祁世榮， 陳學(xué)綱

(山西陽(yáng)煤化機(jī)集團(tuán)公司，山西 太原 030032)

在壓力容器制造過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生由于筒體鋼板尺寸計(jì)算不準(zhǔn)確導(dǎo)致筒體與筒體(或與錐體、封頭)之間錯(cuò)邊量的超標(biāo)；在筒體卷制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生棱角度、錯(cuò)邊量、橢圓度的超標(biāo)；在進(jìn)行異種鋼焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋等現(xiàn)象[1-2]。這些問(wèn)題一旦發(fā)生，勢(shì)必影響壓力容器產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，要從源頭上進(jìn)行防范并加以控制。

1 筒體鋼板尺寸的確定

1.1 基本尺寸的確定

用于卷制筒體的鋼板展開(kāi)長(zhǎng)度的確定，直接關(guān)系到筒體與筒體(或與錐體、封頭)之間錯(cuò)邊量的大小。因此，在確定鋼板展開(kāi)長(zhǎng)度時(shí)，不能以圖紙名義尺寸來(lái)計(jì)算，而應(yīng)當(dāng)按照已完成制作的錐體或封頭的實(shí)際測(cè)量值來(lái)確定。當(dāng)然，對(duì)于厚度大于40 mm的鋼板，還應(yīng)考慮鋼板卷制過(guò)程中中間層與中性層的差異來(lái)修正展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算值。

如，某氣化爐燃燒室殼體，設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的筒體內(nèi)徑為3 200 mm×80 mm，封頭厚度為96 mm，要求封頭與筒體為內(nèi)表面平齊。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)封頭端口外周長(zhǎng)為10 668 mm。那么，該筒體的基本尺寸應(yīng)按照以下步驟來(lái)確定：先按照與其組對(duì)的封頭端口外周長(zhǎng)實(shí)測(cè)值10 668 mm來(lái)計(jì)算封頭的外徑，即：Ф=10 668mm/3.141 6≈3 396 mm，考慮到封頭壓制后端口的增厚，按3 mm計(jì)，計(jì)算后得到筒體內(nèi)徑應(yīng)為：3 396-(3+96)×2=3 198 mm；之后，確定筒體的展開(kāi)長(zhǎng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鋼板卷制成筒體時(shí)的變形中性層一般為從外表面向內(nèi)的2/3處，即，該中性層的直徑為3 198+(80÷3×2)=3 252 mm，因此，卷制筒體鋼板的基本長(zhǎng)度應(yīng)按3 252×3.141 6≈10 216 mm來(lái)取值。

1.2 “鍋蓋”問(wèn)題的預(yù)防

在實(shí)際制造過(guò)程中，筒體與錐體組對(duì)后容易產(chǎn)生類(lèi)似“鍋蓋”的現(xiàn)象(如圖1a)，即，錐體大口最外沿的直徑大于筒體外壁的直徑，使得焊接完成后，此處向外鼓出，會(huì)造成設(shè)備在使用中受力不流暢，也影響美觀。

預(yù)防這個(gè)問(wèn)題一般采用以下辦法：在制造錐體時(shí)，從工藝上進(jìn)行考慮，將錐體大口的直徑適當(dāng)縮小，小口的直徑適當(dāng)放大。這樣成型后，在后續(xù)的焊接過(guò)程中，可以用焊縫進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)渡，以保證錐體大口和小口與相鄰的筒節(jié)圓滑過(guò)渡，從而達(dá)到圖1b)所示要求。

圖1 修正前、后錐體示意圖

1.3 筒體用料鋼板長(zhǎng)度的最終確定

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，筒體所需鋼板的最終長(zhǎng)度，還需要考慮諸如壓頭余量、焊接試板、復(fù)驗(yàn)用料等的影響。

按照某型號(hào)的下輥平移式卷板機(jī)，在下輥偏移的情況下，壓頭余量至少需要150×2=300 mm。

如果焊接試板和復(fù)驗(yàn)用料從切割下來(lái)的壓頭余量中來(lái)制備，這樣筒體用料鋼板的長(zhǎng)度就要增加300 mm。

如果不需要焊接試板和復(fù)驗(yàn)用料，為了降低制造成本，也可以在鋼板的長(zhǎng)度方向兩端焊接同等厚度、強(qiáng)度相近或相等的材料作為壓頭余量，壓頭焊接時(shí)要焊透。為保證所加的壓頭余量在筒端卷制或壓制后，連所焊的焊縫完整割除，一般在選擇定制鋼板時(shí)，要考慮加上割除余量，通常依據(jù)鋼板厚度來(lái)考慮，定為50 mm～100 mm為宜。這樣，筒體用料的鋼板長(zhǎng)度就為中徑展開(kāi)長(zhǎng)度再加上50 mm～100 mm。

2 筒體的卷制、校圓[3]

2.1 筒體的卷頭

以某氣化爐燃燒室筒體為例，設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的內(nèi)徑為3 200 mm，筒體的工藝要求為：對(duì)口錯(cuò)邊量≦3 mm，橢圓度≦10 mm，棱角度≦5 mm。

筒體鋼板的兩端成型可用卷板機(jī)來(lái)卷制，卷制端頭時(shí)將卷板機(jī)的下輥偏移，卷板機(jī)壓頭示意圖如圖2所示。在卷頭前，需制備長(zhǎng)度為600 mm以上、直徑為3 200 mm的檢測(cè)樣板。在進(jìn)行卷制過(guò)程中，先將鋼板端部與卷板機(jī)輥的軸線保持平行，即保證鋼板喂正，然后，逐漸加大卷板機(jī)的下壓量，且在每次的下壓量狀態(tài)下進(jìn)行一定長(zhǎng)度的卷制；每次都用檢測(cè)樣板進(jìn)行檢查；根據(jù)每次檢查的結(jié)果，確定下一次的下壓量以防止過(guò)量。當(dāng)鋼板端頭部分彎曲度與檢測(cè)樣板基本吻合時(shí)，說(shuō)明端頭卷制基本到位。一般需要卷制端頭的長(zhǎng)度為800 mm～1 000 mm。

圖2 卷板機(jī)壓頭示意圖

2.2 筒體卷制過(guò)程

在端頭卷制結(jié)束后，要對(duì)初步卷制后的周長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)照工藝給定且需保留的周長(zhǎng)，劃出卷頭余量的切割線，用半自動(dòng)切割機(jī)割掉余量，并做出坡口。檢驗(yàn)合格后，即可以進(jìn)行筒體卷制。卷制過(guò)程中，隨著下壓量逐漸增加并彎曲，要及時(shí)使用檢測(cè)樣板進(jìn)行檢查，防止下壓過(guò)量。當(dāng)兩個(gè)端面接觸時(shí)卷制完成，控制好對(duì)口錯(cuò)邊量和間隙。

2.3 筒體的校圓

在筒體縱縫焊接完成后，即可對(duì)筒體進(jìn)行校圓。校圓前，先對(duì)筒體的橢圓度進(jìn)行檢測(cè)，并將直徑大的位置和小的位置進(jìn)行標(biāo)注，根據(jù)標(biāo)注情況進(jìn)行校圓，并隨時(shí)使用樣板進(jìn)行檢查，以達(dá)到工藝要求。卷板機(jī)校圓示意圖如圖3所示。

對(duì)于薄板筒體，在縱縫焊接后，有可能由于坡口設(shè)計(jì)不合理或焊接過(guò)程中的其他原因，造成縱縫部位棱角度超標(biāo)，此時(shí)，可以采用局部敷設(shè)墊板的方式進(jìn)行校正。

如局部有外凸棱角度超標(biāo)，可用15 mm×200 mm×250 mm的墊板，將棱角度不合格的區(qū)域置于卷板機(jī)某一下輥的外側(cè)上方，將墊板同超標(biāo)部分一同卷入下輥部位， 此時(shí)必須要控制恰到好處，并及時(shí)停車(chē)、反轉(zhuǎn)、觀察。依此方法，逐步修復(fù)。局部棱角校正示意圖如圖4所示。

如局部有內(nèi)凸棱角度超標(biāo)時(shí)，可以將超標(biāo)部位置于上輥的側(cè)下方，將墊板墊于上輥與筒體內(nèi)凸部位之前，進(jìn)行校正。

圖3 卷板機(jī)校圓示意圖

圖4 局部棱角校正示意圖

3 異種鋼材的焊接[4-5]

氣化爐有一種插管的材質(zhì)為不銹鋼S31603，筒體的材質(zhì)為14Cr1MoR，這兩種材料在焊接時(shí)如果焊接條件控制不好，很容易在14Cr1MoR一側(cè)的焊縫熔合區(qū)域出現(xiàn)裂紋。

3.1 坡口的切割

對(duì)筒體上接管孔按第179頁(yè)圖5所示進(jìn)行開(kāi)孔及坡口制作，18°～25°范圍依筒體厚度δ選定。

3.2 焊接前坡口的處理

焊接前，坡口表面采用砂輪機(jī)打磨的方式清除雜質(zhì)，使坡口表面及周邊50 mm范圍內(nèi)無(wú)鐵銹、油污、水份及表面淬硬層等，表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷；打磨至露出金屬光澤后對(duì)坡口表面進(jìn)行100%MT檢測(cè)，達(dá)到I級(jí)合格。

圖5 筒體上接管孔示意圖

3.3 焊接控制點(diǎn)

焊接前，對(duì)坡口周邊外側(cè)各不小于400 mm的范圍內(nèi)，先進(jìn)行預(yù)熱到150 ℃～200 ℃。

具體焊接過(guò)程中的控制要求參見(jiàn)圖6。

圖6 焊接控制點(diǎn)要求

1) 采用帶環(huán)型墊板的焊接形式，墊板為S31603，厚度為4 mm～6 mm。墊板點(diǎn)焊時(shí)采用A042焊條。

2) 用A042Φ4焊條，按圖6中所標(biāo)的焊接順序進(jìn)行焊接。采用小電流短電弧小線能量快速焊。

3) 焊接過(guò)程中控制道間溫度為150 ℃～200 ℃，每一次?；『髴?yīng)立即采用風(fēng)槍錘擊焊縫，以使焊縫得到適當(dāng)延展來(lái)降低焊接應(yīng)力。

4) 外側(cè)焊接完成后，內(nèi)側(cè)采用等離子弧刨或碳弧氣刨清理墊板及焊縫根部。氣刨時(shí)，加熱火焰轉(zhuǎn)至外側(cè)加熱，表面溫度控制在150 ℃～200 ℃。要求刨槽寬窄基本一致，表面圓滑過(guò)渡，用角磨機(jī)徹底打磨刨槽表面淬硬層至露出金屬光澤。

5) 采用A042焊條焊接內(nèi)側(cè)，焊至距離復(fù)層表面2 mm～3 mm；面層采用A022焊條焊接。

6) 焊接完成后，保溫棉覆蓋緩冷。

7) 規(guī)格為A042Φ3.2焊條的焊接參數(shù)為：焊接電流120 A～140 A、焊接電壓22 V～24 V、焊接速度15 cm/min～17 cm/min、線能量≤13.4；規(guī)格為A042Φ4焊條的焊接參數(shù)為：焊接電流140 A～160 A、焊接電壓22 V～24 V、焊接速度15 cm/min～17 cm/min、線能量≤15.4。

4 結(jié)語(yǔ)

本文僅對(duì)制造壓力容器過(guò)程中的部分環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制進(jìn)行了著重描述，對(duì)于壓力容器制造的其他環(huán)節(jié)，如，消除應(yīng)力熱處理、耐壓試驗(yàn)、無(wú)損檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)同樣有諸多要求和操作中需要注意的細(xì)節(jié)。