钛_钢复合板压力容器制造技术

1 前言

在某种腐蚀条件下，钛具有比不锈钢、铝、铜有更优良的耐蚀性[1]。虽然造价比不锈钢设备高，但在一定条件下，钛制设备使用可靠性高，寿命长，因此钛得到了广泛的应用。

我国使用钛材制造化工设备已有40多年历史。但是，钛制化工设备尤其钛-钢复合板制化工设备，比钢制化工设备在技术上有更多难度，积累经验也少得多，因此，对于钛-钢复合板制化工设备的设计、制造，备受关注。

钛-钢复合板制化工设备中用量最多的是容器，而且是压力容器。一般情况下，当操作压力和温度（200℃以上）较高时，压力容器的封头和全部筒节均用钛-钢复合板制造，就是常说的钛-钢复合板压力容器。

2 钛-钢复合板生产方法

按照目前复合板生产技术，钛-钢复合板生产方法允许使用轧制法、爆炸法、爆炸-轧制法三种方法。压力容器钛-钢复合板常用的是爆炸法。

3 压力容器用钛-钢复合板级别

3.1 压力容器用钛-钢爆炸复合板分为1级、2级、3级。

3.2 1级复合板，未结合率0%，用于过渡接头、法兰等高结合强度，且不允许不结合区存在；2级复合板，未结合率≤2%，是将钛材作为强度设计材料或特殊用途的复合板，如管板等；3级复合板，未结合率≤5%，是将钛材作为耐蚀设计，而不考虑其强度的复合板。

4 压力容器用钛-钢复合板材料主要技术规定

4.1 覆材符合GB/T3621 钛及钛合金板材中的TA0、TA1、TA2、TA9、TA10。

4.2 基材符合

4.2.1 GB713 锅炉和压力容器用钢板，如Q245R和Q345R；

4.2.2 GB24511 承压设备用不锈钢钢板及钢带，如S30408；

4.2.3 GB3531 低温压力容器用低合金钢钢板，如16MnDR；

4.2.4 NB/T47008 承压设备用碳素钢和合金钢锻件，如16Mn；

4.2.5 NB/T47009 低温承压设备用低合金钢锻件，如16MnD；

4.2.6 NB/T47010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件，如S30408。

注：基材也可采用上述各标准中的其他牌号。

4.3 覆材在复合前应处于退火状态。

4.4 基材的技术要求（如交货状态、力学性能检验率、超声检测等）还应符合GB150或JB4732的规定。以锻件为基材时，应采用III级或IV级锻件。

4.5 压力容器用钛-钢复合板应经热处理（消除应力退火）、校平、剪切（或切割）及覆材表面去除氧化皮处理后交货。

4.6 压力容器用钛-钢复合板应逐张超声检测，扫查方式采用100%扫查。其结合状态应符合相应级别规定。

钛-钢复合板压力容器制造技术

郭文彬（江苏远方迪威尔容器有限公司，宜兴214206）

摘 要：本文主要介绍钛-钢复合板压力容器接头形式、焊接要求及制造技术要点，以期为钛-钢复合板压力容器制造提供技术参考。

关键词：钛-钢复合板压力容器焊接接头焊接技术

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4.7 压力容器用钛-钢复合板复合界面的结合剪切强度应不小于140MPa。对于双面复合板，分别保留不同侧覆材进行剪切试验。

4.8 压力容器用钛-钢复合板只进行基材的拉伸试验，其试验结果应符合基材标准规定。

4.9 压力容器用钛-钢复合板只进行基材的冲击试验，冲击试验温度和冲击功应符合基材标准规定。如基材标准无冲击试验要求，则复合板不进行冲击试验。

4.10 压力容器用钛-钢复合板弯曲性能

单面复合板做内弯曲（覆材表面受压）和外弯曲（覆材表面受拉）试验，双面复合板外弯曲（两种覆材表面分别受拉）试验，试验要求和试验结果按表1规定。基材为锻件的复合板不进行弯曲试验。

5 复合板复合界面的结合剪切强度

标准NB/T47002-2009规定，压力容器用钛-钢复合板复合界面的结合剪切强度应不小于140MPa，不锈钢-钢复合板复合界面的结合剪切强度应不小于210MPa，二者相比，标准剪切强度下限规定值，前者比后者小70MPa，主要在于钛-钢复合板在650℃退火处理的结果。

爆炸后的复合板有内应力存在。内应力大时，在运输或冷矫正过程中会使钛与钢分离，所以应退火消除内应力。

文献[1]数据表明，室温下，牌号T A2-3/16Mn，规格3/10，剪切强度平均值294 MPa，在600℃时，剪切强度平均值196 MPa，在700℃时，剪切强度平均值156.8 MPa，在900℃时，剪切强度平均值127.4MPa。

据此，钛-钢复合板消除应力退火热处理温度选定为650℃，保温时间20~30分钟。

虽然在650℃时，钛完全再结晶，但钢仍处于不完全再结晶状态，说明在钛-钢复合板复合界面仍有部分应力存在。

6 压力容器用钛-钢复合板筒体卷制

钢板卷制成筒体过程中，在钢板厚度方向上，钢板厚度中性线外层受到拉伸、内层受压缩，越靠近外层受到的拉伸变形越大，愈靠近内侧受到的压缩变形越大。微观各层存在滑动趋势，即存在剪切应力。

由于钛-钢复合板复合虽经退火消除部分因爆炸而产生的应力，但界面仍存在有部分应力，再叠加因卷制而产生的剪切应力，使得本来结合剪切强度不高的钛-钢复合板复合界面面临巨大剥离风险。

这些因素，决定了钛-钢复合板筒体卷制的特殊要求。

6.1 使用合适的预弯模板进行板端预弯。

6.2 卷板一次压下量不宜过大，不应在同一区域往复成形。

6.3 纵缝基层焊接完毕先进行无损检测，并焊接返修合格。

6.4 尽可能减少筒体再找圆次数。

7 压力容器用钛-钢复合板接头焊接

由于钛-钢熔融在一起会生产金属间化合物TiFe2和TiFe，使焊缝金属综合力学性能降低，并降低钛的耐腐蚀性能，因此钛-钢复合板接头焊接实际上分别是钛的焊接和基层钢的焊接。常见钛-钢复合板典型对接接头如图1所示，其焊接次序为：基材焊接——基材焊缝无损检测合格——钻检查孔——铺衬钛垫板——组焊钛盖板。

弯曲角度弯心直径试验结果

180°内弯曲按基材标准规定，外弯曲d=4α

（d为弯心直径，α为试样厚度）

在弯曲部分的外侧不得有裂纹，

复合界面不得有分层

表1

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