本文主要结合不锈钢-钢复合板的特性，在球壳板制造及其组装焊接过程中，从复合板材料的采购验收标准和要求、复合球壳板切割压制、球瓣散装组装、球罐焊接等关键工序的技术难点进行了详细分析论述，总结出具体的解决措施和方法，为不锈钢-钢复合板球罐广泛应用于储装腐蚀性或食用等安全性要求高的介质提供了技术支撑及借鉴经验。
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1 不锈钢-钢爆炸焊接复合板球罐应用技术特点
不锈钢-钢爆炸焊接复合板是以不锈钢为覆材，碳素钢、低合金钢等为基材，用爆炸焊接法制成的复合板，其制造的球罐在球壳板制作及球罐组焊时具有如下技术控制难点：
1）由于该复合板是由覆材和基材采用爆炸焊接复合而成，因此与单一碳素钢或低合金钢板材相比在采购及验收技术方面提出了更高要求；
2）由于不锈钢覆材的使用，增加了球壳板存放及制作组焊过程防污染技术的特殊控制要求；
3）由于复合板的特性要求，使得其在切割、压制及组装等过程的工艺控制措施比普通材质球罐要求更高；
4）复合板球罐的组装后焊接工艺及其技术控制要求和普通材质球罐显著不同，且难度更大。
尽管复合板球罐具有如上的技术控制难点, 但采用复合板制造的球罐，在低投入的前提下, 既保证了球罐的强度，也大大提高了球罐的耐腐蚀性和储装的食品介质卫生安全性。相比其他材质技术经济优势分析如下：
1）与单一碳素钢或低合金钢材质相比，采用爆炸不锈钢复合板可以根据介质腐蚀性的强弱，选用合适的较薄的不锈钢作为覆材，从而解决了同样防腐蚀效果需要的较厚单一碳素钢或低合金钢板的问题，综合降低钢材成本的同时减少了维修次数，并延长了球罐的使用寿命；
2）与不锈钢板相比，采用爆炸不锈钢复合板可以根据球罐的不同强度要求，选择合适的碳钢板作基材，从而节约价格昂贵的不锈钢，且相同强度的复合板球罐材质厚度远小于纯不锈钢球罐厚度，达到大大降低造价的目的；
3）与碳素钢或低合金钢+衬里不锈钢相比, 由于爆炸不锈钢复合板界面是全面积的冶金结合且结合强度高，可在设备内件的连接上简化制造工艺，同时可减少设备的维修次数。
2 不锈钢-钢复合板球壳板制作
2.1 复合板采购及验收存放控制要点
复合板中主要起防腐蚀和安全隔离作用的覆材厚度较薄，一般为2~8mm，主要起强度作用的基材厚度较厚，一般大于3倍的覆材厚度，覆材和基材通过爆炸焊接法复合而成。目前，在球罐的专用标准GB 12337《钢制球形储罐》和GB 50094《球形储罐施工规范》中均没有不锈钢 -钢复合板的技术要求规定，但在GB 150《压力容器》标准材料部分中明确了不锈钢-钢复合板的技术要求应符合NB/T 47002.1的规定，鉴于此, 球罐用不锈钢-钢复合板的采购及验收应按照NB /T 47002.1《压力容器用爆炸焊接复合板》的规定进行，同时由于其不同于单一板材的特殊性能，在采购订货及验收存放时还要注意以下几点：
1）在采购订货时，应明确其防污染包装供货状态，考虑复合板防污染特性以及后续存放及抛丸工艺要求等，建议可提出板材制造厂家在覆层防污染包装后，以覆层和覆层相对、碳钢侧朝外的两板叠放的状态供货，到货后在存放及抛丸时仍保持此状态，以解决抛丸对覆层的污染影响以及存放时覆层防污染防护层的破损问题；
2）在进行质量证明书检查时，应注意其基材及覆材质量证明书复印件以及剪切试验、厚度尺寸偏差、结合状态超声检测及晶间腐蚀等不同于单一材质钢板的要求内容检查；
3）检查板材标记以确认到货板材与采购要求的一致性；
4）到货及存放时均应检查复合板覆材表面的污染防护措施，对发现防护措施缺失或破损的应及时修复；
5）需要复验的应按NB/T 47002.1要求的取样方法及试验项目进行复验，按炉批号进行复验的以基材的炉批号划分；
6）吊装时应采用专用卡具，或吊装时在覆层侧加垫不锈钢垫板，并注意不锈钢垫板的使用面要求，做到和不锈钢及碳钢的接触不混淆, 以防止覆材的污染。
2.2 球壳板切割控制要点
一般低合金钢球壳板采用半自动磁力小车的一次或二次火焰切割方法，而不锈钢-钢复合板球壳板由于不锈钢覆材的应用，火焰切割法不再适用，这是因为不锈钢熔点高，导热性能不好，当用火焰切割不锈钢时在预热火焰的温度影响下，在不锈钢表面会形成一层很薄的氧化膜，即称高熔点、粘度大的Cr2O3遮盖在不锈钢表面上，妨碍下一层金属燃烧。因此在热加工法切割和加工坡口时，尽量采用等离子切割方法，且应覆材朝上，从覆材侧开始切割，当不得已采用气割时，应覆材朝下，从基材侧开始切割。同时为防止不锈钢覆材的污染，应对与覆材面接触的切割检查样板、切割轨道或设备等采取防护措施，如采用不锈钢或镀锌材料制作样板或轨道，或者在接触面一定宽度区域铺设隔离的石棉衬垫等柔性材料，同时也应在切割区周边一定范围采取铺设隔离纸等防止切割熔渣、粉尘、油污污染覆材板面。
2.3 球壳板压制控制要点
不锈钢-钢复合板球壳板和单一材质碳钢球壳板一样，采用用油压机液压冷成型的方法压制，但考虑到不锈钢覆材及其复合特性，应抓好以下关键控制点：
1）压制时不锈钢覆材侧朝上，要采用逐点、密集、较浅的循序渐进方法，尽量避免使球壳板产生直边及急弯等情况，以防局部受力过大引起复合板界面结合率的变化；
2）压制时应使用焊接3mm左右厚的不锈钢板衬垫的上胎，以使不锈钢覆材和上胎的碳钢部件完全隔离，防止在压制过程对覆材的污染和损伤；
3）球板压制成型后需要回胎校正曲率时，应使用不锈钢专用钢垫垫置于复合板覆材和上胎间，操作时应缓慢升压，严禁升压过快。专用垫块应经常检查，损坏或被污染后不能继续使用的应及时更换。专用垫块采用10~20mm厚不锈钢钢板加工，如图1所示。
4）在球壳板压制成型后，对其周边200mm 范围进行基材与覆材的结合率做超声波检测。
5）在球壳板压制成型后，必须对所有覆材表面进行检查，如发现覆材表面有飞溅、灰尘、油污等必须进行酸洗脱脂处理；
6）球壳板半成品堆放时，应用包有干燥洁净包装纸的方木垫（100mm×150mm×200mm）置于两板之间；球壳板成品堆放、包装或运输时相邻钢板的覆材与基材间应采取适当的保护和隔离措施，在其接触面表面采用柔性材料（施胶茶板纸铺在覆材表面，再用塑料膜铺在茶板纸上，并用木条或木块垫在塑料膜上）垫铺，防止覆材的损伤，同时，要使用专用的与球壳板曲率一致的胎具以防止球壳板成品曲率变化。
2.4 球壳板覆材的修补控制要点
如不锈钢覆材损伤后需要焊接修补时，应按图2所示进行，即在修补处去掉覆层后再将基层表面去掉1~2mm，然后补焊过渡层及覆层，其焊材及工艺参数应符合焊接工艺评定规定的要求，过渡层厚度宜为1.5~3mm。焊后磨平修光堆焊表面，并在24小时后进行表面渗透检测，合格后，再转入下到工序。在打磨时，应注意砂轮片不可混用（打磨完基材或其他碳钢构件的砂轮片不可用于不锈钢覆材的打磨）。
3 不锈钢-钢复合板球罐组焊
3.1 球罐组装控制要点
不锈钢-钢复合板球罐的组装采用以赤道带为基准的分片散装组装法（组装过程图片见图3），其组装流程顺序虽然和一般的普通材质球罐无异，但因为不锈钢覆材的特性要求，在组装过程中需要注意以下关键控制要点：
1）球罐在进行现场施工时，应注意球壳板包装运输的覆材防污染保护措施不得弄掉，如有破损应将其修复后再行施工；
2）为避免对不锈钢覆材的污染并降低其防护成本，要求所有组装的定位块均安装于球壳板的外侧（基材侧），且等距均布；
3）除下极带吊耳为满足组装要求设置在球壳板内侧外（覆材侧），其他吊耳均设置于球壳板的外侧（基材侧），设置在球壳板内侧的吊耳应使用不锈钢材质，焊接时应执行相应不锈钢焊接工艺规程；
4）凡进入球罐内的架子管和跳板必须干净整洁，不得有锈、油渍和其它附着物。架子管的两头加装长50mm的特质橡胶头，跳板的八个角加装橡胶垫，在内部搭设时，必须轻拿轻放, 不准随便丢架子管、跳板和卡扣；
5）球壳板组对错边量b不应大于球壳板覆材名义厚度的1/2，且不大于2mm（图4和图5）, 当两板厚度不等时，可不计入两板厚度的差值；
6）应在基材侧（外侧）进行点固焊接，操作时，采用与球壳板基层焊接相同的焊接工艺, 且点焊过程中，注意覆材面的保护，在覆材面焊缝坡口两侧150~200mm处涂白灰，防止焊接飞溅物损伤覆材表面。
3.2 球罐焊接控制要点
不锈钢复合钢板是由两层不同性质的钢板复合而成，故在焊接时既要考虑满足基层的焊接结构强度，又要考虑使不锈钢复合板较薄的复层满足耐腐蚀性能要求。对于基层焊接时，要注意避免铬、镍等合金含量增高，因铬、镍含量增高，基层焊缝中会形成硬脆组织，容易产生裂纹，影响焊缝强度；对于复层焊接时，要避免含碳量的增加，因含碳量的增加会大大降低其耐腐蚀性。因此焊接由不锈钢复合板制造的球罐，其复杂程度和难度比普通材质球罐均要大很多，需采用复合钢板特殊的焊接工艺进行操作控制，并在操作过程中要求严格按照作业指导书的规定选择焊材及相应的焊接参数, 注意焊材及各参数不得在基层、过渡层及覆层间混用，同时，应对覆材采取适当防护措施，防止焊接飞溅损伤覆材表面。
3.2.1 不锈钢-钢复合板球罐焊接流程为：
近覆材侧基层的焊接→基材侧基层焊缝清根→基材侧基层的焊接→过渡层的焊接→渗透、射线检测→覆层的焊接。焊接顺序及状态截面如图6所示。
3.2.2 基层的焊接控制要点
焊接覆材一侧的基层时，为了防止过大的焊接热输入对不锈钢覆材金属的影响，应控制其焊接热输入小于28kJ/cm，当基层焊接至如图6所示的离复合界面1.5~2.5mm时停止焊接，待冷却到100℃以下时，再用手砂轮将坡口内的飞溅、熔渣等清理干净，以利过渡层的焊接。覆材一侧的基层焊接完成后，进行其背面的碳弧气刨清根和焊接，完成整个基材的焊接工作。
3.2.3 过渡层的焊接控制要点
基层全部焊接完成后，即开始过渡层的焊接，过渡层焊接时，按照其焊接作业指导书规定的范围尽量选用较小直径的焊条及较小的焊接线能量（小于20kJ/cm），过渡层应超出复合界面0.5~1.5mm，厚度宜为2~4mm，过渡焊缝应同时熔合基层焊缝、基材与覆材复合界面，且应盖住基层焊缝和复合界面。焊接时，注意要控制层间温度在100℃以下，并按照如图7所示的一层多道的焊道排列形式进行焊接，即先在坡口的两侧各堆焊一道焊道，然后再进行其他焊道的焊接，焊完后用手砂轮磨平，以利覆层（盖面层）的焊接。
3.2.4 覆层的焊接控制要点
过渡层焊接完成24小时后进行RT（射线）、UT（超声）检测，检测合格后再进行覆层的焊接。覆层焊接时，也应按照其焊接作业指导书规定的范围选用较小的焊接线能量（小于20kJ/cm）, 同时控制道间温度在100℃以下。施焊时应采取如图8所示的多道焊接完成，焊接速度在能保证熔合良好的前提下宜快不宜慢，为防止咬边等缺陷, 焊条可作划圈式运动，焊缝余高应不大于1.5mm, 接头部位超高部分应磨去，填满弧坑，并应使覆层焊接成形（即盖面焊）良好，圆滑过渡。
4 结束语
以上不锈钢-钢复合板球罐制造及组焊关键控制技术，已经成功应用于化工腐蚀介质的储装球罐制安工程中，并取得了较好的效果。这一新技术的成功开发应用，不仅标志着球罐制造水平的提高，也为石化化工、食品、医药等行业的储存设备增加了降低成本的新选择，对于球罐技术的发展和其应用多样化、更加科学化将有很好的推动作用。
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