應(yīng)用復(fù)合鋼板的壓力容器制造工藝

摘要:復(fù)合鋼板因其良好的適用性和經(jīng)濟(jì)性而在石油、化工、航海、醫(yī)療、食品行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，但其制造具有特殊性。文章主要從應(yīng)用復(fù)合鋼板的壓力容器制造中的板材復(fù)合、筒體下料、排版、焊接工藝及相關(guān)要求進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞:復(fù)合鋼板;壓力容器;制造工藝;筒體下料;排版;焊接

中圖分類號:TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1000-8136(2010)03-0018-02

常用的壓力容器復(fù)合鋼板是以某種鋼作為基層，以另一種鋼或有色金屬作為復(fù)層，通過熱軋或爆炸成型工藝等方法復(fù)合而成的雙金屬板。其基層主要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的要求，一般用低碳鋼或低合金鋼;而復(fù)層主要是滿足耐腐蝕性的要求，一般用鉻或鉻鎳不銹鋼、鎳基合金、銅基合金或鈦板。復(fù)層通常只占總厚度的10 %～20 %。因此，復(fù)合鋼板既有優(yōu)質(zhì)或貴重金屬具備的特殊性能(如耐蝕性)，又可以節(jié)約大量的不銹鋼或鈦等貴重金屬，在保證技術(shù)要求的同時可大幅降低成本，具有很大的經(jīng)濟(jì)價值。因此，復(fù)合鋼板在石油、化工、航海、醫(yī)療、食品行業(yè)和軍工生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是由于壓力容器用復(fù)合鋼板一般是在石油化工等具有重大危險的環(huán)境中使用，既承受壓力，工作介質(zhì)幾乎又都是具有強(qiáng)烈腐蝕作用的物質(zhì);且由于壓力容器用復(fù)合鋼板的制造工藝較為嚴(yán)格，一般的廠家因接觸少，工藝不成熟，在制造中經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題，如筒體下料尺寸不合適、焊縫蠕變斷裂等。為此，本文將主要談?wù)剦毫θ萜饔脧?fù)合鋼板的一些制造工藝及要求，以供同行參考。

1復(fù)合前準(zhǔn)備

1.1復(fù)合鋼板的準(zhǔn)備

復(fù)合鋼板基層與復(fù)層的材料因需要而定。一般情況下，基層材料為16MnR，復(fù)層材料為0Crl8Ni9的不銹鋼復(fù)合鋼板較為常用。在復(fù)合前，復(fù)合鋼板應(yīng)符合以下條件:

(1)被選用的復(fù)合鋼板應(yīng)具有符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量證明書，并確保板面平整。

(2)復(fù)合鋼板不得有使用上的有害外觀缺陷?；鶎优c復(fù)層的結(jié)合面積應(yīng)占總面積的95 %以上，局部未結(jié)合面積不得超過50 cm2。對加工時有較大應(yīng)力(如沖壓封頭)或使用時有較大負(fù)荷(如管板)的復(fù)合鋼板要求更嚴(yán)。基層與復(fù)層表面的淺平缺陷，如果不可磨掉，則復(fù)層表面的全部缺陷面積總和不得超過復(fù)合面積的20 %。同時，復(fù)層材料的表面質(zhì)量應(yīng)與復(fù)合方法相適應(yīng)，厚度均勻，公差應(yīng)符合規(guī)定值。

(3)對復(fù)合鋼板的機(jī)械性能，其抗拉強(qiáng)度和作延伸率原則上應(yīng)等于或大于母材(基層材料)值;抗彎試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與總厚度相等的母材相同，抗剪強(qiáng)度對任何總厚度<100 mm的鋼板應(yīng)≥20 kgf/mm2;貼合彎曲3個試樣中有兩個試樣彎曲部分兩邊不能有50 mm以上的分層現(xiàn)象。

(4)復(fù)合鋼板在進(jìn)廠時均應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷試驗(yàn)，不得有使用上有害的分層現(xiàn)象。對復(fù)合板的修補(bǔ)以及標(biāo)記與標(biāo)記移值等與一般鋼材壓力容器的原材料控制相同。

1.2下料、拼接

壓力容器復(fù)合鋼板在制造前，廠家應(yīng)按照要求將16MnR與0Crl8Ni9板材下好料。由于2種板材規(guī)格不同，尤其是復(fù)層材料不銹鋼板壁厚較薄，板長和板寬都較小，故需要拼接。下料及拼接時應(yīng)注意:

(1)按容器尺寸確定封頭和簡體實(shí)際需要的板材長度L和寬度B。

(2)L+100 mm和B+100 mm為基層板材的最小下料長度及寬度，下料時最好將寬度圓整合到與B+100 mm最相近的標(biāo)準(zhǔn)寬度。如果要從長度方向截取焊接試板，則下料長度至少為L+500 mm。

(3)為滿足復(fù)合工藝的要求，復(fù)層的長度和寬度應(yīng)比實(shí)際所下基層的長度和寬度大50 mm，即每邊大25 mm。

(4)按照實(shí)際所需復(fù)層板材的長度和寬度以及現(xiàn)有復(fù)層板材的規(guī)格進(jìn)行拼接，拼接焊縫應(yīng)焊透磨平，并作滲透無損檢測，應(yīng)無裂紋及其他超標(biāo)缺陷，基層板與復(fù)層板應(yīng)平整。

2筒體下料

(1)復(fù)合鋼板的筒體與封頭對接焊接，二者直徑應(yīng)一致。

(2)文獻(xiàn)[2]認(rèn)為，板材在卷圓過程中受到彎曲作用，其中應(yīng)力為0的那一層稱為中性層，中性層周長不變。按封頭的中性層周長來確定筒體展開長度是合理的。另外，復(fù)合板筒體或封頭的中性層所處的直徑小于中徑，簡體展開長度應(yīng)按下式計算:

L=π(Di+2 Yh)

式中，Di:封頭實(shí)測內(nèi)徑;

Yh:封頭中性層離內(nèi)壁的距離。

(3)無論是縱焊縫還是環(huán)焊縫，復(fù)合鋼板筒體與封頭對接處的錯邊量不得大于鋼板復(fù)層厚度的50 %，且不得大于2 mm。

3筒體排版

筒體排版，即先將筒體以順時針的方向展開，然后在筒身標(biāo)出所有接管孔的位置及孔徑，并按縱環(huán)焊縫錯開接管孔的原則確定板材的長度和寬度，縱環(huán)焊縫距邊緣的距離應(yīng)大于100 mm。

4焊接

(1)復(fù)合鋼板的焊接方法，可根據(jù)材質(zhì)、接頭厚度、坡口尺寸及施工條件等情況確定，通?？刹捎檬止る娀『浮⒙窕∽詣雍?、CO2保護(hù)焊或氬弧焊等方法。

(2)復(fù)合鋼板基層、復(fù)層和過渡層焊條的選擇:如16MnR+0Crl8Ni9復(fù)合鋼板，基層可用J507、J507R焊條，過渡層用A302或者A402焊條，復(fù)層用A132焊條較為合適;如lCr18Ni9Ti-l6Mn復(fù)合鋼板，基層可選J507焊條，過渡層選A302、A307焊條，復(fù)層選A132、A137焊條較為合適。

(3)焊接順序:對于在焊接時，一般是先焊內(nèi)側(cè)基層焊縫，反過來外側(cè)挑焊根，用碳弧氣刨鏟焊根，清除熔渣、夾渣，再將基層焊縫填滿;焊好后在復(fù)層側(cè)用角砂輪打磨，檢查合格后，再進(jìn)行內(nèi)側(cè)過渡層焊接，最后焊復(fù)層。焊接時，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)側(cè)基層焊縫高度，使其距復(fù)層界面1 mm～1.5 mm為止，絕對不能焊到復(fù)層;過渡層焊縫只焊一層，其熔焊金屬應(yīng)完全覆蓋基層，并覆蓋復(fù)層0.5 mm～1.5 mm，焊過渡層時應(yīng)該采用較小的線能量，以防止基層金屬滲入復(fù)層而引起焊縫缺陷。

5其他要求

(1)切割、彎曲或深拉加工復(fù)合鋼板時，應(yīng)將復(fù)層放在下面，必要時還應(yīng)設(shè)置保護(hù)層，以防止放在上面的復(fù)層材料表面劃傷。

(2)復(fù)合鋼板彎曲或深拉加工時一般應(yīng)采用冷卷加工，當(dāng)不得不采用熱加工時，必須注意如下幾點(diǎn):加熱前應(yīng)除去油污和附著物;燃料含硫低;加熱時間為2 min/mm，且不超過15 mm;加熱火焰或固體燃料不得直接接觸復(fù)層，且溫度要分布均勻，以防滲碳;應(yīng)避免在敏化溫度范圍(550 ℃～850 ℃)加工，以防產(chǎn)生晶間腐蝕;加熱氣氛應(yīng)保持弱氧化性，不得采用還原性;根據(jù)不同的復(fù)層材料應(yīng)控制加熱溫度范圍，加工之后最好空冷。

(3)由于復(fù)合鋼板2種金屬的熱膨脹系數(shù)不同，熱處理過程中殘余應(yīng)力有可能增大，所以必要時應(yīng)作消除應(yīng)力退火;但一般不作。當(dāng)不得已要進(jìn)行消除應(yīng)力退火時，必須按容器的用途采用適當(dāng)?shù)姆椒?。母材為低碳鋼時，其母材厚度≤25 mm時，不需消除應(yīng)力;當(dāng)母材厚度>25 mm～28 mm時，若預(yù)熱溫度在100 ℃以上就不需消除應(yīng)力;當(dāng)母材厚度>38 mm時，才進(jìn)行應(yīng)力消除。

(4)由于基層焊縫對復(fù)層焊縫有稀釋作用，容易降低復(fù)層焊縫金屬中的鉻、鎳等合金元素的含量。因此，焊接時，過渡層的焊材應(yīng)采用高鉻、鎳鋼等焊材，以得到雙向組織的焊縫，避免大量馬氏體組織的產(chǎn)生，出現(xiàn)焊接冷裂紋。

(5)焊前，應(yīng)先通氣排除管路中的空氣;當(dāng)CO2氣體保護(hù)焊焊接復(fù)合鋼板時，應(yīng)確保有足夠的保護(hù)氣體流量，以避免空氣侵入焊接區(qū);焊接結(jié)束后，應(yīng)及時清理焊嘴上的飛濺物;焊絲伸出長度不應(yīng)太長，以10 mm～15 mm為宜。

(6)除按圖樣規(guī)定對復(fù)合鋼板焊縫進(jìn)行射線檢測或超聲波檢測外，對所有的復(fù)層焊縫也應(yīng)作滲透檢測，以檢驗(yàn)焊縫表面有無裂紋;焊縫檢驗(yàn)不能在焊后立即進(jìn)行，最好在退火之前進(jìn)行，檢驗(yàn)方法可用著色、磁粉及射線探傷均可。

(7)帶不銹鋼襯里碳鋼接管的端面應(yīng)有(4±1)mm的堆焊層，不銹鋼接管也應(yīng)伸入容器內(nèi)壁(4±1)mm。

(8)對有防腐要求的復(fù)層表面應(yīng)作酸洗鈍化處理，以提高其抗裂能力。

6復(fù)合鋼板壓力容器的檢驗(yàn)

壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全甚至污染環(huán)境的事故。因此，應(yīng)用復(fù)合鋼板的壓力容器在制造后，應(yīng)由國家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。其主要的檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法為:

(1)實(shí)體檢驗(yàn)。采用直觀檢查、量具檢查、無損探傷檢測、理化性能檢驗(yàn)、水壓試驗(yàn)等方法，壓力容器本體和主要零部件進(jìn)行外觀和內(nèi)在質(zhì)量的檢查。

(2)檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目有:受壓元件材質(zhì)、外觀尺寸和成形質(zhì)量、焊縫質(zhì)量、組裝質(zhì)量、內(nèi)部裝置及安全附件是否齊全有效、脹管質(zhì)量、各受壓元件相互的幾何位置和耐壓性能等。

(3)性能:技術(shù)資料審查和實(shí)體檢驗(yàn)合格的壓力容器視需要進(jìn)行性能檢驗(yàn)，檢查其規(guī)定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

(4)重點(diǎn)檢驗(yàn)復(fù)合層與基層結(jié)合部位的焊接缺陷，主要是夾渣和熱裂紋，一旦超標(biāo)，必須返修直至合格。

(5)檢驗(yàn)縱焊縫處的向內(nèi)的角變形問題，一旦超標(biāo)也應(yīng)用機(jī)械法或局部加熱法予以矯正。

綜上所述，目前我國復(fù)合鋼板的生產(chǎn)和研究工作尚處于發(fā)展階段，應(yīng)用于制造壓力容器的時間不長，只有不斷完善復(fù)合鋼板壓力容器的制造工藝，保證和提高其制造質(zhì)量，才能促進(jìn)復(fù)合鋼板壓力容器的良好發(fā)展。經(jīng)實(shí)踐證明，按上述要求制造的復(fù)合鋼板壓力容器質(zhì)量穩(wěn)定，在實(shí)際使用中沒有出現(xiàn)過問題。

參考文獻(xiàn)

1 《鋼制壓力容器》(GB150-1998)

2 丑津士、陳維耕.化工煉油設(shè)備制造工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1986

3 林 莉、安建華、張周衛(wèi).復(fù)合鋼板壓力容器制造工藝[J].石油化工設(shè)備，2003.32(60)

4 李 煜、段滋華、來誠鋒. 復(fù)合鋼板壓力容器焊縫界面高溫蠕變研究[J].化工機(jī)械，2009.36(2)

5 何天榮.復(fù)合鋼板壓力容器制造質(zhì)量控制[J].鍋爐壓力容器安全技術(shù)，1992(5)

6 王偉濱、劉桂雙.不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接[J].化工裝備技術(shù)，2005.26(2)

7 《壓力容器用爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板》(JB4733-1996)

Use the Pressure Container Manufacturing

Engineering of the Complex Stencil Plate

Pang Lin

Abstract: The complex stencil plate is in the petroleum， chemical industry， navigation， medical treatment， food trade because of its good suitability and economy China extensive application， but it make particularity of having. This text is from the board while using the pressure container of the complex stencil plate to make mainly the material compounds， barrel unloading， composing， welding the craft and demanding to explain relevantly， for counterparts to consult.

Key words: complex stencil plate; pressure container; manufacturing engineering; barrel unloading; composing; welding