威海化工机械有限公司——爆炸复合板及大型复合板设备的国产化

3.爆炸前基础的选择


爆炸焊接基础的作用除支撑和垫托钢板--炸药系统外， 主要作用在于吸收和消散金属爆炸焊接后剩余的爆炸能 量，尽可能地减小材料的变形。 基础对复合板的反作用力的大小取决于基础物质的强度、 刚度和整体性。强度和刚度较大的整体基础，其反作用 力大，整体性的比松散性的反作用力大。结合实际情况， 通常选择结构简单的、干燥的、厚度约1.5米沙垫作为基 础。爆炸过程中这种基础会吸收复合板冲击时产生的冲 击波和尽量避免反射膨胀波的发生，很好的保护基层材 料免受伤害。
整体热处理
总结

依靠先进技术，完善的装备，采取合理的工艺 和科学的组织安排。我公司在5个月内，保质 保量的完成6台胺液吸收塔的制造任务，该批 设备是我国迄今为止整体出口重量最大的天然 气处理核心装备。塔体采用厚壁复合板制造， 也是我国目前已建造的壳体最厚的天然气处理 装备。我公司为爆炸复合板制大型压力容器的 国产化贡献了力量，也为国家赢得了荣誉。
4.爆炸焊接过程的必要条件

4.1爆炸焊接对炸药的要求
爆炸焊接用炸药经过长时间的应用和总结，需要满足 以下要求： 爆速要低，一般以2000米/秒左右为宜。通常采用混合 炸药，如：铵盐炸药。 用智能5段爆速仪对 每批炸药测定爆速。



所用炸药应当具有稳定的物理、化学和爆炸 性能。在厚度和密度较大的变化范围内能够 用起爆器材引爆，并能迅速的达到稳定爆轰， 既不结合区尽可能小。 所用炸药不吸水和不潮解，在一定的温度下 和特定介质中具有稳定性。

自二十世纪六十年代初，国外已经开始采用爆炸法 生产锆钢复合板，目前国内压力容器所用的锆钢复 合板大多从国外进口，价格昂贵，交货周期长，不 利于锆钢复合板的推广应用，因此有必要对锆钢复 合板的爆炸复合进行工艺性研究，及早生产出符合 标准的锆钢复合板，对于节省设备成本和缩短设备 制造工期有显著意义。
锆是一种活性金属，很容易产生氧化反应。如 在室温下就能和空气里的氧起反应，形成一层 氧化物保护膜。使其具有优良的耐酸、碱腐蚀 的特点，在醋酸、硝酸、尿素、以及聚甲醛、 聚乙烯等生产装置中得到越来越多的应用。因 受产量和价格的限制，目前应用量较少。利用 爆炸复合的方法将锆板和钢板制成锆钢复合板， 不仅综合利用了锆和钢的优点，而且极大地降 低了制造成本，为锆材的广泛应用奠定了基础。
稳质量，保进度
1、吸收塔的筒体由14节筒节组成，环焊缝均采用窄间 隙的坡口，使用进口的窄间隙自动焊机进行施焊。 2、DN＞50mm接管采用内壁堆焊机进行堆焊。 3、壳体人孔坡口采用三维机器人开孔机进行开孔并切 割坡口。 4、人孔接管与壳体的连接焊缝，采用马鞍形数控焊机 进行焊接。
纵环缝100%TOFD超声波探伤
5.爆炸焊接工艺安装

为实现金属材料的爆炸焊接，需要将它们按预定的形 式进行工艺上的安装。如图1所示：

爆炸前安装图
爆炸前安装图
爆炸瞬间蘑菇云图
爆炸焊接后的复合钢板
6.爆炸焊接后复合板的热处理




热处理的目的： 消除爆炸焊接过程中在复合材料的表面、 结合面和基体内部形成的不同方向及大小 的残余应力。 消除爆炸硬化和爆炸强化为复合材料后续 的机械加工创造条件。 经过540℃的电炉热处理后，制取剪切试 样进行加工试验，剪切强度一般会大于 300Mpa。
一、设备制造背景
大型天然气胺ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ吸收塔设备制造技术一直由英国派 特法石油工程公司和韩国LG国际公司所垄断。国内 仅制造一些中小型Q345R（R-HIC）材料的设备。由 于土库曼斯坦加尔金内什气田的天然气中含有高浓 度的H2S和CO2气体及其他杂质成分，介质条件非常 恶劣，壳体仅靠单层的Q345R(R-HIC)材料，根本不 可能达到30年的设计寿命要求。经过多次的均匀腐 蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀试验，最终选定为Q345R （R-HIC）+022Cr17Ni14Mo2不锈钢复合材料。
爆炸复合板及大型复合板设备的国产化
威海化工机械有限公司 谢孔华
锆金属爆炸复合板

经过三十多年的发展，公司在多方面拥有成熟、 完备的技术经验。尤其在金属爆炸复合板的制造 方面，通过向日本、美国等复合板先进制造企业 进行学习、吸收和消化，使得我公司的锆金属爆 炸复合板技术已经达到了国际先进水平。
引言
7.复合板的超声检测和力学试验
8．复合板的表面处理

锆钢复合板一般进行抛光处理，经过抛光后的锆复合 板表面在后续卷筒、压封头等工序，对表面质量的控 制非常有利，而且为设备整体制造完成后的抛光或酸 洗钝化做好了基础。使化工设备在使用过程中的耐腐 蚀性得到了保障。
二、大型复合板设备的国产化

我公司是国内最早制造压力容器的厂家之一，多年 来通过与国外公司的合作，在制造大型设备方面， 如加氢反应器、气化炉、变换炉和爆炸复合板设备， 积累了大量经验。特别是大厚复合板压力容器方面， 制造了多批高温高压工况的磁力驱动搅拌反应釜， 甲乙酮水合反应器，天然气胺液吸收塔等国产化设 备。去年制造的天然气胺液吸收塔，是国内首次制 造的爆炸复合板结构的天然气处理设备，且同一批 制造6台。
大厚壁筒体的直线度控制
较厚的钝边，无间隙组对有利于控制环焊缝 轴向收缩的均匀性。 窄间隙坡口既节约了焊接材料，提高了施工进 度，又降低了轴向焊接应力，有利于降低环焊 缝轴向收缩的不均性。 胺液吸收塔采取分三段组焊的方法，分别控制 三段筒体的直线度。吸收塔整体组焊后，6台 吸收塔筒体的直线度均控制在20mm以下，符 合直线度的设计要求。
一、锆钢焊接复合板制造流程
原料准备
爆炸复合
探伤检查
热处理
性能检测
切四边取样
精校
压力校平
探伤检查
抛光/酸洗钝化
喷打标识
包装入库
1.原材料选择

爆炸焊接首先要选择具有一定强度、塑 性及韧性的基层和覆层钢板，且基层钢 板内部经超声检测不得有分层和夹杂现 象。如不能满足以上条件，钢板爆炸后 易出现断裂或鼓包现象。覆层锆板需要 具备足够的塑形，否则无法保证复合后 的剪切强度。
4.爆炸焊接过程的必要条件
4.3复板与基板之间需要间隔一定的距离


设此间隙的目的在于实现爆炸焊接所需要能量的传递、 吸收、转换和分配，为金属爆炸焊接提供一个获得能量 的结构和过程。 在爆炸焊接的情况下，金属焊接所需要的能量主要有三 种：结合区一薄层基体金属的塑性变形能、熔化能和它 们之间原子的扩散能。间隙的作用就在与它能够将炸药 的化学能转换成这些能量。
接管结构的改进

由于异种钢焊接质量的不稳定性，我公司 依据多年的制造经验，对传统接管结构进 行了改进：DN＜50mm的接管改为16Mn锻 件+不锈钢衬管 胀接结构；DN≥50mm接 管改为16Mn锻件内壁堆焊结构。
大厚壁筒体的直线度控制
控制筒节的圆度、筒节端面和轴线的垂直度， 是确保大厚壁筒体直线度的基础。采取温卷 筒节，温校圆的方法，圆度控制在标准之内。 筒节的端面环向坡口采用机加工，端面的垂 直度控制在1mm之内。环焊缝在各个方位轴 向收缩的不均性，是影响大厚壁筒体直线度 的根源。筒节的环缝采用窄间隙坡口，钝边 厚度为6mm，采取无间隙组对的方法进行组 对。
设备概况
天然气胺液吸收塔，是天然气处理的核心设备。 设计压力10.5MPa，设计温度89℃，筒体板的厚度为 138+3（mm），公称直径DN3400mm，塔体高度约为 35m。塔内装有28层塔盘，下装式除沫器和H型结构的 贫液分布器等内件，设备总重536吨。 塔体直线度≤23mm，任意3000mm长度的筒体 直线度≤3mm。 受压元件材料和焊缝应做抗氢诱导裂纹（HIC）试验；抗 硫化氢应力腐蚀（SCC）试验，不锈钢材料要求做应力 腐蚀、晶间腐蚀和均匀腐蚀等技术要求。
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4.爆炸焊接过程的必要条件
4.2爆炸焊接对炸药爆炸的要求 （1） 爆炸焊接工艺对炸药的爆炸必须是接触爆 炸。也就是炸药铺设于复层之上，或与复层紧密 接触的薄缓冲层之上。此时，炸药与复层或缓冲 层之间无空隙的接触。爆轰波不借助其他介质， 直接紧贴复层或缓冲层一扫而过。 （2）在均匀布药的情况下，爆轰波自始至终以 基本相同的速度在复板上传播。
2.爆炸前的净化及平整处理

爆炸焊接前的处理，必须将待结合面进行 清洁净化处理，对基板和过渡层、复板的 待结合面分别进行抛光处理。基板一般为 碳钢材料，表面有一层很厚的氧化皮，经 过打磨后要求光洁度小于3.2μm。过渡层 必须双面进行打磨，光洁度和复板相同， 都需要达到1.6μm。然后用薄板矫平机对 过渡层和复板进行校平，达到每米不平度 3mm时，即可上山爆炸复合。
接管结构的改进
每台吸收塔有31个接管，接管尺寸由DN15至DN200， 如果按照常规设计一般采用不锈钢锻件材料，这样 将造成与壳体连接的焊缝为异种钢焊接。由于不锈 钢焊缝和低合金钢材料在铬含量和碳含量方面的差 异，碳原子会越过熔合线，往奥氏体不锈钢焊缝的 一侧迁移，形成增碳层；在碳钢母层一侧形成脱碳 层，造成熔合线区域存在较低的力学性能，特别是 较低冲击性能的薄弱带。随着坡口内的焊缝金属逐 层填充，在焊接残余应力等于或大于薄弱带的结合 力时，产生了裂纹。