吳曉春
摘要:復(fù)合板在近幾年來(lái)得到了較廣泛的應(yīng)用,以取代某些環(huán)境下采用的純不銹鋼。本文針對(duì)復(fù)合板制壓力容器制造常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了闡述,并對(duì)I類和II類復(fù)合板制壓力容器之間的異同和應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了深入論述。
關(guān)鍵詞:復(fù)合板;壓力容器;設(shè)計(jì);制造;檢驗(yàn)
復(fù)合板是由基層材料和復(fù)層材料通過(guò)爆炸或爆炸——軋制等方法復(fù)合而成的雙金屬板。由于復(fù)合板具有強(qiáng)度高、耐蝕耐磨等特殊性能好和造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在石化、冶金、機(jī)械、能源、航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在壓力容器行業(yè)中,復(fù)合板主要用于制造反應(yīng)釜、換熱器、貯罐等設(shè)備。用于制造壓力容器的復(fù)合板目前主要有兩類,一類是基層材料與復(fù)層材料焊接性較好,這類材料有不銹復(fù)合鋼板、鎳基合金復(fù)合鋼板等(以下簡(jiǎn)稱I類材料);一類是基層材料與復(fù)層材料焊接性較差或不能焊接,這類材料有鈦復(fù)合板、銅復(fù)合板、鋁復(fù)合板等(以下簡(jiǎn)稱II類材料)。對(duì)這兩類復(fù)合材料,在容器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)時(shí)都有很大的不同,應(yīng)區(qū)別對(duì)待。
1.材料要求
對(duì)于復(fù)合板材料來(lái)說(shuō),基層與覆層貼合的緊密程度是非常關(guān)鍵的問(wèn)題,如果基層與覆層間貼合不好,不僅不能滿足防腐的要求,而且在使用過(guò)程中還有可能導(dǎo)致鼓包和大面積脫層,從而嚴(yán)重影響設(shè)備的安全使用。同時(shí)在設(shè)備制造過(guò)程中會(huì)直接影響殼體的組對(duì)焊接質(zhì)量,尤其容易導(dǎo)致焊縫及母材微裂紋的產(chǎn)生,給設(shè)備的安全使用留下隱患。因此,在用復(fù)合板生產(chǎn)之前,仍然需要進(jìn)行復(fù)驗(yàn),用超聲波探傷的方法對(duì)復(fù)合板的貼合程度進(jìn)行抽查,不允許任何超標(biāo)缺陷存在。
除此之外,還應(yīng)視設(shè)備類別及所使用的介質(zhì)等,對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能,化學(xué)成分進(jìn)行復(fù)驗(yàn),以確保壓力容器主體材料的可靠性。
2.容器制造
采用機(jī)械切割時(shí),復(fù)層朝上,并應(yīng)注意防止復(fù)層表面的損傷。對(duì)厚度大于12mm以上的復(fù)合鋼板,可按設(shè)備裝備情況依次采用等離子切割、氣割、氧助熔劑切割。切割后用機(jī)械方法切除熱響區(qū)及端面缺陷和裂紋,嚴(yán)禁將切割熔渣濺在復(fù)層表面上。等離子切割時(shí),將復(fù)層面朝上,從復(fù)層側(cè)開(kāi)始切割;采用氣割時(shí),復(fù)層朝下,從基層側(cè)開(kāi)始振動(dòng)切割。
容器制作要求進(jìn)行預(yù)熱處理時(shí),預(yù)熱按NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》及相關(guān)規(guī)定以基層材料為準(zhǔn)選擇預(yù)熱工藝。容器制作結(jié)束,設(shè)計(jì)需要進(jìn)行焊后熱處理時(shí),熱處理規(guī)范按基層材料規(guī)格進(jìn)行選用。對(duì)耐晶間腐蝕要求較高的設(shè)備,如基層材料需熱處理,復(fù)層材料在基層材料熱處理后再進(jìn)行焊接。
為保證復(fù)合鋼板不失去原有的綜合性能,焊接時(shí)基層和復(fù)層應(yīng)分別進(jìn)行,焊接工藝與相應(yīng)的材料焊接工藝近似。對(duì)I類材料,還應(yīng)增加過(guò)渡層的焊接,過(guò)渡層的填充材料要選擇既能降低焊縫金屬的稀釋率,又要防止復(fù)層材料抗腐蝕、抗裂、抗應(yīng)力腐蝕性能的降低,并對(duì)基層材料和復(fù)層材料有較好的焊接性的焊接材料。
對(duì)基層和復(fù)層進(jìn)行切割和焊接時(shí),為了防止飛濺及熔渣粘到復(fù)層材料表面,影響材料的性能,應(yīng)在復(fù)層表面涂以保護(hù)涂層。
3.成形及組裝
對(duì)于復(fù)合板的成形,在設(shè)備能力允許的條件下,盡量采用冷加工,在成形過(guò)程中關(guān)鍵問(wèn)題是覆層表面的保護(hù),因?yàn)橐话愀矊拥暮穸榷己鼙?,稍不注意就有可能?dǎo)致局部表面的機(jī)械損傷,影響覆層的耐蝕作用。防止這種情況產(chǎn)生的有效方法,就是將曲輥及模具表面修磨光滑整潔,從而起到保護(hù)覆層的作用,當(dāng)復(fù)合板需要采用熱成形時(shí),要注意保護(hù)成形時(shí)的終止溫度和冷卻速度,加熱次數(shù)不應(yīng)超過(guò)兩次,并且要使板均勻加熱,以保覆層材料的耐腐蝕性能。
復(fù)合板殼體的組裝與一般的單層殼體的組裝,原則上沒(méi)有多大區(qū)別,只是在對(duì)口錯(cuò)邊量控制上復(fù)合板殼體要求要嚴(yán)格的多。它不是按板料的整個(gè)厚度來(lái)確定,而是按覆層的厚度來(lái)確定,規(guī)定不得超過(guò)覆層的厚度的1/2且不大于2mm。正因?yàn)槿绱耍谇懊娴南铝霞捌驴诩庸ぶ?,專門強(qiáng)調(diào)了在下料及刨邊時(shí)必需嚴(yán)格控制其周長(zhǎng)尺寸和對(duì)角線尺寸,其目的就在于確保組裝對(duì)對(duì)口錯(cuò)邊量符合要求。同時(shí)也可避免強(qiáng)制組對(duì)。此外,組裝時(shí)應(yīng)禁在覆層上點(diǎn)焊吊耳、卡子等附屬物,以避免損傷覆層。如必需要點(diǎn)焊時(shí),在拆除時(shí)必需對(duì)焊疤、弧坑等進(jìn)行補(bǔ)焊并修磨至與母材齊平,然后對(duì)這些部位表面做著色檢查,以防止留下微裂紋等開(kāi)口性缺陷,給設(shè)備的安全使用留下隱患。
4.容器檢驗(yàn)
容器制作過(guò)程中,需對(duì)接頭進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。
對(duì)基層焊縫,按容器類別和圖紙要求分別進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)或20%局部無(wú)損檢測(cè);然后,再焊接復(fù)層貼條焊縫,對(duì)復(fù)層焊縫,一般應(yīng)進(jìn)行100%滲透探傷。容器整體制作完成后,按相關(guān)規(guī)定需對(duì)容器進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。對(duì)I類材料容器,一般強(qiáng)度試驗(yàn)都可一次通過(guò);而對(duì)II類材料,由于基層和復(fù)層材料之間不易結(jié)合,往往需反復(fù)多次才能通過(guò)強(qiáng)度試驗(yàn)。這對(duì)容器的使用壽命來(lái)說(shuō)是有害的和不允許的,因此,在強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)復(fù)層泄漏時(shí),應(yīng)結(jié)合制造廠的條件,優(yōu)先選用檢漏效率較高的檢測(cè)方法,盡量減少?gòu)?qiáng)度試驗(yàn)的次數(shù)。以下是常用的幾種檢漏方法的比較和介紹。
滲透檢驗(yàn):采用清洗劑+滲透劑+顯影劑對(duì)焊縫近表面開(kāi)口狀缺陷進(jìn)行檢驗(yàn),靈敏度較低,可滿足一般要求的缺陷檢測(cè)。
肥皂水檢驗(yàn):操作簡(jiǎn)單,檢測(cè)成本較低,需配套壓縮空氣進(jìn)行檢測(cè),但檢測(cè)靈敏度不高,對(duì)非穿透性缺陷不易檢測(cè)。
氨滲透檢驗(yàn):需專用的氨試紙貼在復(fù)合板的復(fù)層側(cè),通過(guò)從缺陷處滲透的氨與試紙發(fā)生反應(yīng),從顏色的變化可定位出缺陷的位置,檢測(cè)精度較高,但其需在試驗(yàn)前后對(duì)空間內(nèi)的空氣進(jìn)行置換,如檢測(cè)結(jié)束置換不完全,殘余在基層與復(fù)層間隙內(nèi)的氨會(huì)造成碳鋼基層的應(yīng)力腐蝕,從而降低設(shè)備的使用壽命。
氦質(zhì)譜檢漏:利用全自動(dòng)氦質(zhì)譜檢漏儀,從檢漏孔中通入氦氣,在容器內(nèi)部用靈敏度較高的檢漏儀可輕松地找到漏點(diǎn)。這種方法檢漏效率高,方便、快捷。殘留物質(zhì)為氦氣,不會(huì)對(duì)基層材料性能造成影響。但需專用設(shè)備,成本較高。
5.結(jié)論
對(duì)復(fù)合材料制作壓力容器,由于其良好的應(yīng)用前景,隨著其不斷地向各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的延伸,其制造技術(shù)及工藝也會(huì)逐漸凸現(xiàn)出現(xiàn),相信一些新的、先進(jìn)的制作工藝也會(huì)逐步得到推廣和應(yīng)用。
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