不锈钢复合板设备制造的特性

Petroleum and Chemical Construction石油化工建设

Vol. 27 No. 3June. 2005

不锈钢复合板设备制造的特性

邢振华

（南化集团建设公司　，江苏南京　　２１００４８）

摘　　要

关键词复合板设备成型时界面的影响，焊接时对复层的保护而采用的特殊坡口形式复合材料　　基层复层　　界面及影响　　焊接与耐腐蚀性

１前言

不锈钢复合板是将不锈钢板经热扎或爆炸法牢固地覆盖在基层碳钢板之上而成，通常从经济角度考虑，复层厚度占总厚度比例不超过２０％，基层与复层最低结合率不低于９５％，结合层剪切强度不低于２００ＭＰａ。因它兼有不锈钢钢的耐蚀性和碳钢的价格及强度优势，故在化工设备中应用日益广泛。因材料组合的性质和用途的特殊性，不锈钢复合板设备制造工艺与普通单层板制造工艺相比，又有许多特殊要求，本文根据我厂多年来积累的经验，就其特殊性作一简要介绍。２　不锈钢复合板设备制造的特殊性

　　　由于它是由两种不同材料组合在一起，因而在制造中如何避免不锈钢部分渗碳和铁离子污染尤为重要；同时因两种材料的差异，制造难度比单层不锈钢或碳钢制造难度大，具有自身的特性性。２．１切割下料

　　　切割通常采用等离子切割法和机械加工法。采用等离子切割时，为了避免切割电弧散喷作用而污染不锈钢复层，切割方向由复层向基层切割；采用剪板机切割时，也应由复层切向基层，以避免界面分离和切口毛刺出现在复层表面上。

２．２　筒体成型

２．２．１　最小曲率半径的确定

　　　复合板在卷制成型时产生冷作硬化比单层板严重，按我厂经验，不锈钢复合板设备卷制时内外层纤维变形度不超过２％。

即δｎ／２Ｒｆ×１００％≤２％（δｎ为复合板名义厚度；Ｒｆ为卷制半经）

得：Ｒｆ≥２５δｎ

２．２．２　筒体下料展开尺寸的计算

一般单层容器筒节下料按其中经展开计算，而复合板容器错边量要求严格，故需考虑板材卷制时伸长量、对

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口间隙和焊缝收缩量，以及复合界面影响。根据我厂经验

得出如下计算公式：

Ｌ实＝Ｌ理－ΔＬ－ｎ×Ｃ＋ｎ×ΔＣ＋２×Δ１－ｂ，式中　　Ｌ实——实际下料尺寸，ｍｍ；

　　Ｌ理——理论下料尺寸，Ｌ理＝π×Ｄ中，Ｄ中为筒节的中径，ｍｍ；

ΔＬ——周长伸长量，ΔＬ＝Ｋ×π×δｎ（１＋δｎ／Ｄｉ）；Ｋ——卷制系数，取０．０７，　Ｄｉ为筒节内径，　δｎ为筒节板名义厚度ｍｍ；

ｎ——每节筒体的纵焊缝条数；Ｃ——对口间隙，Ｃ＝２ｍｍ；ΔＣ——焊缝环向收缩量，通常为２－３ｍｍ；Δｌ——材料坡口加工量，我们取Δｌ＝５ｍｍ；关键是ｂ——界面影响伸长量，因复合板复合界面处硬度、强度明显高于基材和复材，塑性低于基材和复材，故卷制时中性层向复合界面偏移，因基层厚度远大于复层，所以，中性层比中径小，因而下料时比按中径计算小６－１０ｍｍ，板越厚ｂ值越大。２．３　质量控制２．３．１　原材料的基材和复材必须符合相应的材料标准外，主材的屈服强度和抗拉强度应不小于基材和复材相应强度的算术平均值，弯曲实验时不得有分层、裂纹、着断。同时复合板应进行超声波探伤。２．３．２　错边量的控制

为了保证复合板耐腐蚀要求，对口错边量不大于复层钢板厚道的５０％，且不大于２ｍｍ。要作到这一点，必须严格控制相邻筒节周长偏差Ｌ≤π×δ复，（δ复为复层厚度）；同时因棱角度对错边影响较大，所以对筒节的棱角度要求尤其严格。

２．３．３　不锈钢复合板制封头的成型

不锈钢复合板的升温速度应较同厚度的碳钢或合

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Ｐ＆ＣＣ

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２００５年第２７卷第３期

金钢慢。热冲压时为了避免温差应力过大影响基层复层结合强度，还应使模具有一定的预热温度。对于热压成型的封头，冲压前温度过高保温时间过长，会引起奥氏体晶粒粗大，材料塑性、韧性降低；而压后温度过高，同样会降低材料的机械性能，压后温度过低，则材料塑性降低，变形抗力大，因此压后温度不得低于８５０℃，最高温度不宜超过９５０℃。复层为１８－８、１８－１２、Ｃｒ１３钢，避免在５５０－８５０℃较长时间的加热。３　焊接工艺的制定

３．１　焊接材料选择原则和焊接次序

　　　不锈钢复合板焊接属于异种钢焊接的范畴，复合板焊接时，必然会出现不锈钢复层和碳钢基层过渡层的焊接问题。这种奥氏体钢和非奥氏体钢的焊接，由于线膨胀系数相差大，易出现温差应力引起的裂纹，复层越厚产生裂纹倾向越大。同时由于复层与基层含碳量和合金成分有很大差异，焊接后复层会产生合金元素的稀释和增碳现象，而基层熔合线附近会有一定的脱碳现象。所以焊接时应选择含Ｃｒ、Ｎｉ元素较复层母材金属更高的焊条，先焊接界面碳钢侧的的过渡层。组装时的点焊应在碳钢侧进行。

３．２　坡口型式的选择

复合板一般较厚，所以一般基层采用埋弧自动焊，复层采用手工焊，坡口采用如图１所式：

该坡口型式使复层与基层严格区分开，焊工操作方便，复层得到有效的保护，同时在复层增加３０°倾角，避免此处产生夹渣及未熔合。基层刨去０．５－１ｍｍ，增加了复层的厚度。该坡口型式不仅避免了基层多次加热对复层的影响，而且焊接时易于看到过渡层情况，修磨与检验也较方便，同时还提高复层盖面焊缝的边缘表面质量。保证了过渡层、复层的焊接质量。３．３　焊接工艺评定

　　焊接试板规格与单一材料制造的容器相同，为６５０×（１５０＋１５０）ｍｍ。基层焊接后，１００％射线探伤，合格后焊接过渡层，过渡层焊接完后，应作渗透探伤，合格后（上接４５页）

６．２．５　焊把角度，焊把与母线保持７０°夹角，收尾时调整到４５°。６．２．６　焊后处理

（１）在铜母线焊接处温度降到２００℃时，用小锤轻轻敲打母线，这样可防止母线因收缩而生成小孔的形成。

（２）回火处理，母线焊缝冷却后应进行回火处理，把焊缝用火焰加热到５００－６００℃进行水激处理，以细化

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再焊复层，焊完复层后再次作渗透探伤，合格后，进行机

械性能、化学成分、晶间腐蚀试验。由于焊缝由基层、过渡层、复层三部分组成，为了全面评定接头的弯曲性能，我们采用侧弯（ｄ＝３ｓ，α＝１８０°），横向裂纹不超过１．５ｍｍ，纵向裂纹不超过３ｍｍ为合格。

图１　坡口形式图

３．４　产品焊接

焊接除严格按照焊接工艺评定进行外，为了避免在局部产生较多的马氏体组织而降低接头的韧性，还必须在焊过渡层前，要求基层焊缝组织堆焊面打磨平整，不允许有凹槽凸起，同时１００％ＰＴ检查合格。在保证焊道熔和的前提下焊速要尽可能快。４　结束语

复合板制化工设备，因材料复合性质和耐腐蚀性能要求，使之在制造过程中，掌握其特殊性是保证产品质量的关键所在。综上所述，其制造特殊性归纳如下：（１）　切割时复层朝上，以保护复层免受污染；（２）　下料时考虑复合界面影响，中性层是向复合界面方向偏移；

（３）　封头压制时的温度控制；（４）　组对时严格控制错边量，而不致使复层抗腐蚀性降低；

（５）　焊接时应采用特殊焊接坡口，以免产生温差应力和渗碳。

本厂为扬子石化、淮化制造的不锈钢复合设备实践说明，只有掌握其特殊性，才能保证产品的质量，发挥其价格优势和复合层耐蚀性。

（收稿日期：２００５－０５－３１）

晶粒，消除余应力和减少裂纹的产生，使铜具有必要的

塑性。７　结束语

用此方法修补母线圆孔简便易行，成本不高，效果不错，质量能保证。

紫铜母线的补焊是一项严谨，细致的技术，只有掌握其原理，严格按操作程序细心操作，多做两人练习，才能熟练掌握这项技术。

（收稿日期：２００３－１２－１７）

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