劉鷹（浙江博凡動(dòng)力裝備股份有限公司，浙江 嘉興　314300）

復(fù)合鋼板壓力容器的制造工藝應(yīng)用分析

劉鷹
（浙江博凡動(dòng)力裝備股份有限公司，浙江 嘉興314300）

科技發(fā)展提高了復(fù)合鋼板的自身性能，不少行業(yè)都在大量運(yùn)用復(fù)合鋼板，不過(guò)其制造工藝卻很復(fù)雜。復(fù)合鋼板壓力容器在制造工藝上的要求比較多，要想完善制造工藝，以便于做出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，論文重點(diǎn)對(duì)復(fù)合鋼板壓力容器的制造工藝進(jìn)行詳細(xì)分析，以供參考。

符合鋼板壓力容器；制造工藝；應(yīng)用分析

0　引言

現(xiàn)如今，復(fù)合鋼板在很多行業(yè)都有著廣泛的運(yùn)用，比如：石油、醫(yī)療、化工等。在石化等重大危險(xiǎn)環(huán)境中，復(fù)合鋼板壓力容器使用較多，既可以承受壓力，又能承受較強(qiáng)的腐蝕性。相對(duì)于碳鋼壓力容器而言，其優(yōu)勢(shì)在于具有更高的耐腐蝕性，拓展了容器的適用范圍；相對(duì)于不銹鋼壓力容器而言，其優(yōu)勢(shì)在于低廉的原材料價(jià)格，降低了制造成本。復(fù)合板壓力容器作為新興的技術(shù)，需要得到更多的推廣。同時(shí)由于制造工藝比較復(fù)雜，要求很嚴(yán)，因而只有少部分廠家愿意制造，而且工藝水平有待提高。所以，探討復(fù)合鋼板壓力容器制造工藝有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　用作壓力容器的復(fù)合鋼板

嚴(yán)格的制造工藝要求使得不少?gòu)S家不愿接觸，工藝水平也不高，制造中很容易出現(xiàn)各種問(wèn)題，比如：筒體下料尺寸不規(guī)范、焊縫蠕變斷裂等等。一般的復(fù)合鋼板的基層通常使用低碳鋼以及低合金鋼，以滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度要求；復(fù)層則使用鉻、鉻鎳不銹鋼、銅基合金、鎳銅合金，為的是滿足耐腐蝕性要求［1］。復(fù)合鋼板有著優(yōu)質(zhì)（貴重）金屬的特殊性能，還能夠節(jié)約很多不銹鋼、鈦等貴重金屬，在滿足技術(shù)要求的同時(shí)降低成本，有著很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2　復(fù)合前的準(zhǔn)備

做好復(fù)合前的準(zhǔn)備工作是復(fù)合鋼板壓力容器制造工藝流程的基礎(chǔ)，也是之后的下料、拼接、焊接工作順利完成的保障。準(zhǔn)備過(guò)程中最重要的是解決復(fù)合鋼板基層與復(fù)層問(wèn)題［2］?；鶎优c復(fù)層材料根據(jù)制造要求來(lái)選擇，基層材料一般使用Q345-R，復(fù)層材料則使用06Cr19Ni10不銹鋼復(fù)合鋼板。兩種材料規(guī)格各異，特別是復(fù)層材料不銹鋼板壁厚比較薄，且板長(zhǎng) （板寬）的規(guī)格比碳鋼板小，所以要進(jìn)行拼接。下料和拼接前應(yīng)該根據(jù)容器尺寸來(lái)決定封頭、筒體的實(shí)際板長(zhǎng)L（板寬B）。基層板材下料長(zhǎng)寬至少應(yīng)該是L+100mm、B+100mm，下料過(guò)程中寬度接近B+100mm的標(biāo)準(zhǔn)寬度是最合適的。要是從長(zhǎng)度方向截取焊接試板，那么下料長(zhǎng)度不能低于L+500mm。根據(jù)復(fù)合工藝要求，復(fù)層長(zhǎng)寬需要比基層的長(zhǎng)寬大50mm，也就是每邊大25mm，如圖1所示。根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇復(fù)層板材的長(zhǎng)寬并拼接，其焊縫要焊透磨平，然后進(jìn)行滲透無(wú)損檢測(cè)，不能有裂紋或者超標(biāo)問(wèn)題，基層板、復(fù)層板要平整。相關(guān)廠家應(yīng)該根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供質(zhì)量證明書(shū)，以雙方協(xié)議闡明交貨情況，包括板面有沒(méi)有整平、厚度均勻與否。

圖1　基層與復(fù)層下料尺寸關(guān)系Fig.1 Material size and the complex relationship between the grassroots level

3　筒體下料及排板

為便于筒體和封頭組對(duì)，下料過(guò)程中應(yīng)準(zhǔn)確掌握筒體和封頭直徑，兩者的直徑應(yīng)該一樣。傳統(tǒng)的容器制作工藝是根據(jù)已成型封頭的實(shí)際中徑確定筒體尺寸。如果是均質(zhì)板，這樣做是可行的，展開(kāi)時(shí)筒體和封頭在焊接中的環(huán)縫錯(cuò)邊量太大的問(wèn)題也會(huì)被避免［4］。如果是復(fù)合板，就會(huì)出現(xiàn)筒體直徑和封頭不一樣的問(wèn)題，由此使得環(huán)縫錯(cuò)邊量超標(biāo)過(guò)大。因此，根據(jù)封頭中徑尺寸確定復(fù)合鋼板壓力容器的筒體下料尺寸不合理。板材在卷圓過(guò)程中受到彎曲作用，而其中應(yīng)力為零的是那層是中性層，其周長(zhǎng)不變，以封頭中性層周長(zhǎng)來(lái)明確筒體展開(kāi)長(zhǎng)度是可行的。另外，復(fù)合板筒體或者封頭的中性層所處的直徑小于中徑，筒體展開(kāi)長(zhǎng)度的應(yīng)根據(jù)L=π（Di+2Yh）（Di代表封頭實(shí)測(cè)內(nèi)徑，Yh代表中性層離內(nèi)壁的距離）來(lái)計(jì)算。無(wú)論運(yùn)用什么方法焊接，筒體和封頭對(duì)接時(shí)的錯(cuò)邊值必須合理，不能超過(guò)2mm，同時(shí)要小于鋼板復(fù)層厚度的50%。

在筒體排版時(shí)，順時(shí)針展開(kāi)下好料的筒體。按照實(shí)際情況將接管孔位置在筒身進(jìn)行標(biāo)記，孔徑的確定需以接管孔位置為依據(jù)。根據(jù)縱環(huán)焊縫錯(cuò)開(kāi)接管孔的原則確定板材尺寸長(zhǎng)寬，縱環(huán)焊縫與邊緣距離不能小于100mm。

4　焊接

復(fù)合鋼板壓力容器制造焊接的材料及防腐是根據(jù)其材質(zhì)、坡口尺寸等來(lái)決定。CO2保護(hù)焊、手工電弧焊等是運(yùn)用得比較多的焊接法。從Q345-R/06Cr19Ni10復(fù)合板來(lái)看，J507、J507R焊條能夠用于基層，焊好以后，以砂輪打磨復(fù)層側(cè)面。復(fù)層用A132焊條。A302或A402焊條則可用于過(guò)渡層，為防止焊接中基層金屬出現(xiàn)在復(fù)層，產(chǎn)生焊縫缺陷，過(guò)渡層焊接時(shí)應(yīng)使用小的線能量，過(guò)渡層焊接應(yīng)該一次完成，如果再次焊接會(huì)增加工作量及成本，在使用中也會(huì)對(duì)壓力容器的性能有不良影響。焊接時(shí)先從復(fù)層側(cè)將基層焊縫焊好，再反過(guò)來(lái)對(duì)焊縫進(jìn)行碳弧氣刨或打磨，把夾渣與熔渣除去，然后根據(jù)要求填滿基層焊縫［5］。每一步焊接工作必須做好以后才能進(jìn)入下一步?；鶎雍附油瓿珊?，在復(fù)層側(cè)用角砂輪打磨，確保所有基層焊接時(shí)產(chǎn)生的飛濺、熔渣、夾雜等雜質(zhì)以及表面缺陷全部去除，然后焊接內(nèi)側(cè)過(guò)渡層，復(fù)層最后焊接。焊接時(shí)一定要控制好內(nèi)側(cè)基層的焊接溫度，不要直接焊到復(fù)層，要與復(fù)層有1～1.5mm的距離。焊接過(guò)渡層時(shí)只焊一層焊縫，其熔焊金屬必須將基層覆滿，防止出現(xiàn)焊縫缺陷，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

為簡(jiǎn)化制作工藝，復(fù)合板容器上的接管一般采用與復(fù)合層材質(zhì)相同或相近的不銹鋼管，接管應(yīng)插入筒壁并伸出4～5mm，焊接時(shí)確保接管與復(fù)合層之間的焊縫完全熔合覆蓋，不得露出基層材質(zhì)，焊縫不得出現(xiàn)氣孔、裂紋等貫穿性缺陷，必要時(shí)應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行液體滲透檢查。接管與基層側(cè)的焊接應(yīng)注意采用異種鋼焊材。

5　復(fù)合鋼板壓力容器制造工藝注意問(wèn)題

（1）根據(jù)復(fù)層位置切割、彎曲復(fù)合鋼板，通常復(fù)層應(yīng)該放置在下方，如有必要，設(shè)置保護(hù)層，避免復(fù)層材料在切割、彎曲時(shí)劃傷，出現(xiàn)缺陷。

（2）彎曲或者拉伸復(fù)合鋼板時(shí)，一般會(huì)運(yùn)用冷卷加工方法，如果必須運(yùn)用熱加工方法，應(yīng)該注意的是：加熱前把油污與附著物除去；燃料含硫量低；加熱時(shí)間是2min/mm，不能超過(guò)15min；加熱火焰、固體燃料不能和復(fù)層直接接觸，溫度分布應(yīng)該平均，避免出現(xiàn)滲碳；不能在敏化溫度中加工，否則會(huì)有晶間腐蝕；加熱氣氛應(yīng)該是弱氧化性而非還原性；按照復(fù)層材料的不同對(duì)加熱溫度范圍進(jìn)行控制，加工以后最好空冷。

（3）由于復(fù)合鋼板兩種材料熱膨脹系數(shù)的差異很明顯，因而熱加工時(shí)殘余的應(yīng)力容易加大，所以要運(yùn)用有效的方法對(duì)進(jìn)行應(yīng)力退火。如果母材的材料是低碳鋼，而且其厚度又低于25mm，或者厚度在25～28mm之間且預(yù)熱溫度超過(guò)100℃，則不用消除應(yīng)力，如果母材厚度大于28mm，則一定要進(jìn)行應(yīng)力消除調(diào)整。

（4）因?yàn)榛鶎雍缚p對(duì)復(fù)層焊縫存在稀釋作用，最終讓焊縫里的金屬元素含量降低，最終使得焊接質(zhì)量不高，無(wú)法正常使用。因此，應(yīng)該使用鉻、鎳等金屬含量較高的焊條來(lái)焊接，對(duì)流失的金屬元素進(jìn)行補(bǔ)償，也能夠有效避免焊縫有冷裂紋。

（5）焊接之前，應(yīng)該事先確保通氣，將管路里面的空氣排除掉：在CO2氣體保護(hù)焊對(duì)復(fù)合鋼板進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該保證保護(hù)氣體的流量要足夠，從而不讓空氣入侵焊接區(qū)域。當(dāng)焊接完成以后，應(yīng)該把焊嘴上的飛濺物立即清理掉；焊絲伸出長(zhǎng)度以伸出焊嘴10～15mm為宜。

（6）除了根據(jù)圖樣及規(guī)定用射線或者超聲波檢測(cè)復(fù)合鋼板焊縫以外，還需要運(yùn)用滲透檢測(cè)法對(duì)復(fù)層進(jìn)行拼接焊縫檢測(cè)，主要檢測(cè)焊縫表面有沒(méi)有裂紋。

（7）利用酸洗鈍化來(lái)處理具有防腐蝕要求的復(fù)層表面，其目的是為了清潔表面，形成致密的鈍化膜，增強(qiáng)抗腐蝕性。

6　檢驗(yàn)復(fù)合鋼板壓力容器

因?yàn)槊芊?、承壓和介質(zhì)之類的因素影響，壓力容器很容易出現(xiàn)爆炸、燃燒起火，從而使得人員、設(shè)備及財(cái)產(chǎn)安全受到威脅，更有可能出現(xiàn)環(huán)境污染事故。所以，當(dāng)制造完成復(fù)合鋼板壓力容器以后，需要經(jīng)過(guò)國(guó)家承認(rèn)的專業(yè)機(jī)構(gòu)根據(jù)國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)督檢查，做好技術(shù)檢驗(yàn)。運(yùn)用直觀目視、量具、無(wú)損探傷、理化性能、水壓試驗(yàn)等檢測(cè)方法，重點(diǎn)檢查壓力容器本身以及重要零部件的外觀及其內(nèi)在質(zhì)量。檢驗(yàn)的主要內(nèi)容是受壓元件材質(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、各受壓元件相互的幾何位置和耐壓性能等。在性能檢驗(yàn)中，技術(shù)資料審查、實(shí)體檢驗(yàn)通過(guò)的壓力容器應(yīng)該對(duì)其性能實(shí)施檢驗(yàn)，檢查其是否符合規(guī)定的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。而關(guān)鍵要檢驗(yàn)的就是復(fù)合層和基層連接處的焊接缺陷，檢驗(yàn)是否有夾渣與熱裂紋，要是查出超標(biāo)了，就一定要進(jìn)行返修，直至合格為止。還要檢驗(yàn)縱焊縫位置有沒(méi)有內(nèi)向角變形的缺陷，要是超標(biāo)了，需要以機(jī)械法或者局部加熱的方式進(jìn)行矯正。

7　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前很多行業(yè)都在使用復(fù)合鋼板，但我國(guó)現(xiàn)在的復(fù)合鋼板生產(chǎn)與研究都在處于初步發(fā)展之中，相關(guān)的制造工藝與制造技術(shù)還不全面，復(fù)合鋼板壓力容器的制造經(jīng)驗(yàn)也不十分豐富，所以有不少的問(wèn)題亟待克服、解決。不過(guò)，只要我們一直認(rèn)真探究、持續(xù)完善當(dāng)下的復(fù)合鋼板壓力容器制造工藝，完善制造技術(shù)，強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量，那么我們就會(huì)在復(fù)合鋼板壓力容器的制造之路走得更遠(yuǎn)。

［1］林莉，等.復(fù)介鋼板壓力容器制造工藝［J］.石油化工設(shè)備，2003，32.

［2］遲鳳芝.壓力容器制造質(zhì)量控制研究［J］.內(nèi)蒙古石油化，2011，1.

［3］劉彩梅.壓力容器制造質(zhì)量控制［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，14.

［4］韓眷九，吳國(guó)強(qiáng).我國(guó)壓力容器制造的現(xiàn)狀特點(diǎn)和存在問(wèn)題［J］.裝備制造技術(shù)，2009，11.

［5］王偉濱，等.不銹鋼復(fù)合板過(guò)渡層的焊接［J］.化工裝備技術(shù)，2005，2.

Manufacturing Process Analysis Composite Steel Pressure Vessel

LIU Ying
（Zhejiang BOFINE Power Equipment Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314300，China）

Technological development to improve the performance of composite steel itself，many industries are in extensive use of composite steel，but its manufacturing process is very complex.Composite steel pressure vessel manufacturing process requirements more，in order to improve the manufacturing process in order to make better products，manufacturing processes paper focuses on composite steel pressure vessel for detailed analysis，for reference.

accord steel pressure vessel；manufacturing process；application analysis

TH16

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.018

1002-6673（2015）05-048-03

2015-08-04

劉鷹（1976-），女，浙江嘉興人，本科，工程師。研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化。