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1、化工装备- 45 -1 前言在某种腐蚀条件下，钛具有比不锈钢、铝、铜有更优良的耐蚀性1。虽然造价比不锈钢设备高，但在一定条件下，钛制设备使用可靠性高，寿命长，因此钛得到了广泛的应用。我国使用钛材制造化工设备已有40多年历史。但是，钛制化工设备尤其钛-钢复合板制化工设备，比钢制化工设备在技术上有更多难度，积累经验也少得多，因此，对于钛-钢复合板制化工设备的设计、制造，备受关注。钛-钢复合板制化工设备中用量最多的是容器，而且是压力容器。一般情况下，当操作压力和温度（200以上）较高时，压力容器的封头和全部筒节均用钛-钢复合板制造，就是常说的钛-钢复合板压力容器。2 钛-钢复合板生产方法按照目前复合
2、板生产技术，钛-钢复合板生产方法允许使用轧制法、爆炸法、爆炸-轧制法三种方法。压力容器钛-钢复合板常用的是爆炸法。3 压力容器用钛-钢复合板级别3.1 压力容器用钛-钢爆炸复合板分为1级、2级、3级。3.2 1级复合板，未结合率0%，用于过渡接头、法兰等高结合强度，且不允许不结合区存在；2级复合板，未结合率2%，是将钛材作为强度设计材料或特殊用途的复合板，如管板等；3级复合板，未结合率5%，是将钛材作为耐蚀设计，而不考虑其强度的复合板。4 压力容器用钛-钢复合板材料主要技术规定4.1 覆材符合GB/T3621 钛及钛合金板材中的TA0、TA1、TA2、TA9、TA10。4.2 基材符合4.2.
3、1 GB713 锅炉和压力容器用钢板，如Q245R和Q345R；4.2.2 GB24511 承压设备用不锈钢钢板及钢带，如S30408；4.2.3 GB3531 低温压力容器用低合金钢钢板，如16MnDR；4.2.4 NB/T47008 承压设备用碳素钢和合金钢锻件，如16Mn；4.2.5 NB/T47009 低温承压设备用低合金钢锻件，如16MnD；4.2.6 NB/T47010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件，如S30408。注：基材也可采用上述各标准中的其他牌号。4.3 覆材在复合前应处于退火状态。4.4 基材的技术要求（如交货状态、力学性能检验率、超声检测等）还应符合GB150或JB47
4、32的规定。以锻件为基材时，应采用III级或IV级锻件。4.5 压力容器用钛-钢复合板应经热处理（消除应力退火）、校平、剪切（或切割）及覆材表面去除氧化皮处理后交货。4.6 压力容器用钛-钢复合板应逐张超声检测，扫查方式采用100%扫查。其结合状态应符合相应级别规定。钛-钢复合板压力容器制造技术郭文彬（江苏远方迪威尔容器有限公司，宜兴214206）摘 要：本文主要介绍钛-钢复合板压力容器接头形式、焊接要求及制造技术要点，以期为钛-钢复合板压力容器制造提供技术参考。 关键词：钛-钢复合板 压力容器 焊接接头 焊接技术问题与对策化工装备- 46 -4.7 压力容器用钛-钢复合板复合界面的结合剪切强
5、度应不小于140MPa。对于双面复合板，分别保留不同侧覆材进行剪切试验。4.8 压力容器用钛-钢复合板只进行基材的拉伸试验，其试验结果应符合基材标准规定。4.9 压力容器用钛-钢复合板只进行基材的冲击试验，冲击试验温度和冲击功应符合基材标准规定。如基材标准无冲击试验要求，则复合板不进行冲击试验。4.10 压力容器用钛-钢复合板弯曲性能单面复合板做内弯曲（覆材表面受压）和外弯曲（覆材表面受拉）试验，双面复合板外弯曲（两种覆材表面分别受拉）试验，试验要求和试验结果按表1规定。基材为锻件的复合板不进行弯曲试验。5 复合板复合界面的结合剪切强度标准NB/T47002-2009规定，压力容器用钛-钢复合
6、板复合界面的结合剪切强度应不小于140MPa，不锈钢-钢复合板复合界面的结合剪切强度应不小于210MPa，二者相比，标准剪切强度下限规定值，前者比后者小70MPa，主要在于钛-钢复合板在650退火处理的结果。爆炸后的复合板有内应力存在。内应力大时，在运输或冷矫正过程中会使钛与钢分离，所以应退火消除内应力。文献1数据表明，室温下，牌号TA2-3/16Mn，规格3/10，剪切强度平均值294 MPa，在600时，剪切强度平均值196 MPa，在700时，剪切强度平均值156.8 MPa，在900时，剪切强度平均值127.4MPa。据此，钛-钢复合板消除应力退火热处理温度选定为650，保温时间203
7、0分钟。虽然在650时，钛完全再结晶，但钢仍处于不完全再结晶状态，说明在钛-钢复合板复合界面仍有部分应力存在。6 压力容器用钛-钢复合板筒体卷制钢板卷制成筒体过程中，在钢板厚度方向上，钢板厚度中性线外层受到拉伸、内层受压缩，越靠近外层受到的拉伸变形越大，愈靠近内侧受到的压缩变形越大。微观各层存在滑动趋势，即存在剪切应力。由于钛-钢复合板复合虽经退火消除部分因爆炸而产生的应力，但界面仍存在有部分应力，再叠加因卷制而产生的剪切应力，使得本来结合剪切强度不高的钛-钢复合板复合界面面临巨大剥离风险。这些因素，决定了钛-钢复合板筒体卷制的特殊要求。6.1 使用合适的预弯模板进行板端预弯。6.2 卷板一次
8、压下量不宜过大，不应在同一区域往复成形。6.3 纵缝基层焊接完毕先进行无损检测，并焊接返修合格。6.4 尽可能减少筒体再找圆次数。7 压力容器用钛-钢复合板接头焊接由于钛-钢熔融在一起会生产金属间化合物TiFe2和TiFe，使焊缝金属综合力学性能降低，并降低钛的耐腐蚀性能，因此钛-钢复合板接头焊接实际上分别是钛的焊接和基层钢的焊接。常见钛-钢复合板典型对接接头如图1所示，其焊接次序为：基材焊接基材焊缝无损检测合格钻检查孔铺衬钛垫板组焊钛盖板。弯曲角度弯心直径试验结果180内弯曲按基材标准规定，外弯曲d=4 （d为弯心直径，为试样厚度）在弯曲部分的外侧不得有裂纹， 复合界面不得有分层表1问题与对
9、策化工装备- 47 -图17.1 检查孔检查孔只需要钻通基材焊缝，孔径一般最大为3mm；钛垫板铺衬要求与钛覆层齐平，可局部与覆层点固定位；钛盖板与覆层之间为搭接角焊缝。检查孔有2个作用：（1）通气孔，即钛盖板与覆层之间焊接时从此孔通入保护气体，以保护角焊缝根部免受氧化；（2）信号孔，即在设备使用过程中介质发生泄漏时，起报警信号作用。检查孔的引出形式也有2种：（1）内螺纹接头；（2）接管法兰。不论哪种形式，检查孔的引出接头焊缝只需要密封焊。检查孔按组设置，A、B类焊缝一般每组2个孔，一个在较低位置，另一个最高位置。检查孔设置与钛垫板贯通的沟槽及走向有关，当贯通的沟槽较长时，可在合适的部位进行钎焊
10、隔断，另增检查孔。7.2 钛盖板与覆层之间组焊组焊除在搭接部位要干净、清理氧化层、使用背气保护外，还要采取适当措施使钛盖板与覆层之间贴合紧密。经验表明，约40%的盖板焊缝失效与贴合不紧有关。所以，贴紧和根部焊透与保护是这类焊缝的基本要求。钛盖板与覆层的每边搭接量一般在10 mm20mm，钛盖板厚度与覆层等厚，材质与覆层相同。7.3 基材的焊接基材焊接前首先要去除距坡口边缘10 mm15mm的覆层钛，并用打磨方法清理复合界面扩散层的钛金属，防止钛熔入钢焊缝。基材一般开V型坡口，钨极氩弧焊打底，减少焊接热输入对覆层的影响，填充层和盖面层根据企业情况自定。图27.4 接管与筒体的接头形式如图2所示。
11、焊接要求及规定与前述相似，不做赘述。检查孔位置根据需要可设置在接管上。7.5 贴面法兰法兰、凸缘贴面接头，制造需要注意衬环与法兰、凸缘基材贴紧，当与外接件连接时，通过钛衬环把作用力传递到基材的法兰或凸缘，防止使钛焊缝直接承受作用力。直径较大的法兰或凸缘衬环，要使用沉头钛螺钉固定，使衬环平整。8 其他注意事项8.1 接头组对焊接应先基材部分，以杜绝钛-钢混作污染钛的焊接环境。8.2 钛盖板接缝可预先焊接，也可以按带垫板接头处理，但要保证背气保护和根部焊透。8.3 钛材焊接要做好清理和杜绝铁离子污染措施。8.4 保护气体一般采用氩气，纯度高于99.99%，露点不高于-50，并符合GB/T4842规
12、定2。8.5 所有带钛盖板焊缝均需做表面渗透检验，并合格。8.6 所有带钛盖板焊缝均需做气密性试验，试验压力不可过大，防止钛焊缝撕裂。一般试验压力最大为0.5MPa。8.7 钛-钢复合板封头压制，第一控制加热炉内温度，第二封头圆片进炉前，在钛覆层涂耐高问题与对策化工装备- 48 -问题与对策管路及瓶内介质能量处于稳定状态，检验或操作人员再去检查，防止意外发生。3.8 试压完成，进行氮气置换，气瓶及管路内含氧量符合规定要求，防止死角。3.9 严禁试验过程中带压紧固阀门、螺栓及外力锤击瓶体。3.10 试压操作人员及检验人员应穿防静电鞋、工作服，以防人体导电。3.11 禁止在试压场所穿脱衣服、帽子等
13、。4 结术语液压子站长管拖车气密试验过程中造成阀门闪燃现象主要是由于操作不当造成的，通过采取措施可避免类似问题的发生。 参考文献1金属气焊与气割叶普谢夫等著，林镜清译，高等学校教学用书，中国工业出版社.2气瓶安全监察规程，国家质量技术监督局，2000版.3TSG R7001压力容器定期检验规则 附件四长管拖车定期检验专项要求.Analysis of Flash Combustion in Air Test of High Pressure Gas Tube Semi-trailer of Hydraulic Pressure Sub-StationWu Chang-sheng, Cui Wen
14、-tian, Hu Bao-qin (Xinxing Energy Equipment Co., Ltd., Handan 056017) Abstract: This text analyzes the flash combustion phenomenon appearing in the pipeline and valves that on the high pressure gas tube semi-trailer of the hydraulic pressure sub-station during the air test of the periodic inspection
15、. And directing at the creative reason it gives some suggestions of taking corresponding measures.Keywords: high pressure gas tube semi-trailer of hydraulic pressure sub-station, air test, flash combustion, reason analysis（上接第44页）温涂层，以保护钛在高温下不受氧化。9 控制外部附件焊接的线能量外部附件指焊接基材上的吊耳、支腿、护栏垫板和补强板等，这些部件虽然是基材之间的
16、焊接，如果焊接性能量过大，也会影响钛覆层质量，因为钛在400以上会发生氧化。如果基材较薄，焊接外部附件时也要对焊接部位的钛覆层进行惰性气体保护，防止钛的氧化。10 钛-钢复合板设备的运输和安装钛-钢复合板压力容器焊缝数量多、分布比较密集，焊接应力较大，再加上钛焊缝强度比钢低，约是钢的强度的一半，所以运输要定制木托，在颠簸路面缓慢行驶；安装时也要轻拿轻放，杜绝野蛮施工。11 结论通过采取以上技术措施，2006年我公司为客户承制2台烷化釜，内筒材质TA2+16MnR，厚度4/28mm，夹套材质16MnR，厚度12mm，设计压力容器内4.6MPa，夹套1.4MPa，设计温度容器内250，夹套280。使用至今，客户反映良好，目前仍在安全使用中。参考文献1 钛制化工设备.黄嘉虎等编.北京：化学工业出版社, 2002.2 JB/T4745-2002 钛制焊接容器.云南科技出版社, 2003.Titanium Clad Steel Plat
