近年來，國內(nèi)石油和化學(xué)工業(yè)等流程工業(yè)生產(chǎn)過程中，為適應(yīng)高溫、高壓、易燃、易爆、有毒等惡劣工況，壓力容器等特種設(shè)備越來越多地使用有色金屬材料制造。目前世界各主要工業(yè)國家的壓力容器標準都在不同程度上包含了有色金屬制壓力容器的內(nèi)容。我國TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》已列入了鋁、銅、鎳、鈦、鋯及其合金制壓力容器安全技術(shù)方面的要點。作為有色金屬制壓力容器的基礎(chǔ)標準，JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》、JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》、JB/T4755-2006《銅制焊接容器》和JB/T4756-2006《鎳及鎳合金制焊接容器》已經(jīng)實施，《鋯制焊接容器》行業(yè)標準不久也將頒布。至此，我國已經(jīng)初步形成了較為全面的、包括各種常用有色金屬材料在內(nèi)的壓力容器設(shè)計制造標準體系。

1、 有色金屬設(shè)備市場份額逐步擴大

我國有色金屬工業(yè)經(jīng)過五十多年的發(fā)展已經(jīng)形成了比較完整的產(chǎn)業(yè)體系。近十年來產(chǎn)量和規(guī)模發(fā)展迅速，躍居世界前列，成為世界有色金屬第一生產(chǎn)大國，除基本滿足國內(nèi)需求外，還實現(xiàn)了部分出口。國內(nèi)有色金屬的資源優(yōu)勢對于促進國民經(jīng)濟快速增長的推動作用越來越明顯。表1為我國金屬壓力容器行業(yè)的經(jīng)濟數(shù)據(jù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，近年來化工、石油、冶金、輕工、電力等流程工業(yè)中，有色金屬材料制造的壓力容器比例不斷增大。

表2為各類金屬材料在壓力容器中的應(yīng)用情況。

化學(xué)工業(yè)應(yīng)用有色金屬材料的歷史十分悠久，傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)長期用鉛、銅、鎳及合金作為耐腐蝕材料，上世紀70-80年代國內(nèi)為了解決鎳資源不足的問題，除發(fā)展鐵素體不銹鋼和雙相不銹鋼外，開始在制造業(yè)中推廣鋁合金材料，繼而大力提倡用鈦及鈦合金材料。上世紀90年代由于大型尿素、醋酸和對苯二甲酸等大型建設(shè)項目的需求，價格相對昂貴的鋯材開始在化工生產(chǎn)裝置中使用，有色金屬設(shè)備的制造因此成為化工裝備制造業(yè)的新熱點。近年來隨著節(jié)能減排和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的深化，以及氟化工、氯堿化工、精細化工和生物化工等具有的較好成長性，更為有色金屬設(shè)備的發(fā)展形成了極大的潛在市場。

我國氟化工經(jīng)過四十多年發(fā)展，初步形成了門類較為齊全的產(chǎn)業(yè)體系，具備了人才、技術(shù)、市場等優(yōu)勢，形成了開發(fā)和合作格局，給“十二五”期間氟化工發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。在氫氟酸市場需求的帶動下，國際上對中國的資源競爭已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)χ袊疃确a(chǎn)品的競爭。綜合考慮資源優(yōu)勢，加上成本與價格的優(yōu)勢，未來中國的氟化工仍具有發(fā)展的良好空間。氟化氫是基礎(chǔ)氟化工產(chǎn)品，主要用于制冷劑、氟樹脂、氟化鹽、氟橡膠和含氟中間體及精細化學(xué)品的生產(chǎn)。

近年我國氟化氫產(chǎn)能年均增長達30％左右，目前引進的國外先進技術(shù)，如STAUFFER公司、BUSS公司、Atochem公司的技術(shù)也是各有其優(yōu)點。但從裝置運行情況看，首先必須解決設(shè)備腐蝕問題，才能提高裝置開工率，降低原料單耗，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。由于采用的工藝路線不同，取得的效果大不相同。BUSS公司采用了較多的有色金屬材料，設(shè)備費用相當(dāng)高。STAUFFER公司采用瑞士LIST公司生產(chǎn)的雙軸預(yù)反應(yīng)器，凈化設(shè)備中有色金屬材料較少，一次性設(shè)備投入較少，但維修更換的費用較高。從整體發(fā)展趨勢看，有色金屬設(shè)備的應(yīng)用呈上升趨勢。

氟氯烴也是一個大量消耗有色金屬材料的產(chǎn)業(yè)。氟氯烴類化合物具有高揮發(fā)性、低反應(yīng)活性、無毒及不可燃等良好的化學(xué)和物理性質(zhì)，目前主要用于生產(chǎn)制冷設(shè)備的制冷劑，廣泛應(yīng)用于汽車、家電和工業(yè)制冷領(lǐng)域，也被推廣到醫(yī)療領(lǐng)域做汽霧劑，還可做生產(chǎn)隔熱材料中的發(fā)泡劑等。但后來人們發(fā)現(xiàn)氟氯烴及相關(guān)化合物，對大氣中的臭氧層有很大的破壞作用，各締約國于1987年簽訂了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（簡稱《蒙特利爾議定書》），對使用該類對臭氧層有破壞作用的物質(zhì)進行了嚴格的限制，并禁止使用。我國政府于1991年加入了修正后的《蒙特利爾議定書》。列入《議定書》附件的物質(zhì)中有20種中國均有生產(chǎn)和消費。因此氟氯烴的淘汰和新型替代物的開發(fā)給中國石化工業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)和機遇，目前已經(jīng)或正在商品化的氟利昂替代物有HFC-134a、HFC-32、HFC-125、HFC-143a、HFC-152、HFC-227、HFC-236及由它們復(fù)配的R-407C、R-404A、R-410A、R-507A等品種。碳氫化合物制冷劑有R-290（丙烷）、R-600（丁烷）、R-600a（異丁烷）、環(huán)戊烷、二甲醚等。氟氯烴化合物生產(chǎn)過程中需要有色金屬材料比一般化工業(yè)高很多，在國內(nèi)項目建設(shè)高峰期甚至出現(xiàn)過導(dǎo)致全世界有色金屬材料價格上漲的情況。國內(nèi)正準備大上的氯化法鈦白粉項目，將成為有色金屬設(shè)備市場的又一新熱點。據(jù)估算，我國國民經(jīng)濟如達到世界中等規(guī)模發(fā)展水平，對鈦白粉的需求量將達到520萬噸，目前距此數(shù)字還有近400萬噸的缺口。今后很長一段時間，國內(nèi)鈦白粉的需求將有較大幅度增長的潛力。近兩年來，國內(nèi)多家公司在籌備上馬氯化法鈦白粉項目，國家在政策上已明顯向氯化法鈦白粉項目傾斜，這為更多的氯化法鈦白粉項目的啟動提供了宏觀保障。未來3～5年內(nèi)氯化法鈦白粉的總產(chǎn)能有望增加到10萬噸/年以上。幾年后，國內(nèi)氯化法鈦白粉產(chǎn)能很有可能超過硫酸法鈦白粉產(chǎn)能而占據(jù)主導(dǎo)地位，因此將出現(xiàn)一個高檔有色金屬裝備消費熱潮。

2、 鋯及鋯合金加工技術(shù)發(fā)展概況

鋯屬于高熔點稀有貴金屬，鋯及其合金在現(xiàn)代石化工業(yè)和核工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。在大多數(shù)有機酸、無機酸、強堿和一些熔融態(tài)的鹽中均具有優(yōu)良的耐蝕性，尤其是在還原性強的酸性介質(zhì)中的優(yōu)異耐蝕性更加突出。因此鋯適宜作為有特殊耐腐蝕要求的壓力容器用材，特別是隨著材料科學(xué)和設(shè)備制造技術(shù)的不斷發(fā)展，實驗及使用實例已證明，鋯在大多數(shù)有機酸環(huán)境中是最好的耐腐蝕材料。鋯在大多數(shù)涉及甲酸、醋酸、羥基乙酸、乳酸、甲基丙烯酸、尿素、異丁烯甲酯、人造纖維、多種醇類、酚醛樹脂等有機材料的生產(chǎn)中起到了關(guān)鍵作用，還有許多接觸鹽酸、硫酸等強腐蝕介質(zhì)的容器也常采用鋯材。近年來國內(nèi)每年鋯制壓力容器的產(chǎn)量達數(shù)百噸，已有相當(dāng)多的企業(yè)制造和使用鋯制壓力容器。國外金屬制壓力容器標準有鋼、鋁、銅、鎳、鈦、鋯等6種，我國前5種材料的壓力容器已有國家標準或行業(yè)標準，目前正在編制鋯制壓力容器標準。上述6種材料中，鋯材具有特別優(yōu)異的耐腐蝕性能，且價格最高，設(shè)計制造技術(shù)要求最嚴。我國鋯制壓力容器用的鋯材長期以來依靠進口，美國某公司工業(yè)級鋯材的一半以上供應(yīng)中國，因而國內(nèi)制造中的相關(guān)規(guī)范受美國的影響很大，主要來自美國ASME。目前收錄在ASTM中的鋯材共有5個等級，牌號為R60700、R60702、R60704、R60705和R60706。其中R60702具有良好的綜合理化性能，成為最常用的壓力容器用材。鋯的化學(xué)活性很強，易與空氣中的氮、氧等發(fā)生反應(yīng)，形成脆性化合物。脆性化合物導(dǎo)致焊接接頭的塑性顯著降低，強度增高，并使焊接接頭耐高溫、高壓及抗腐蝕性能下降。因此焊前必須嚴格清理，焊接時要嚴格控制溫度，并做好冷卻和保護，采用高純度的氬氣保護焊縫金屬和熱影響區(qū)。鋯材的焊接性能是由其特殊的理化性能決定的。鋯的熱導(dǎo)率較小，導(dǎo)熱性較差，導(dǎo)致焊接熔池中積累的熱量多，熔池尺寸較大。當(dāng)焊縫在高溫區(qū)停留時間較長時，焊縫金屬和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)晶粒易長大，造成焊接接頭塑性、韌性降低。為避免焊接區(qū)長時間高溫停留造成不利影響，應(yīng)選用小的焊接參數(shù)。鋯焊接時容易產(chǎn)生氣孔，原因主要是：氬氣、母材、焊絲中的H 2 ，O 2 ，H 2 O的含量較高會使焊縫氣孔明顯增加，以及鋯及其合金坡口附近和焊絲表面常受到外部雜質(zhì)的污染（水、油脂、氧化物、塵埃等），這些雜質(zhì)如清除不徹底，會導(dǎo)致焊接接頭中產(chǎn)生氣孔和裂紋。鋯不能與其它金屬進行熔焊，這是由于純鋯的熔點(1845℃)比許多金屬要高，而且容易形成脆性的金屬間化合物，導(dǎo)致焊縫脆化。鋯與其它金屬連接時，只能采用釬焊、粘接、爆炸焊接和螺栓連接。對接接頭根據(jù)板厚一般選用V形或X形坡口形式。鋯接管與法蘭鋯密封環(huán)的連接坡口必須進行嚴格的清理，杜絕雜質(zhì)污染。在焊口組焊對前用丙酮等溶劑清除坡口兩側(cè)各75 mm范圍內(nèi)的水和污物，再用不銹鋼刷或細銼刀等工具去除距焊縫至少25 mm范圍內(nèi)的氧化物。焊絲使用前必須用丙酮或酒精去除表面的油脂等雜物，嚴禁使用四氯化碳類氯化烴作為脫脂溶劑，清潔后取放焊絲須戴潔凈手套。清理后30 min內(nèi)必須用完，否則應(yīng)重新進行清理。

整個焊接過程的氣體保護狀況決定焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。焊縫及其兩側(cè)熱影響區(qū)的保護，主要依靠焊槍保護氣及附在焊槍后面的尾部拖罩來實現(xiàn)，拖罩應(yīng)根據(jù)壁厚制作成不同長度，隨著壁厚的增大，拖罩相應(yīng)加長加寬，焊縫背面的保護采取兩側(cè)封堵通氬氣保護。保護氣體采用純度大于99.999%，露點低于-50℃的高純氬。焊槍、尾部拖罩和背面保護罩應(yīng)提前通氣，時間為焊接不銹鋼的5～10倍，以排除氣管內(nèi)和拖罩內(nèi)的空氣，徹底置換背面保護區(qū)內(nèi)的空氣。焊后要采用滯后停氣，保證熄弧處焊縫及其周圍母材溫度降至300℃以下。整個過程必須確保焊絲也在保護氣氛中。焊接熱輸入應(yīng)注意控制，在保證熔合的前提下，盡量用小熱量輸入焊接，而鋯散熱速度較慢，需要靠氬氣使其快速冷卻降溫，焊接時宜采用小電流、慢焊速。其中道間溫度高，焊縫、熱影響區(qū)在高溫停留時間增加，冷卻速度慢，使室溫下的晶粒度增大。為了得到較細的晶粒，道間溫度一般控制在120℃以下。焊接時，為得到性能優(yōu)異的焊接接頭，溫度應(yīng)控制在100℃以下。焊接一層后，道間溫度應(yīng)控制在60℃以內(nèi)，每道焊前要檢查前一道焊縫表面，若有污染或氧化現(xiàn)象，應(yīng)清理干凈后才能進行下一層焊接。另外，當(dāng)室內(nèi)溫度較低時，材料在焊接前必須進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度在20℃左右。焊后焊縫表面顏色應(yīng)為銀白色和淺黃色，焊縫表面顏色檢驗合格。焊接對接焊縫和角接焊縫按照圖樣或工藝文件規(guī)定的方法和要求進行無損檢測，結(jié)果均應(yīng)符合要求。焊后對容器進行水壓試驗或必要的氣密性試驗，試驗結(jié)果應(yīng)合格。正確的焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)和焊接保護措施，對保證鋯容器焊接接頭性能符合設(shè)計及使用要求至關(guān)重要。我國的鋯工業(yè)在加工技術(shù)和檢測方面總體上已接近世界先進水平，生產(chǎn)能力也基本能夠滿足當(dāng)前的需求。但是我國鋯工業(yè)的原料—海綿鋯還沒有工業(yè)化的自主生產(chǎn)能力，已成為制約我國鋯工業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一。有關(guān)部門正在對鋯材生產(chǎn)進行統(tǒng)一規(guī)劃和管理，以建立鋯原料生產(chǎn)基地，完善整個鋯工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈條。

3、 鈦及鈦合金加工技術(shù)發(fā)展概況

我國研制的鈦合金有近50種，已列入國家標準的鈦及鈦合金牌號有40余種。上世紀80年代以來，我國鈦合金開始進入由純仿制到獨立研究與仿制相結(jié)合的階段。鈦及合金在酸、堿及鹽類介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性，同時還具有重量輕、比強度高等優(yōu)點，因而在化工、石油、冶金、電力、海洋工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。雖然鈦材成本比一般材料要高，但從壽命周期、強度、環(huán)境影響等方面綜合分析，使用鈦材可以獲得顯著的經(jīng)濟效益。鈦的密度小，約為銅的50%和18-8系列不銹鋼的57%，因此制造同樣尺寸的設(shè)備，使用鈦比使用鋼、銅減少一半的重量。鈦的比強度比不銹鋼等材料高，因而又可以減輕一些重量。

鈦設(shè)備的使用壽命比使用傳統(tǒng)材料如鋼、銅、鉛等的使用壽命長。此外，使用鈦設(shè)備還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備維修費用，改善勞動條件。

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，鈦設(shè)備的應(yīng)用也越來越廣泛。鈦設(shè)備的設(shè)計分為以下幾類：一是壓力容器設(shè)備，如某些化工應(yīng)用的蒸發(fā)器、反應(yīng)器等；二是常壓設(shè)備，如鈦制列管式換熱器、各種鈦容器等；三是通用機械設(shè)備，如鈦風(fēng)機、鈦閥門、鈦接頭等；四是特殊或?qū)Ｓ脳l件下的鈦設(shè)備和零部件，如醫(yī)療用的鈦關(guān)節(jié)、鈦骨頭等。目前許多鈦設(shè)備為壓力容器，它不但要求材料具有優(yōu)異的耐蝕性，而且還要求具有較高的綜合力學(xué)性能及良好的焊接性能。目前國內(nèi)外用于制造壓力容器的鈦牌號很多，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增加，新的耐蝕、耐熱高強度鈦合金也在不斷地研發(fā)之中。鈦及鈦合金的焊接方法很多，如鎢極氬弧焊（GTAW）、熔化極氬弧焊（GMAW）、等離子弧焊（PAW）、電子束焊（EBW）等。近年來，為滿足現(xiàn)代焊接產(chǎn)品高功率、高精度、高可靠性和高效率的需求，各種新型焊接技術(shù)不斷出現(xiàn)。

高能束流焊接技術(shù)就是其中最有發(fā)展?jié)摿Φ暮附蛹夹g(shù)之一，它包括電子束焊、激光焊、復(fù)合束流焊接等方法，具有焊接速度快、焊縫質(zhì)量高及節(jié)能高效等許多優(yōu)點，國外已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、核工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域。我國鈦設(shè)備制造中存在的主要問題：一是鈦設(shè)備制造自動化水平不高。我國鈦設(shè)備制造技術(shù)與發(fā)達國家間的重大差距在自動化程度上，國內(nèi)鈦設(shè)備專業(yè)廠的數(shù)控冷切割、數(shù)控焊接、數(shù)控鉆削等自動化裝備還不能滿足專業(yè)化和大型化的要求。二是鈦設(shè)備焊接水平落后。近年來國外焊接技術(shù)發(fā)展很快，新型焊接設(shè)備、焊接技術(shù)不斷涌現(xiàn)。設(shè)備的焊縫質(zhì)量及勞動生產(chǎn)率大幅度提高。我國鈦設(shè)備制造業(yè)在這方面明顯不足，應(yīng)加快開發(fā)和應(yīng)用新型焊接設(shè)備，縮小與發(fā)達國家的差距。三是鈦設(shè)備制造業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境較差。鈦是一種活性金屬，容易受到鐵離子、灰塵及其它污染物的污染。鈦設(shè)備的生產(chǎn)要在潔凈廠房內(nèi)進行。我國鈦設(shè)備制造業(yè)雖然有了相對隔離的潔凈廠房，但廠房內(nèi)的清潔程度、鐵污染的控制、專門成形設(shè)備和工裝卡具、吊具等方面與國外廠家仍存在差距。四是鈦設(shè)備產(chǎn)品系列化標準欠缺。目前國內(nèi)許多企業(yè)用戶在選擇鈦設(shè)備時，往往顧慮鈦設(shè)備的一次性投資較高，因而與國外企業(yè)相比，選用鈦材較少。國內(nèi)鈦設(shè)備制造業(yè)應(yīng)大力宣傳、推廣鈦設(shè)備的應(yīng)用，開發(fā)市場、推廣技術(shù)、擴大應(yīng)用。我國鈦制壓力容器、換熱器、泵、閥、風(fēng)機等已廣泛應(yīng)用，但未形成專門的產(chǎn)品系列。應(yīng)針對市場需求，加強鈦產(chǎn)品的標準化工作，向社會提供各種系列的鈦產(chǎn)品。

4、 鎳及鎳合金加工技術(shù)發(fā)展概況

鎳合金主要由銅、鉻、鉬等合金元素構(gòu)成。

鎳合金具有良好的綜合性能，可耐各種酸腐蝕和應(yīng)力腐蝕。最早應(yīng)用的是鎳銅合金，又稱蒙乃爾合金；既能抵抗大氣、蒸汽和水的腐蝕，又能耐酸、堿、鹽的腐蝕，廣泛應(yīng)用于石化、化工、冶金、建筑和輕工等行業(yè)，制作石油化工、紡織、輕工、核能等工業(yè)中要求焊接的容器、塔、槽、管道等；尿素生產(chǎn)中的合成塔、洗滌塔、冷凝塔、汽提塔等耐蝕高壓設(shè)備。此外還有鎳鉻合金、鎳鉬合金、鎳鉻鉬合金等，用于制造各種耐腐蝕零部件和承壓設(shè)備。目前國內(nèi)化工生產(chǎn)裝置中大量使用各種鎳及鎳合金材料，第一種是純鎳（合金200系列），對范圍很廣的還原性酸和鹽有非常好的抗蝕性，但不適合用于強氧化性的條件，如硝酸。純鎳最顯著的特性是不耐強堿的腐蝕，特別是強堿處于熔融狀態(tài)時。雖然對于干燥鹵素環(huán)境的耐蝕性很突出，但是鎳不適宜在水的露點以下的環(huán)境。第二種是鎳-銅合金（合金400系列），其耐蝕性與純鎳一樣，具有非常好的耐鹵素酸和鹵素化合物腐蝕的性能，特別耐氫氟酸和富含氟或氟化氫的高溫氣體的腐蝕，廣泛應(yīng)用于處理硫酸溶液、海水和鹽水。第三種是鎳-鉻合金（合金600系列），對有機酸的耐蝕性好，廣泛用于脂肪酸的加工中，也用于強堿性化學(xué)劑的加工和生產(chǎn)中，同時還是一種高溫應(yīng)用中兼有耐熱和耐蝕性能的極好材料。該合金在高溫鹵素環(huán)境下優(yōu)良的使用性能，使它成為有機氯化物加工中最佳的材料選擇。第四種是鎳-鉻-鐵合金（合金800系列 ），由于該合金含有30%左右的鐵，又被列入超級奧氏體不銹鋼系列。主要用于含硫和含磷的各種用途。第五種是鎳-鉻-鐵-鉬合金（ G系列合金），這種合金特別耐硫酸和不純凈磷酸的腐蝕，能夠承受還原性和氧化性兩種環(huán)境條件的侵蝕。最近開發(fā)的合金G-30焊接性能更好，全面提升了耐腐蝕能力，特別是對焊縫熱影響區(qū)的耐蝕能力。第六種是鎳-鉻-鉬合金（ C系列合金），具有非常突出的耐各種酸、酸式鹽和在化學(xué)處理中遇到的其它各種侵蝕性物質(zhì)的腐蝕。最具代表性的合金 C-276 適用于像有水分的氯化物和次氯酸鹽這樣惡劣的環(huán)境。第七種是鎳-鉬合金（B系列合金），在還原條件下具有突出的耐硫酸、磷酸和鹽酸能力，特別適用于加工任何濃度和一直到沸點溫度的鹽酸的設(shè)備。

我國鎳合金焊接技術(shù)與國外相比，主要表現(xiàn)為執(zhí)行的標準相對落后。高鉻鎳鋼及高鉻錳氮鋼奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的鎳合金，由于其在高溫、極低溫度(-196℃)下均具有優(yōu)良的塑韌性、冷熱加工性能和耐腐蝕性能，在石油和化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，用于加工制造壓力容器出現(xiàn)的問題也最多，主要有焊接接頭的刀狀腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂問題、含鎳較高的單相奧氏體鋼接頭熱裂問題、有時也會出現(xiàn)接頭熱強性和再熱裂紋問題。我國鎳合金焊接技術(shù)與國外相比存在的差距，主要表現(xiàn)在焊接設(shè)備(國內(nèi)目前無一家具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)備生產(chǎn)廠家，高端焊機完全依賴進口，中低端焊機生產(chǎn)廠家競爭激烈，在技術(shù)研發(fā)方面投入少)、焊接工藝(大部分焊接工程技術(shù)人員及焊工不熟悉高級不銹鋼的焊接)、焊接材料(焊材研發(fā)能力弱，優(yōu)質(zhì)焊材主要靠進口)等方面。鎳合金可采用各種熔焊方法，其中使用最多的是焊條電弧焊和氣體保護焊，以機械化快速焊為好。

焊接過程中必須考慮產(chǎn)生較大變形的傾向，焊接時應(yīng)遵循以下原則：一是焊接接頭的坡口形式應(yīng)盡可能選擇U形、X形、雙U形等，以減少焊縫金屬的填充量，降低焊縫的收縮應(yīng)力，防止熱裂紋的產(chǎn)生。即使焊薄板的時候也要開坡口。二是盡可能地采用固定夾具，尤其是焊薄板時，避免角焊縫。三是先從中間開始焊而后向兩邊焊或采用分段退焊技術(shù)。四是由于焊絲的電阻率大、導(dǎo)熱系數(shù)小，熔化系數(shù)大，焊絲伸出長度要短一些。

五是盡量采用短弧焊并不做擺動，以防止合金元素不必要的燒損。六是為了防止焊縫中產(chǎn)生氣孔，應(yīng)盡量限制氣體來源并改善氣體逸出條件。鎳合金導(dǎo)熱系數(shù)小、電阻率大，焊接時母材和焊材都容易被加熱和熔化，故選擇焊接電流較小的短弧快速焊，盡量采用窄焊道和窄焊縫，減少高溫停留時間。一般情況下焊接時不需要預(yù)熱，但焊縫鐵素體很少或根本沒有鐵素體時奧氏體焊縫可能產(chǎn)生熱裂紋。這種情況下預(yù)熱是必要的。為了防止和消除焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂，有必要進行焊后熱處理。常規(guī)碳含量鎳合金產(chǎn)品需要進行固溶處理，含穩(wěn)定化元素的和超低碳的鎳合金產(chǎn)品需進行穩(wěn)定化和消除應(yīng)力熱處理。

5、 多層金屬復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展概況

我國的復(fù)合板研制起始于上世紀60年代初，大板幅、高加工質(zhì)量的雙層或多層金屬板的復(fù)合在國內(nèi)仍處于起步階段?？傮w上與國外先進技術(shù)相比仍存在不少差距，但在某些方面已經(jīng)與國外水平相當(dāng)，如不銹鋼復(fù)合板爆炸焊接結(jié)合率、脆性材料的復(fù)合、熱處理工藝制度及焊接工藝的確定等。目前金屬復(fù)合板的生產(chǎn)方法主要是固-固相復(fù)合法，其中包括爆炸復(fù)合法、擠壓復(fù)合法、軋制復(fù)合法、擴散焊接法等。爆炸焊接復(fù)合法是利用炸藥的高速引爆和沖擊作用，在十分短暫的過程中使被焊接金屬表面形成一層薄的塑性變形區(qū)，并熔化和微擴散，從而實現(xiàn)金屬間的焊接，是集壓力焊、熔化焊和擴散焊三位于一體的焊接方法，也是將炸藥的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機械能使金屬材料連接的一種有效方法。該方法特征是結(jié)合界面呈鋸齒形波浪狀，按雙（多）金屬放置方法的不同，又分為平行法和角度法兩種。該加工技術(shù)有如下優(yōu)點：一是可使熔點、強度、熱膨脹系數(shù)等性能差異極為懸殊的金屬實現(xiàn)復(fù)合，如：鋁/銅、鉛/鋼等。二是該法是在瞬間完成，所以其復(fù)合界面幾乎沒有擴散或者僅有程度很小(10μm量級)的擴散，因而可避免脆性金屬間化合物的生成，實現(xiàn)諸如鈦/鋼、鋁/鋼、鉭/鋼等金屬的復(fù)合。

三是可實現(xiàn)異形件的復(fù)合，可對金屬管材進行外包與內(nèi)包復(fù)合，還可進行一次多層復(fù)合等。缺點是由于射流的作用使結(jié)合界面呈波浪狀形，同時由于炸藥的存放、爆炸地點的選擇、噪音及沖擊波的處理、人身安全保障及環(huán)境破壞影響等一系列問題而使該法不易被推廣使用。爆炸復(fù)合理論在國內(nèi)外多學(xué)科研究人員的努力下，已取得了比較完整的發(fā)展，但有些內(nèi)容如界面結(jié)合層的冶金結(jié)構(gòu)、界面層內(nèi)結(jié)合時效行為及力學(xué)行為、界面同相反應(yīng)以及覆層厚度、多層金屬復(fù)合等仍是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點，尚在不斷探索研究之中。

我國壓力容器制造企業(yè)使用的復(fù)合板95%以上都是國內(nèi)專業(yè)復(fù)合板加工廠家采用爆炸焊接復(fù)合方法生產(chǎn)的。

有色金屬復(fù)合板在加工制造中應(yīng)注意的問題。一是有色金屬復(fù)合板切割可采用剪切、等離子切割、氣割、水切割及機械方法加工等，若采用等離子切割或氣割需留出熱影響區(qū)機加工余量。復(fù)合板的切割須從覆層往基層割，避免覆層表面受到切割時產(chǎn)生的氧化渣及飛濺造成污染。二是焊接接頭的坡口加工應(yīng)采用機械方法加工。三是換熱器復(fù)合管板的鉆孔須從覆層往基層鉆，避免復(fù)合板分層。有色金屬復(fù)合板筒體卷制之前，覆層表面需采取保護措施，使其不受污染，卷板機上、下輥表面應(yīng)清理干凈，卷制時不能反復(fù)碾壓，防止復(fù)合板分層。有色金屬復(fù)合板封頭一般采用熱成形，對于鈦鋼、鋯鈦鋼復(fù)合板覆層表面及加熱爐內(nèi)應(yīng)采取防氧化和防污染的措施。對于鎳基合金及不銹鋼復(fù)合板熱處理時應(yīng)重視控制熱處理制度，避免造成覆層出現(xiàn)晶間腐蝕傾向，而影響耐腐蝕性。四是焊前準備及施焊環(huán)境，鈦鋼、鋯鈦鋼復(fù)合板焊接前需將坡口兩側(cè)的覆層去除，便于基層之間的焊接，剔除覆層時不能傷及基層。焊前坡口及兩側(cè)必須進行嚴格的清潔處理。嚴禁用鐵器敲打有色金屬表面及坡口。

有色金屬復(fù)合板的焊接場地應(yīng)為獨立區(qū)域，焊接應(yīng)在空氣潔凈的環(huán)境中進行，并遠離通風(fēng)口及敞開的門窗。五是焊接控制，焊接時需控制焊接電流和熱輸入量，避免造成基板與覆板之間分層。六是密封檢漏，貼條焊接及檢漏嘴設(shè)置，鈦鋼、鋯鈦鋼復(fù)合板需在基板拼接接頭部位貼上與覆層相同材質(zhì)的密封貼條。焊接時需用氣體保護?？紤]到若貼條部位出現(xiàn)泄漏，物料進入基層，造成基板腐蝕，需在基板拼接焊縫部位鉆檢漏孔，安裝檢漏嘴。檢漏嘴一般每道焊縫設(shè)置兩個，制作時需將每道焊縫之間隔開，使物料一旦出現(xiàn)泄漏就可知道是哪道焊縫的貼條出現(xiàn)泄漏，便于快速檢測。七是過渡層焊接，鎳基合金復(fù)合板焊接，一般無需將覆層剔除，焊接時先焊基層再焊過渡層，最后焊接耐腐蝕層。否則焊后極易出現(xiàn)焊縫裂紋。

6 、有色金屬設(shè)備加工技術(shù)發(fā)展方向

近年來，國內(nèi)有色金屬設(shè)備加工制造業(yè)在新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用開發(fā)上取得了較為顯著的成就，重點解決了石化、化工、醫(yī)藥、冶金、制鹽、制堿和環(huán)保等行業(yè)的一批關(guān)鍵設(shè)備，如55m 3帶攪拌的四層爆炸復(fù)合材料鉭／鋯／鈦／鋼氯化反應(yīng)釜、60萬噸/年低壓羰基合成醋酸裝置鋯鋼復(fù)合板反應(yīng)器、大型鋯塔及鋯換熱器、多通道鈦、鎳合金螺旋板換熱器，100萬噸/年P(guān)TA鈦材氧化反應(yīng)器、結(jié)晶器、冷凝器以及真空制鹽、離子膜燒堿、聚氨酯、甲烷氯化物、氟化鹽、高效低毒農(nóng)藥、濕法冶金等成套有色金屬設(shè)備。其中南京斯邁柯特種金屬裝備股份有限公司從2005年以來累計生產(chǎn)了80余臺鋯及鋯復(fù)合材料系列產(chǎn)品和數(shù)百臺鎳基合金材料特種設(shè)備，包括國內(nèi)第一臺55m 3 鉭／鋯／鈦／鋼四層爆炸復(fù)合板攪拌反應(yīng)釜，國內(nèi)第一套哈氏合金B(yǎng)-3和C-22材料的有機硅萃取塔，國內(nèi)第一臺出口德國的鋯/鋼復(fù)合板塔式反應(yīng)器，國產(chǎn)化單臺最大規(guī)格的Zr702和C-276塔器等。該公司連續(xù)五年在國內(nèi)同行業(yè)中保持鋯設(shè)備全國銷量第一，并與國內(nèi)一批高等院校和科研設(shè)計單位密切合作，針對各類化工裝置中采用的鋯材特性和加工方法，進行了大量深入的試驗研究，取得了豐富的實踐經(jīng)驗。如在鋯設(shè)備優(yōu)化設(shè)計、鋯及鋯復(fù)合材料封頭壓制成型、鋯/鉭（鈦）焊接可靠性研究及特性檢驗、鋯/鋼復(fù)合板熱處理、鋯材表面預(yù)氧化處理、鋯/鋼復(fù)合板設(shè)備接管襯里雙層防泄漏保護等方面均取得突破性進展。

該公司制定了鋯設(shè)備制造企業(yè)標準，并獲得了多項技術(shù)專利，一定程度上具備了鋯及鋯復(fù)合材料大型設(shè)備的核心制造技術(shù)。該公司同時還掌握了鎳基合金材料特別是哈氏合金B(yǎng)3、C276、C22、C2000、C59、G3等材料的關(guān)鍵加工技術(shù)，已在國內(nèi)和國際市場上取得一定的知名度和領(lǐng)先優(yōu)勢。當(dāng)然也應(yīng)當(dāng)看到，盡管有色金屬設(shè)備制造在國內(nèi)壓力容器制造業(yè)中有較好的成長性，但由于國際金融危機的影響，國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的裝備市場尚在恢復(fù)之中，2010年上半年雖然訂貨有較大幅度增長，但石化行業(yè)產(chǎn)能過剩的大格局沒有變。部分行業(yè)的初級產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、精細化工產(chǎn)能不足的矛盾日益凸顯。未來一段時間內(nèi)國內(nèi)有色金屬特種設(shè)備的市場需求，還會出現(xiàn)一定程度的起伏，但隨著國民經(jīng)濟發(fā)展步入常態(tài)，能夠預(yù)見到的發(fā)展趨勢還是十分可喜的。

中國已經(jīng)成為世界制造大國，有色金屬設(shè)備加工作為成長性較好的業(yè)務(wù)，應(yīng)將率先進入國際市場定位為未來若干年的發(fā)展方向。當(dāng)今世界任何一個地域的建設(shè)項目都可能涉及到全球采購，越來越多的人把目光聚焦在中國。以石油和化工行業(yè)為例，近幾年國際排名領(lǐng)先的跨國公司陸續(xù)在中國開展了大規(guī)模的投資項目，并選擇在中國當(dāng)?shù)厥袌霾少徳O(shè)備，這恰恰證實了歐美國家直接向中國采購壓力容器是大勢所趨。相對于西方發(fā)達國家，中國充足的勞動力和相對低廉的價格，可以給采購商更多的經(jīng)濟上的實惠，尤其是壓力容器這種勞動密集型產(chǎn)業(yè)更為明顯。有色金屬特種設(shè)備在生產(chǎn)過程中，高標準的質(zhì)量控制和進度控制是必須的，外國跨國公司，其運營目標包括降低采購成本，也包括保持設(shè)備一貫的高質(zhì)量，以實現(xiàn)高可用性并符合歐美地區(qū)的法律及實現(xiàn)最大化的停車檢驗周期。這些目標覆蓋了采購、制造、檢驗、認證、使用維護等設(shè)備的整個生命周期，該目標的實現(xiàn)需要用戶、制造廠以及檢驗機構(gòu)協(xié)調(diào)一致。在歐盟市場上，所有壓力容器應(yīng)當(dāng)符合承壓設(shè)備指令PED 97/23/EC。在德國，除了要符合這一指令外，選擇正確的標準來滿足PED中的基本安全要求(ESR)也是至關(guān)重要的。中國大量的國際項目都采用這個標準。ASME已經(jīng)作為壓力容器設(shè)計、制造和檢驗的基本標準運行多年，但是ASME標準并不能滿足PED中所有的基本安全要求，往往要通過另外的技術(shù)要求，來彌補其中的差別。而對于化工行業(yè)中的第三、第四類壓力容器，通常要根據(jù)PED G模式來進行合格評估。選擇合適的制造廠商是相當(dāng)重要的，其中一個關(guān)鍵的要求便是ASME U（U2）鋼印資質(zhì)獲得與否。

目前中國大約有420家已經(jīng)擁有了這項資質(zhì)，其中200多家分布在經(jīng)濟發(fā)達的江浙滬地區(qū)，這些廠家的集中分布為檢驗認證提供了很大的便利。作為合格的制造廠商，具備使用PED規(guī)范以及豐富的類似項目經(jīng)驗，還應(yīng)有出色的現(xiàn)場考核表現(xiàn)，這包括了對其分包商的現(xiàn)場考核，例如封頭，膨脹節(jié)等。因此國內(nèi)有色金屬加工制造企業(yè)要制定詳盡的進入國際市場的計劃，計劃以 PED和ASME標準為基礎(chǔ)詳細描述所采購設(shè)備每一個細節(jié)的質(zhì)量要求，主要內(nèi)容包括設(shè)計、材料、生產(chǎn)、檢驗與質(zhì)量保證、文件管理等所有部分。

7、 結(jié)束語

有色金屬特種設(shè)備的發(fā)展，與石化生產(chǎn)中需要處理大量腐蝕性介質(zhì)的需求是緊密關(guān)聯(lián)的。

早期的石化生產(chǎn)過程中，鉛、銅、鋁等有色金屬或合金使用較多，隨著石化生產(chǎn)工藝技術(shù)的革新，工藝參數(shù)的強化，現(xiàn)代石化工業(yè)面臨著腐蝕性越來越強的生產(chǎn)環(huán)境。以鎳合金、鈦合金、鋯合金為代表的貴金屬材料逐步推廣并獲得大面積應(yīng)用，特別是近年來隨著我國逐漸成為氟化工和煤化工生產(chǎn)大國，以及低碳經(jīng)濟和節(jié)能減排帶來的擴建改造的需求，石化生產(chǎn)中大量采用過程強化技術(shù)，超高溫、超低溫或強腐蝕下進行化學(xué)反應(yīng)和前后處理的工況越來越多，預(yù)計今后一段時期，國內(nèi)石油和化工裝備市場將會出現(xiàn)普通不銹鋼和低碳鋼材料需求下降，高強度低合金鋼和有色金屬材料需求上升的局面。國際市場的需求走勢也與國內(nèi)大體相同，以中東地區(qū)為代表的石油化工裝置還在延續(xù)向大型化發(fā)展的趨勢，潔凈煤氣化和生物化學(xué)制藥等新型石化生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，使石化生產(chǎn)過程中超高溫或超低溫極端工況越來越多。在未來若干年內(nèi)，從事有色金屬設(shè)備加工制造的企業(yè)，市場機會將越來越多。

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收稿日期：2010-08-11；修回日期：2010-11-02

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