàn）積比為1：10(即陽（yáng）極與陰極麵（miàn）積比為1：10)時, 被接觸金屬（shǔ）將很（hěn）快腐蝕。與此相反, 與鈦接觸的金（jīn）屬和鈦的（de）表麵積比（bǐ）為10：1時, 其（qí）腐蝕率大（dà）大降低。鈦與某些金屬在海水中接觸腐蝕量如圖1。在低濃度（dù）還原性酸(如硫酸或鹽酸)也存（cún）在類似海水的情（qíng）況。

      此外, 鈦有強烈的極化傾向, 即意味著包（bāo）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（dāng）與其他金屬接觸時, 其腐蝕率通常不會增加。因（yīn）此在船舶用鈦製（zhì）閥門上的其他材料應注（zhù）意電偶腐蝕的對比（bǐ）。

      3 閥門結構特點（diǎn）

      ( 1) 鈦合金閥門的閥體流道采用圖2形式(以截止閥為例), 以減（jiǎn）小介（jiè）質（zhì）對密封麵（miàn）的直接衝刷和由於通道的急（jí）劇收縮及擴張而產生渦流區。

      ( 2)鈦材較貴, 為經濟、合理使用鈦材, 在不與腐蝕介（jiè）質接觸的部位, 應盡量不用鈦製（zhì）零（líng）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金鋼（gāng）大。其強度指標隨溫度上升而下降, 如（rú）250~ 300℃ 時的抗拉強度和屈服強度約為（wéi）常溫時的50%。因此, 即使在設計（jì）溫度不高的（de）情況下, 也應按（àn）設（shè）計溫度下的強度（dù）值選取。鈦的屈強比（bǐ）高（gāo）、持久強度好, 因此, 設計溫度在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。工業純鈦是（shì）不能通過熱處理來提高強度指標值的。鈦的（de）熱（rè）膨脹係數小, 當鈦和其他材料聯合使（shǐ）用時, 要注意膨脹值差引起的應力。

      ( 4)工業純鈦和- 鈦合金壓力加工時的塑性（xìng）變形範圍（wéi）小, 容易產（chǎn）生破（pò）裂。而提高變形速度（dù）或降（jiàng）低變形溫度等都可能導致加工中的破裂。因此, 最好不要設計變（biàn）形量大的（de）冷加工件。在需要翻邊的地方, 彎曲半徑盡量取得大一些。用強度脹連接的管子與管板管孔之間的間隙公差要小, 以免鈦管脹裂。

      ( 5)選用鈦（tài）製螺栓時, 必須考（kǎo）慮由於鈦在常溫下也有蠕變現象而產生應力鬆弛問題, 最好不用鈦製螺（luó）栓作（zuò）強製密（mì）封的連接件。當因（yīn）耐腐（fǔ）蝕須（xū）用鈦製螺栓時, 結（jié）構（gòu）設計需考慮（lǜ）易於（yú）定（dìng）期擰緊螺栓以保證密封。鈦和不鏽鋼一樣, 也具有摩擦（cā）粘結和咬合現象（xiàng）。鈦製螺紋易咬合, 可使用異（yì）種材料或較大間隙的螺紋配（pèi）合或用適當的潤滑劑解決。應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（zhuǎn）閥杆控製鈦閥的調節及（jí）動作, 應（yīng）通過材料性能和各個零件的工藝（yì）性來保證。

      ( 6)結構（gòu）設計時要最大限（xiàn）度地消除縫隙和可以存水的凹處, 以避免鈦在某（mǒu）些介質中發生縫隙腐蝕現象（xiàng）。尤其是鈦與四氟形成的縫隙, 比鈦- 鈦之間的縫隙還容易受到腐蝕, 因為鈦對於含（hán）有少量可溶性氟化物的溶液是不耐腐蝕的（de）, 氟化物使鈍態破（pò）壞。因此, 在（zài）使用聚四氟乙烯塑料墊, 含氟（fú）的橡膠墊圈和粘結劑時應特別謹慎。

      ( 7)由於（yú）鈦的高度化學活性和特殊的物理、機械性能, 對其進行切削加（jiā）工可以（yǐ）采用一般的切（qiē）削加工方法, 但與其他常用金屬比, 還有其特殊要求, 掌握一定的加工技（jì）術, 加工過程中加以注意。為防止溫升過大, 應采用較低的切削速度, 一般來說, 應比與其相同硬度的鋼件的切削速度低25% ~ 50% 或更低。采用大的進刀量, 進刀量對（duì）溫升（shēng）影響很小。在切削過程中不（bú）要（yào）停止走刀（dāo）, 否則會引起加工硬化或產生燒（shāo）結、擠裂而損壞刀具。刀具切削刃應鋒利,否則（zé）刀具極易磨損, 因（yīn）為切（qiē）削刀具（jù）的磨損和切削量不成比例, 開始時磨損很小（xiǎo）, 刀具一旦變鈍, 磨損立即加劇。使用足夠的切削液( 5% 氯化鈉（nà）水溶液、油水體積比為1:20的乳化油等潤滑冷卻（què）液) 潤滑冷卻, 降低刀刃上的熱量, 並衝走切屑。

      4 閥門結構（gòu）設計

      4.1 密封副

      截止閥采用平麵密封結構, 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（zuò）的密封作用非常重（chóng）要。根據閥（fá）門工（gōng）作條件的不同, 一般要求閥（fá）門密（mì）封麵有良好的耐擦傷性能、耐腐（fǔ）蝕性能、適宜的硬（yìng）度（dù）、良好的熱態組織穩定性、抗裂性及合理的工藝性（xìng）等。因此, 閥瓣、閥座止口材料選擇了鈦（tài）合金Ti60, 260~ 300HB, 密封麵的許用比壓45MPa。

      4.2 上密封設置（zhì）

      為了提（tí）高密封質量, 設置上密（mì）封結構, 即截止閥完全開（kāi）啟時閥（fá）瓣螺（luó）母與閥蓋之間的（de）倒角配合, 倒角加工時（shí）精度要求較高。

      4.3 閥體與閥蓋密封

      閥體中法蘭（lán）與閥（fá）蓋之間的密封用橡膠墊片, 它的密封作用主要是借（jiè）安裝時的預壓力和在工作時由工作介質（zhì）的壓力使密封圈產生變形來達到的。

      4.4 填料（liào）密封

      填料（liào）函的尺寸根據GB 標準設計, 並將（jiāng）填（tián）料壓蓋和填料座係列化。安裝填料（liào）時要避免劃傷閥杆,壓緊填料壓蓋時各螺母受力要均勻。閥杆受（shòu）填料作用易引起點狀腐蝕和擦傷, 是填料處泄漏的原因之一, 解（jiě）決辦法是減少填料中氯離子、硫離子的含量,或采用緩蝕填料和提高閥杆的光潔度。閥杆運動狀態下（xià）還須克服填料的摩擦阻力。根（gēn）據分析, 填料選用聚四氟乙烯割裂（liè）絲編織成型密封填（tián）料。該材料具（jù）有耐高溫、自潤滑和耐化（huà）學腐蝕性, 柔韌性好, 不滲透, 摩擦係數低, 提高了閥的防泄（xiè）漏能力。

      4.5 閥體

      閥體的結構尺寸、形式、材（cái）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（zhǔn）規定設（shè）計。由於鈦價格較貴, 設計時采用薄壁公式計算厚度, 並對閥體強度和中法蘭連接螺（luó）栓數量進行校（xiào）核。

      4.6 閥蓋（gài）

      閥蓋與閥（fá）體共同組成承壓殼體, 閥蓋所承（chéng）受的介質壓力和溫度等技術參數與閥體基本相同。因此, 在設計計算方法上兩者也有共性。閥蓋（gài）結構尺寸（cùn）和形式按GB 標準規定, 閥蓋中法蘭（lán）尺寸設計計算和閥體中法蘭相同。

      4.7 閥杆

      當介質從閥瓣下（xià）方流入時, 閥杆受力及力矩沿閥杆軸向最大載荷在關閉位置, 這時閥杆受壓。當介質從閥瓣上方流（liú）入（rù）時, 最大（dà）載荷在開啟位（wèi）置, 這時（shí）閥杆受拉。

      5 結語

      石油、化工、宇航、船舶及海洋等（děng）領（lǐng）域的（de）發展促進了閥門工業的（de）迅速發展。對鈦合金閥門的結（jié）構、材質和生產工藝方麵進行了更深入的開發和（hé）研究,從而提高了閥門的可靠性和（hé）管路控製設備的壽命,滿（mǎn）足了各領域對閥門技（jì）術發展的要求（qiú）。目前, 法蘭鈦合金截止閥已具有了國家標準( CB /T 3992 -2008) , 通過（guò）了相關權威組織機（jī）構的鑒定, 成功應用於新一代船舶和海洋工程重點項目。