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摘要：随着我国科学技术的不断发展进步，不锈钢复合板材料的性能不断提高，又因其优秀的经济性，不锈钢复合板压力容器在石油化工等领域中应用更加广泛。由于压力容器在设计和结构上不同于一般单一材质的压力容器，要想设计制造出高质量的不锈钢复合板压力容器，就必须完善设计标准和制造过程。本文主要介绍在设计制造不锈钢复合板压力容器时，所应用到的技术和设计制造过程中需注意的问题，希望对不锈钢复合板压力容器的设计制造有所帮助。
关键词：不锈钢复合板；压力容器；设计制造
引言
压力容器主要是指盛装气体或者液体，并且能够承载一定压力的密闭设备。随着盛装要求的提高以及盛装气体或者液体的复杂性，压力容器的性能要求也急需得到进一步的提升。压力容器设计所采用的材料最初是低合金钢和碳素钢，这种材料虽然能够满足一般的强度要求，但是当盛装液体或气体具有腐蚀性时，它们就不能使用了。随着材料行业的不断发展，不锈钢材料被应用到压力容器的制造中。不锈钢材料具有较高的强度、刚度，还具有很好的防腐蚀性。从性能方面出发，不锈钢材料完全能够满足压力容器的设计要求，但从企业的经济成本出发，采用不锈钢材料的成本太高。而复合板的优势在于取长补短，通过调整各层的材料的和厚度，可以充分发挥各层材料在性能上的优势，弥补各自的缺陷，从而得到最佳的性能表现和经济合理。
1 不锈钢复合板压力容器的材料要求
不锈钢复合板是通常由碳钢或高强度钢为基材，不锈钢为覆材，以爆炸、轧制等方法制成的双金属复合板。一般由基材保证复合板的强度，由覆材保证复合板的耐腐蚀性能。基材和覆材材料除应满足各自标准对其的要求外，还要求基材和覆材之间要有良好的贴合。如果基材和覆材之间缺乏良好的贴合，不仅无法满足防腐的需要，而且在使用过程中还会引起大面积的脱层和鼓包等现象，从而严重影响设备的安全使用。同时在设备制造过程中会直接影响壳体的组对焊接质量，尤其容易导致焊缝和母材微裂纹的产生，给设备的安全使用留下隐患。用于压力容器的不锈钢复合板，一般常采用的加工方式是爆炸成形，技术要求应符合NB/T47002.1的规定。覆材与基材未结合率应不大于5%，界面的结合剪切强度应不少于210MPa。
2不锈钢复合板压力容器的壁厚设计
在不锈钢复合板压力容器壁厚设计中，一般不考虑覆材的强度，覆材的厚度主要作为腐蚀裕量，是为防腐蚀而设计的。基材厚度的选取主要考虑容器的强度要求。不锈钢复合板容器壁厚计算方法是和普通压力容器一致的，但复合板在形成过程中，会导致基材和覆材的负偏差会变大。所以不锈钢复合板厚度设计时需要正确考虑到材料加工引起的偏差，以免厚度有可能达不到标准要求。复合板总厚度允许偏差是覆材厚度允许偏差与基材厚度允许偏差之和。比如基材和覆材采取爆炸方式复合后，NB/T47002.1中规定基材厚度的正负偏差之数值应各减0.5mm。在设计复合板压力容器壁厚时，要充分考虑到各个可能影响壁厚的因素，在决定名义厚度时可以相应的控制好余量，以免壁厚的制造不符合标准规定。
3不锈钢复合板压力容器的封头厚度设计
封头是压力容器中的一个基本部件，它的安全性能对压力容器非常重要，封头的最小成形厚度必须满足强度设计的要求。设计人员在设计封头厚度时，首先要按照公式计算得到计算厚度。计算厚度加上腐蚀裕量C1得到设计厚度。名义厚度是设计厚度加上材料厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度。设计人员应在设计图纸中标注封头的名义厚度和最小成形厚度。封头制造单位在得到最小成形厚度后，应根据加工要求计算得出封头投料厚度。
由于设计者通常无法确定封头制造单位在加工封头时产生的加工减薄量，图纸中标注的最小成形厚度可能是名义厚度减去钢板厚度负偏差。这就可能造成合格的封头不能满足图纸要求，划分为不合格产品。为此封头制造单位必须增加投料厚度，还需要考虑跳档以及应力变化等情况。因此设计者和封头制造单位应加强沟通，在保证压力容器强度安全的前提下，确定合适的最小成形厚度，既保证了设计结果合格，又能够避免制造方浪费材料。
4不锈钢复合板压力容器焊接制造技术
压力容器的各个组成部分多通过焊接技术进行连接，焊接是不锈钢复合板压力容器制造中最重要的工序之一，其焊缝质量直接关系到耐腐蚀性能及设备的使用寿命，一旦出现失误，将会造成灾难性的后果，所以，对压力容器的焊接技术有严格的制造标准。
不锈钢复合板是由两种材料复合而成，这两种材料的物理性能、化学成分和组织存在较大差异，所以焊接过程除了考虑到基材的接头性能和覆材的性能要求外，还存在着异种钢的焊接问题，由于基层对覆层的稀释作用，使覆层中的Gr、Ni含量降低，并使碳向覆层迁移扩散，而在其交界处焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层，加剧融合区的脆化或使另一侧热影响区软化，最终降低覆层的耐蚀性和基层的强度。为了有效地防止稀释和碳迁移，需要在覆层和基层间增加一过渡层，即对焊接分为基层焊接、过渡层焊接和覆层焊接。基层和覆层的焊接属于同种材料焊接，其焊接性、焊接选择和焊接工艺由基层和覆层金属材料决定；过渡层焊接属于异种钢焊接，其焊接性主要决定于基层和覆层金属的化学物理性能、接头形式和填充金属等。实际焊接生产中，为了补偿合金元素的损失，使过渡层的合金性能保持应有水平，应选用含Gr、Ni等合金元素量高和含碳量低的焊接材料，但也应考虑抗裂性，控制焊缝的稀释率。过渡层的焊接材料应选用含Gr、Ni量相对较高的超低碳不锈钢焊条，以补充基材对覆材的元素稀释。
5不锈钢复合板压力容器的无损检测
无损检测是保证压力容器产品质量的重要手段，正确选择无损检测方法和检测比例是设计者的责任。对不锈钢复合板压力容器，无损检测显得尤为重要。基材是保证复合板强度的主要部分，因此基材焊缝通常要经过严格的检测。利用射线检测或超声检测方法对焊接完成后基材的A、B类焊接接头进行检测。由于覆材焊接过程复杂，焊材价格高，且不易经过较多的热过程，所以基材焊缝的检测一般在焊接过渡层和覆层之前进行，发现超标缺陷及时返修，检测合格后，再对基材焊缝进行打磨处理，完毕后用磁粉检测来保证过渡层的结合面无缺陷存在。然后对过渡层进行焊接，并且对过渡层进行渗透检测合格后才能够进行覆材的焊接。最后是对覆材表面进行渗透检测。如覆材材料计入强度计算时，复合板焊接完成后还需对整个焊缝进行射线检测或超声检测，保证焊缝中无超标缺陷存在。对于容器的C、D、E类焊接接头，设计者应当根据压力容器的结构、材料以及实际应用情况合理的确定无损检测方法、比例及合格标准与级别。
结语
不锈钢复合板压力容器应用越来越广泛，为了保证产品质量，设计者和制造单位应充分考虑压力容器设计制造过程中可能产生的偏差，关注不锈钢复合板压力容器关键技术要点，不断提高设计制造水平。
参考文献：
[1]郑世平.压力容器用锆及锆复合板的特性与应用[J].技术与装备，2018.
[2]马海军.不锈钢复合板压力容器焊接质量控制的探讨[J].现在焊接，2017.
[3]陈茂爱.复合材料的焊接[M].北京：化学工业出版社，2019.
[4]陈燕舞.冲压减薄量引起的封头厚度变化[J].石油化工设备，2018.