應(yīng)用不銹鋼復(fù)合鋼板的消防車容罐制造工藝探討

石清

上海格拉曼國(guó)際消防裝備有限公司 上海 201600

1 前言

消防車按功能可分為泡沫消防車、壓縮空氣消防車、水罐消防車、舉高消防車等。消防車容罐主要用于裝載水和泡沫液，為消防滅火提供必要的滅火劑。容罐整體采用鋼板焊接，不但能承受較大的強(qiáng)度，還具有一定的剛度，容罐主要零件包括底板、側(cè)板、前后封板、防蕩板、花紋頂板等，其中側(cè)板、前后封板和防蕩板都經(jīng)壓制成型，容罐頂部裝有容罐蓋、溢水器等，容罐前后封板兩端焊接有進(jìn)出水法蘭，容罐底部焊接有放水法蘭等。目前消防車行業(yè)基本采用碳鋼鋼板、不銹鋼鋼板或玻璃鋼為主要材料制造容罐。

2 不銹鋼復(fù)合鋼板準(zhǔn)備

筆者結(jié)合實(shí)際制造經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合文獻(xiàn)[2-3]復(fù)合鋼板壓力容器及不銹鋼復(fù)合鋼板的相關(guān)論述，探討消防車容罐應(yīng)用不銹鋼復(fù)合鋼板的制造工藝。

容罐的生產(chǎn)工藝流程為：下料 →成型 →焊接 →水壓試驗(yàn)→

表面處理，現(xiàn)對(duì)消防車的容罐制造工藝探討如下。

選擇和準(zhǔn)備不銹鋼復(fù)合鋼板時(shí)，需考慮容罐的整體防腐要求，容罐鋼板厚度為3 ～5 mm，同時(shí)根據(jù)不銹鋼復(fù)合鋼板的特點(diǎn)，選擇合適基材和復(fù)材材料，能在保證防腐要求的情況下，盡可能地降低成本和自重，故選用基層材料為Q235B，復(fù)層材料為06Cr19Ni10（304），復(fù)層厚度≥0.3 mm，雙面對(duì)稱不銹鋼復(fù)合鋼板。同時(shí)考慮容罐用鋼板厚度較薄的特點(diǎn)，選擇先進(jìn)的復(fù)合鋼板，可有效保證不銹鋼復(fù)合鋼板產(chǎn)品的質(zhì)量。近幾年，6 mm以下復(fù)合板軋制工藝趨于成熟，軋制寬度可達(dá)1 520 mm，普及應(yīng)用空間較廣，故容罐用鋼板選用軋制法生產(chǎn)的不銹鋼復(fù)合鋼板。

2.1 復(fù)合鋼板精度等級(jí)

為確保不銹鋼復(fù)合鋼板的產(chǎn)品質(zhì)量，加工所需原材料的質(zhì)量必須得到保證，應(yīng)確保復(fù)合鋼板的基材和復(fù)材材料符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

消防車容罐所用鋼板基本為3～5 mm，為確保容罐的強(qiáng)度和剛度，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，有必要選擇精度較高的不銹鋼復(fù)合鋼板，故按照GB/T 8165-2008《不銹鋼復(fù)合鋼板和鋼帶》中的表6選擇A級(jí)精度，對(duì)應(yīng)厚度偏差如下：3±0.17 mm、4±0.18 mm、5±0.2 mm；考慮容罐的側(cè)板、前后封板和防蕩板都需要壓制成型，為確保零件成型的一致性，不銹鋼復(fù)合鋼板不平度應(yīng)不大于10 mm/m。

2.2 復(fù)合鋼板力學(xué)性能

消防車在滿載行駛過(guò)程中，容罐承載較大沖擊，對(duì)于復(fù)合鋼板，基層和復(fù)層兩種金屬結(jié)合界面承受剪切力的能力決定了復(fù)合鋼板的工藝性能。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8165-2008規(guī)定，不銹鋼復(fù)合鋼板剪切強(qiáng)度為210 MPa，通常軋制法生產(chǎn)的不銹鋼復(fù)合鋼板的剪切強(qiáng)度可以達(dá)到300 MPa，滿足容罐的性能要求，同時(shí)不銹鋼復(fù)合鋼板的力學(xué)性能還包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、沖擊性能、內(nèi)彎試驗(yàn)等，而這些性能又與基材性能密切相關(guān)。

2.3 復(fù)合鋼板質(zhì)量等級(jí)

復(fù)合鋼的復(fù)層和基層結(jié)合率決定了鋼板的質(zhì)量等級(jí)，結(jié)合率越高，結(jié)合級(jí)別就高，質(zhì)量等級(jí)也就越高，根據(jù)GB/T 8165-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，復(fù)合鋼板界面結(jié)合級(jí)別分為三級(jí)，使用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，為確保容罐的產(chǎn)品質(zhì)量，選擇結(jié)合級(jí)別Ⅰ級(jí)的不銹鋼復(fù)合鋼板，能夠更好地滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

3 零件切割

3.1 復(fù)合鋼板尺寸

按照鋼板尺寸選用原則，鋼板尺寸首先需要滿足容罐主要零件設(shè)計(jì)要求，例如側(cè)板、底板、頂板等，但同時(shí)需要考慮復(fù)合鋼板軋制設(shè)備的加工能力，綜上所述，優(yōu)先選用復(fù)合鋼板典型供貨尺寸，減少由于定制生產(chǎn)帶來(lái)的額外費(fèi)用，故選擇鋼板寬度規(guī)格為1 500 mm，當(dāng)容罐主要零件寬度超過(guò)1 500 mm時(shí)，可采用拼接結(jié)構(gòu)。

3.2 平板切割

容罐的前封板、后封板、防蕩板，板中間均有穿管孔，法蘭安裝孔，板兩側(cè)有T型缺口，為提高孔位及缺口精度，故選擇下料精度較高的數(shù)控激光切割，可在保證零件下料一致性的同時(shí)，也保證容罐質(zhì)量的穩(wěn)定性；另外激光切割3～5 mm不銹鋼復(fù)合鋼板，切割速度能達(dá)到5～8 m/min，切割速度快，下料效率高。

3.3 花紋板切割

容罐的頂板需具備防滑功能，通常采用花紋板制作頂板，由于受國(guó)內(nèi)軋制設(shè)備加工能力的限制，扁豆形不銹鋼復(fù)合鋼板花紋板的寬度不超過(guò)1 200 mm，厚度不超過(guò)5 mm，基本能滿足使用要求，又由于容罐頂板中間有人字孔、溢水孔等，相較于目前常用的冷壓成型的凸凹形花紋鋼板，復(fù)合板花紋板可用數(shù)控激光切割代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工等離子切割，不僅效率提高了，質(zhì)量也得到了保證。

4 零件成型

容罐的側(cè)板、前后封板、隔板和防蕩板都經(jīng)壓制成型，零件通常采用3～5道T型槽結(jié)構(gòu)，對(duì)比分析不銹鋼復(fù)合鋼板、碳鋼和不銹鋼力學(xué)性能，復(fù)合鋼板的屈服強(qiáng)度大于230 MPa優(yōu)于不銹鋼，抗拉強(qiáng)度大于300 MPa優(yōu)于碳鋼板，復(fù)合鋼板具有較好的塑性，故T型槽可采用整體壓模，壓制時(shí)復(fù)合鋼板表面貼塑料薄膜，可防止零件表面拉傷，相比傳統(tǒng)折彎工藝，具有精度高的特點(diǎn)。

5 容罐焊接

5.1 組裝

容罐是由底板、側(cè)板、封板和頂板組成的腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔裝有防蕩板、隔板和進(jìn)出水管，腔體兩端裝有法蘭，腔體底部裝有支腿。容罐組裝需要準(zhǔn)備必要的工裝以保證產(chǎn)品質(zhì)量，先將支腿固定在工裝上，再組裝底板、封板、隔板、防蕩板和側(cè)板，并裝入進(jìn)出水管路，完成容罐內(nèi)部焊縫的焊接后，再組裝頂板、支腿及法蘭，再焊接容罐外側(cè)焊縫。

5.2 焊接工藝

結(jié)合文獻(xiàn)[2]復(fù)合鋼板壓力容器制造工藝的相關(guān)介紹，中厚板復(fù)合鋼板焊接時(shí)，既要滿足基層的焊縫強(qiáng)度，又要滿足復(fù)層焊縫強(qiáng)度，需設(shè)計(jì)焊接坡口，選擇不同焊材焊接基層、復(fù)層和過(guò)渡層，通常為避免基層Cr、Ni含量增高而產(chǎn)生裂紋，選用與基材性能相同的焊材焊接基層；為避免復(fù)層增碳降低防腐性能，選用與復(fù)材性能相同的焊材焊接過(guò)渡層和復(fù)層。但對(duì)于3～5 mm薄板而言，若采用中厚板常規(guī)焊接工藝，坡口加工、多層焊接難度較高，且不經(jīng)濟(jì)，結(jié)合容罐結(jié)構(gòu)及不銹鋼復(fù)合鋼板焊接特點(diǎn)，考慮容罐的焊縫主要是雙面對(duì)稱的角焊縫和對(duì)接焊縫，不需要設(shè)計(jì)焊接坡口，選用含碳量較低、Cr、Ni含量較高的不銹鋼焊絲直接焊接基層、過(guò)渡層和復(fù)層，可滿足不銹鋼復(fù)合鋼板焊接質(zhì)量要求。

經(jīng)查閱相關(guān)資料，不銹鋼焊絲可選擇ER308LSi或ER309LSi，對(duì)比焊絲的化學(xué)成份和力學(xué)性能，這兩種焊絲的力學(xué)性能相同，ER308LSi的化學(xué)成份中Cr、Ni含量略低于ER309LSi，綜合兩種焊絲的焊接操作性、熔金流動(dòng)性等特點(diǎn)，選用Cr、Ni含量較高的ER309LSi更能保證焊縫質(zhì)量要求。結(jié)合實(shí)際制造經(jīng)驗(yàn)，3～5 mm不銹鋼復(fù)合鋼板可選擇較成熟的氣體保護(hù)焊焊接工藝，選擇Φ1.0焊絲，控制熔深在2～4 mm，推薦焊接電流70～120 A，98%Ar+2% CO2混合保護(hù)氣體，焊絲干伸長(zhǎng)10～15 mm，氣體流量15～20 L/min。

制定合理的焊接順序和焊接工藝參數(shù)能夠提高焊縫質(zhì)量、減少焊接變形。容罐是由底板、側(cè)板、封板和頂板組成的腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔裝有防蕩板、隔板和進(jìn)出水管，腔體兩端裝有法蘭，腔體底部裝有支腿，準(zhǔn)備焊接變位機(jī)可有效提高焊接質(zhì)量和效率。將待焊焊縫擺置水平焊位置或船形焊位置，避免立焊和仰焊，焊縫交叉對(duì)稱焊接，待焊區(qū)域涂抹防飛濺劑，容易清除焊接飛濺。先焊接側(cè)板、封板與底板內(nèi)側(cè)焊縫，焊接防蕩板、隔板與側(cè)板內(nèi)側(cè)焊縫，再焊接腔體內(nèi)部管路焊縫，由于焊縫較長(zhǎng)，且交叉丁字形焊縫較多，焊縫接頭需錯(cuò)開(kāi)丁字焊縫，距離丁字焊縫100～200 mm較為合適。必要的檢驗(yàn)不可缺少，內(nèi)腔焊縫需避免肉眼可見(jiàn)的漏焊、假焊、氣孔等焊接缺陷，拼裝頂板后，按相同方法焊接腔體外部焊縫，最后再焊接法蘭和支腿處焊縫。

6 水壓試驗(yàn)

消防車容罐焊接完成后，為確保容罐的密封性，按照GB 7956《消防車》規(guī)定，需對(duì)容罐進(jìn)行密封性試驗(yàn)，分別用法蘭封閉容罐前后封板進(jìn)出水口，密封容罐底板放水口，用人字孔蓋密封容罐頂部人字孔，將水罐、泡沫液罐注滿水，專用管路連接容罐和試壓泵，并用試壓泵向罐內(nèi)緩慢加壓至0.1 MPa，保持3 min，觀察罐體兩側(cè)是否出現(xiàn)明顯殘余變形，罐體焊縫表面是否有水滲出，無(wú)明顯殘余變形、不滲水即為合格。

7 表面處理

不銹鋼復(fù)合鋼板的腐蝕性能與固溶態(tài)304一致（例如均勻腐蝕性能、點(diǎn)腐蝕性能和晶間腐蝕性能），但由于復(fù)層厚度較薄，酸洗鈍化工藝會(huì)腐蝕復(fù)層不銹鋼，平均約有10 μ m，可通過(guò)增加不銹鋼復(fù)層厚度的方式來(lái)彌補(bǔ)。故復(fù)合鋼板容罐可采用常規(guī)酸洗鈍化工藝，增強(qiáng)容罐的抗腐蝕性能，或是直接噴涂耐腐蝕涂料，同時(shí)可采用電化學(xué)原理，在容罐腔體內(nèi)安裝合適的電極，從而提高容罐的抗腐蝕性能。

8 結(jié)語(yǔ)

不銹鋼復(fù)合鋼板兼具碳鋼和不銹鋼的特點(diǎn)，具有良好的成型性、可焊性和防腐性，使用不銹鋼復(fù)合鋼板代替不銹鋼，其綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯，例如不銹鋼復(fù)合鋼板（Q235B+304、雙面對(duì)稱復(fù)層，單面復(fù)層厚度0.3 mm），單位質(zhì)量（1t）可節(jié)省材料成本5 000 元左右；單位面積鋼板（1 m2）減重0.2～0.27 kg，以1 t鋼板用量計(jì)算，減重約7.5 kg。

綜上所述，不銹鋼復(fù)合鋼板作為消防車容罐的一種新材料，推廣和應(yīng)用的空間很大，雖然新材料的應(yīng)用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種不利因素，例如不同鋼廠生產(chǎn)的不銹鋼鋼復(fù)合鋼板質(zhì)量差異、復(fù)合鋼板切割斷面生銹等問(wèn)題，但是這些問(wèn)題亦可通過(guò)后續(xù)試驗(yàn)測(cè)試逐步解決。