Panele kompozytowe ze stali tytanowej: metody klejenia, gatunki i obszary zastosowań

Panel kompozytowy ze stali tytanowej, zwany także płytą stalową pokrytą tytanem, łączy odporną na korozję warstwę tytanu-z nośną-podstawą ze stali węglowej. Konstrukcja stawia drogi metal tylko tam, gdzie styka się z agresywnym medium, podczas gdy zwykła stal konstrukcyjna przenosi nacisk i ciężar. Ten podział pracy sprawia, że ​​materiał jest ekonomiczny w przypadku dużych statków, i dlatego też proces produkcji decyduje o zastosowaniach, jakie może spełniać dany panel.

Czym są panele kompozytowe ze stali tytanowej

Panel to dwu-lub trójwarstwowa-płyta laminowana. Płaszcz tytanowy zwykle stanowi od 5 do 20 procent całkowitej grubości, a pozostałą część zajmuje stalowa płyta nośna. Ponieważ oba metale są powiązane metalurgicznie, a nie mechanicznie, kompozyt zachowuje się jak pojedynczy-element ustalający docisk: wiązanie przenosi ścinanie, więc okładzina nie musi sama przenosić naprężeń obwodowych. Jest to właściwość, która umożliwia zaprojektowanie i wytłoczenie platerowanego naczynia jako pojedynczego elementu, przy jednoczesnym zachowaniu zwilżonej tytanowej powierzchni.

Przedmiotem handlu są dwie rodziny produktów. Gruba płyta jest wytwarzana metodą łączenia wybuchowego i łączenia walcowego grubych płyt i jest stosowana jako materiał konstrukcyjny-odporny na korozję. Cienka blacha wytwarzana jest metodą ciągłego walcowania na gorąco i stosowana jest głównie jako okładzina morskich konstrukcji stalowych.

Gruba płyta: łączenie wybuchowe i łączenie rolkowe

Wiązanie wybuchowe powoduje detonację kontrolowanego ładunku na tytanowej płycie osłonowej, w wyniku czego obie powierzchnie zderzają się pod kątem, wyrzucają warstwy tlenku i łączą się pod ciśnieniem. Zamiast tego łączenie rolek grubych płyt powoduje montaż stosu i redukcję jego temperatury w walcarce do grubych płyt. Obie metody dają gruby, spawalny kompozyt, ale ich praktyczne ograniczenia są różne i określają one rozmiary płyt, jakie może zamówić producent.

Proces	Produkt	Typowy zakres okładzin	Charakterystyka	Główne zastosowanie
Klejenie wybuchowe	Gruba płyta	Tytan 2 - 10 mm na podstawie ze stali węglowej	Duże pojedyncze płyty, kombinacje o dużej grubości, w przypadku większości gatunków nie jest wymagana żadna warstwa pośrednia	Odporna na korozję-płyta konstrukcyjna do zbiorników i blach rurowych
Klejenie rolek grubych płyt	Gruba płyta	Cieńsza okładzina, węższa tolerancja grubości	Lepsze wykończenie powierzchni i płaskość, ograniczone szerokością frezu	Urządzenia ciśnieniowe wymagające ścisłej tolerancji
Ciągłe walcowanie na gorąco	Cienki arkusz, zwinięty	Cienka warstwa tytanu na taśmie stalowej	Długie odcinki w zwojach, dostosowane do paneli okładzinowych	Okładzina konstrukcji stalowej morskiej

Gruba blacha wykonana jedną z dwóch pierwszych metod jest dostarczana zgodnie ze specyfikacjami płyt kompozytowych, takimi jak ASTM B898 dla reaktywnych i ogniotrwałych płyt platerowanych metalem oraz zgodnie z GB/T 8547 dla blach stalowych platerowanych tytanem. Dokumenty te określają wymagania jakościowe połączenia, dopuszczalną tolerancję grubości okładziny oraz minimalną wytrzymałość na ścinanie, jaką musi wykazywać gotowa płyta.

Ciągły cienki arkusz walcowany na gorąco do podszewki morskiej

Ciągłe walcowanie na gorąco pozwala uzyskać cienki kompozyt w postaci zwojów, co zmienia ekonomikę dużych powierzchni. Zamiast produkować pojedyncze grube płyty, stocznia może rozwinąć ciągłą okładzinę i przymocować ją do konstrukcji stalowej, co zmniejsza liczbę szwów i ilość spawów po stronie odpornej na korozję.- Z tego powodu trasa jest kojarzona z morskimi konstrukcjami stalowymi i morską inżynierią lądową: ścianami nabrzeży, śluzami, ścianami ścianek szczelnych, strefami rozbryzgów platform przybrzeżnych i podobnymi konstrukcjami, w których atak wody morskiej jest ciągły i gdzie długa, nieprzerwana powierzchnia tytanu jest warta więcej niż grubość płyty.

Ponieważ warstwa tytanu jest cienka, materiał nie jest przeznaczony do przenoszenia obciążeń konstrukcyjnych. Jego funkcją jest izolowanie podłoża stalowego przed atakiem chlorków, dlatego też projekt zależy od wytrzymałości sekcji stalowej i trwałości od okładziny.

Obszary zastosowań w branżach procesowych

Pole aplikacji	Przykłady wyposażenia	Dlaczego kompozyt pasuje
Sprzęt chemiczny	Sprzęt do oczyszczonego kwasu tereftalowego, reaktory, kolumny, zbiorniki magazynujące	Kwas octowy i bromek atakują stal, ale radzi sobie z tytanem; stalowy podkład przenosi nacisk
Wymiana ciepła	Arkusze rur skraplacza, pokrywy kanałów	Arkusze rur wymagają wytrzymałości na całej grubości w otworach rur z tytanową powierzchnią stykającą się z wodą chłodzącą
Wytwarzanie energii	Kondensatory, elementy odsiarczania spalin, skrzynie wodne	Chlorkowa-woda chłodząca i kwaśny kondensat gazów spalinowych wymagają powierzchni zwilżonej tytanem
Morskie konstrukcje stalowe	Okładziny nóg platform, lica pali, bram	Ciągły walcowany arkusz zapewnia dużą, bezszwową barierę tytanową
Inżynieria lądowa i morska	Ściany nabrzeży, konstrukcje śluz, tunele zanurzone	Długoterminowe-narażenie na działanie wody morskiej i ograniczony dostęp konserwacyjny

Wspólnym wątkiem jest środowisko pracy, w którym zwykła stal węglowa korodowałaby zbyt szybko, a lity tytan byłby nieosiągalny przy wymaganej grubości. Kompozyt rozwiązuje oba ograniczenia jednocześnie, dlatego pojawia się w tych samych rodzinach sprzętu w sektorach petrochemicznym, energetycznym i morskim.

Punkty kontroli i jakości

Integralność połączenia: badanie ultradźwiękowe całej powierzchni płyty jest akceptowaną metodą wykrywania niezwiązanych obszarów, a kryteria akceptacji należy zapisać w zamówieniu.

Wytrzymałość na ścinanie: specyfikacja kompozytu określa minimalną wytrzymałość wiązania na ścinanie, powszechnie podawaną dla blachy tytanowej na poziomie nie mniejszym niż 140 MPa, i należy ją zweryfikować na próbce z dostarczonej partii.

Grubość okładziny: mierzona w określonej siatce, tak aby minimalna ilość okładziny pozostała po walcowaniu lub formowaniu była nadal wystarczająca dla naddatku na korozję.

Płaskość i stan krawędzi: gruba płyta musi być wystarczająco płaska, aby można ją było wytworzyć bez nadmiernych przeróbek, a krawędzie powinny być czyste, aby warstwa tytanu nie uległa mechanicznemu uszkodzeniu podczas manipulacji.

Wykazanie spawalności: kwalifikacja procedury z użyciem zamierzonej kombinacji spoiwa potwierdza, że ​​strona platerowana może być łączona przy zachowaniu odporności na korozję w strefie spoiny.

Często zadawane pytania

P: Do czego służy panel kompozytowy ze stali tytanowej?
Stosuje się go wszędzie tam, gdzie wymagana jest odporna na korozję-powierzchnia tytanowa na elementach ciśnieniowych lub konstrukcyjnych, w tym w sprzęcie chemicznym do produkcji oczyszczonego kwasu tereftalowego, arkuszach rur skraplaczy, sprzęcie wytwarzającym energię i wykładzinach stalowych konstrukcji morskich.

P: Jaka jest różnica między płytą kompozytową spajaną wybuchowo a płytą kompozytową walcowaną na gorąco?
Zarówno łączenie wybuchowe, jak i łączenie grubych płyt na rolkach pozwala uzyskać grubą płytę do zastosowań konstrukcyjnych i ciśnieniowych. Ciągłe walcowanie na gorąco wytwarza cienki arkusz w postaci zwojów, który jest stosowany głównie jako wykładzina morska, gdzie wymagane są duże ciągłe powierzchnie.

P: Czy kompozyt może sam wytrzymać nacisk?
Tak. Wiązanie przenosi ścinanie pomiędzy warstwą tytanu a stalową podstawą, dzięki czemu zespół można zaprojektować jako pojedynczy-element ustalający, a nie jako odporną na korozję-wykładkę nie spełniającą roli konstrukcyjnej.

P: W jaki sposób sprawdzana jest jakość obligacji?
Badanie ultradźwiękowe na całej powierzchni pozwala wykryć niezwiązane obszary, a badanie próbki na ścinanie potwierdza siłę wiązania w stosunku do wartości granicznej określonej w specyfikacji płyty kompozytowej.

P: Dlaczego warstwa tytanu jest cienka?
Tytan jest czynnikiem generującym koszty, dlatego okładzina jest dobierana tak, aby zapewnić naddatek na korozję wymagany przez usługę. Dodatkową grubość zapewnia stalowa płyta nośna, która jest znacznie tańsza w przeliczeniu na jednostkę wytrzymałości.

P: Jakie normy mają zastosowanie do blachy stalowej pokrytej tytanem?
ASTM B898 obejmuje reaktywną i ogniotrwałą płytę platerowaną metalem, a GB/T 8547 obejmuje blachę stalową platerowaną tytanem. Zamówienie zakupu powinno określać, który dokument reguluje kryteria kaucji.