應用不銹鋼復合鋼板的消防車容罐制造工藝探討

石清

上海格拉曼國際消防裝備有限公司 上海 201600

1 前言

消防車按功能可分為泡沫消防車、壓縮空氣消防車、水罐消防車、舉高消防車等。消防車容罐主要用于裝載水和泡沫液，為消防滅火提供必要的滅火劑。容罐整體采用鋼板焊接，不但能承受較大的強度，還具有一定的剛度，容罐主要零件包括底板、側板、前后封板、防蕩板、花紋頂板等，其中側板、前后封板和防蕩板都經壓制成型，容罐頂部裝有容罐蓋、溢水器等，容罐前后封板兩端焊接有進出水法蘭，容罐底部焊接有放水法蘭等。目前消防車行業基本采用碳鋼鋼板、不銹鋼鋼板或玻璃鋼為主要材料制造容罐。

2 不銹鋼復合鋼板準備

筆者結合實際制造經驗，并結合文獻[2-3]復合鋼板壓力容器及不銹鋼復合鋼板的相關論述，探討消防車容罐應用不銹鋼復合鋼板的制造工藝。

容罐的生產工藝流程為：下料 →成型 →焊接 →水壓試驗→

表面處理，現對消防車的容罐制造工藝探討如下。

選擇和準備不銹鋼復合鋼板時，需考慮容罐的整體防腐要求，容罐鋼板厚度為3 ～5 mm，同時根據不銹鋼復合鋼板的特點，選擇合適基材和復材材料，能在保證防腐要求的情況下，盡可能地降低成本和自重，故選用基層材料為Q235B，復層材料為06Cr19Ni10（304），復層厚度≥0.3 mm，雙面對稱不銹鋼復合鋼板。同時考慮容罐用鋼板厚度較薄的特點，選擇先進的復合鋼板，可有效保證不銹鋼復合鋼板產品的質量。近幾年，6 mm以下復合板軋制工藝趨于成熟，軋制寬度可達1 520 mm，普及應用空間較廣，故容罐用鋼板選用軋制法生產的不銹鋼復合鋼板。

2.1 復合鋼板精度等級

為確保不銹鋼復合鋼板的產品質量，加工所需原材料的質量必須得到保證，應確保復合鋼板的基材和復材材料符合國家現行標準。

消防車容罐所用鋼板基本為3～5 mm，為確保容罐的強度和剛度，保證產品質量的穩定性，有必要選擇精度較高的不銹鋼復合鋼板，故按照GB/T 8165-2008《不銹鋼復合鋼板和鋼帶》中的表6選擇A級精度，對應厚度偏差如下：3±0.17 mm、4±0.18 mm、5±0.2 mm；考慮容罐的側板、前后封板和防蕩板都需要壓制成型，為確保零件成型的一致性，不銹鋼復合鋼板不平度應不大于10 mm/m。

2.2 復合鋼板力學性能

消防車在滿載行駛過程中，容罐承載較大沖擊，對于復合鋼板，基層和復層兩種金屬結合界面承受剪切力的能力決定了復合鋼板的工藝性能。國家標準GB/T 8165-2008規定，不銹鋼復合鋼板剪切強度為210 MPa，通常軋制法生產的不銹鋼復合鋼板的剪切強度可以達到300 MPa，滿足容罐的性能要求，同時不銹鋼復合鋼板的力學性能還包括屈服強度、抗拉強度、延伸率、沖擊性能、內彎試驗等，而這些性能又與基材性能密切相關。

2.3 復合鋼板質量等級

復合鋼的復層和基層結合率決定了鋼板的質量等級，結合率越高，結合級別就高，質量等級也就越高，根據GB/T 8165-2008標準規定，復合鋼板界面結合級別分為三級，使用超聲波進行檢測，為確保容罐的產品質量，選擇結合級別Ⅰ級的不銹鋼復合鋼板，能夠更好地滿足產品質量的要求。

3 零件切割

3.1 復合鋼板尺寸

按照鋼板尺寸選用原則，鋼板尺寸首先需要滿足容罐主要零件設計要求，例如側板、底板、頂板等，但同時需要考慮復合鋼板軋制設備的加工能力，綜上所述，優先選用復合鋼板典型供貨尺寸，減少由于定制生產帶來的額外費用，故選擇鋼板寬度規格為1 500 mm，當容罐主要零件寬度超過1 500 mm時，可采用拼接結構。

3.2 平板切割

容罐的前封板、后封板、防蕩板，板中間均有穿管孔，法蘭安裝孔，板兩側有T型缺口，為提高孔位及缺口精度，故選擇下料精度較高的數控激光切割，可在保證零件下料一致性的同時，也保證容罐質量的穩定性；另外激光切割3～5 mm不銹鋼復合鋼板，切割速度能達到5～8 m/min，切割速度快，下料效率高。

3.3 花紋板切割

容罐的頂板需具備防滑功能，通常采用花紋板制作頂板，由于受國內軋制設備加工能力的限制，扁豆形不銹鋼復合鋼板花紋板的寬度不超過1 200 mm，厚度不超過5 mm，基本能滿足使用要求，又由于容罐頂板中間有人字孔、溢水孔等，相較于目前常用的冷壓成型的凸凹形花紋鋼板，復合板花紋板可用數控激光切割代替傳統的手工等離子切割，不僅效率提高了，質量也得到了保證。

4 零件成型

容罐的側板、前后封板、隔板和防蕩板都經壓制成型，零件通常采用3～5道T型槽結構，對比分析不銹鋼復合鋼板、碳鋼和不銹鋼力學性能，復合鋼板的屈服強度大于230 MPa優于不銹鋼，抗拉強度大于300 MPa優于碳鋼板，復合鋼板具有較好的塑性，故T型槽可采用整體壓模，壓制時復合鋼板表面貼塑料薄膜，可防止零件表面拉傷，相比傳統折彎工藝，具有精度高的特點。

5 容罐焊接

5.1 組裝

容罐是由底板、側板、封板和頂板組成的腔體結構，內腔裝有防蕩板、隔板和進出水管，腔體兩端裝有法蘭，腔體底部裝有支腿。容罐組裝需要準備必要的工裝以保證產品質量，先將支腿固定在工裝上，再組裝底板、封板、隔板、防蕩板和側板，并裝入進出水管路，完成容罐內部焊縫的焊接后，再組裝頂板、支腿及法蘭，再焊接容罐外側焊縫。

5.2 焊接工藝

結合文獻[2]復合鋼板壓力容器制造工藝的相關介紹，中厚板復合鋼板焊接時，既要滿足基層的焊縫強度，又要滿足復層焊縫強度，需設計焊接坡口，選擇不同焊材焊接基層、復層和過渡層，通常為避免基層Cr、Ni含量增高而產生裂紋，選用與基材性能相同的焊材焊接基層；為避免復層增碳降低防腐性能，選用與復材性能相同的焊材焊接過渡層和復層。但對于3～5 mm薄板而言，若采用中厚板常規焊接工藝，坡口加工、多層焊接難度較高，且不經濟，結合容罐結構及不銹鋼復合鋼板焊接特點，考慮容罐的焊縫主要是雙面對稱的角焊縫和對接焊縫，不需要設計焊接坡口，選用含碳量較低、Cr、Ni含量較高的不銹鋼焊絲直接焊接基層、過渡層和復層，可滿足不銹鋼復合鋼板焊接質量要求。

經查閱相關資料，不銹鋼焊絲可選擇ER308LSi或ER309LSi，對比焊絲的化學成份和力學性能，這兩種焊絲的力學性能相同，ER308LSi的化學成份中Cr、Ni含量略低于ER309LSi，綜合兩種焊絲的焊接操作性、熔金流動性等特點，選用Cr、Ni含量較高的ER309LSi更能保證焊縫質量要求。結合實際制造經驗，3～5 mm不銹鋼復合鋼板可選擇較成熟的氣體保護焊焊接工藝，選擇Φ1.0焊絲，控制熔深在2～4 mm，推薦焊接電流70～120 A，98%Ar+2% CO2混合保護氣體，焊絲干伸長10～15 mm，氣體流量15～20 L/min。

制定合理的焊接順序和焊接工藝參數能夠提高焊縫質量、減少焊接變形。容罐是由底板、側板、封板和頂板組成的腔體結構，內腔裝有防蕩板、隔板和進出水管，腔體兩端裝有法蘭，腔體底部裝有支腿，準備焊接變位機可有效提高焊接質量和效率。將待焊焊縫擺置水平焊位置或船形焊位置，避免立焊和仰焊，焊縫交叉對稱焊接，待焊區域涂抹防飛濺劑，容易清除焊接飛濺。先焊接側板、封板與底板內側焊縫，焊接防蕩板、隔板與側板內側焊縫，再焊接腔體內部管路焊縫，由于焊縫較長，且交叉丁字形焊縫較多，焊縫接頭需錯開丁字焊縫，距離丁字焊縫100～200 mm較為合適。必要的檢驗不可缺少，內腔焊縫需避免肉眼可見的漏焊、假焊、氣孔等焊接缺陷，拼裝頂板后，按相同方法焊接腔體外部焊縫，最后再焊接法蘭和支腿處焊縫。

6 水壓試驗

消防車容罐焊接完成后，為確保容罐的密封性，按照GB 7956《消防車》規定，需對容罐進行密封性試驗，分別用法蘭封閉容罐前后封板進出水口，密封容罐底板放水口，用人字孔蓋密封容罐頂部人字孔，將水罐、泡沫液罐注滿水，專用管路連接容罐和試壓泵，并用試壓泵向罐內緩慢加壓至0.1 MPa，保持3 min，觀察罐體兩側是否出現明顯殘余變形，罐體焊縫表面是否有水滲出，無明顯殘余變形、不滲水即為合格。

7 表面處理

不銹鋼復合鋼板的腐蝕性能與固溶態304一致（例如均勻腐蝕性能、點腐蝕性能和晶間腐蝕性能），但由于復層厚度較薄，酸洗鈍化工藝會腐蝕復層不銹鋼，平均約有10 μ m，可通過增加不銹鋼復層厚度的方式來彌補。故復合鋼板容罐可采用常規酸洗鈍化工藝，增強容罐的抗腐蝕性能，或是直接噴涂耐腐蝕涂料，同時可采用電化學原理，在容罐腔體內安裝合適的電極，從而提高容罐的抗腐蝕性能。

8 結語

不銹鋼復合鋼板兼具碳鋼和不銹鋼的特點，具有良好的成型性、可焊性和防腐性，使用不銹鋼復合鋼板代替不銹鋼，其綜合經濟效益明顯，例如不銹鋼復合鋼板（Q235B+304、雙面對稱復層，單面復層厚度0.3 mm），單位質量（1t）可節省材料成本5 000 元左右；單位面積鋼板（1 m2）減重0.2～0.27 kg，以1 t鋼板用量計算，減重約7.5 kg。

綜上所述，不銹鋼復合鋼板作為消防車容罐的一種新材料，推廣和應用的空間很大，雖然新材料的應用過程中可能會出現各種不利因素，例如不同鋼廠生產的不銹鋼鋼復合鋼板質量差異、復合鋼板切割斷面生銹等問題，但是這些問題亦可通過后續試驗測試逐步解決。