复合板制造压力容器应注意的问题

复合板制造压力容器应注意的问题

复合板是由基层材料和复层材料通过爆炸或爆炸――轧制

等方法复合而成的双金属板。由于复合板具有强度高、耐蚀耐磨等特殊性能好和造价较低等优点, 近年来在石化、冶金、机械、能源、航天等领域得到广泛应用。它综合了基层材料和复层材料各自的性能优点,既有基层材料所有的结构强度和刚度, 又有复层材料所具有的耐蚀耐磨等基层材料没有的特殊性能, 使设备重量和造价大大降低, 结构尺寸变小, 避免了不锈钢、镍、铜、钛、铝等贵重金属材料的浪费, 有着良好的经济效益和社会效益及应用前景。

在压力容器行业中, 复合板主要用于制造反应釜、换热器、贮罐等设备。用于制造压力容器的复合板目前主要有两类, 一类是基层材料与复层材料焊接性较好, 这类材料有不锈复合钢板、镍基合金复合钢板等（以下简称I 类材料）; 一类是基层材料与复层材料焊接性较差或不能焊接, 这类材料有钛复合板、铜复合板、铝复合板等（以下简称II 类材料）。对这两类复合材料, 在容器产品设计、制造和检验时都有很大的不同, 应区别对待。

1材料要求

对于复合板材料来说, 基层与覆层贴合的紧密程度是非常关键的问题, 如果基层与覆层间贴合不好, 不仅不能满足防

腐的要求,而且在使用过程中还有可能导致鼓包和大面积脱层, 从而严重影响设备的安全使用。同时在设备制造过程中会直接影响壳体的组对焊接质量, 尤其容易导致焊缝及母材微裂纹的产生, 给设备的安全使用留下隐患。因此, 在用复合板生产之前,仍然需要进行复验, 用超声波探伤的方法对复合板的贴合程度进行抽查, 不允许任何超标缺陷存在。

除此之外,还应视设备类别及所使用的介质等, 对复合材料的力学性能, 化学成分进行复验, 以确保压力容器主体材料的可靠性。

2容器制造

采用机械切割时,复层朝上,并应注意防止复层表面的损伤。对厚度大于12mm以上的复合钢板，可按设备装备情况依次采用等离子切割、气割、氧助熔剂切割。切割后用机械方法切除热响区及端面缺陷和裂纹, 严禁将切割熔渣溅在复层表面上。等离子切割时, 将复层面朝上, 从复层侧开始切割; 采用气割时, 复层朝下, 从基层侧开始振动切割。

容器制作要求进行预热处理时，预热按JB4709《钢制压力容器焊接工艺规程》及相关规定以基层材料为准选择预热工艺。容器制作结束, 设计需要进行焊后热处理时, 热处理规范按基层材料规格进行选用。对耐晶间腐蚀要求较高的设备, 如基层材料需热处理, 复层材料在基层材料热处理后再进行焊接。

为保证复合钢板不失去原有的综合性能, 焊接时基层和复

层应分别进行, 焊接工艺与相应的材料焊接工艺近似。对I 类材料, 还应增加过渡层的焊接, 过渡层的填充材料要选择既能降低焊缝金属的稀释率, 又要防止复层材料抗腐蚀、抗裂、抗应力腐蚀性能的降低, 并对基层材料和复层材料有较好的焊接性的焊接材料。

对基层和复层进行切割和焊接时, 为了防止飞溅及熔渣粘到复层材料表面,影响材料的性能, 应在复层表面涂以保护涂层。

3成形及组装

对于复合板的成形, 在设备能力允许的条件下, 尽量采用冷加工,在成形过程中关键问题是覆层表面的保护, 因为一般覆层的厚度都很薄,稍不注意就有可能导致局部表面的机械损伤, 影响覆层的耐蚀作用。防止这种情况产生的有效方法, 就是将曲辊及模具表面修磨光滑整洁,从而起到保护覆层的作用, 当复合板需要采用热成形时, 要注意保护成形时的终止温度和冷却速度, 加热次数不应超过两次,并且要使板均匀加热, 以保覆层材料的耐腐蚀性能。

复合板壳体的组装与一般的单层壳体的组装, 原则上没有多大区别, 只是在对口错边量控制上复合板壳体要求要严格的多。它不是按板料的整个厚度来确定,而是按覆层的厚度来确定, 规定不得超过覆层的厚度的1/2且不大于2mm正因为如此,在前面的下料及坡口加工中, 专门强调了在下料及刨边时

必需严格控制其周长尺寸和对角线尺寸, 其目的就在于确保组

装对对口错边量符合要求。同时也可避免强制组对。此外, 组

装时应禁在覆层

上点焊吊耳、卡子等附属物, 以避免损伤覆层。如必需要点焊时在拆除时必需对焊疤、弧坑等进行补焊并修磨至与母材齐平, 然后对这些部位表面做着色检查, 以防止留下微裂纹等开口性缺陷给设备的安全使用留下隐患。

4容器检验

容器制作过程中, 需对接头进行无损检测。

对基层焊缝, 按容器类别和图纸要求分别进行100%无损检测或20%局部无损检测; 然后, 再焊接复层贴条焊缝, 对复层焊缝, 一般应进行100%渗透探伤。容器整体制作完成后, 按相关规定需对容器进行强度试验。对I 类材料容器, 一般强度试验都可一次通过; 而对II 类材料, 由于基层和复层材料之间不易结合, 往往需反复多次才能通过强度试验。这对容器的使用寿命来说是有害的和不允许的, 因此,在强度试验时发现复层泄漏时,应结合制造厂的条件, 优先选用检漏效率较高的检测方法,尽量减少强度试验的次数。以下是常用的几种检漏方法的比较和介绍。

渗透检验: 采用清洗剂+渗透剂+显影剂对焊缝近表面开口状缺陷进行检验, 灵敏度较低, 可满足一般要求的缺陷检测。

肥皂水检验:操作简单,检测成本较低,需配套压缩空气进

行检测,但检测灵敏度不高,对非穿透性缺陷不易检测。

氨渗透检验: 需专用的氨试纸贴在复合板的复层侧, 通过从缺陷处渗透的氨与试纸发生反应, 从颜色的变化可定位出缺陷的位置,检测精度较高, 但其需在试验前后对空间内的空气进行置换, 如检测结束置换不完全, 残余在基层与复层间隙内的氨会造成碳钢基层的应力腐蚀, 从而降低设备的使用寿命。

氦质谱检漏: 利用全自动氦质谱检漏仪, 从检漏孔中通入氦气, 在容器内部用灵敏度较高的检漏仪可轻松地找到漏点。这种方法检漏效率高, 方便、快捷。残留物质为氦气, 不会对基层材料性能造成影响。但需专用设备, 成本较高。

5结语

对复合材料制作压力容器,由于其良好的应用前景, 随着其不断地向各个应用领域的延伸, 其制造技术及工艺也会逐渐凸现出现,相信一些新的、先进的制作工艺也会逐步得到推广和应用。