簡(jiǎn)單壓力容器制造工藝優(yōu)化

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(jiǎn)單壓力容器中需求量最大的是空氣儲(chǔ)罐，空氣儲(chǔ)罐作為空氣動(dòng)力裝置的儲(chǔ)能設(shè)備廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門(mén)。由于空氣儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，因此空氣儲(chǔ)罐市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)極為激烈，利潤(rùn)空間狹小，企業(yè)只能通過(guò)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(chǔ)罐制造企業(yè)最重要的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，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(jiǎn)單壓力容器生產(chǎn)效率。

1 空氣儲(chǔ)罐生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述

當(dāng)前空氣儲(chǔ)罐的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)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(xiàn)、接管開(kāi)孔、接管下料、接管組裝和接管焊接。

由于簡(jiǎn)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(jìn)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(chǔ)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(jìn)行焊接（圖1）。為得到滿(mǎn)足簡(jiǎn)單壓力容器制造標(biāo)準(zhǔn)的焊接接頭，還必須進(jìn)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(guò)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(dòng)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(duì)儲(chǔ)氣罐原有制造工藝進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，提出兩項(xiàng)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(jiǎn)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(duì)封頭直邊段進(jìn)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(chǔ)氣罐封頭直邊長(zhǎng)度不小于25 mm，折邊前封頭直邊長(zhǎng)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(chē)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(diǎn)，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(qǐng)了專(zhuān)利，實(shí)用新型專(zhuān)利號(hào)為12033399，采用專(zhuān)用縮口壓制設(shè)備壓制鎖底結(jié)構(gòu)，每壓制一個(gè)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(gè)墊板至少需要45 min，對(duì)于具有兩個(gè)封頭環(huán)縫的儲(chǔ)氣罐而言，每個(gè)儲(chǔ)罐可以節(jié)省86 min。

2.2 將埋弧焊改為熔化極氣體保護(hù)焊

與埋弧焊相比，熔化極氣體保護(hù)焊是一種明弧焊，焊接過(guò)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等突出優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)焊中，但由于保護(hù)氣體CO2氧化性強(qiáng)，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(hù)焊在承壓設(shè)備焊接中一直謹(jǐn)慎使用。經(jīng)過(guò)對(duì)保護(hù)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(jìn)行進(jìn)行了系列試驗(yàn)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(hù)焊，是以二氧化碳?xì)鉃楸Ｗo(hù)氣體進(jìn)行焊接的方法。

表2 熔化極氣體保護(hù)焊工藝規(guī)范

3 技改前后各項(xiàng)指標(biāo)分析

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

表3 技改前后各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

表4 投資成本分析（未計(jì)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(hù)焊工藝，每臺(tái)兩個(gè)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(wàn)元（5.40+6.40+6.00+0.16）。以每年生產(chǎn)5000 臺(tái)1立方米的0.8 MPa 儲(chǔ)罐規(guī)模進(jìn)行測(cè)算，每臺(tái)儲(chǔ)罐環(huán)縫為5 m，總計(jì)焊縫25 000 m，合計(jì)節(jié)約焊接人工成本8.30 萬(wàn)元，節(jié)約墊板結(jié)構(gòu)加工制備成本21.50 萬(wàn)元，節(jié)約墊板材料10 萬(wàn)件，合計(jì)節(jié)約材料成本20 萬(wàn)元，每年直接經(jīng)濟(jì)效益總計(jì)49.80 萬(wàn)元，3 個(gè)月就可以收回投資成本。同時(shí)，原來(lái)需要1 年（12 個(gè)月）完成的產(chǎn)品5 個(gè)月就可以完成，大大提升了批量能力和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 新工藝可行性評(píng)價(jià)

影響承壓設(shè)備制造的重要工藝，無(wú)論是焊接工藝還是熱處理工藝，其正確性評(píng)價(jià)均采用模擬試板進(jìn)行，只要試板的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求，即認(rèn)為工藝可以實(shí)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(yàn)》，焊制了一塊300 mm×400 mm（400 mm 為與焊縫平行的邊長(zhǎng)）材料為Q345R、壁厚為5 mm 的模擬試板并檢驗(yàn)式樣（圖2）。經(jīng)檢驗(yàn)，兩個(gè)拉伸試樣的抗拉強(qiáng)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(gè)彎曲試樣（兩個(gè)面彎試樣和兩個(gè)背彎）彎曲部位均無(wú)裂紋，表明新工藝完全可行。

5 結(jié)束語(yǔ)

在批量化生產(chǎn)的簡(jiǎn)單壓力容器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不斷加劇、利潤(rùn)空間壓縮的情況下，擴(kuò)大利潤(rùn)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(hù)焊，通過(guò)這兩項(xiàng)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(jì)效益總計(jì)49.8 萬(wàn)元，大大提升了批量生產(chǎn)能力和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)濟(jì)效益明顯。