壓力容器制造過程中的幾個質量控制環節

祁世榮， 陳學綱

(山西陽煤化機集團公司，山西 太原 030032)

在壓力容器制造過程中，經常會產生由于筒體鋼板尺寸計算不準確導致筒體與筒體(或與錐體、封頭)之間錯邊量的超標；在筒體卷制過程中會產生棱角度、錯邊量、橢圓度的超標；在進行異種鋼焊接時會產生裂紋等現象[1-2]。這些問題一旦發生，勢必影響壓力容器產品的質量，因此，要從源頭上進行防范并加以控制。

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長度的確定，直接關系到筒體與筒體(或與錐體、封頭)之間錯邊量的大小。因此，在確定鋼板展開長度時，不能以圖紙名義尺寸來計算，而應當按照已完成制作的錐體或封頭的實際測量值來確定。當然，對于厚度大于40 mm的鋼板，還應考慮鋼板卷制過程中中間層與中性層的差異來修正展開長度的計算值。

如，某氣化爐燃燒室殼體，設計圖紙標注的筒體內徑為3 200 mm×80 mm，封頭厚度為96 mm，要求封頭與筒體為內表面平齊。現場實測封頭端口外周長為10 668 mm。那么，該筒體的基本尺寸應按照以下步驟來確定：先按照與其組對的封頭端口外周長實測值10 668 mm來計算封頭的外徑，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，計算后得到筒體內徑應為：3 396-(3+96)×2=3 198 mm；之后，確定筒體的展開長，根據經驗，鋼板卷制成筒體時的變形中性層一般為從外表面向內的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度應按3 252×3.141 6≈10 216 mm來取值。

1.2 “鍋蓋”問題的預防

在實際制造過程中，筒體與錐體組對后容易產生類似“鍋蓋”的現象(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，會造成設備在使用中受力不流暢，也影響美觀。

預防這個問題一般采用以下辦法：在制造錐體時，從工藝上進行考慮，將錐體大口的直徑適當縮小，小口的直徑適當放大。這樣成型后，在后續的焊接過程中，可以用焊縫進行適當的過渡，以保證錐體大口和小口與相鄰的筒節圓滑過渡，從而達到圖1b)所示要求。

圖1 修正前、后錐體示意圖

1.3 筒體用料鋼板長度的最終確定

在實際生產過程中，筒體所需鋼板的最終長度，還需要考慮諸如壓頭余量、焊接試板、復驗用料等的影響。

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

如果焊接試板和復驗用料從切割下來的壓頭余量中來制備，這樣筒體用料鋼板的長度就要增加300 mm。

如果不需要焊接試板和復驗用料，為了降低制造成本，也可以在鋼板的長度方向兩端焊接同等厚度、強度相近或相等的材料作為壓頭余量，壓頭焊接時要焊透。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，要考慮加上割除余量，通常依據鋼板厚度來考慮，定為50 mm～100 mm為宜。這樣，筒體用料的鋼板長度就為中徑展開長度再加上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，設計圖紙標注的內徑為3 200 mm，筒體的工藝要求為：對口錯邊量≦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來卷制，卷制端頭時將卷板機的下輥偏移，卷板機壓頭示意圖如圖2所示。在卷頭前，需制備長度為600 mm以上、直徑為3 200 mm的檢測樣板。在進行卷制過程中，先將鋼板端部與卷板機輥的軸線保持平行，即保證鋼板喂正，然后，逐漸加大卷板機的下壓量，且在每次的下壓量狀態下進行一定長度的卷制；每次都用檢測樣板進行檢查；根據每次檢查的結果，確定下一次的下壓量以防止過量。當鋼板端頭部分彎曲度與檢測樣板基本吻合時，說明端頭卷制基本到位。一般需要卷制端頭的長度為800 mm～1 000 mm。

圖2 卷板機壓頭示意圖

2.2 筒體卷制過程

在端頭卷制結束后，要對初步卷制后的周長進行測量，對照工藝給定且需保留的周長，劃出卷頭余量的切割線，用半自動切割機割掉余量，并做出坡口。檢驗合格后，即可以進行筒體卷制。卷制過程中，隨著下壓量逐漸增加并彎曲，要及時使用檢測樣板進行檢查，防止下壓過量。當兩個端面接觸時卷制完成，控制好對口錯邊量和間隙。

2.3 筒體的校圓

在筒體縱縫焊接完成后，即可對筒體進行校圓。校圓前，先對筒體的橢圓度進行檢測，并將直徑大的位置和小的位置進行標注，根據標注情況進行校圓，并隨時使用樣板進行檢查，以達到工藝要求。卷板機校圓示意圖如圖3所示。

對于薄板筒體，在縱縫焊接后，有可能由于坡口設計不合理或焊接過程中的其他原因，造成縱縫部位棱角度超標，此時，可以采用局部敷設墊板的方式進行校正。

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

如局部有內凸棱角度超標時，可以將超標部位置于上輥的側下方，將墊板墊于上輥與筒體內凸部位之前，進行校正。

圖3 卷板機校圓示意圖

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為不銹鋼S31603，筒體的材質為14Cr1MoR，這兩種材料在焊接時如果焊接條件控制不好，很容易在14Cr1MoR一側的焊縫熔合區域出現裂紋。

3.1 坡口的切割

對筒體上接管孔按第179頁圖5所示進行開孔及坡口制作，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打磨的方式清除雜質，使坡口表面及周邊50 mm范圍內無鐵銹、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坡口表面進行100%MT檢測，達到I級合格。

圖5 筒體上接管孔示意圖

3.3 焊接控制點

焊接前，對坡口周邊外側各不小于400 mm的范圍內，先進行預熱到150 ℃～200 ℃。

具體焊接過程中的控制要求參見圖6。

圖6 焊接控制點要求

1) 采用帶環型墊板的焊接形式，墊板為S31603，厚度為4 mm～6 mm。墊板點焊時采用A042焊條。

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

3) 焊接過程中控制道間溫度為150 ℃～200 ℃，每一次停弧后應立即采用風槍錘擊焊縫，以使焊縫得到適當延展來降低焊接應力。

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

5) 采用A042焊條焊接內側，焊至距離復層表面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) 規格為A042Φ3.2焊條的焊接參數為：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；規格為A042Φ4焊條的焊接參數為：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 結語

本文僅對制造壓力容器過程中的部分環節的質量控制進行了著重描述，對于壓力容器制造的其他環節，如，消除應力熱處理、耐壓試驗、無損檢測等多個環節同樣有諸多要求和操作中需要注意的細節。