封頭與筒體組對工藝的改進(jìn)

劉玉芳

摘 要：根據(jù)壓力容器制造工藝流程，結(jié)合現(xiàn)場預(yù)制的實際情況，針對壓力容器筒體與封頭組對難點及質(zhì)量要求，采用從封頭入廠驗收、筒體板材切割下料精度控制、筒體卷制精度控制，并采用特殊工裝夾具等方法，保證封頭與筒體組對的錯變量在允許范圍內(nèi)，提高組對精度質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：錯邊：封頭與筒體組對；改進(jìn)工藝

中圖分類號：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0053-02

前言

本文主要根據(jù)壓力容器制造工藝流程，結(jié)合現(xiàn)場預(yù)制的實際情況，針對壓力容器筒體與封頭組對難點及質(zhì)量要求，采用從封頭入廠驗收、筒體板材切割下料精度控制、筒體卷制精度控制，并采用特殊夾具等方法，保證錯邊量b及棱角E在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求中達(dá)到最小，保證封頭與筒體組對精度質(zhì)量。

1 封頭與筒體組對難點及常見問題

在加熱緩沖裝置，污水緩沖裝置，游離水脫除器等壓力容器的制造過程中，封頭與筒體組對的精度質(zhì)量控制一直是壓力容器制造工藝流程中的重點與難點。常出現(xiàn)各類質(zhì)量問題，如封頭與筒體組對局部間隙過大，筒體組對變形，橢圓度不符合要求，封頭與筒體錯邊量不符合要求等，直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度和精度質(zhì)量。

結(jié)合我廠壓力容器制造工藝流程及現(xiàn)場預(yù)制實際情況，經(jīng)過分析，導(dǎo)致出現(xiàn)此類問題的影響因素如下：（1）筒體切割預(yù)制時，由于板材（定尺）自身對角線長度及劃線下料時舉行對角線有偏差，且受切割機(jī)精度影響，導(dǎo)致筒體卷制焊接后周長與封頭外圓周長偏差過大。（2）筒節(jié)卷制焊接完成經(jīng)找圓后，應(yīng)及時測量筒體外圓周長，在筒節(jié)組對時，應(yīng)結(jié)合殼體排版情況，選擇外圓周長與封頭外圓周長偏差較小的筒節(jié)作為封頭端筒節(jié)，在中間筒節(jié)間找差。筒節(jié)與封頭外圓周長偏差越大時組對的精度控制難度越大。（3）靠近封頭端的筒節(jié)內(nèi)部可能設(shè)置有填料架，填料架與筒節(jié)組焊后，受全焊接剛性連接，其焊接應(yīng)力影響，導(dǎo)致單節(jié)筒節(jié)直線度偏差大，靠近封頭端整體向外膨脹，導(dǎo)致封頭尺寸偏差。（4）由于調(diào)料架與筒節(jié)的剛性約束，導(dǎo)致在筒節(jié)與封頭組對時人工矯正難度大，費時費力。（5）在封頭與筒體組對順序不合理，采用0°→90°→180°→270°→0°的順序依次組對，矯正，焊接，在270°→0°間，封頭與筒體間隙及錯變量明顯，且矯正難度較大。

2 改進(jìn)工藝

2.1 封頭的選擇

根據(jù)圖紙及標(biāo)準(zhǔn)要求采購的封頭入廠驗收合格后，在切割下料前在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，選擇外圓周長偏差最小的一組封頭，其尺寸偏差不宜大于15mm，作為筒體下料尺寸依據(jù)，并做好標(biāo)記，用于后續(xù)的組對工作。

2.2 下料尺寸計算

鋼板的劃線、下料應(yīng)符合GB150中的有關(guān)規(guī)定。筒節(jié)下料尺寸應(yīng)參照與之裝配的封頭實際成形尺寸進(jìn)行合理修正，以確保環(huán)縫對接邊緣偏差符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。根據(jù)選擇的封頭尺寸確定下料尺寸，已知筒體板厚δ，兩封頭A、B外圓周長分別為Ca、Cb，下料尺寸C=Ca+Cb/2-δ*π。為保證下料準(zhǔn)確，計算筒節(jié)展開長度時，要考慮鋼板的實際厚度（測量出鋼板的尺寸偏差）。

2.3 筒體下料劃線

除與封頭組對焊接的筒體盡可能根據(jù)封頭周長下料外，板材對角線差的控制也極其重要。工序傳遞卡中劃線下料對筒體展開的矩形對角線有明確的控制要求。若兩對角線差大，會造成筒體兩端出現(xiàn)大小口，在組對環(huán)焊縫時會出現(xiàn)錯邊，組對間隙不均勻。板的兩對角線差控制在2mm以內(nèi)，環(huán)縫的間隙就會變化不大，故要嚴(yán)格下料矩形對角線。

2.4 筒節(jié)卷制、焊接、找圓、組對

筒節(jié)卷制時，筒節(jié)端部的壓頭和筒節(jié)的滾圓要符合樣板要求，卷筒時控制錯口或斜口對接；筒節(jié)縱縫的焊接要采取加龍門板，打楔子防變形或反變形等措施?？v縫焊接完成后，在焊接接頭環(huán)向、軸向形成棱角E，宜分別用弦長等于Di/6，且不小于300mm的內(nèi)樣板（或外樣板）和直尺檢查，其E值不得大于（δs/10+2）mm，且不大于5mm，如不符合要求需再次校圓，直至符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

筒節(jié)成形后的縱縫對接邊緣偏差應(yīng)符合GB150的規(guī)定。

筒節(jié)組對筒時，應(yīng)結(jié)合殼體排版情況，選擇外圓周長與封頭外圓周長偏差較小的兩筒節(jié)作為兩封頭端筒節(jié)，在中間筒節(jié)間采用整體漸變找差的方式進(jìn)行組合。

2.5 隔板、填料架的安裝

由于靠近封頭端的筒節(jié)內(nèi)部可能設(shè)置有填料架，填料架或隔板的下料尺寸應(yīng)根據(jù)筒節(jié)內(nèi)徑尺寸并考慮與筒節(jié)焊接時的間隙確定。若下料尺寸偏小，將造成其與筒體焊接間隙過大，不便于焊接，焊接過程中易造成封頭端面向外膨脹。若下料尺寸偏大，隔板在移至規(guī)定位置過程中受筒體縱縫余高影響，安裝困難，同時在組對后，產(chǎn)生較大的外張力，造成筒節(jié)直線度偏差，近封頭端筒節(jié)局部向內(nèi)收縮，增加了筒體與封頭組對難度。經(jīng)車間工人的經(jīng)驗，隔板或填料架內(nèi)徑與實際筒節(jié)內(nèi)徑差值在1-2mm范圍內(nèi)最合適，同時根據(jù)筒節(jié)焊縫位置及橢圓度，對局部位置進(jìn)行修整，以便于隔板的初步固定，減小與筒節(jié)的作用力。

對隔板或填料架等與筒節(jié)的焊接時，先采用對稱點固焊的方式固定。待封頭與筒節(jié)組對完成后，再進(jìn)行角焊縫全焊。因為如先全焊后進(jìn)行組對，筒節(jié)受焊接過程熱作用力的影響易大，且受焊后隔板的的剛性約束，近封頭端無論是向外膨脹還是向內(nèi)收縮，其矯正難度均較大。

2.6 筒體與封頭組對過程控制

2.6.1 封頭選配。筒節(jié)與封頭的裝配應(yīng)按設(shè)計和工藝圖樣進(jìn)行，裝配前應(yīng)按各自實際尺寸進(jìn)行合理選配（一次封頭選配可參考）。

2.6.2 筒節(jié)裝配。筒節(jié)與封頭的裝配應(yīng)在裝配滾輪架上進(jìn)行，并盡可能采用機(jī)械化對裝裝置。筒節(jié)與筒節(jié)、筒節(jié)與封頭裝配時的每道環(huán)向焊縫對接邊緣偏差應(yīng)均勻分配裝配過程中嚴(yán)禁在受壓元件上隨意引弧，裝配時的定位焊應(yīng)由合格焊工擔(dān)任。

2.6.3 封頭與筒體分份及標(biāo)記。筒體組對完成后，先進(jìn)行分份，將筒體環(huán)向四等分，多次測量筒體兩端實際外圓周長，取平均值并計算四分之一外圓周長，確定整個筒體0°位置線，并在線上近封頭端依次打下定位鋼印，打鋼印時須參照打鋼印的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，選擇線中心點，鋼印點準(zhǔn)確端正，且深度不超過0.5mm，以免傷及母材。確定0°線后，沿圓周方向依次確定90°，180°，270°位置線及鋼印點。封頭直邊段外圓的分份與筒體方法相同，依次確定其四分之一圓劃分點位置。

2.6.4 封頭上確定吊裝點位，安裝吊耳。由于封頭上多存在開孔并焊接有接管法蘭等受壓元件，其重心會有所偏移，在封頭0°位置線與封頭頂點的連線上，在距離封頭直邊段邊緣點200mm-300mm為宜位置處焊接用于吊裝封頭的吊耳。吊裝時，使封頭端面沿筒體端面整體向外傾斜5°-10°，如下圖1所示。

2.6.5 筒體防變形措施

為防止筒體在與封頭的組對過程中變形量過大，在與封頭組對前，需先在筒體近封頭端加防變形圈。假定封頭外徑為D0，防變形圈內(nèi)徑通常大封頭外徑100-200mm為宜。防變形圈與筒體間采用角鋼或切割好的鋼板焊接連接，防變形圈與筒節(jié)間隙須均分，保證筒節(jié)圓度。

2.6.6 封頭筒體組對

（1）在筒體外部180°線位置沿環(huán)向300mm處焊接兩角鋼，伸出筒體端面150-200mm即可，用于拖住封頭底部，以便固定封頭與筒體180°位置點。使用起重設(shè)備吊鉤吊住封頭0°刻度線上的吊耳，調(diào)整封頭高度，將封頭180°位置處與筒體180°首先進(jìn)行組對點固焊，封頭底部剛好放置在焊接的角鋼上，微調(diào)封頭高度與距筒體的水平距離，找準(zhǔn)位置后，對180°位置線進(jìn)行點固，首先完成對180°位置的組對。（2）由于封頭自重及筒體與封頭組對的作用力較大，易造成先前點固位置脫落，在確認(rèn)180°位置后，使用切割好的龍門板（100*100mm）在180°位置及附近對稱焊接，連接筒體與封頭直邊段，防止封頭脫落。（3）180°位置確認(rèn)后，依次使用龍門板及點固焊方法沿圖2方向?qū)ΨQ組對。（4）在各對稱點通過肉眼觀察及水平尺等工具進(jìn)行實時測量，確認(rèn)可以組對后進(jìn)行段焊固定，如組對間隙及錯變量大可以用龍門板及打楔子（楔子與封頭及筒節(jié)接觸面易圓鈍，不能太過尖銳，防止傷及板材）、平板水平固定的方法進(jìn)行調(diào)整，待封頭與筒體調(diào)整水平后進(jìn)行段焊，如圖3、4。（5）在組對時，尤其當(dāng)封頭與筒體組對二分之一后，后半部分組對時，封頭與筒體端面豎直方向出現(xiàn)的錯變量及間隙更大，此時需要借助加緊絲進(jìn)行矯正，如圖5所示，加緊絲的布置時不易水平安置，需有一定斜度，可防止封頭沿外部變形量過大。（6）待整體組對段焊完成后，去掉相關(guān)夾具，打磨掉焊疤等外觀缺陷，同時根據(jù)焊接規(guī)程完成全焊縫的焊接。（7）組對過程中要采取有效措施加強(qiáng)安全防護(hù)。因為組對時為便于觀察，要多人配合組對，焊工及鉚工需要在筒體上部作業(yè)，空中焊接作業(yè)存在安全隱患。

3 組對質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗

3.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）壓力容器封頭的檢驗與驗收執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 251

98-2010《壓力容器封頭》規(guī)定。（2）壓力容器筒體焊接及筒體與封頭組對焊接規(guī)程執(zhí)行NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》規(guī)定。（3）壓力容器筒體的制造、檢驗和驗收執(zhí)行GB150-20111《壓力容器》規(guī)定。

3.2 質(zhì)量保證措施

（1）嚴(yán)格執(zhí)行工序交接檢查制度，不合格部位必須處理后，方能進(jìn)行下道工序施工。（2）筒體及封頭與筒體的組對焊接均應(yīng)由持證焊工擔(dān)任，且合格項目在有效期內(nèi)。焊接前要制定工藝試驗方案，進(jìn)行焊接工藝評定，并依據(jù)工藝評定進(jìn)行現(xiàn)場試焊，然后確定現(xiàn)場焊接作業(yè)指導(dǎo)書。（3）按照圖紙要求及標(biāo)準(zhǔn)，封頭直徑偏差應(yīng)保證在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，為了保證封頭與筒體組裝錯邊量盡量小在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，組焊順利，筒體的下料尺寸應(yīng)根據(jù)成型后封頭削邊后（當(dāng)未削邊前厚度比圖紙上名義厚度大時）的中徑下料。

3.3 質(zhì)量驗證

根據(jù)壓力容器制造工藝流程，針對壓力容器筒體與封頭組對難點及質(zhì)量要求，結(jié)合現(xiàn)場預(yù)制的實際情況，改進(jìn)封頭與筒體的組對工藝，對封頭入廠驗收、筒體板材切割下料、筒體卷制，封頭與筒體最終組對等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行精度質(zhì)量的控制，最終保證封頭與筒體組對的錯變量在允許范圍內(nèi)，減少了相關(guān)質(zhì)量問題，并提高了組對質(zhì)量和產(chǎn)品精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭虹.焊接缺陷對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響[J].中國設(shè)備工程，2002，05.

[2]方冬，王琪，黃濤，等.管道對接焊接接頭射線檢測標(biāo)準(zhǔn)比較分析[J].沿海企業(yè)與科技，2011，02.

[3]肖三洪，楊延平.厚壁管線焊縫射線及超聲波檢測[J].石油化工設(shè)備，2010，05.