第二節(jié)　壓力容器的制造工藝

一、封頭的展開(kāi)和下料

目前廣泛采用沖壓成形工藝加工封頭。現(xiàn)以橢圓形封頭為例來(lái)說(shuō)明其制造工藝。

封頭制造工藝大致如下：原材料檢驗(yàn)→劃線→下料→拼縫坡口加工→拼板的裝焊→加熱→壓制成形→二次劃線→封頭余量切割→熱處理→檢驗(yàn)→裝配。

橢圓形封頭壓制前的坯料是一個(gè)圓形，封頭的坯料盡可能采用整塊鋼板，如直徑過(guò)大，一般采用拼接。這里有兩種方法：一種是用兩塊或由左右對(duì)稱的三塊鋼板拼焊，其焊縫必須布置在直徑或弦的方向上；另一種是由瓣片和頂圓板拼接制成，焊縫方向只允許是徑向和環(huán)向的。徑向焊縫之間最小距離應(yīng)不小于名義厚度δ_n的3倍，且不小于100mm，如圖1-5所示。封頭拼接焊縫一般采用雙面埋弧焊。

封頭成形有熱壓和冷壓之分。采用熱壓時(shí)，為保證熱壓質(zhì)量，必須控制始?jí)汉徒K壓溫度。低碳鋼始?jí)簻囟纫话銥?000～1100℃，終壓溫度為850～750℃。加熱的坯料在壓制前應(yīng)清除表面的雜質(zhì)和氧化皮。封頭的壓制是在水壓機(jī)（或油壓機(jī)）上，用凸凹模一次壓制成形，不需要采取特殊措施。

已成形的封頭還要對(duì)其邊緣進(jìn)行加工，以便于筒體裝配。一般應(yīng)先在平臺(tái)上劃出保證直邊高度的加工位置線，用氧氣切割割去加工余量，可采用圖1-6所示的封頭余量切割機(jī)。此機(jī)械裝備在切割余量的同時(shí)，可通過(guò)調(diào)整割矩角度直接割出封頭邊緣的坡口（V形），經(jīng)修磨后直接使用；如對(duì)坡口精度要求高或有其他形式的坡口，一般是將切割后的封頭放在立式車床上進(jìn)行加工，以達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣的要求。封頭加工完后，應(yīng)對(duì)主要尺寸進(jìn)行檢查，合格后才可與筒體裝配焊接。典型沖壓封頭的下料尺寸如表1-1所示。

　　續(xù)表

二、筒節(jié)的展開(kāi)和放樣

筒節(jié)制造的一般過(guò)程為：原材料檢驗(yàn)→劃線→下料→邊緣加工→卷制→縱縫裝配→縱縫焊接→焊縫檢驗(yàn)→矯圓→復(fù)檢尺寸→裝配。

筒節(jié)一般在卷板機(jī)上卷制而成，由于一般筒節(jié)的內(nèi)徑比壁厚要大許多倍，所以，筒節(jié)下料的展開(kāi)長(zhǎng)度L，可用筒節(jié)的平均直徑D_p來(lái)計(jì)算，即：

L=πD_p　　        （1-1）

D_p=D_g+δ　　        （1-2）

式中　D_g——筒節(jié)的內(nèi)徑，mm；

        δ——筒節(jié)的壁厚，mm。

筒節(jié)可采用剪切或半自動(dòng)切割下料，下料前先劃線，包括切割位置線、邊緣加工線、孔洞中心線及位置線等，其中管孔中心線距縱縫及環(huán)縫邊緣的距離不小于管孔直徑的0.8倍，并打上樣沖標(biāo)記，圖1-7為筒節(jié)劃線示意圖。這里需注意，筒節(jié)的展開(kāi)方向應(yīng)與鋼板軋制的纖維方向一致，最大夾角應(yīng)小于45°。

中低壓壓力容器的筒節(jié)可在三輥或四輥卷板機(jī)上冷卷而成，卷制過(guò)程中要經(jīng)常用樣板檢查曲率，卷圓后其縱縫處的棱角、徑縱向錯(cuò)邊量應(yīng)符合技術(shù)要求。

筒節(jié)卷制好后，在進(jìn)行縱縫焊接前應(yīng)先進(jìn)行縱縫的裝配，主要是采用杠桿——螺旋拉緊器、柱形拉緊器等各種工裝夾具來(lái)消除卷制后出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，滿足縱縫對(duì)接時(shí)的裝配技術(shù)要求，保證焊接質(zhì)量。裝配好后即進(jìn)行定位焊。筒節(jié)的縱環(huán)縫坡口是在卷制前就加工好的，焊前應(yīng)注意坡口兩側(cè)的清理。

對(duì)于單層高壓容器，由于壁較厚，筒節(jié)一般采用熱彎卷加熱矯正成形。由于加熱時(shí)產(chǎn)生的氧化皮危害較嚴(yán)重，會(huì)使鋼板內(nèi)外表面產(chǎn)生麻點(diǎn)和壓坑，所以加熱前需涂上一層耐高溫、抗氧化的涂料，防止卷板時(shí)產(chǎn)生缺陷；同時(shí)熱卷時(shí)，鋼板在輥筒的壓力下會(huì)使厚度減小，減薄量為原厚度的5%～6%，而長(zhǎng)度略有增加，因此下料尺寸必須嚴(yán)格控制。始卷溫度和終卷溫度視材質(zhì)而定。

三、容器的裝配工藝

封頭與筒體的裝配可采用立裝和臥裝，當(dāng)封頭上無(wú)孔洞時(shí)，可先在封頭外臨時(shí)焊上起吊用吊耳（吊耳與封頭材質(zhì)相同），便于封頭的吊裝。臥裝時(shí)如是小批量生產(chǎn)，一般采用手工裝配的方法，如圖1-8所示。裝配時(shí)，在滾輪架上放置筒體，并使筒體端面伸出滾輪架外400～500mm，用起重機(jī)吊起封頭，送至筒體端部，相互對(duì)準(zhǔn)后橫跨焊縫焊接一些剛性不太大的小板，以便固定封頭與筒體間的相互位置。移去起重機(jī)后，用螺旋壓板將環(huán)向焊縫逐段對(duì)準(zhǔn)到適合的焊接位置，再用“П形馬”橫跨焊縫用點(diǎn)固焊固定。批量生產(chǎn)時(shí)，一般是采用專門(mén)的封頭裝配臺(tái)來(lái)完成封頭與筒體的裝配。封頭與筒體組裝時(shí)，封頭拼接焊縫與相鄰?fù)补?jié)的縱焊縫也應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定的距離。

四、球罐的制作工藝的下料及成形方法

1.瓣片制造

球瓣的下料及成形方法較多。由于球面是不可展曲面，因此多采用近似展開(kāi)下料。通過(guò)計(jì)算（常用球心角弧長(zhǎng)計(jì)算法），放樣展開(kāi)為近似平面，然后壓延成球面，再經(jīng)簡(jiǎn)單修整即可成為一個(gè)瓣片，此法稱為一次下料。還可以按計(jì)算周邊適當(dāng)放大，切成毛料，壓延成形后進(jìn)行二次劃線，精確切割，此法稱為二次下料，目前應(yīng)用較廣。如果采用數(shù)學(xué)放樣，數(shù)控切割，可大大提高精度與加工效率。

對(duì)于球瓣的壓形，一般直徑小，曲率大的瓣片采用熱壓；直徑大、曲率小的瓣片采用冷壓。壓制設(shè)備為水壓機(jī)或油壓機(jī)等。冷壓球瓣采用局部成形法。具體操作方法是：鋼板由平板狀態(tài)進(jìn)入初壓時(shí)不要壓到底，每次沖壓坯料一部分，壓一次移動(dòng)一定距離，并留有一定的壓延重疊面，這可避免工件局部產(chǎn)生過(guò)大的突變和折痕。當(dāng)坯料返程移動(dòng)時(shí)，可以壓到底。

2.支柱制造

球罐支柱形式多樣，以赤道正切式應(yīng)用最為普遍。

赤道正切支柱多數(shù)是管狀形式，小型球罐選用鋼管制成；大型球罐由于支柱直徑大而長(zhǎng)，所以用鋼板卷制拼焊而成。如考慮到制造、運(yùn)輸、安裝的方便，大型球罐的支柱制造時(shí)分成上、下兩部分，其上部支柱較短。上、下支柱的連接，是借助一短管，使安裝時(shí)便于對(duì)攏。

支柱接口的劃線、切割一般是在制成管狀后進(jìn)行。劃線前應(yīng)先進(jìn)行接口放樣制樣板，其劃線樣板應(yīng)以管子外壁為基準(zhǔn)。支柱制好后要按要求進(jìn)行檢查，合格后還要在支柱下部的地方，約離其端部1500mm處取假定基準(zhǔn)點(diǎn)，以供安裝支柱時(shí)測(cè)量使用。

3.球罐的裝配

球罐的裝配方法很多，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，一般采用分瓣裝配法。分瓣裝配法是將瓣片或多瓣片直接吊裝成整體的安裝方法。分瓣裝配法中以赤道帶為基準(zhǔn)來(lái)安裝的方法運(yùn)用得最為普遍。赤道帶為基準(zhǔn)的安裝順序是：先安裝赤道帶，以此向兩端發(fā)展。它的特點(diǎn)是：由于赤道帶先安裝，其重力直接由支柱來(lái)支承，使球體利于定位，穩(wěn)定性好，輔助工裝少。圖1-9所示是橘瓣式球罐分瓣裝配法中以赤道帶為基準(zhǔn)的裝配流程簡(jiǎn)圖。