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

发表时间：2014-10-31T11:21:36.810Z 来源：《科学与技术》2014年第9期下供稿作者：徐祥

[导读] 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。

江苏省特种设备安全监督检验研究院张家港分院徐祥

摘要：复合板在近几年来得到了较广泛的应用，以取代某些环境下采用的纯不锈钢。本文针对复合板制压力容器制造常见的问题进行了阐述，并对I类和II类复合板制压力容器之间的异同和应注意的事项进行了深入论述。

关键词：复合板；压力容器；设计；制造；检验

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。