異形薄板不銹鋼壓力容器制造技術(shù)研究

高 博 越海濤

（西安航天華威化工生物工程有限公司，陜西 西安710199）

換熱器是石油化工、生物工程等工業(yè)裝置的核心設(shè)備,冷卻器在其中占比比較大,而異形冷卻器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)、制造難度大,制造技術(shù)要求高的特點(diǎn),我公司制造的薄板不銹鋼設(shè)備的加工滿足了實(shí)際需求,達(dá)到了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 冷卻器設(shè)備的材料

冷卻器主要由δ6mm (S30408) 不銹鋼板殼體、6 組不銹鋼(S30408) 管束組成。不銹鋼(S30408) 密度:7.93kgdm3, 電阻率0.73Ω·mm2·m-1, 線膨脹系數(shù)如下表; 化學(xué)成分碳C:≤0.08%矽Si≤1.00%鉻Cr:18.00-20.00%錳Mn:≤2.00%鎳Ni:8.00-11.00%磷 P: ≤0.045% 硫 S: ≤0.030% ; 力 學(xué) 性 能, 屈 服 強(qiáng) 度σ0.2=205MPa, 抗拉強(qiáng)度σb=520Mpa; 延伸率δ5=40%; 硬度HB≤187,HRB≤90,HV≤200。

表1

2 冷卻器設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

設(shè)備外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖,依據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),組裝工藝不同于傳統(tǒng)碳鋼換熱器先組焊好殼體,再將管束放入殼體,本次制造加工過程采用先零件后部件,先局部后整體,先加固再施焊,小坡口小電流,先下后上、由里到外的制造工藝技術(shù)。

圖1

3 殼體制造

3.1 天圓地方零件的加工

天圓地方材料:δ6mm(S30408),材料標(biāo)準(zhǔn):GB/T24511-2017,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙模擬計(jì)算天圓地方展開料尺寸, 為保證圓型口部尺寸方便組裝,且在圓型口部高度留10～20mm 余量,在零部件的兩側(cè)設(shè)計(jì)有2 道拼接焊縫,待零件加工焊接完成后,去掉口部余量。

3.2 方型法蘭的加工

方型法蘭材料:S30408, 厚度 28mm, 材料標(biāo)準(zhǔn):GB/T24511-2017,由于不銹鋼的線膨脹系數(shù)比碳鋼大40%,并隨著溫度的升高,線膨脹系數(shù)的數(shù)值也相應(yīng)的提高;電阻率比碳鋼大5 倍;導(dǎo)熱率是碳鋼的三分之一,導(dǎo)致不銹鋼在焊接過程中易變性,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,在方型法蘭加工過程中,采用如圖結(jié)構(gòu)及坡口,利用下料時(shí)短邊帶90°拐角結(jié)構(gòu),對(duì)接時(shí)對(duì)接部位不留間隙,以此來防止焊接變形過大,焊接方法:焊條電弧焊,焊條:E308-16,Φ4.0:I=150±10;U=24±2;焊速:12-15cm/min,控制層間溫度T≤150℃,且在焊接時(shí)用弓形卡或平臺(tái)螺栓將法蘭卡在平臺(tái)上固定,焊完上面一層,翻面再焊一層,反復(fù)翻面多焊幾層,每個(gè)拼縫處焊一層冷卻后,再焊下一層,對(duì)稱施焊,不可連續(xù)施焊,以此減少法蘭變形。用銑床加工方型法蘭螺栓孔臺(tái)階,密封面留2mm 余量,組焊方型筒節(jié)后加工法蘭密封面。

3.3 側(cè)板的加工

側(cè)板材料:S30408,厚度6mm,材料標(biāo)準(zhǔn):GB/T24511-2017 根據(jù)圖紙計(jì)算尺寸拼料,具體尺寸及坡口形式如圖,注:拼接焊縫時(shí),為了防止焊接變形,需多點(diǎn)定位, 且利用反變形適當(dāng)預(yù)留反向焊接變形量, 對(duì)口錯(cuò)邊量≤1.5mm。焊接方法采用氬弧焊打底, 焊條電弧焊蓋面, 焊絲:S308。Φ2.0; 焊條:E308-16,Φ2.0:I=110±10;U=12±2;焊速:8-12cm/min;Φ4.0:I=150±10;U=24±2;焊速:12-15cm/min,控制層間溫度T ≤150℃; 側(cè) 板 拼 接 焊 縫 按NB/T47013.5-2015 進(jìn) 行100RT 檢 測合格后, 按工藝文件尺寸開半圓孔及方形孔, 開孔后組焊方型法蘭及側(cè)板內(nèi)隔板。

4 管束的加工

管束嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙工藝文件要求組裝、焊接、檢驗(yàn),注意上集箱和下集箱有5°的夾角, 利用制圖軟件模擬換熱管長度及上、下集箱開孔方位和尺寸, 按定位后實(shí)測尺寸逐件配換熱管管長,去除端頭余量,制管頭相貫線,保證換熱管伸出筒體內(nèi)長度2mm。上、下集箱沿中心線割開,待換熱管與上、下集箱管頭焊接合格后,組焊上、下集箱半管為整管, 并對(duì)整管縱焊縫按圖進(jìn)行無損檢測合格。單獨(dú)管束打壓合格后再進(jìn)行總裝。

5 總裝

總裝前先將各零部件組件內(nèi)表面進(jìn)行酸洗鈍化,總裝時(shí)遵守由下至上、由里至外組裝順序, 先將底板及支座按圖及工藝文件進(jìn)行加工完成, 然后組對(duì)殼體下側(cè)板和底板組件,在根據(jù)圖紙工藝文件要求配開管束伸出底板孔,同時(shí)修配側(cè)板半圓孔,使管束整體垂直底板,用拉筋進(jìn)行管束固定,然后依次組對(duì)上側(cè)板、殼體天圓地方組件、蓋板。焊接時(shí)多點(diǎn)定位防止焊接變形。然后定位焊接設(shè)備外槽鋼,立板增加殼體強(qiáng)度。由于殼體與管束之間進(jìn)行了焊接,因此總裝后,每組管束必須在按圖紙及工藝文件要求再進(jìn)行打壓試驗(yàn),管束打壓試驗(yàn)合格后,再對(duì)殼體進(jìn)行打壓試驗(yàn)。

6 結(jié)論

通過對(duì)異形薄板不銹鋼容器殼體、多組管束加工制造技術(shù)的總結(jié), 對(duì)此類設(shè)備及其零部件的加工有了清晰的認(rèn)識(shí),對(duì)以后異形不銹鋼零件和設(shè)備制造有一定的借鑒作用。

圖2 天圓地方和方型法蘭

圖3 設(shè)備側(cè)板

圖4 單組管束