关于复合钢板的化工压力容器制造工艺探析

关于复合钢板的化工压力容器制造工艺探析

常斌

中盐安徽红四方股份有限公司 安徽肥东 231602

摘要:复合钢板因其良好的适用性和经济性，广泛应用于石油、化工、航海、医疗、食品等行业，但其制造有其特殊性。本文主要从复合钢板在压力容器制造中的应用出发，对复合钢板在压筒切割、排版、焊接等方面的工艺及相关要求进行了阐述。

关键词:复合钢板;压力容器;制造过程;桶切削;布局;焊接

1重组前的准备

1.1复合钢板的制备

复合钢板基底和覆层的材料根据需要而定。一般情况下，基材为16MnR，包覆材料为0Crl8Ni9的不锈钢复合钢板更为常用。

图1复合钢板

复合钢板在复合前应满足以下条件:

(1)选用的复合钢板应具有符合现行国家标准的质量合格证，并保证钢板表面平整。

(2)复合钢板在使用中不得出现有害的外观缺陷。基底与包层结合面积应占总面积的95%以上，局部未结合面积不超过50cm2。对加工中应力较大(如冲压头)或使用中载荷较大(如管板)的复合钢板要求更严格。如果基层和熔覆表面的浅层缺陷不能磨损掉，熔覆表面所有缺陷的总面积不得超过复合面积的20%。同时，包覆材料的表面质量应符合复合方法，厚度应均匀，公差应符合规定的值。

(3)对于复合钢板的力学性能，其抗拉强度和伸长率原则上应等于或大于基材值;抗弯试验标准与基材相同，总厚度相同，总厚度< 100mm的钢板抗剪强度≥20 KGF /mm2;在三个试件的拼接弯曲中，有两个试件的弯曲部分两侧不应有超过50mm的分层。

(4)复合钢板进厂时应进行超声波检测，不得有有害分层。复合板材的维修、标刻、标线移位与一般钢制压力容器的原材料控制相同。

1.2落料和拼接

在制造压力容器复合钢板之前，制造商应按要求准备16MnR和0Crl8Ni9钢板。由于两种板材规格不同，特别是叠层材料不锈钢板材壁厚较薄，板材长度和板材宽度较小，所以需要进行拼接。裁剪和缝合时应注意:

(1)根据容器尺寸确定头部和简化字的实际钣金长度L和宽度B。

(2)基板的最小冲裁长度和宽度分别为L+ 100mm和B+ 100mm。最好在下料时将宽度圆整合到最接近B+ 100mm的标准宽度中。如果要从长度方向截住焊接试板，下料长度至少为L+ 500mm。

(3)为满足复合工艺的要求，熔覆层的长度和宽度应比基层的实际长度和宽度大50mm，即每边大25mm。

(4)按实际叠合板的长度、宽度及现有叠合板的规格进行拼接。拼接焊缝应通过磨削焊接，并进行渗透无损检测。不应有裂纹或其他过多的缺陷，底板和叠层板应平整。

　2. 壳牌消隐

(1复合钢板的筒体与封头对接焊时，直径应一致。

(2)板在卷绕过程中受到弯曲，其中应力为0的层称为中性层，中性层的周长不变。根据壳体中性层的周长确定壳体的长度是合理的。另外，复合板圆柱体或封头的中性层直径小于介质直径，简化后的扩展长度按下式计算:

L = π(Di+2Yh)

式中，Di:封头实测内径;

Yh封头中性层与内壁之间的距离。

(3)无论是垂直焊还是周向焊，复合钢板筒体与封头连接处的错边数量均不应大于钢板包层厚度的50%，且不应大于2mm。

3焊接

(1)复合钢板的焊接方法可根据材料、接头厚度、坡口尺寸、施工条件等确定。一般可采用手工弧焊、埋弧焊自动焊、CO2保护焊或氩弧焊。

(2)复合板基板、熔覆层和过渡层的焊条选择:如16MnR+0Crl8Ni9复合板基板选用J507、J507R焊条，过渡层选用A302或A402焊条，熔覆层选用A132焊条更合适;如LCR18NI9TI-L6Mn复合钢板，基层选用J507焊条，过渡层选用A302、A307焊条，复层选用A132、A137焊条。

(3)焊接顺序:焊接时，一般先焊接内基焊，再将外焊根反向，用碳弧气刨将焊根铲去渣、夹渣，然后填充基焊;焊接完成后，用转角砂轮对包层一侧进行打磨。检验合格后，焊接内部过渡层，最后焊接复层。在焊接过程中，应严格控制内底的焊缝高度，使其距离包层界面在1mm ~ 1.5 mm之间，不能焊接到包层上。过渡层的焊缝只有一层。熔焊金属应完全覆盖基底层，覆盖熔覆层0.5mm ~ 1.5mm。过渡层的焊接应使用较少的线能，以防止母材渗入熔覆层而造成焊接缺陷。

4其他需求

(1)复合钢板切割、弯曲或拉深时，应在其下放置复层，必要时应安装保护层，防止其上放置的复层材料表面划伤。

(2)复合钢板弯曲或深拉时，一般应采用冷卷加工。当必须采用热加工时，必须注意以下几点:加热前应去除油污和附件;低硫燃料;加热时间2min /mm，不超过15mm;加热火焰或固体燃料不应直接接触包层，温度分布均匀，防止渗碳。应避免在敏化温度范围(550℃~ 850℃)内处理，防止晶间腐蚀;加热气氛应该是弱氧化的，而不是还原的。加热温度范围应根据包覆材料的不同进行控制，加工后风冷效果最好。

(3)由于两种复合的钢板的热膨胀系数不同，在热处理过程中残余应力可能会增加，必要时应进行消应力退火;但不是很经常。当需要消除应力退火时，必须根据容器的用途使用适当的方法。当基材为低碳钢时，基材厚度≤25mm，不需要消除应力。当基材厚度为> 25mm ~ 28mm时，预热温度在100℃以上不需要释放应力。只有当基底材料为>38毫米厚时，才可以消除应力。

(4)由于基体焊缝对熔覆焊缝有稀释作用，容易降低熔覆焊缝金属中铬、镍等合金元素的含量。因此，在焊接过程中，应在过渡层中使用高铬、镍钢等焊接材料，以获得具有双向结构的焊缝，避免大量马氏体组织的产生和冷焊裂纹的发生。

(5)焊接前，应排空管道内的空气;复合钢板CO2气体保护焊接时，应保证足够的保护气体流量，避免空气侵入焊接区域;焊接结束后，应及时清理焊口上的飞溅物;焊丝的延长长度不宜过长，以10mm ~ 15mm为宜。

(6)复合钢板焊缝除按图纸要求进行射线检查或超声波检查外，还应对所有包层焊缝进行渗透检查，检查焊缝表面是否有裂纹;焊缝检查不应在焊接后立即进行，最好在退火前进行。检验方法有染色法、磁粉法和射线照相法。

(7)不锈钢内衬碳钢管端面堆焊层为(4±1)mm，不锈钢管还应延伸至容器内壁(4±1)mm。

(8)对有防腐要求的涂层表面进行酸洗、钝化处理，提高其抗开裂能力。

5复合钢板压力容器检验

压力容器由于密封，压力和介质容易发生爆炸、火灾，危及人员、设备和财产的安全，甚至污染环境。因此，复合钢板压力容器制造后，由国家指定的专门机构按照国家规定的规定和标准进行监督检验和技术检验。其主要检查项目和方法有:

　　(1)实体检验。采用目视检查、测量仪器检查、无损检查、理化性能检查、水压试验等方法对压力容器主要零部件的外观和内部质量进行检查。

(2)主要检查项目包括:压力构件的材料、外观尺寸及成形质量、焊接质量、装配质量、内部装置及安全附件是否完整有效、膨胀管质量、各压力构件的几何位置及抗压性能等。

(3)性能:通过技术资料审查和物理检查的压力容器，应按要求进行性能检查，并检查其规定的技术经济指标。

(4)重点检查复合层与基层之间的焊接缺陷，主要是夹杂渣和热裂纹，一旦超标，必须进行修补直至合格。

(5)检查纵向焊缝的向内角变形，超过标准时，采用机械法或局部加热法纠正。

参考文献 
　　[1] 王伟滨、刘桂双；不锈钢复合板过渡层的焊接[J].化工装备技术，2019.26(2) 
　　[2] 林 莉、安建华、张周卫；复合钢板压力容器制造工艺[J].石油化工设备，2017.32(60)