復(fù)合板制壓力容器設(shè)計和制造應(yīng)注意的問題

薛宏偉  李增福

陜西省設(shè)備安裝工程公司

1.前言

    復(fù)合板是由基層材料和復(fù)層捌料通過爆炸或爆炸  軋制等方法復(fù)臺而成的雙金屬板。由于復(fù)臺板具有強(qiáng)度高、耐蝕耐磨等特殊性能好和造價低等優(yōu)點，近年來在石化、冶金、機(jī)械、能源、航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它綜合了基層材料和復(fù)層材料各自的優(yōu)點，既有基層材料所具有的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，X有復(fù)層材料所具有的耐蝕耐磨等基層材料沒有的特殊性能，使設(shè)備重量和造價大大降低，結(jié)構(gòu)厚度變小，避免丁不銹鋼、鎳、銅、鈦、鋁等貴重金屬材料的浪費，有著良好的經(jīng)濟(jì)效薷和社會效益及應(yīng)用前景。

    在壓力容器行業(yè)，復(fù)臺扳主要用于制造反應(yīng)釜、換熱器、貯罐等設(shè)備。用于制造壓力容器的復(fù)臺板目前主要有兩類：一類是基層材料與復(fù)層材料*，-接性較好，這類材料有不銹鋼復(fù)合極、鎳基臺金復(fù)臺板等(以下簡稱l類材料)；另一類是基層材料與復(fù)層材料焊接性較差或不能焊接，對這兩類復(fù)合材料，在壓力容器產(chǎn)品設(shè)計、制造和檢驗時都有很大的不同，應(yīng)區(qū)別對待。    ．

2.容器設(shè)計

    一般當(dāng)容器設(shè)計厚度大于l2mm時，就應(yīng)該考慮選用復(fù)昔材料的可能性。選用復(fù)臺扳作為壓力容器殼體材料時，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性選用不同材料類型的復(fù)臺板，即是選擇l類材料還是選擇IT類材料，再依據(jù)所選擇材料類型選用不同的焊接連接接頭結(jié)構(gòu)形式。對于介質(zhì)有腐蝕性或有耐熱要求時，選擇相應(yīng)的復(fù)合板；對于不能與碳接觸的介質(zhì)，一般選用I T類復(fù)臺材料。常見的接頭結(jié)構(gòu)形式如下圖(1)一圖(5)所示。其中幽(1)一圖(3)適用於Il類材料，圖(4)  圖(5)適用於I類捌料。采用圖(1)、圖(3)結(jié)構(gòu)時，需將基層焊縫余高除去與基層表面平齊，然后再進(jìn){1貼條并焊接。具體的接頭坡口尺寸按相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并結(jié)臺制造J的技術(shù)裝備選取。

3.容器制造

    3.1材料檢驗

    在復(fù)臺板容器制造時，應(yīng)首先對復(fù)臺扳的貼臺率進(jìn)行檢驗�！�如果基層和復(fù)層之間的貼合率達(dá)不到要求，不僅不能滿足防腐、耐磨等特殊性要求．而且在使用過程中還有可能導(dǎo)致容器殼體鼓包和犬面積脫層，嚴(yán)重降低設(shè)備的壽命和安全性能。同時，貼合不緊還將造成容器殼體的組裝和焊接困難。因此，貼合率的檢查是復(fù)合板容器制造過程中必須進(jìn)行的一個過程。一般在合格的復(fù)合板材料的質(zhì)量證明書中，雖然都有貼臺率指標(biāo)，但在容器制造前，仍應(yīng)用超聲波探傷對復(fù)合板的貼合率進(jìn)行復(fù)驗。對熱成形或冷成形后熱校形的封頭檢驗時，應(yīng)將貼臺率作為一個重要指標(biāo)進(jìn)行復(fù)驗。

    3.2  復(fù)臺板下料、坡口加工和焊接

    采用機(jī)械切割下料時，將復(fù)層向上，并注意防止復(fù)層表面的損傷。對厚度大于l2ram以上的復(fù)合鋼板，可按設(shè)備裝備情況依次采用等離子切割、氣割、氧助熔劑切割。切割后用機(jī)械方法切除熱影響區(qū)及切割面缺陷和裂紋，嚴(yán)禁將切割熔渣濺到復(fù)層表面上。等離子切割時，將復(fù)層面朝上，從復(fù)層側(cè)開始切割；采用氣割時，復(fù)層朝下，從基層側(cè)開始振動切割。

    容器制作要求進(jìn)行熱處理時，預(yù)熱按 JB4709《鋼制壓力容器焊接工藝規(guī)程》及相關(guān)規(guī)定以基層材料為準(zhǔn)選擇預(yù)熱工藝。容器制作結(jié)束，設(shè)計需要進(jìn)行焊后熱處理時，熱處理規(guī)范按基層材料規(guī)格進(jìn)行選用。對耐晶間腐蝕要求較高的設(shè)備，如基層材料需熱處理，復(fù)層材料在基層材料熱處理后再進(jìn)行焊接。

    為保證復(fù)合板不失去原有的綜合性能，焊接時基層和復(fù)層應(yīng)分別進(jìn)行，焊接工藝與相應(yīng)的材料焊接工藝近似。對I類材料，還應(yīng)增加過渡層的焊接，過渡層的填充材料要選擇既能降低焊縫金屬的稀釋率，又要防止復(fù)層材料抗腐蝕、抗裂、抗應(yīng)力腐蝕性能的降低，并對基層材料和復(fù)層材料有較好的焊接性的焊接材料。

    對基層和復(fù)層進(jìn)行焊接和切割時，為了防止飛濺及熔渣粘到復(fù)層材制表面，影響材料的性能，應(yīng)在復(fù)層表面涂以保護(hù)涂層。

    3.3復(fù)臺板容器的成形和組裝

    復(fù)合板板壓力容器的成形和組裝應(yīng)有專用的加工和組裝車間，尤其是對一些鈦一鋼、銅一鋼等有色金屬復(fù)合板容器，鐵污染將會對容器的壽命和安全性能造成致命的影響。因此，在加工成形設(shè)備與復(fù)臺扳接觸的表面，應(yīng)用橡膠板、鋁板等將復(fù)臺板與鐵金屬隔離開。

  在復(fù)合板容器組裝時，應(yīng)嚴(yán)格按艦程和容器標(biāo)準(zhǔn)控制錯邊量。這一點與單金屬制容器有明顯的區(qū)別。錯邊量的控制按復(fù)層厚度的50％進(jìn)行控制，且不大于2mm。另外，在組裝時，不允許在復(fù)層上焊接臨時卡子。

4.容器檢驗

    容器制作過程中，需對接頭進(jìn)行無損檢測。對復(fù)合板基層焊縫，按容器類別和圖紙要求分別進(jìn)行l00％無損檢測或20％局部無損檢測；合格后，再焊接復(fù)層貼條焊縫或過渡層和復(fù)層焊縫。對復(fù)層焊縫，一般應(yīng)100％滲透探傷。容器整體制作完成后，按相關(guān)規(guī)定需對容器進(jìn)行強(qiáng)度試驗和嚴(yán)密性試驗。

    對I類材料容器，一般強(qiáng)度試驗都可一次通過，而對Il類材料，由于在縱焊縫和環(huán)焊縫的基層和復(fù)層材料之間不易貼合，基層材料表面不平摹或復(fù)層貼條未墊實，造成復(fù)層貼舔焊縫承厙對拉裂，根據(jù)經(jīng)驗往往需反復(fù)多次才能通過強(qiáng)度試驗。這對容器的使用壽命來說是有害的和不允許的。因此在強(qiáng)度試驗發(fā)現(xiàn)復(fù)層泄漏時，應(yīng)結(jié)合制造廠的條件，應(yīng)選用檢漏效率較高的檢測方法，盡量減少強(qiáng)度試驗的次數(shù)。以下是幾種常見檢漏方法的比較和介紹：

    滲透檢驗：采用清洗劑+滲透劑+顯影劑對焊縫表面開口狀缺陷進(jìn)行檢驗，靈敏度較低，可滿足一般要求的缺陷檢測。

    肥皂水檢驗：操作簡單，檢測成本較低，需配套壓縮空氣進(jìn)行檢測，但由于檢測靈敏度不高，對非穿透性缺措陷不易檢測。

    氨滲透檢驗：將專用的氨試紙貼在復(fù)臺板的復(fù)層側(cè)，通過從缺陷處滲透的氨與試紙發(fā)生反應(yīng)從顏色的變化可定位出缺陷的位置，檢測精度較高。但其需在試驗前后對檢測空間內(nèi)的空氣進(jìn)行置換，如檢測結(jié)束置換不完全，殘余在基層與復(fù)層間隙內(nèi)的氨會造成碳鋼基層的應(yīng)力腐蝕，從而降低設(shè)備的使用壽命。

    氦質(zhì)譜檢驗：利用全自動氦質(zhì)譜檢漏儀，從檢漏孔中通入氨氣，在容器內(nèi)部用靈敏度較高的檢漏儀就可輕松地找到漏點。這種方法檢漏效率高，方便、快捷。殘留物質(zhì)為氨氣，不會對基層材料性能造成影響。但此種方法需要專用設(shè)備，成本較高。

5.結(jié)論

    對復(fù)合材料壓力容器，由于其良好的前景，隨著其不斷地向各個應(yīng)用領(lǐng)域的延伸，其制造技術(shù)及工藝也會逐漸凸現(xiàn)出來，相信一些新的、先進(jìn)的制作工藝也會遂步得到推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《中國錨爐壓力容器安全》，SA916—70+SA240-TP316L不銹復(fù)合鋼板的焊接，劉巍，2003  (1)。

[2]《壓力容器》，銅一一鋼異種金屬材料的焊接工藝，張日恒，2003(9)。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)