1、1鋁合金壓力容器簡介中鋁科學技術研究院溫志先 一、壓力容器發展方向 二、鋁合金壓力容器應用現狀 三、鋁合金壓力容器制造 四、低溫壓力容器用鋁合金發展23一、壓力容器發展方向4壓力容器發展方向21世紀以來，在全球節能減排的大環境下，安全與經濟并重、安全與資源節約并重的發展理念在壓力容器行業內逐漸形成共識，輕量化已成為壓力容器行業發展的主導方向。5壓力容器發展方向近年來，我國有色金屬壓力容器的設計制造水平不斷提高，國內相關法規和標準也得到了極大的發展。但國內壓力容器主要材料仍為傳統鋼材料，導致能耗及重量較大，不但耗費了更多的資源，也降低了國產容器的經濟性和競爭力。我國為貧鎳國家，為解決鎳資源不足，

2、我國開始在壓力容器制造業中推廣鋁合金材料，繼而大力提倡用鈦及鈦合金材料，但鋁合金以較低的價格及良好的低溫力學性能，得以在壓力容器行業快速推廣應用。6二、鋁合金壓力容器應用現狀7鋁合金材料具有如下特點：（1）耐腐蝕 防腐蝕是有色金屬壓力容器的最主要用途之一。由于鋁合金的化學性能各不相同，其耐腐蝕介質范圍和程度也各不相同。鋁材中，純鋁的耐腐蝕性最好，其防腐介質包括醋酸、濃硝酸、碳酸氫銨以及尿素等；鋁合金壓力容應用現狀8鋁合金壓力容應用現狀（2）傳熱性能好 常用的壓力容器用材中，奧氏體不銹鋼的熱導率較差、碳素鋼和低合金鋼的熱導率一般，而鋁材的熱導率較高，特別是純鋁；純鋁的熱導率約為碳素鋼的3倍、奧氏

3、體不銹鋼的17倍，因此鋁材常用于制造換熱容器。9（3）比強度高 常用的結構材料中，鋁材的密度較小，同鋼材相比，其比強度(抗拉強度與密度之比)更高。對于移動式壓力容器，材料的比強度更高則意味著設備重量更輕，運輸過程中可以降低能耗，節約成本。如碳素鋼Q235的相對密度約為7.8，我國標準中其許用應力為113MPa；5083鋁合金的相對密度約為2.7，許用應力為67MPa；同等載荷條件下，Q235鋼的質量約為5083鋁合金的1.7倍，因此，鋁材常用于制造移動式壓力容器，如罐車、航天用低溫容器等。鋁合金壓力容應用現狀10（4）耐低溫 有色金屬材料的耐低溫性能普遍較好，一般不會產生低溫脆性，可在低溫環境

4、中保持較高的塑性和沖擊韌性。其中，鋁材的耐低溫性能最好，可用至一269，無需任何附加要求；因此，鋁合金壓力容器廣泛用于低溫環境中，如空分設備中的分餾塔及各類低溫儲罐常采用鋁材制造。鋁合金壓力容器應用現狀11鋁合金壓力容器應用現狀表1 不同溫度下的鋁合金抗拉強度和屈服強度合金狀態合金狀態溫度溫度/屈服強度屈服強度/MPa抗拉強度抗拉強度/MPa1100-H14231171250117130-80125138-1961382072014-T6234154830427495-80448510-1964955853003-H14231451520145152-80152165-19617224012鋁

5、合金壓力容器應用現狀合金狀態合金狀態溫度溫度/屈服強度屈服強度/MPa抗拉強度抗拉強度/MPa4032-T6233173800317385-80317400-1963304555052-H34232152620215262-80220275-1962483806063-T6232152400220248-80228262-19624832513鋁合金壓力容器應用現狀合金狀態合金狀態溫度溫度/屈服強度屈服強度/MPa抗拉強度抗拉強度/MPa7075-T6235035720515593-80545620-19663570314鋁合金壓力容器應用現狀表2 不同溫度下鋁合金斷裂韌性合金和狀態合金和狀態

6、溫度溫度/斷裂韌性（斷裂韌性（KIC)/Mpa*m1/22014-T6512323.2-19628.52024-T8512322.3-19624.42124-T8512326.9-19632.02219-T872339.9-19646.515鋁合金壓力容器應用現狀合金和狀態合金和狀態溫度溫度/斷裂韌性（斷裂韌性（KIC)/Mpa*m1/25083-O2327.0-19643.46061-T8612329.1-19641.87039-T62332.3-19633.57075-T6512322.5-19627.616（5）防鐵離子污染 在食品、醫藥以及染料等一些石化產業中，產品中的鐵離子含量往往要

7、受到嚴格控制，因此相關設備不宜采用普通鋼材制造，而須選用不銹鋼或有色金屬材料。鋁材由于價格便宜，最常用于制造防鐵離子污染容器。鋁合金壓力容器應用現狀17鋁合金壓力容器應用現狀對于鋁合金材料壓力容器的設計壓力，我國有特殊規定，JB/T4734-2002鋁制焊接容器中規定其最高設計壓力為8MPa，由于實際應用中鋁制壓力容器已用至12MPa，因此2009版容規又將其最高設計壓力提高至16MPa,大大拓寬了鋁合金在壓力容器中的應用對象及范圍。18鋁合金壓力容器應用現狀圖1 鋁合金LNG罐車19鋁合金壓力容器應用現狀圖2 LNG船20鋁合金壓力容器應用現狀圖3 CZ-5液氧箱21鋁合金壓力容器應用現狀圖

8、3 CZ-5液氫箱22三、鋁合金壓力容器制造23鋁合金壓力容器制造（1）標準）標準nJB/T 4734-2002鋁制焊接容器鋁制焊接容器n適用：全鋁、襯鋁，適用：全鋁、襯鋁， 設計壓力設計壓力8MPa（含常壓）（含常壓）（2）常用材料）常用材料n純鋁，鋁錳合金，鋁鎂合金，鋁鎂硅合金純鋁，鋁錳合金，鋁鎂合金，鋁鎂硅合金（3）制造要點：）制造要點：n清潔，鋪橡膠，注意劃傷清潔，鋪橡膠，注意劃傷n表面修磨深度應不大于厚度的表面修磨深度應不大于厚度的5%，且不大于，且不大于2mm；n不采用氧乙炔切割，等離子切割后去除氧化層不采用氧乙炔切割，等離子切割后去除氧化層n多采用翻邊結構多采用翻邊結構n無磁性，

9、不能用無磁性，不能用MT24鋁合金壓力容器制造（4）焊接）焊接焊接工藝評定按焊接工藝評定按NB/T47014-2011承壓設備焊接工藝評定承壓設備焊接工藝評定u母材分四類：母材分四類：l純鋁，鋁錳合金，純鋁，鋁錳合金，l鋁鎂合金：鋁鎂合金：Mg4%，l鋁鎂硅合金鋁鎂硅合金l鋁鎂合金：鋁鎂合金：Mg4%u焊絲分三類：純鋁，鋁鎂合金：鋁硅合金焊絲分三類：純鋁，鋁鎂合金：鋁硅合金焊工考核按焊工考核按TSG Z6002-2010特種設備焊接操作人員考核細則特種設備焊接操作人員考核細則u母材和焊材分類與焊接工藝評定相同母材和焊材分類與焊接工藝評定相同主要問題：氧化膜，熱傳導率大，氣孔，縮孔，熱裂紋主要問

10、題：氧化膜，熱傳導率大，氣孔，縮孔，熱裂紋焊接方法：鎢極氬弧焊，熔化極氬弧焊（手工、自動）焊接方法：鎢極氬弧焊，熔化極氬弧焊（手工、自動）25鋁合金壓力容器制造焊接環境：風速焊接環境：風速1.5m/s 相對濕度相對濕度80% 焊件溫度焊件溫度5 低于低于5時，在始焊處預熱到時，在始焊處預熱到15 焊前去除坡口、焊絲的氧化膜，油污等焊前去除坡口、焊絲的氧化膜，油污等厚度大于厚度大于15mm手工鎢極氬弧焊時，預熱手工鎢極氬弧焊時，預熱150以下以下產品焊接試板：產品焊接試板：uP 1.6MPa，和盛裝極度或高度危害介質，和盛裝極度或高度危害介質，每臺做每臺做A類縱向接頭的產品焊接試板；類縱向接頭的

11、產品焊接試板；u其他情況，免做其他情況，免做26四、壓力容器用鋁合金研究進展27壓力容器用鋁合金研究進展鋁合金具有密度低，無磁性、在磁場中比電阻小、氣密性好且具有良好的低溫力學特性，因此被越來越廣泛的應用于低溫壓力容器領域。近幾十年來，國內外已經積累了大量的低溫壓力容器鋁合金研究成果并在生產中得以推廣應用。28壓力容器用鋁合金研究進展國外：1）新型7000系（Al-Zn-Mg-Cu)高強焊接鋁合金7000系鋁合金具有良好的抗應力腐蝕性能，無缺口敏感性，具有良好的疲勞性能和低溫性能,并且還具有良好的可焊性和成形性。美國已將該新型鋁合金應用于冷凍設備及武器上。29壓力容器用鋁合金研究進展2）低溫用

12、新型可焊高強鋁合金 為了提高飛行器的推進效率，美國宇航局制定了新型鋁合金的開發計劃，該計劃要求生產出新型的鋁合金板，其室溫抗拉極限為517MPa,屈服強度為448MPa、延伸率為15%，在室溫下缺口和無缺口的拉伸強度比值在1.0，在-217下為0.9，同時具有良好的可焊性。最終研制了兩種鋁合金X2021及x7007合金，這些合金比目前低溫用高強度鋁合金具有更好的抗腐蝕性和良好的低溫韌性，已用于低溫結構和火箭貯箱的生產，30壓力容器用鋁合金研究進展3）5083超厚鋁合金板的研究日本神戶制鋼研制的5083鋁合金160mm特級厚板，在最受重視的短橫向特性中，具有良好的低溫韌性，特別是伸長率、疲勞特性及超聲波特性已達到目前最高水平。目前神戶制鋼有在進行厚度超過300mm的特厚板的研制；同時在鋁合金厚板窄間隙橫焊等高效率焊接方法上也有突破。31壓力容器用鋁合金研究進展國內：1）5083超厚板鋁合金國產化研究中鋁科學技術研究院及西南鋁針對國際市場上需求較大的H116、H321、H343狀態的5083合金板材國產化工藝進行了研究，使各狀態的力學性能滿足了ASTM的標準要求。32壓力容器用鋁合金研究進展2）7050超厚板鋁合金國產化研究7xxx系鋁合金以高強度、高斷裂韌性和高抗應力腐蝕開裂性的特性被廣泛應用于航空航天及壓力容器行業，且7050，7B50合金大規格厚板的使用