筒體環(huán)縫縮口工藝技術(shù)的應(yīng)用研究

尹雪峰 張存武 劉國(guó)柱 皮加輝 代學(xué)玲

摘要：本文主要通過(guò)縮口工藝試板的制作以及焊接工藝試驗(yàn)，對(duì)縮口工藝技術(shù)在罐體制造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了4mm、6mm了縮口工藝應(yīng)用。結(jié)果表明，通過(guò)縮口的筒體焊縫完成后成型良好，力學(xué)性能滿(mǎn)足技術(shù)要求，此方案能夠在LNG罐箱外殼合攏縫制造工藝中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，同時(shí)，可延伸至筒體焊接，可以實(shí)現(xiàn)埋弧焊單面焊焊接，應(yīng)用前景較廣。

關(guān)鍵詞：合攏縫;縮口工藝

1.前言

目前，LNG外殼合攏縫采用加裝合攏縫墊板的方式實(shí)現(xiàn)合攏縫的焊接，我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中制作合攏縫墊板時(shí)需要進(jìn)行機(jī)加工，且需安裝到筒體上實(shí)現(xiàn)。此工藝存在的主要問(wèn)題有：合攏縫墊板經(jīng)過(guò)裝配、焊接到封頭或罐體后，直徑往往會(huì)發(fā)生變化;且我們采購(gòu)的封頭廠家也難以保證封頭的直徑完全一致，所以造成封頭裝配時(shí)間隙難以控制，影響焊接質(zhì)量。經(jīng)過(guò)調(diào)研，縮口技術(shù)可實(shí)現(xiàn)筒體縮口，可以很方便實(shí)現(xiàn)筒體與封頭匹配，且能保證間隙保證質(zhì)量。

2.縮口工藝簡(jiǎn)介

2.1合攏縫焊接接頭設(shè)計(jì)型式

LNG罐箱外封頭與外筒體組裝時(shí)，為阻止焊接時(shí)形成的熔池流入罐箱夾層空間，保證焊縫質(zhì)量以及夾層空間清潔，在外筒體上增加了合攏縫墊板;裝配合攏縫墊板的焊接接頭。為便于封頭與筒體組裝，合攏縫墊板上機(jī)加工一定的斜度，以便封頭和筒體順利組裝。而且，組裝合攏縫墊板時(shí)需要進(jìn)行打底焊接，焊接工作往往使筒體發(fā)生收縮。

參照ASME VIII-I UW-9焊接接頭設(shè)計(jì)可知，焊接接頭型式設(shè)計(jì)，墊板可采用筒節(jié)縮口技術(shù)實(shí)現(xiàn)。采用縮口工藝可以根據(jù)封頭直徑調(diào)整縮口直徑，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用制造中能夠解決封頭與墊板間隙的問(wèn)題，減少裝配合攏縫墊板機(jī)加工和裝配工作。

2.2 縮口機(jī)介紹

縮口機(jī)主要作用是完成已卷制后的筒體進(jìn)行收縮端部直徑的方法，縮口量通常為1個(gè)板厚。主要有主機(jī)部分和筒體支撐架組成。

2.3縮口機(jī)原理

筒體端面靠緊主機(jī)上的八字輪，通過(guò)調(diào)節(jié)八字輪可以改變筒體收口邊緣的寬度以及端部定位，上模壓下與下模加緊筒體邊緣后旋轉(zhuǎn)一圈成型，厚板可分道次進(jìn)行。

3.縮口工藝試驗(yàn)

3.1焊接試件接頭結(jié)構(gòu)。采用δ=4mm板厚進(jìn)行縮口工藝試驗(yàn)，試板材質(zhì)采用低合金鋼Q345R（GB/T713）的規(guī)定。筒體端面無(wú)坡口，裝配間隙3-4mm。根部間隙3-5mm。

3.2試驗(yàn)方法和工藝參數(shù)。采用手工GTAW打底+SAW蓋面。

3.3試板制作及焊接?？s口試板現(xiàn)場(chǎng)制作，施焊試板打底、蓋面。

3.4試件無(wú)損檢測(cè)。試件按NB/T47013.2進(jìn)行100%射線檢測(cè)（RT），檢測(cè)技術(shù)等級(jí)AB級(jí)，合格級(jí)別Ⅰ級(jí)，檢測(cè)結(jié)果合格。

3.5力學(xué)性能試驗(yàn)。采用WAW-600微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)按 ASME 第IX卷 QW150 規(guī)定進(jìn)行，彎曲試驗(yàn)按QW160規(guī)定進(jìn)行，沖擊試驗(yàn)按QW170 的規(guī)定進(jìn)行。

3.6試驗(yàn)結(jié)果

焊接后外觀合格、經(jīng)RT探傷焊縫合格。接頭力學(xué)性能和彎曲性能合格。

4.縮口工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1罐箱封頭周長(zhǎng)數(shù)據(jù)收集及分析

經(jīng)過(guò)對(duì)LNG罐箱產(chǎn)品的封頭直徑及周長(zhǎng)進(jìn)行匯總，結(jié)合GB/T 25198-2010標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)封頭制造的直徑公差帶進(jìn)行了分析，結(jié)果表明公司使用的封頭直徑屬于1600≤DN<3000，厚度6≤δ<10;由此可知封頭內(nèi)直徑公差DN，反應(yīng)到封頭周長(zhǎng)即為L(zhǎng)，封頭最大、最小周長(zhǎng)差值為18mm。

由于封頭周長(zhǎng)尺寸波動(dòng)較大，故在實(shí)際生產(chǎn)中需要進(jìn)行按臺(tái)選配組裝，對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏及組裝質(zhì)量影響較大。后與研發(fā)及采購(gòu)部門(mén)協(xié)商，對(duì)封頭直徑公差的技術(shù)要求進(jìn)行了加嚴(yán)，調(diào)整為DN，縮小了選配范圍。在加嚴(yán)控制后，封頭最大、最小直徑差值為12mm。結(jié)合縮口后筒體圓錐臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式，對(duì)周長(zhǎng)差值范圍進(jìn)行了分區(qū)處理。

4.2封頭與縮口筒體模擬組裝

為便于裝配，將筒體縮口后直徑應(yīng)小于封頭直徑1mm作為理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，下面以LNG罐式集裝箱為例進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

4.3 產(chǎn)品試加工

根據(jù)尺寸分區(qū)要求，筒體縮口后周長(zhǎng)尺寸實(shí)測(cè)為7495mm，封頭內(nèi)周長(zhǎng)為7499mm;縮口邊壓型與筒體便于距離25mm，變形區(qū)域距離裝配基準(zhǔn)圓約20mm。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)估算，筒體縮口成型工作時(shí)間不大于10分鐘;模具堅(jiān)固耐用，縮口成型加工操作簡(jiǎn)單、直觀，工作效率較高。

4.4 產(chǎn)品試組裝

筒體縮口后，按照要求進(jìn)行了試組裝。組裝后，封頭與縮口后的筒體徑向裝配間隙為0，內(nèi)側(cè)組裝間隙小于1mm，均優(yōu)于理論計(jì)算尺寸，初步分析應(yīng)為鋼材的彈性形變對(duì)理論裝配間隙進(jìn)行了補(bǔ)充。

4.5 批量生產(chǎn)應(yīng)用情況

根據(jù)試組裝時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合該類(lèi)型產(chǎn)品的封頭尺寸公差范圍，在20英尺寬體水泥罐箱封頭與筒體組裝時(shí)，批量應(yīng)用了筒體縮口組裝技術(shù)。在批量生產(chǎn)過(guò)程中，封頭組裝質(zhì)量具有顯著性提高，封頭與筒體錯(cuò)邊情況已徹底消除（操作不當(dāng)?shù)那闆r除外）。產(chǎn)品應(yīng)用后焊縫一次合格率90%以上。

4.6 縮口工藝延伸應(yīng)用—筒體環(huán)縫縮口工藝應(yīng)用

（1）現(xiàn)場(chǎng)組裝攻關(guān)：采用3組收緊帶進(jìn)行組裝，嚴(yán)格控制焊接組裝間隙。

（2）采用氬弧焊點(diǎn)焊，根部拼裝間隙為3mm，采用氬弧焊打底及埋弧焊蓋面方式進(jìn)行。組裝后，坡口寬度約8-10mm。

（3）埋弧焊完成后焊縫，焊縫成型合格。筒節(jié)縮口裝配后間隙滿(mǎn)足要求。

（4）45英尺船用罐箱采用縮口工藝后焊接攻關(guān)情況。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，第1條焊縫一次合格率約75%，主要缺陷為線性未熔合缺陷。經(jīng)過(guò)分析，將通過(guò)加工坡口的方式，提升焊縫一次合格率。對(duì)未拼接的筒體進(jìn)行坡口加工以及組裝間隙控制處理焊接合格率提升至85%以上，主要缺陷為小孔，熔合線缺陷明顯減少。

經(jīng)過(guò)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了45英尺外殼縮口筒節(jié)焊縫的組裝、焊接，結(jié)果表明焊接合格率與根部組裝間隙、根部搭接間隙以及筒體是否有坡口是影響焊接質(zhì)量的重要因素，需在后期生產(chǎn)中加以嚴(yán)格控制。

5.結(jié)論

通過(guò)縮口工藝及應(yīng)用研究，封頭合攏縫以及筒體焊縫應(yīng)用該工藝后成型良好，力學(xué)性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及制造要求。此方案在罐箱外殼中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，取消合攏縫墊板的組裝，對(duì)合攏縫制造工藝可降本增效，意義較大。此外，可延伸至筒體焊接，可以實(shí)現(xiàn)埋弧焊單面焊焊接，有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]ASME VIII-I.