复合板制压力容器设计和制造应注意的问题

复合板制压力容器设计和制造应注意的问题

摘要：本文针对复合板制压力容器设计和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问题进行了深入论述。

关键词：复合板压力容器设计制造检验

1 前言

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优点，既有基层材料所具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，结构厚度变小，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，这类材料有不锈钢复合板、镍基合金复合板等（以下简称I 类材料）；另一类是基层材料与复层材料焊接性较差或不能焊接，对这两类复合材料，在压力容器产品设计、制造和检验时都有很大的不同，应区别对待。

2 容器设计

一般当容器设计厚度大于12mm时，就应该考虑选用复合材料的可能性。选用复合板作为压力容器壳体材料时，应根据介质的特性选用不同材

料类型的复合板，即是选择I类材料还是选择II类材料，再依据所选择材料类型选用不同的焊接连接接头结构形式。对于介质有腐蚀性或有耐热要求时，选择相应的复合板；对于不能与碳接触的介质，一般选用II类复合材料。常见的接头结构形式如下图（1）--图（5）所示。其中图（1）--图（3）适用於II类材料，图（4）--图（5）适用於I类材料。采用图（1）、图（3）结构时，需将基层焊缝余高除去与基层表面平齐，然后再进行贴条并焊接。具体的接头坡口尺寸按相应规范和标准的规定，并结合制造厂的技术装备选取。

图(1) 图(2) 图(3) 图(4) 图(5)

3 容器制造

3.1 材料检验

在复合板容器制造时，应首先对复合板的贴合率进行检验。如果基层和复层之间的贴合率达不到要求，不仅不能满足防腐、耐磨等特殊性要求，而且在使用过程中还有可能导致容器壳体鼓包和大面积脱层，严重降低设备的寿命和安全性能。同时，贴合不紧还将造成容器壳体的组装和焊接困难。因此，贴合率的检查是复合板容器制造过程中必须进行的一个过程。一般在合格的复合板材料的质量证明书中，虽然都有贴合率指标，但在容器制造前，仍应用超声波探伤对复合板的贴合率进行复验。对热成形或冷成形后热校形的封头检验时，应将贴合率作为一个重要指标进行复验。

3.2复合板下料、坡口加工和焊接

采用机械切割下料时，将复层向上，并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影响区及切割面缺陷和裂纹，严禁将切割熔渣溅到复层表面上。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。

对基层和复层进行焊接和切割时，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。

3.3 复合板容器的成形和组装

复合板板压力容器的成形和组装应有专用的加工和组装车间，尤其是对一些钛—钢、铜—钢等有色金属复合板容器，铁污染将会对容器的寿命和安全性能造成致命的影响。因此，在加工成形设备与复合板接触的表面，应用橡胶板、铝板等将复合板与铁金属隔离开。

在复合板容器组装时，应严格按规程和容器标准控制错边量。这一点与单金属制容器有明显的区别。错边量的控制按复层厚度的50%进行控制，且不大于2mm。另外，在组装时，不允许在复层上焊接临时卡子。

4 容器检验

容器制作过程中，需对接头进行无损检测。对复合板基层焊缝，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；合格后，再焊接复层贴条焊缝或过渡层和复层焊缝。对复层焊缝，一般应100%渗透探伤。容器整体制作完成后，按相关规定需对容器进

行强度试验和严密性试验。

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，由于在纵焊缝和环焊缝的基层和复层材料之间不易贴合，基层材料表面不平整或复层贴条未垫实，造成复层贴条焊缝承压时拉裂，根据经验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。因此在强度试验发现复层泄漏时，应结合制造厂的条件，应选用检漏效率较高的检测方法，尽量减少强度试验的次数。以下是几种常见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，但由于检测灵敏度不高，对非穿透性缺陷不易检测。

氨渗透检验：将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检测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。

氦质谱检验：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就可轻松地找到漏点。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。但此种方法需要专用设备，成本较高。

5.结论