CN111299801A - 一种用于lng储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于LNG储存罐的钛‑不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，步骤包括：准备基层不锈钢板和复层钛板；将不锈钢板平稳摆放在铺有细沙的地基上，再在不锈钢板表面摆放间隙支撑；将钛板摆放在间隙支撑上，再在间隙支撑上摆放与钛板等厚的木板，使木板与钛板平齐搭接，且木板和钛板恰好将不锈钢板正上方完全覆盖；在木板和钛板的表面铺放炸药，在炸药的中心处安插雷管作为起爆点，进行爆炸复合操作，即可制成钛‑不锈钢半面爆炸焊接材料。本发明增加木板作为复层过渡，由此可实现钛‑不锈钢半面爆炸焊接材料的制备，降低了稀贵金属的损耗，且可保证复合板的结合率≥99.9％、结合强度超出标准NB/T47002.3‑2009中要求的140MPa，满足市场使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及台灯技术领域，具体涉及一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法。
背景技术
LNG(Liquefied Natural Gas)，即液化天然气的英文缩写。天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，主要由甲烷构成。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162℃，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间，而且具有热值大、性能高等特点。液化天然气需要存储在特制的存储罐中，由于存储罐的密封性及经济性原因，部分存储罐存在较多问题，已多次出现存储罐泄漏事故。由于在泄漏或溢出的地方，会产生明显的白色蒸气云。蒸气云的形成，是空气中的水蒸气被溢出的LNG冷却所致。当LNG转变为气体时，其密度为1.5kg/m。气体温度上升到﹣107℃时，气体密度与空气的密度相同。即LNG气化后温度高于﹣107℃时，气体的密度比空气低，容易在空气中扩散。为更好的存储液化天然气，对存储罐的材料要求就更为严格。为解决液化天然气存储罐的密封性及考虑到经济效益，通过爆炸焊接有色金属材料钛-钢复合管板作为存储罐防腐蚀材料。
管板作为存储罐的重要部件，是用于液化天然气存储罐外部与内部液体疏通的连接器，管板对存储罐的密封起到关键性作用。管板组合材料为TA2/S30403。S30403不锈钢也称为超低碳不锈钢，是一种通用性的不锈钢材料，广泛地用于制作要求良好综合性能(耐腐蚀和成型性)的设备，TA2材料是一种重要的稀贵金属材料，钛材因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。通常情况下，作为连接载体，管板需要对本身进行开孔处理，但由于部分材料在使用过程中是不需要整体开孔的，且在实际使用过程中，局部区域不需要进行爆炸焊接复合型材料，如果采用整体板坯进行爆炸复合，然后进行车加工，会制造成本昂贵，对稀贵金属浪费较大，市场竞争力小。因此，可通过爆炸焊接半面材料(即在不锈钢材料的局部区域焊接钛材料)，以降低材料损耗，提高材料利用率。
但是，结合图1和图2所示，在爆炸焊接半面材料时，由于中间区域处于复层边界，在经爆炸焊接时，复层上炸药爆炸产生动能在推向基层运动时，由于边界效应，复合区域边部所受到的爆炸载荷的作用大大超过其内部，基复层边界区域能量过大，导致在结束爆炸焊接时搭接区域能量不能完全卸载，中间区域断裂容易出现复合质量差、板体中心区域断裂现象。这也导致爆炸焊接半面材料的工艺方法一直处于空白状态，为弥补此项空白，此次重点对钛/不锈钢管板的爆炸焊接工艺进行试验，通过试验摸索出了一套合理的爆炸焊接工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其解决了传统爆炸焊接工艺在焊接钛-不锈钢半面材料时易出现复合质量差、板体中心区域断裂现象的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，步骤包括
步骤一、准备基层不锈钢板和复层钛板，所述钛板的面积小于不锈钢板；
步骤二、将不锈钢板平稳摆放在铺有细沙的地基上，再在不锈钢板表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑；
步骤三、将钛板摆放在间隙支撑上，再在间隙支撑上摆放与钛板等厚的木板，使木板与钛板平齐搭接，且木板和钛板恰好将不锈钢板正上方完全覆盖；
步骤四、在木板和钛板的表面铺放炸药，在炸药的中心处安插雷管作为起爆点，进行爆炸复合操作，即可制成钛-不锈钢半面爆炸焊接材料。
进一步改进在于，所述钛板选用TA2板，所述不锈钢板选用S30403板。本发明是针对天然气存储罐的管板组合材料，所以选用TA2板和S30403板进行的实验，但不意味其他钛板和不锈钢板不适用于本发明，例如TA1、TA2、TA5、S30408、S31603等，本发明应用于这些材料的爆炸焊接技术，同样落入本发明保护范围。
进一步改进在于，在摆放时，所述钛板与木板除用于搭接的边外所有边缘均与不锈钢板边缘上下对齐。
进一步改进在于，所述钛板用于搭接的边为上部收缩、下部延伸的倾斜结构，所述木板用于搭接的边为上部延伸、下部收缩的倾斜结构，且钛板与木板用于搭接的边倾斜角度相同。
进一步改进在于，所述钛板与木板用于搭接的边倾斜角度为26～34℃。
进一步改进在于，对所述钛板的上表面进行研磨处理至表面粗糙度小于Ra0.6μm，对所述钛板的下表面进行喷砂处理至表面粗糙度为Ra100～400μm。对钛板的上表面进行研磨处理，使其上表面光滑，这样能尽可能减小爆炸时对钛板其他方向的作用力，爆炸冲量最大限度转换成对钛板竖直向下的作用力；而对钛板的下表面进行喷砂处理，使其下表面(待复合面)粗糙，这样能提高冶金结合的强度，相比较于光滑的复合面，复合质量明显提升。
进一步改进在于，所述炸药选用粉状乳化炸药，且爆速为2000～2400m/s,布药高度为32～36mm，保证合适的爆炸能量。
进一步改进在于，所述不锈钢板和钛板在使用前的2h内均在丙酮溶液中超声清洗至少20min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干。丙酮溶液中超声清洗能有效清除不锈钢板和钛板表面的加工污物，进一步提高复合质量。
本发明的有益效果在于：本发明增加木板作为复层过渡，且让木板与钛板平齐搭接，由此可实现钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备，降低了稀贵金属的损耗，且可以保证复合板的结合率≥99.9％、结合强度超出标准NB/T47002.3-2009中要求的140MPa，满足市场使用要求，另外，该工艺还可以制备大面积钛/不锈钢半面爆炸焊接新型材料。
附图说明
图1为传统工艺爆炸焊接半面材料的布置示意图；
图2为传统工艺爆炸焊接半面材料的焊接结果示意图；
图3为本发明爆炸焊接半面材料的布置示意图；
图4为图3中A部分的放大图；
图5为本发明爆炸焊接半面材料的焊接结果示意图；
图中：1、S30403板；2、TA2板；3、细沙；4、地基；5、间隙支撑；6、炸药；7、雷管；8、木板。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
备料：S30408：200*φ1000-3件；TA2：10*φ1050+525-3件
木板：10*φ1050+600-3件(单位：mm)
实施例1
如图3和图4所示，一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，步骤包括：
步骤一、准备基层S30403板1和复层TA2板2，对TA2板2的上表面进行研磨处理至表面粗糙度为Ra0.5μm，对TA2板2的下表面进行喷砂处理至表面粗糙度为Ra100μm，在使用前的2h内将S30403板1和TA2板2在丙酮溶液中超声清洗20min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干；
步骤二、将S30403板1平稳摆放在铺有细沙3的地基4上，再在S30403板1表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑5；
步骤三、将TA2板2摆放在间隙支撑5上，再在间隙支撑5上摆放与TA2板2等厚的木板8，使木板8与TA2板2平齐搭接，TA2板2用于搭接的边为上部收缩、下部延伸的倾斜结构，木板8用于搭接的边为上部延伸、下部收缩的倾斜结构，且TA2板2与木板8用于搭接的边倾斜角度为26℃(与水平面的夹角，即图中∠α，下同)；TA2板2与木板8除用于搭接的边外所有边缘均与S30403板1边缘上下对齐，使得木板8和TA2板2恰好将S30403板1正上方完全覆盖；
步骤四、在木板8和TA2板2的表面铺放炸药6，选用粉状乳化炸药，且爆速为2000m/s,布药高度为36mm，在炸药6的中心处安插雷管7作为起爆点，进行爆炸复合操作，即可制成钛-不锈钢半面爆炸焊接材料。
实施例2
一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，步骤包括：
步骤一、准备基层S30403板1和复层TA2板2，对TA2板2的上表面进行研磨处理至表面粗糙度为Ra0.4μm，对TA2板2的下表面进行喷砂处理至表面粗糙度为Ra300μm，在使用前的2h内将S30403板1和TA2板2在丙酮溶液中超声清洗25min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干；
步骤二、将S30403板1平稳摆放在铺有细沙3的地基4上，再在S30403板1表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑5；
步骤三、将TA2板2摆放在间隙支撑5上，再在间隙支撑5上摆放与TA2板2等厚的木板8，使木板8与TA2板2平齐搭接，TA2板2用于搭接的边为上部收缩、下部延伸的倾斜结构，木板8用于搭接的边为上部延伸、下部收缩的倾斜结构，且TA2板2与木板8用于搭接的边倾斜角度为30℃；TA2板2与木板8除用于搭接的边外所有边缘均与S30403板1边缘上下对齐，使得木板8和TA2板2恰好将S30403板1正上方完全覆盖；
步骤四、在木板8和TA2板2的表面铺放炸药6，选用粉状乳化炸药，且爆速为2200m/s,布药高度为34mm，在炸药6的中心处安插雷管7作为起爆点，进行爆炸复合操作，即可制成钛-不锈钢半面爆炸焊接材料。
实施例3
一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，步骤包括：
步骤一、准备基层S30403板1和复层TA2板2，对TA2板2的上表面进行研磨处理至表面粗糙度小于Ra0.5μm，对TA2板2的下表面进行喷砂处理至表面粗糙度为Ra400μm，在使用前的2h内将S30403板1和TA2板2在丙酮溶液中超声清洗22min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干；
步骤二、将S30403板1平稳摆放在铺有细沙3的地基4上，再在S30403板1表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑5；
步骤三、将TA2板2摆放在间隙支撑5上，再在间隙支撑5上摆放与TA2板2等厚的木板8，使木板8与TA2板2平齐搭接，TA2板2用于搭接的边为上部收缩、下部延伸的倾斜结构，木板8用于搭接的边为上部延伸、下部收缩的倾斜结构，且TA2板2与木板8用于搭接的边倾斜角度为34℃；TA2板2与木板8除用于搭接的边外所有边缘均与S30403板1边缘上下对齐，使得木板8和TA2板2恰好将S30403板1正上方完全覆盖；
步骤四、在木板8和TA2板2的表面铺放炸药6，选用粉状乳化炸药，且爆速为2400m/s,布药高度为32mm，在炸药6的中心处安插雷管7作为起爆点，进行爆炸复合操作，即可制成钛-不锈钢半面爆炸焊接材料。
如图5所示，上述实施例1-3中，选用10mm木板8作为复层过渡。由于10mm木板8质地较硬，铺放炸药6后木板8不会变形。在爆炸焊接时由于炸药6的热能会将木板8燃烧，基复层之间的空气会自然释放，射流可以及时排出，又由于在爆炸焊接时炸药6的作用力方向相同，且采用特定角度倾斜搭接的方式，在复层的边界效应会被转移至边缘区域，搭接区域不会受到作用力的影响，焊接效果得到保证。经检测，实施例1的结合率为99.95％，结合强度为150MPa，实施例2的结合率为99.99％，结合强度为162MPa，实施例3的结合率为99.93％，结合强度为148MPa，均满足市场使用要求。
为了验证本发明的效果，进行以下对比实验：
对比例1
其基本步骤与实施例2相同，唯一区别在于将木板换成等尺寸的铁皮进行复层过渡，且为防止将铁皮爆炸焊接至基层材料上，将铁皮区域基层表面涂刷黄油，并附一层薄纸。
实验表明，通过爆炸焊接，半面TA2板成功焊接在基层S30408材料上，但由于爆炸焊接时炸药能量过大，铁皮同样被焊接在基层材料上，无法剔除。中间过渡区域由于有两层材料，搭接区域出现多处鼓包现象，在爆炸焊接时出现基复层中间射流无法及时排除，铁皮区域鼓包现象严重。通过此次试验可以看出，使用一种相近材质的材料经爆炸焊接后，可能会导致材料被焊接在板材上，没有达到节约材料成本的目的；且效果较差，铁皮被焊接在材料上，无法剔除。
对比例2
其基本步骤与实施例2相同，唯一区别在于木板与TA2板未平齐搭接，而是相互独立的摆放，并形成一条缝隙。
实验表明，通过爆炸焊接，半面TA2板成功焊接在基层S30408材料上，但是经检测，该实验板复合板的结合率只有92.7％，结合强度只有125MPa，焊接虽然成功，但结合质量低，不满足要求。
对比例3
其基本步骤与实施例2相同，唯一区别在于木板与TA2板平齐搭接，但木板与TA2板用于搭接的边倾斜角度为22℃。
实验表明，该通过爆炸焊接，半面TA2板成功焊接在基层S30408材料上，且经检测，该实验板复合板的结合率为98.3％，结合强度为140MPa，焊接虽然成功，但结合质量低于实施例3。
对比例4
其基本步骤与实施例2相同，唯一区别在于木板与TA2板平齐搭接，但木板与TA2板用于搭接的边倾斜角度为36℃。
实验表明，该通过爆炸焊接，半面TA2板成功焊接在基层S30408材料上，且经检测，该实验板复合板的结合率为98.4％，结合强度为138MPa，焊接虽然成功，但结合质量低于实施例3。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：步骤包括
步骤一、准备基层不锈钢板和复层钛板，所述钛板的面积小于不锈钢板；
步骤二、将不锈钢板平稳摆放在铺有细沙的地基上，再在不锈钢板表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑；
步骤三、将钛板摆放在间隙支撑上，再在间隙支撑上摆放与钛板等厚的木板，使木板与钛板平齐搭接，且木板和钛板恰好将不锈钢板正上方完全覆盖；
步骤四、在木板和钛板的表面铺放炸药，在炸药的中心处安插雷管作为起爆点，进行爆炸复合操作，即可制成钛-不锈钢半面爆炸焊接材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：所述钛板选用TA2板，所述不锈钢板选用S30403板。
3.根据权利要求1所述的一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：在摆放时，所述钛板与木板除用于搭接的边外所有边缘均与不锈钢板边缘上下对齐。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：所述钛板用于搭接的边为上部收缩、下部延伸的倾斜结构，所述木板用于搭接的边为上部延伸、下部收缩的倾斜结构，且钛板与木板用于搭接的边倾斜角度相同。
5.根据权利要求4所述的一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：所述钛板与木板用于搭接的边倾斜角度为26～34℃。
6.根据权利要求1所述的一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：对所述钛板的上表面进行研磨处理至表面粗糙度小于Ra0.6μm，对所述钛板的下表面进行喷砂处理至表面粗糙度为Ra100～400μm。
7.根据权利要求1所述的一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：所述炸药选用粉状乳化炸药，且爆速为2000～2400m/s,布药高度为32～36mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于LNG储存罐的钛-不锈钢半面爆炸焊接材料的制备方法，其特征在于：所述不锈钢板和钛板在使用前的2h内均在丙酮溶液中超声清洗至少20min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干。
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Denomination of invention: Preparation method of titanium stainless steel half face explosive welding material for LNG storage tanks Granted publication date: 20211214 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Co.,Ltd. Xuancheng Xuanzhou Sub branch Pledgor: ANHUI HONLLY CLAD METAL MATERIALS TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980012214 |
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