童澤斌，沈義才

（宣城鑫亞壓力容器制造有限公司，安徽宣城 242000）

0 引言

簡單壓力容器中需求量最大的是空氣儲罐，空氣儲罐作為空氣動力裝置的儲能設(shè)備廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門。由于空氣儲罐結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，因此空氣儲罐市場競爭極為激烈，利潤空間狹小，企業(yè)只能通過規(guī)模效益獲得生存。效率是規(guī)模效益決定要素，因此提高生產(chǎn)效率是空氣儲罐制造企業(yè)最重要的經(jīng)營活動，其中優(yōu)化工藝是提高生產(chǎn)效率的重要途徑。下面將從優(yōu)化工藝角度，探討如何提升簡單壓力容器生產(chǎn)效率。

1 空氣儲罐生產(chǎn)工藝簡述

當(dāng)前空氣儲罐的生產(chǎn)工藝路線為：

（1）容器本體制造：下料、筒體卷制、筒體校圓、筒體縱縫焊接、封頭與筒體組裝、封頭與筒體連接環(huán)縫焊接。

（2）容器接管附件安裝：劃線、接管開孔、接管下料、接管組裝和接管焊接。

由于簡單壓力容器參數(shù)較低，直徑較小，受結(jié)構(gòu)和空間所限，封頭和筒體連接的焊縫只能在容器外表面進行單面焊接，為了得到全焊透焊接接頭，通常的方法是在內(nèi)壁加帶墊板或使用手工氬弧焊打底。由于手工氬弧焊打底成本高且效率較低，在儲氣罐制造中一般不采用，而采用內(nèi)壁加襯墊板的工藝、埋弧焊進行焊接（圖1）。為得到滿足簡單壓力容器制造標(biāo)準(zhǔn)的焊接接頭，還必須進行墊板下料、墊板卷制、墊板與封頭組裝、墊板與封頭手工定位焊等工序。

圖1 內(nèi)壁帶墊板接頭示意

由表1 可知，埋弧焊還需要烘焙焊劑、施加焊劑、焊接和收集焊劑等工序，焊接過程必須人工全程跟蹤。其中，SMAW、SMA 分別為手工電弧焊和埋弧自動焊。

表1 封頭—筒體內(nèi)壁帶墊板單面埋弧焊工藝規(guī)范

2 主要技改措施

為了提高生產(chǎn)效率，在對儲氣罐原有制造工藝進行全面分析的基礎(chǔ)上，提出兩項工藝優(yōu)化措施。

2.1 內(nèi)壁加帶墊板改為折邊鎖底結(jié)構(gòu)

簡單壓力容器一般參數(shù)較小，壁厚僅3～6 mm，筒體封頭用材一般為Q245R 或Q345R，因此具有很好的塑性和折邊加工性。研究表明，對封頭直邊段進行折邊壓制，即可得到圖2所示的封頭側(cè)折邊鎖底結(jié)構(gòu)。需要注意的是，為保證折邊結(jié)構(gòu)儲氣罐封頭直邊長度不小于25 mm，折邊前封頭直邊長度不得小于50 mm。

圖2 單板折邊接頭示意

鎖底結(jié)構(gòu)相比于墊板結(jié)構(gòu)，雖增加了鎖底結(jié)構(gòu)的壓制工序，但減少了封頭端部坡口車制加工和墊板下料、墊板卷制、墊板與封頭組裝、墊板與封頭連接定位焊等工序，其優(yōu)越性是明顯的。宣城鑫亞壓力容器制造有限公司依據(jù)折邊結(jié)構(gòu)特點，研發(fā)了適合批量生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式折邊壓制設(shè)備，并申請了專利，實用新型專利號為12033399，采用專用縮口壓制設(shè)備壓制鎖底結(jié)構(gòu)，每壓制一個鎖底結(jié)構(gòu)僅需要2 min，而采用墊板結(jié)構(gòu)，每加工安裝一個墊板至少需要45 min，對于具有兩個封頭環(huán)縫的儲氣罐而言，每個儲罐可以節(jié)省86 min。

2.2 將埋弧焊改為熔化極氣體保護焊

與埋弧焊相比，熔化極氣體保護焊是一種明弧焊，焊接過程與焊縫質(zhì)量易于控制；不需要施加焊劑；生產(chǎn)效率高，易實現(xiàn)機械化和自動化等突出優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)焊中，但由于保護氣體CO2氧化性強，焊接質(zhì)量尤其是焊接接頭的力學(xué)性能難以保證，致使熔化極氣體保護焊在承壓設(shè)備焊接中一直謹(jǐn)慎使用。經(jīng)過對保護氣體和焊接規(guī)范這些影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)進行進行了系列試驗研究，得到表2焊接工藝規(guī)范。其中，GMAW 是二氧化碳?xì)怏w保護焊，是以二氧化碳?xì)鉃楸Ｗo氣體進行焊接的方法。

表2 熔化極氣體保護焊工藝規(guī)范

3 技改前后各項指標(biāo)分析

工藝優(yōu)化前后，各項技術(shù)指標(biāo)分析、投資成本分析分別見表3 和表4，其中人力成本按300 元/（10 h）計算。

表3 技改前后各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)對比

表4 投資成本分析（未計入淘汰的埋弧焊設(shè)備折舊值）

由表3 可知，由內(nèi)壁帶墊板結(jié)構(gòu)埋弧焊焊接工藝改為折邊鎖底結(jié)構(gòu)熔化極氣體保護焊工藝，每臺兩個墊板材料人工節(jié)約成本約83 元，每米焊縫焊接節(jié)約成本4.25 元（3.80-0.45=3.35 元），設(shè)備效率和人工效率分別提高了2.5 倍、5 倍，焊接工作更加平穩(wěn)，技改投資需要17.96 萬元（5.40+6.40+6.00+0.16）。以每年生產(chǎn)5000 臺1立方米的0.8 MPa 儲罐規(guī)模進行測算，每臺儲罐環(huán)縫為5 m，總計焊縫25 000 m，合計節(jié)約焊接人工成本8.30 萬元，節(jié)約墊板結(jié)構(gòu)加工制備成本21.50 萬元，節(jié)約墊板材料10 萬件，合計節(jié)約材料成本20 萬元，每年直接經(jīng)濟效益總計49.80 萬元，3 個月就可以收回投資成本。同時，原來需要1 年（12 個月）完成的產(chǎn)品5 個月就可以完成，大大提升了批量能力和產(chǎn)品競爭力，經(jīng)濟效益明顯。

4 新工藝可行性評價

影響承壓設(shè)備制造的重要工藝，無論是焊接工藝還是熱處理工藝，其正確性評價均采用模擬試板進行，只要試板的各項性能指標(biāo)滿足要求，即認(rèn)為工藝可以實施。為此采用表2的工藝，依照NB/T 47016—2016《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗》，焊制了一塊300 mm×400 mm（400 mm 為與焊縫平行的邊長）材料為Q345R、壁厚為5 mm 的模擬試板并檢驗式樣（圖2）。經(jīng)檢驗，兩個拉伸試樣的抗拉強度均高于550 MPa，斷裂部位均在母材；以彎心直徑為15 mm、彎曲角度為180°的4 個彎曲試樣（兩個面彎試樣和兩個背彎）彎曲部位均無裂紋，表明新工藝完全可行。

5 結(jié)束語

在批量化生產(chǎn)的簡單壓力容器市場競爭力不斷加劇、利潤空間壓縮的情況下，擴大利潤空間將大大提升企業(yè)的生存力。封頭和筒體連接的接頭型式由內(nèi)壁帶墊板型式改為封頭側(cè)直邊折邊鎖低結(jié)構(gòu)，焊縫埋弧焊工藝改為熔化極氣體保護焊，通過這兩項工藝優(yōu)化，使設(shè)備效率提高了2.5 倍，人工效率提高5 倍，一年直接經(jīng)濟效益總計49.8 萬元，大大提升了批量生產(chǎn)能力和產(chǎn)品競爭力，經(jīng)濟效益明顯。