淺談復合板材料制造壓力容器的問題

吳曉春

摘要：復合板在近幾年來得到了較廣泛的應用，以取代某些環境下采用的純不銹鋼。本文針對復合板制壓力容器制造常見的問題進行了闡述，并對I類和II類復合板制壓力容器之間的異同和應注意的事項進行了深入論述。

關鍵詞：復合板；壓力容器；設計；制造；檢驗

復合板是由基層材料和復層材料通過爆炸或爆炸——軋制等方法復合而成的雙金屬板。由于復合板具有強度高、耐蝕耐磨等特殊性能好和造價較低等優點，近年來在石化、冶金、機械、能源、航天等領域得到廣泛應用。在壓力容器行業中，復合板主要用于制造反應釜、換熱器、貯罐等設備。用于制造壓力容器的復合板目前主要有兩類，一類是基層材料與復層材料焊接性較好，這類材料有不銹復合鋼板、鎳基合金復合鋼板等（以下簡稱I類材料）；一類是基層材料與復層材料焊接性較差或不能焊接，這類材料有鈦復合板、銅復合板、鋁復合板等（以下簡稱II類材料）。對這兩類復合材料，在容器產品設計、制造和檢驗時都有很大的不同，應區別對待。

1.材料要求

對于復合板材料來說，基層與覆層貼合的緊密程度是非常關鍵的問題，如果基層與覆層間貼合不好，不僅不能滿足防腐的要求，而且在使用過程中還有可能導致鼓包和大面積脫層，從而嚴重影響設備的安全使用。同時在設備制造過程中會直接影響殼體的組對焊接質量，尤其容易導致焊縫及母材微裂紋的產生，給設備的安全使用留下隱患。因此，在用復合板生產之前，仍然需要進行復驗，用超聲波探傷的方法對復合板的貼合程度進行抽查，不允許任何超標缺陷存在。

除此之外，還應視設備類別及所使用的介質等，對復合材料的力學性能，化學成分進行復驗，以確保壓力容器主體材料的可靠性。

2.容器制造

采用機械切割時，復層朝上，并應注意防止復層表面的損傷。對厚度大于12mm以上的復合鋼板，可按設備裝備情況依次采用等離子切割、氣割、氧助熔劑切割。切割后用機械方法切除熱響區及端面缺陷和裂紋，嚴禁將切割熔渣濺在復層表面上。等離子切割時，將復層面朝上，從復層側開始切割；采用氣割時，復層朝下，從基層側開始振動切割。

容器制作要求進行預熱處理時，預熱按NB/T47015-2011《壓力容器焊接規程》及相關規定以基層材料為準選擇預熱工藝。容器制作結束，設計需要進行焊后熱處理時，熱處理規范按基層材料規格進行選用。對耐晶間腐蝕要求較高的設備，如基層材料需熱處理，復層材料在基層材料熱處理后再進行焊接。

為保證復合鋼板不失去原有的綜合性能，焊接時基層和復層應分別進行，焊接工藝與相應的材料焊接工藝近似。對I類材料，還應增加過渡層的焊接，過渡層的填充材料要選擇既能降低焊縫金屬的稀釋率，又要防止復層材料抗腐蝕、抗裂、抗應力腐蝕性能的降低，并對基層材料和復層材料有較好的焊接性的焊接材料。

對基層和復層進行切割和焊接時，為了防止飛濺及熔渣粘到復層材料表面，影響材料的性能，應在復層表面涂以保護涂層。

3.成形及組裝

對于復合板的成形，在設備能力允許的條件下，盡量采用冷加工，在成形過程中關鍵問題是覆層表面的保護，因為一般覆層的厚度都很薄，稍不注意就有可能導致局部表面的機械損傷，影響覆層的耐蝕作用。防止這種情況產生的有效方法，就是將曲輥及模具表面修磨光滑整潔，從而起到保護覆層的作用，當復合板需要采用熱成形時，要注意保護成形時的終止溫度和冷卻速度，加熱次數不應超過兩次，并且要使板均勻加熱，以保覆層材料的耐腐蝕性能。

復合板殼體的組裝與一般的單層殼體的組裝，原則上沒有多大區別，只是在對口錯邊量控制上復合板殼體要求要嚴格的多。它不是按板料的整個厚度來確定，而是按覆層的厚度來確定，規定不得超過覆層的厚度的1/2且不大于2mm。正因為如此，在前面的下料及坡口加工中，專門強調了在下料及刨邊時必需嚴格控制其周長尺寸和對角線尺寸，其目的就在于確保組裝對對口錯邊量符合要求。同時也可避免強制組對。此外，組裝時應禁在覆層上點焊吊耳、卡子等附屬物，以避免損傷覆層。如必需要點焊時，在拆除時必需對焊疤、弧坑等進行補焊并修磨至與母材齊平，然后對這些部位表面做著色檢查，以防止留下微裂紋等開口性缺陷，給設備的安全使用留下隱患。

4.容器檢驗

容器制作過程中，需對接頭進行無損檢測。

對基層焊縫，按容器類別和圖紙要求分別進行100%無損檢測或20%局部無損檢測；然后，再焊接復層貼條焊縫，對復層焊縫，一般應進行100%滲透探傷。容器整體制作完成后，按相關規定需對容器進行強度試驗。對I類材料容器，一般強度試驗都可一次通過；而對II類材料，由于基層和復層材料之間不易結合，往往需反復多次才能通過強度試驗。這對容器的使用壽命來說是有害的和不允許的，因此，在強度試驗時發現復層泄漏時，應結合制造廠的條件，優先選用檢漏效率較高的檢測方法，盡量減少強度試驗的次數。以下是常用的幾種檢漏方法的比較和介紹。

滲透檢驗：采用清洗劑+滲透劑+顯影劑對焊縫近表面開口狀缺陷進行檢驗，靈敏度較低，可滿足一般要求的缺陷檢測。

肥皂水檢驗：操作簡單，檢測成本較低，需配套壓縮空氣進行檢測，但檢測靈敏度不高，對非穿透性缺陷不易檢測。

氨滲透檢驗：需專用的氨試紙貼在復合板的復層側，通過從缺陷處滲透的氨與試紙發生反應，從顏色的變化可定位出缺陷的位置，檢測精度較高，但其需在試驗前后對空間內的空氣進行置換，如檢測結束置換不完全，殘余在基層與復層間隙內的氨會造成碳鋼基層的應力腐蝕，從而降低設備的使用壽命。

氦質譜檢漏：利用全自動氦質譜檢漏儀，從檢漏孔中通入氦氣，在容器內部用靈敏度較高的檢漏儀可輕松地找到漏點。這種方法檢漏效率高，方便、快捷。殘留物質為氦氣，不會對基層材料性能造成影響。但需專用設備，成本較高。

5.結論

對復合材料制作壓力容器，由于其良好的應用前景，隨著其不斷地向各個應用領域的延伸，其制造技術及工藝也會逐漸凸現出現，相信一些新的、先進的制作工藝也會逐步得到推廣和應用。

參考文獻：

[1]劉巍SA516-70+SA240-TP316L不銹復合鋼板的焊接.中國鍋爐壓力容器安全， 2003 （1）

[2]張日恒銅—鋼異種金屬材料的焊接工藝.壓力容器，2003 （9）