鈦制精餾塔制造過程中塔體直線度的控制

摘 要：本文從鈦制大型塔器的特殊要求，依據鈦材特性，在生產加工過程中考慮了影響其直線度的各因素，并采取了相應措施，為此類設備的制造積累了可供借鑒的方法和經驗。

關鍵詞：鈦塔體；直線度控制；研究分析

前言

塔器屬于高聳結構，直線度的控制可最大限度地減小彎曲應力，是塔器安全運行的必要條件，也是產品質量的關鍵。生產制作過程中分析發現各筒節尺寸、圓度、對接環縫的質量、間隙是影響直線度的主要因素。

1 鈦制精餾塔結構及特性

鈦制精餾塔由鋼裙座、鈦裙座、鈦封頭、鈦筒體及接口、內件構成，全長21.05m，內徑2.6m。鈦塔體（包括鈦裙座、鈦封頭、鈦筒體）總長為19m，由三種不同板厚（δ=10mm， δ=8mm， δ=6mm）組成，中間無法連接。受設施、廠房限制，不能采用直線度較易保證的立裝，只可臥裝，制作較為困難。鈦制容器在同容積容器中具有筒壁較薄、彈性、撓性較大，焊縫塑性差的特點，這些都是鈦制精餾塔生產過程中的技術難點。

2 鈦制精餾塔塔體直線度控制

2.1 筒節尺寸控制

由于塔體板厚較薄，易橢圓，不易組對，加工過程中最大限度地減少焊縫，不但可以使塔體直線度較易保證，還能使開孔避開焊縫，極大地降低了開孔及其焊接變形對直線度的影響，因此不用寬度為1.0m的常規鈦板，采用定尺寬鈦板，最上端筒節下料預留長度，根據圖紙及開孔情況布料情況如圖1（兩縱縫之間的距離大于300mm）。

圖1 塔體布料示意圖

此外由于塔體板厚不同，各筒節下料應待封頭沖壓后，實測計算出封頭直徑，各筒節按中徑尺寸配下。采用實樣法直接在板料上1：1劃線，用效驗過的同一把直尺、卷尺多次測量后確定。在板料可去除部分打樣沖眼，劃線深度不大于0.1mm。。各筒節四邊拼接坡口不可手工打磨后修型，使用龍門刨找正后刨邊成型。每塊板料板盡量為矩型，其對角線差≤2mm，從源頭上控制塔體直線度。

2.2 各筒節園度控制

鈦板卷筒為冷態彎曲，使用的對軸式三輥卷板機主要缺點是板料兩端有較長一段直邊，鈦材焊縫的塑性比鋼材低，校圓量不能太大，要求焊接前對接面基本達到成品圓弧形狀。經多次試驗，用已彎至成品圓弧尺寸的墊板對板料兩端先進行預彎，墊板厚度為板料的兩倍，有效地減少了直邊長度，對接邊圓弧基本達到要求。

卷筒時，需采用少壓多滾的原則，逐次調整上滾的壓下量，不可過量。以免過彎而形成搭接；隨時校正圓弧母線與端邊平行，端口軸向錯位≤1～2mm。由于鈦板較薄，彈性大，卷筒時常出現翻邊及鼓肚現象。用一塊同寬度的鐵皮隨卷使筒節各部分受力均勻，可以很好地解決這一問題。

筒節由于自重而變形，內部用十字撐撐圓，兩端用L型固定卡固定，中部用T字型調整卡調整好對口錯邊量、間隙后點焊，如圖2所示。b根據板厚定，δ10mm為5mm； δ8mm，為4mm； δ6mm，為3mm，為使筒節的圓度更加理想，筒節焊后還要校型。為防止校型過程中焊縫出現裂紋，最后二遍封焊待校型后進行。

2.3 焊縫質量控制

塔體鈦焊縫采用手工鎢極氬弧焊，焊接電流為140-160A，電壓24-28V，99.99%純氬正反兩面保護。為達到最小焊接變形，使用TA2的？準3mm焊絲，少量多道次焊接。板厚10mm，外面焊5遍，8mm四遍，6mm三遍，筒內都熔一遍。焊縫按JB/T4730-2005《壓力容器無損檢測》標準100%射線探傷，Ⅱ級合格。焊接后測量發現有卡具固定的焊縫收縮量比沒有卡具保護的減小約40%-70%，但由于鈦材具有一定的延性，可塑性變形，因此卡具固定產生的內應力并不影響產品的強度。焊接時，在一些需要的部位點焊加固拉筋，其材料與筒節相同。

鈦材首遍焊縫引起的變形最大，后幾遍的變形方向與其一致。焊完第一遍后，里面先熔焊，再焊第二遍，最大限度地減小焊接變形。環縫對接時將兩個筒節沿外周均勻地至少分8等分，點焊等份點，再根據錯邊情況在等份點之間增加點焊點。使周長較長筒節的長出部分可沿圓周均勻分布，不集中在一起。制作相應的卡具保證對口錯變量、棱角度及間隙。如圖3所示。

環縫 字型調整卡 筒體環縫組對示意圖

圖3

2.4 環焊縫對接間隙控制。

環焊縫對接在托輥上，水平儀測平后進行。鈦材焊縫的橫向收縮量隨焊縫寬度的增加而增加。對接筒節四等分點長度基本一致的情況下，第一遍焊接從間隙最小處開始。環縫每焊完一遍，都需根據再次測量的結果確定下一遍焊接的起焊點。

塔體四等分點長、短處若相差3mm以上，從長處開始焊，根據情況可在其他部位焊兩遍后再焊最短處，以使長處收縮，短處間隙的收縮受到牽制測量四點長度始終用筒體的一個端面為基準，當這個端面無法再用時，從該端面向筒體內部引線，以保證測量基準不變。按國標要求方法測量直線度，測量點離縱焊縫的距離不小于100mm，因筒體厚度不同，計算直線度需減去厚度差。經過檢查直線度完全達到要求。

3 結束語

3.1下料時，保證每塊板料都是矩形，是筒體直線度能得到保證的理論基礎。

3.2利用工裝夾具，采取必要的措施，嚴格控制各筒節橢圓度為筒體直線度的保證奠定了基礎。

3.3合理的焊接工藝，控制好環焊縫間隙，使塔體直線度要求圓滿實現。

參考文獻

[1]GB150-1998.鋼制壓力容器[S].

[2]JB/T4745-2002.鈦制焊接容器[S].

[3]鄭品森.化工機械制造工藝[M].北京：化學工業出版社，1978.

作者簡介：曾紅（1968，10-），女，高級工程師，從事壓力容器及非標設備的制造、零部件加工。