不銹鋼復合鋼板(論文)已排版.doc

淺談不銹鋼及復合鋼板的壓力容器設計與施工技術摘要：本文介紹不銹鋼及復合鋼板的壓力容器設計與施工技術。關鍵字：不銹鋼及復合鋼板；設計；施工方案。1. 前言不銹鋼及復合鋼板是一種以碳鋼為基體單面或雙面整體連續(xù)地包覆216mm不銹鋼的金屬高效材料。它充分發(fā)揮兩種材料特性優(yōu)勢，既具有不銹鋼的耐腐蝕、耐磨性、抗磁性、豪華性和裝飾性；又具有碳鋼良好的可焊性、成型性、拉延性和導熱性，因而它是一種多功能材料。同時由于它可節(jié)約不銹鋼，可降低成本，價格低廉，因而被廣泛用于石油、化工、制鹽制堿等國民經濟各行各業(yè)，用于取代全不銹鋼，甚至取代B30銅和蒙及爾合金，具有巨大的社會經濟效益。2. 不銹鋼復合鋼板壓力容器設計2.1材料的選擇及要求a) 基材 基材主要作用是是承受載荷的部分，其技術要求（如交貨狀態(tài)、力學性能檢驗率、超聲波檢測）應該符合GB 150或JB 4732的規(guī)定，以鍛件為基材時，應采用級或級鍛件。基材的標準抗拉強度下限值大于或等于540MPa的復合板，須經技術評定后才能使用1。b) 覆材 覆材是與介質直接接觸的部分，主要利用其耐腐蝕、耐磨性、抗磁性等特點。覆材選用的不銹鋼板，對不計入強度計算的奧氏體型不銹鋼覆材，可選用GB24511以外的國家標準中的鋼材，該覆材鋼號的技術要求（如磷、硫含量，強度指標等）允許低于GB 24511相應鋼號的規(guī)定2。選擇覆材時，應考慮容器內的介質對覆層不銹鋼的影響，比如應力腐蝕和晶間腐蝕等。c) 常見復合鋼板選取可按表一進行選擇：表一 覆材和基材1覆材基材標準號牌號示例標準號牌號示例GB/T 2054YB/T 5253YB/T 5253N5N6N7NCu30NS111NS112NS142NS312NS334NS335GB 713Q245R,Q345R,15CrMoRJB 472616Mn,20MnMo,15CrMoGB 353116MnDRJB 472716MnDGB 24511S31603JB 472800Cr17Ni14Mo22.2設計及技術要求的提法1）按照工藝專業(yè)所提委托，選擇合適的基材和覆材，并且根據所提設計參數計算基層材料的厚度。確定基層名義厚度時應考慮容器的強度以及剛度等問題，須留有適當的安全余量。在確定覆層厚度時應滿足以下兩點的要求： 覆材厚度為2mm16mm1； 基材最小厚度為6mm，且基材厚度與覆材厚度之比通常不小于31。2）復合鋼板壓力容器設計中常常需要涉及的對制造、檢驗和驗收的要求主要有：鋼板的超聲復驗、焊接接頭無損檢測比例、力學性能、沖擊試驗、結合狀態(tài)檢驗及彎曲性能檢驗、是否需要做焊接試板、是否需要進行熱處理等。 超聲波檢測 復合板應經超聲波檢測，掃查方式采用100%掃查。其結合狀態(tài)應符合表二的規(guī)定。表二 結合狀態(tài)1級別代號單個未結合指示長度，mm單個未結合區(qū)面積，cm2未結合率，%B1000B250202B375455 力學性能 復合板復合界面的結合剪切強度不小于210MPa，對于雙面復合板，分別保留不同側覆材進行剪切試驗。復合板一般只保留一種覆材進行拉伸試驗，當基材厚度大于40mm或需方指定時，只進行基材的拉伸試驗。復合板只進行基材的沖擊試驗，沖擊溫度和沖擊功應符合基材標。 準的規(guī)定。如基材標準中無沖擊試驗要求，則復合板不進行沖擊試驗。 彎曲性能 單面復合板內彎曲（覆材表面受壓）和外彎曲（覆材表面受拉）試驗，雙面復合板外彎曲（兩種覆材表面分別受拉）試驗，其結果應符合表三的規(guī)定?；臑殄懠膹秃习宀贿M行彎曲試驗。表三 彎曲性能1彎曲角度彎曲直徑合格標準180內彎曲按基材標準的規(guī)定，外彎曲d=4a（d為彎曲直徑，a為試樣厚度）在彎曲部分的外側不得有裂紋，復合界面不得有分層3. 不銹鋼復合鋼板焊接3.1 焊前準備 下料 不銹鋼復合鋼板的下料宜采用機械加工方法，也可以采用等離子弧切割、氧熔劑切割、氣割（從基層表面起割）等方法。采用這些方法下料時，應留有適當的加工余量。 接頭形式 不銹鋼復合鋼板焊接接頭主要采用對接和角接兩種形式。 焊前清理 焊前應采用機械方法及有機溶劑清除焊絲表面和焊接坡口應不小于20mm范圍內的油污、銹跡、金屬屑、氧化膜及其它污物。多層焊道時，應清除前道焊縫表面的熔渣和缺陷等。3.2 焊條選擇由于不銹鋼復合鋼板自身所具有的特點，其焊接材料的選擇可按表四進行選擇表四 焊接材料3母材焊條電弧焊埋弧焊氣體保護焊類別牌號焊絲焊劑焊絲氣體基材AA1Q235B、Q235C、20、Q245R、CCS-A、CCS-BE4303、E4315、E4316H08AH08MnAHJ431SJ101H10Mn2H08Mn2SiACO2或ArA2Q345、Q345RE5003、E5015、E5016H08MnAH10Mn2H10MnSiH10MnSiAH08Mn2MoAHJ431HJ430HJ350SJ101SJ301SJ501H08Mn2SiAH08Mn2MoAH10Mn2MoAA3Q390、Q420E5003、E5015、E5016、E5501-G、E5515-G、E5516-GA413MnNiMoRE6016-D1E6015-D1H08Mn2MoAHJ350SJ101H08Mn2MoAA514Cr1Mo 、14Cr1MoRE5515-B215Cr1Mo、14Cr1MoRE5515-B2H13CrMoAH08CrMoAHJ350SJ101H13CrMoAH08CrMoA覆材BB106Cr13E308-15E308-16B206Cr13AlArB306Cr19Ni1012Cr18Ni9H0Cr21Ni10B406Cr18Ni11TiE347-15、E3417-16H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10NbB5022Cr19Ni10E308L-16H00Cr21Ni10B606Cr17Ni12Mo2E316-16H0Cr19Ni12Mo206Cr19Ni13Mo3E317-16H0Cr20Ni14Mo3B706Cr17Ni12Mo2TiE318-16H0Cr19Ni12Mo2B8022Cr17Ni12Mo2E316L-16H00Cr19Ni12Mo2022Cr19Ni13Mo3E317L-16過渡層異種剛(A1A3)+(B1B5)E309-15、E309-16E310-15、E310-16H1Cr24Ni13H0Cr26Ni21H1Cr26Ni21H1Cr24Ni13Mo2過渡層異種剛(A1A3)+(B6B8)E309Mo-16E310Mo-16H1Cr24Ni13Mo2(A4A5)+(B1B5)3.3焊接程序不銹鋼復合鋼板的焊接與其它鋼焊接有所不同，其焊接分為：基層的焊接、過渡層的焊接和復層的焊接，而且各層焊接采用的焊條也不盡相同。因此，不銹鋼復合鋼板的焊接工藝較為復雜。焊接時，宜先焊基層，經清根及規(guī)定的質量檢驗合格后，再焊過渡層，最后焊復層。若不能按上述順序進行焊接時，也可先焊復層，再焊過渡層，最后焊基層。但這種情況下，基層的焊接，宜選用性能不低于過渡層焊接的焊條或焊絲。3.4焊接接頭檢驗 不銹鋼復合鋼板壓力容器焊接接頭可采用射線或超聲波檢測，其檢測比例根據實際情況而定。一般的不銹鋼復合鋼板壓力容器焊接接頭可采用檢測比例不小于20%的射線檢測，檢測技術等級為AB級。3.5晶間腐蝕傾向試驗和水壓試驗不銹鋼復合鋼板壓力容器根據所盛裝的介質決定是否進行晶間腐蝕傾向試驗，對能引起復層不銹鋼晶間腐蝕傾向或者不能確定能否引起復層不銹鋼晶間腐蝕的介質，都應該進行晶間腐蝕傾向試驗。水壓試驗時應嚴格控制水中氯離子含量不超過 25mg/L，試驗合格后應立即將水漬吹掃干凈。4.實際應用4.1設計參數表五 設計實例工作壓力0.3MPa設計壓力0.48MPa工作溫度80設計溫度100介質聚合液、水、堿液(5%)介質特性易燃、易爆、輕度危害內徑2000mm攪拌釜規(guī)格20004000（12+3）筒體4000mm筒體及封頭材料Q345R+S31603上表中的設計參數來自武漢魯華粵達化工有限公司碳五、碳九及裂解燃料油綜合利用項目2萬噸/年碳五碳九共聚樹脂裝置堿洗釜工程圖設計，此設備采用的是基層為Q345R，復層為S31603（316L）不銹鋼的不銹鋼復合鋼板?；鶎雍穸葹?2mm，復層厚度為3mm，基層與復層的厚度之比為4大于3，滿足規(guī)范的要求。設備的焊接按NB/T47015-2011執(zhí)行。根據設備所盛裝的介質，查SH/T 3075-2009石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范NaOH溶液腐蝕環(huán)境可知設備碳鋼焊接接頭及彎管應進行消除應力熱處理。由于NaOH溶液對奧氏體的晶間腐蝕傾向，本設備按GB/T4334.1-2000不銹鋼10%草酸浸蝕實驗法進行了晶間腐蝕敏感性檢驗。水壓試驗對水質的要求比較嚴格，要求水中氯離子含量不得超過 25mg/L，試驗合格后應立即將水漬吹掃干凈。由于工程圖的設計比詳細設計較為簡略，其余針對不銹鋼復合鋼板容器的設計、制造和檢驗等要求應嚴格按相應標準執(zhí)行，在此就不再贅述。4.2設計圖紙下圖為武漢項目五碳九共聚樹脂裝置堿洗釜工程圖設計圖紙。圖一 堿洗釜工程圖5. 結語不銹鋼復合鋼板由于其巨大的社會經濟效益，廣泛應用于石油化工、精細化工、制鹽制堿等行業(yè)。設備用不銹鋼復合鋼板壓力容的設計，除了須滿足設備自身的強度和剛度要求外，還應該滿足基材厚度與覆材厚度之比不小于3的要求。材料選擇尤其是覆材的選擇時應根據盛裝介質考慮應力腐蝕和晶間腐蝕等情況，并做好相應的檢驗或預防措施。此類壓力容器的焊接應嚴格按焊接規(guī)程進行焊接，并且保證焊縫的質量。在我們實際的工作中，認真嚴謹的工作態(tài)度、扎實可靠的工作經驗，以及設計、制造、檢驗和驗收層層的嚴格把關都是保證壓力容器安全必不可少的組成部分。參考文獻1 國家能源局 NB/T 47002.2470024-2009 壓力容器不銹鋼復合板 2 國家質量技術監(jiān)督檢疫總局GB 150.1150.4-2011 壓力容器3 國家質量技術監(jiān)督檢疫總局GB/T 13148-2008 不銹鋼復合鋼板焊接技術要求4 國家工業(yè)和信息化部 SH/T 3075-2009石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范一、概述 公司接某項目部委托制造的設備主筒體使用不銹鋼復合鋼板材料，由于材質的特殊性，在下料、卷制和焊接要求與普通材質的技術要求不論在難度上還是在技術要求上都很高。為保證工程保質保量完工，特編寫施工技術方案。二、編寫依據鋼制壓力容器焊接工藝評定JB/T4708-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程JB/T4709-2000 焊接工藝評定：鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則鍋爐壓力容器技術監(jiān)察規(guī)程鋼制壓力容器GB150-1998承壓設備無損檢測JB/T4730-2005石油化工不銹鋼復合鋼板焊接規(guī)程SH/T3527-1999不銹鋼復合鋼板焊接技術條件GB/T13148-91三、施工技術方案 鉚工施工工藝1下料及坡口加工1.1 根據主筒體材料厚度確定對接接頭坡口形式及尺寸如下： 表示基層厚度，分別為12mm,16mm,24mm P表示坡口鈍邊值 表示對接接頭坡口角度 其中316L16MnR(3+12) 555 P 21。 316L16MnR(3+16) 505 P 21。 316L16MnR(3+24) 655 P 31，為“X”型坡口。 1.2 不銹鋼復合鋼板在吊裝時，裝卡具前應用2mm不銹鋼板襯墊。1.3 不銹鋼復合鋼板的切割及坡口加工宜采用機械加工方法，切割面應光滑；厚度大于12mm的不銹鋼復合鋼板可用等離子切割，特別時在用等離子開孔時，應在筒體內部開孔（焊接前，需去除割口處的氧化物至現露金屬光澤）。以保持復層朝上，嚴禁將切割的熔渣落在復層上。1.4 圓鋼和管子下料、坡口等的加工需用機械方法進行；也可用砂輪切割機方法下料，并除去割口處砂輪殘屑及毛刺。1.5 加工完的坡口應進行外觀檢查，不得有裂紋和分層，否則應進行修補。2、復材的表面質量保護2.1 下料時，嚴禁在不銹鋼復合鋼板材料垛上直接切割下料。2.2 剪好的材料應整齊堆放在底架上，以便連同底架吊運，板間需點木板等軟質材料，以防損傷表面。2.3在卷板、校圓時，應將滾軸表面清理干凈，并在壓腳上包橡膠等軟質材料；不得用鐵錘錘擊復材表面。3 組對與定位焊接3.1 筒體在組對前坡口及其兩側各20mm范圍內應進行表面清理，復層距坡口100mm范圍內應涂防飛濺涂料。3.2 組對時以復層為基準，對口錯邊量：1.5mm。3.3 定位焊必須焊在基層母材上，且用J507焊條。3.4 在組對過程中，嚴禁在復層上焊接工卡具，應焊在基層一側去除工卡具時，嚴禁損傷基層金屬，焊接處打磨光滑。鋼板吊運過程中，要防止鋼板變形，鋼絲繩要加護套，以防損傷復層表面。3.5 為防止復層鐵離子和其它有害雜質的污染，不銹鋼復合鋼板生產場地必須保持清潔、干燥、地面應鋪設木質墊板。零部件半成品、成品的堆放需配有木質堆放架。 焊接施工工藝1、一般規(guī)定1.1 手弧焊時，風速不大于10m/s，氣體保護焊時，風速不大于2m/s。1.2 相對濕度不大于90；1.3 焊接場所有防風、雨措施。1.4 焊接設備應處于完好狀態(tài)，并安裝校驗合格的電流、電壓表。1.5 焊條、焊劑使用前應按產品說明書要求進行烘干，烘干好的焊條領出后應放在保溫筒中，隨用隨取。焊條在保溫筒中放置時間超過4h，應重新進行烘干，但烘干次數不得超過兩次。1.6 施焊時，必須由具有焊接不銹鋼復合鋼板資質的焊工進行焊接施工，否則必須考試合格、備案后再施工。1.7 焊前必須用機械方法及有機溶劑（如丙酮、酒精、香蕉水等），清除焊絲表面和焊接坡口兩側至少各20mm范圍內的油污、銹跡、金屬屑、氧化膜及其它污物。2、焊接工藝2.1 根據主筒體坡口加工形式，焊接先焊基層，后焊過渡層和復層，且焊接基層時不得將基層金屬沉積在復層上（見下圖）。 表示基層厚度，分別為12mm,16mm,24mm 2.2 基層的焊接主筒體基層材質為16MnR,因此在焊接內部時使用J507/3.2/4.0打底填充。但其焊道根部表面距復合界面20.5mm 停止焊接。然后使用過渡層焊接材料焊接過渡層。焊接基層時，其焊道不得觸及和熔化復材。2.3 過渡層的焊接 過渡層即基層距復合界面20.5mm和復層距復合界面10.5mm之間部分。 過渡層焊接時，在保證熔合良好的前提下，盡量減少基材金屬的熔入量，即降低熔化比。為此，應采用較小直徑的焊條或焊絲及較小的焊接線能量，多焊道焊接。2.4 復材的焊接 焊接復層前，必須將過渡層焊縫表面和坡口邊緣清理干凈。 復層焊縫表面應盡可能與復材表面保證平整光滑。對接焊縫的余高應不大于1.5mm。2.5 縱縫焊接時，應將過渡層及復層焊縫兩端各留3050mm不焊，待環(huán)縫基層焊接后，再將縱縫焊縫兩端焊接成形。2.6 焊接筒體外表面時，碳弧氣刨清根后，使用埋弧自動焊進行施焊。2.7 角焊縫焊接 設備開口接管組對形式，坡口形式嚴格按照藍圖要求進行加工，用等離子加工坡口時，復材必須朝上，嚴禁切割的熔渣落在復層上。不銹鋼接管與設備殼體復層材料相同，組焊時，不銹鋼接管與筒體基層相焊時選用過渡層焊接材料，與基層相焊時，選用基層焊接材料。2.8 焊接檢驗 焊縫表面不得有氣孔、夾渣、裂紋、弧坑和飛濺物。角焊縫的焊腳尺寸符合設計規(guī)定，并應平