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文檔簡介
以奧氏體不銹鋼為復(fù)合層,碳鋼為基層的復(fù)合板,既具有不銹鋼的表面性能和耐腐蝕性能,又具有碳鋼的機(jī)械強(qiáng)度和加工性能。因此,奧氏體不銹鋼復(fù)合板制成的壓力容器在化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。奧氏體不銹鋼與碳鋼屬于不同材料,爆炸焊接復(fù)合技術(shù)很好地實(shí)現(xiàn)了這兩種材料的復(fù)合。爆炸焊接主要是用炸藥作為能源進(jìn)行金屬焊接的技術(shù),其特點(diǎn)是充分發(fā)揮和利用組元材料的物理性能和力學(xué)性能,以滿足不同場合的需求。在壓力容器的制備過程中,必須對復(fù)層奧氏體不銹鋼厚度進(jìn)行控制。常用的復(fù)合板復(fù)層厚度的測量方法有磁性測厚法、超聲測厚法和金相測厚法這三種方法。其原理和操作過程不同,各自的影響因素和適用范圍也不相同。采用不適合的方法進(jìn)行復(fù)層厚度測量,得到的結(jié)果往往存在較大誤差。那么,上述三種方法到底哪種更勝一籌呢?讓我們來進(jìn)行一次小測驗(yàn)吧!測量材料復(fù)層材料選取SA240304L,名義厚度(設(shè)計(jì)圖樣上標(biāo)注的厚度)為3.5mm;基板材料選取SA265
Gr70,名義厚度為30mm。SA240304L中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)完全符合標(biāo)準(zhǔn)ASMESA240-2015《壓力容器和一般用途用耐熱鉻及鉻鎳不銹鋼板?薄板和鋼帶》的相關(guān)指標(biāo)要求,SA265Gr70中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)完全符合標(biāo)準(zhǔn)ASMESA516-2015《中?低溫壓力容器用碳鋼板》的相關(guān)指標(biāo)要求。對復(fù)層?基層材料分別用游標(biāo)卡尺測出實(shí)際厚度。復(fù)層材料8次測量的平均值是3.70mm,基層材料8次測量的平均值是30.62mm。而客戶要求復(fù)合板復(fù)層厚度的測量結(jié)果不得小于3.175mm,厚度公差為正公差。爆炸焊接復(fù)合板采用爆炸焊接方法成型,執(zhí)行ASME
SA264-2015《鉻-鎳不銹鋼復(fù)合板》標(biāo)準(zhǔn),交貨狀態(tài)為退火后。爆炸焊接主要是用炸藥作為能源進(jìn)行金屬間焊接的,是一種很有實(shí)用價(jià)值的生產(chǎn)金屬復(fù)合材料的高新技術(shù)。其在一瞬間能將相同的?特別是不同的金屬組合簡單?迅速?強(qiáng)固地焊接在一起,使金屬界面達(dá)到冶金結(jié)合狀態(tài)。工程中采用的爆炸焊接方法主要有平行安裝法和角度安裝法兩種,這次我們采用平行安裝法(見下圖)進(jìn)行爆炸焊接,并對爆炸焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化。圖1平行安裝法爆炸焊接復(fù)合示意爆炸焊接復(fù)合要求基復(fù)板表面干凈,基復(fù)板表面粗糙度越高,其復(fù)合后的結(jié)合品質(zhì)越高,因此在爆炸復(fù)合之前需要對基復(fù)板進(jìn)行表面拋光處理,拋光后復(fù)層?基層的厚度存在輕微減薄,經(jīng)測量,減薄量約為0.2~0.3mm。測量方法PK超聲法測厚常用的超聲波測厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進(jìn)行厚度測量的。凡能使超聲波以一恒定速度在其內(nèi)部傳播的各種材料均可采用此原理測量。按此原理設(shè)計(jì)的測厚儀可對各種板材和加工零件的厚度進(jìn)行精確測量,也可以對生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器的腐蝕減薄程度進(jìn)行監(jiān)測,廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。脈沖反射技術(shù)進(jìn)行超聲測厚的工作原理如下式所示:h=cΔt/2式中:h為試件的厚度;c為材料中的聲速;Δt為垂直入射時(shí)超聲波在試件中往返一次的傳播時(shí)間。當(dāng)材料中聲速已知,則只需測出Δt即可算出厚度。在對不銹鋼復(fù)合板進(jìn)行測厚時(shí),超聲波從不銹鋼-鋼界面入射,不銹鋼復(fù)層為第一介質(zhì),不銹鋼?碳鋼的聲速分別為5740,5900m/s;不銹鋼?碳鋼的密度分別為7.9,7.85g/cm3,不銹鋼與碳鋼的聲阻分別為4.53×106,4.63×106g·cm-2·s-1。當(dāng)測厚儀探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測復(fù)合板工件表面到達(dá)材料分界面時(shí),在界面處產(chǎn)生反射波,脈沖被反射回探頭,儀器通過精確測量超聲波在復(fù)層材料中傳播的時(shí)間來確定復(fù)層的厚度。采用奧林巴斯的38DLPLUS型號超聲測厚儀,以奧氏體不銹鋼復(fù)合板使用的復(fù)層材料(304L)薄板作為試塊,進(jìn)行儀器校正,并根據(jù)復(fù)層材料種類預(yù)置超聲波聲速。測量復(fù)層厚度前,對復(fù)合板復(fù)層表面進(jìn)行拋光處理,直到露出金屬光澤,避免粗糙被測表面對測量結(jié)果產(chǎn)生影響;測量時(shí),將探頭放置在復(fù)合板復(fù)層表面,耦合劑為水,探頭通過耦合劑能與表面良好耦合。復(fù)層厚度的測量(兩次)結(jié)果為:3.47,3.49mm。圖2超聲波測厚現(xiàn)場圖3奧氏體不銹鋼復(fù)合板界面金相檢驗(yàn)結(jié)果從圖3可以看出,由于超聲測厚法固有的特點(diǎn),探頭與被測表面的耦合狀態(tài)不同,或者按壓探頭力量的不同,所以兩次測量的結(jié)果存在輕微變化,但是都在儀器誤差范圍內(nèi),可以接受。從兩次測量結(jié)果可以看出,超聲法厚度測量結(jié)果非常接近實(shí)際復(fù)合板復(fù)層的厚度,兩次測量結(jié)果的平均值為3.48mm,數(shù)值大于驗(yàn)收指標(biāo)3.175mm,滿足客戶驗(yàn)收要求。同時(shí),超聲測厚儀具有靈敏?便攜,對被檢材料不產(chǎn)生破環(huán)和影響,測厚數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取的特點(diǎn),非常適合生產(chǎn)過程中對材料進(jìn)行厚度控制,以及適合生產(chǎn)?檢驗(yàn)現(xiàn)場使用。金相法測厚金相法測厚是目前公認(rèn)的最精確的復(fù)合板復(fù)層厚度測量方法。其首先對復(fù)合板試樣切割取樣和制備金相試樣,再在顯微鏡下對復(fù)合板結(jié)合界面進(jìn)行顯微觀察。由圖3可知,奧氏體不銹鋼復(fù)合板(304L/Gr70)的復(fù)合層界面在爆炸焊接過程中產(chǎn)生了明顯的塑性變形,所以呈現(xiàn)規(guī)則的正弦波狀的結(jié)合狀態(tài),這屬于爆炸焊接的固有特性,且波形非常清晰。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6396-2008《復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)方法》中關(guān)于爆炸焊接復(fù)合板復(fù)層厚度的金相測量方法,由復(fù)合板復(fù)層一側(cè)分別對波峰?波谷的深度進(jìn)行測量,得到5組波峰?波谷的深度,并對5組波峰?波谷的深度求平均值,該平均值即為復(fù)合板的復(fù)層厚度。最后得出,5組波峰?波谷深度的平均值為3.64mm,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6396-2008,該復(fù)合板復(fù)層的金相法測厚結(jié)果為3.64mm。通過金相方法觀察得到的復(fù)合板復(fù)層厚度的數(shù)值最接近實(shí)際情況。磁性測厚法磁性測厚法是利用磁感應(yīng)原理對磁性基體上的非磁性涂層進(jìn)行測厚,設(shè)備主要包括測厚儀器和探頭。磁感應(yīng)原理是利用探頭經(jīng)過非鐵磁覆層而流入鐵基材料的磁通大小來測定覆層厚度的,覆層越厚,磁通越小,當(dāng)探頭放在被測物上后,儀器自動輸出測試電流,磁通的大小影響到感應(yīng)電動勢的大小,儀器將該信號放大后來顯示出覆層厚度值。由于磁性測厚儀具有便攜性以及智能數(shù)顯等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的涂層測厚中。圖4磁性測厚法測量現(xiàn)場對復(fù)層厚度采用了磁性測厚法進(jìn)行測厚(使用MiniTset745涂層測厚儀),最終測得的復(fù)層厚度為2.325mm,該結(jié)果遠(yuǎn)低于驗(yàn)收要求3.175mm。復(fù)合板復(fù)層材料304L是沒有鐵磁性的奧氏體不銹鋼,基層材料Gr70為碳鋼,具有很強(qiáng)的鐵磁性。表面上看,這兩種材料組合的復(fù)合板滿足磁性涂層測厚儀的使用條件,所以該單位采用了磁性測厚法。但實(shí)際上,奧氏體不銹鋼復(fù)層與碳鋼基層材料進(jìn)行爆炸焊接復(fù)合后,復(fù)合板的復(fù)層材料中產(chǎn)生了鐵素體。而鐵素體是有鐵磁性的組織,會對磁性測厚儀產(chǎn)生干擾。為了驗(yàn)證該影響因素,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTME562-2011《用系統(tǒng)人工點(diǎn)計(jì)數(shù)法測定體積分析的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》,對復(fù)合板試樣進(jìn)行了鐵素體含量檢測,檢測結(jié)果為:標(biāo)準(zhǔn)偏差0,95%可靠區(qū)間0,相對精度0,鐵素體體積分?jǐn)?shù)3.1%,鐵素體體積分?jǐn)?shù)高的位置距離復(fù)合層界面的距離為2mm。分析這些檢測結(jié)果可知,復(fù)合界面靠近復(fù)層一側(cè)含有少量的鐵素體,而鐵素體有一定的磁性,磁性給測厚結(jié)果帶來了較大的誤差,使測量數(shù)值小于實(shí)際厚度。結(jié)
論1對爆炸焊接奧氏體不銹鋼復(fù)合板復(fù)層厚度進(jìn)行測量,適合的方法是超聲測厚法和金相測厚
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