中低压容器制造工艺优化方案

中、低压容器结构及制造较为典型，应用也最为广泛。这类容器一般为单层筒形结构，其主要受力元件是封头和筒体，现分析其生产工艺。

1.容器结构制造工艺流程

容器结构制造工艺流程如图7-29所示。

图7-29 结构制造工艺流程

2.封头的制造

目前广泛采用冲压成形工艺加工封头。下面以椭圆形封头为例说明制造工艺。

封头制造工艺大致如下：原材料检验→划线→下料→拼缝坡口加工→拼板的装焊→加热→压制成形→二次划线→封头余量切割→热处理→检验→装配。

椭圆形封头压制前的坯料是一个圆形，其坯料直径可按公式进行计算。坯料尽可能采用整块钢板，如直径过大，一般采用拼接。这里有两种方法：一种是用两块或由左右对称的三块钢板拼焊，其焊缝必须布置在直径或弦的方向上；另一种是由瓣片和顶圆板拼接制成，焊缝方向只允许是径向和环向的。径向焊缝之间最小距离应不小于名义厚度δ_n的3偌，巨不小于100mm，如图7-30所示。封头拼接焊缝一般采用双面埋弧焊。

封头的压制是在液压机（水压或油压）上，用凸凹模一次压制成形，不需要采取特殊措施。

图7-30 封头拼缝位置

封头成形有热压和冷压之分。采用热压时，低碳钢始压温度一般为1000～1100℃，终压温度为850～750℃，加热的坯料在压制前应清除表面的杂质和氧化皮。冲出的成品应自然冷却，但不能放在风雪之下，更不允许浇水冷却，如果封头是冷压的，则冷压的成品还应考虑进行消除应力的热处理，但奥氏体不锈钢例外。

已成形的封头一般应先在平台上划出保证直边高度的加工位置线，用氧气切割割去加工余量，可采用图7-31所示的封头余量切割机。此机械装备在切割余量的同时，可通过调整割炬角度直接割出封头边缘的坡口（V形），经修磨后直接使用；如对坡口精度要求高或其他形式的坡口，一般是将切割后的封头放在立式车床上进行加工，以达到设计图样的要求。封头加工完后，应对主要尺寸进行检查，合格后才可与筒体装配焊接。

图7-31 封头余量切割机示意图

1—封头 2—割炬 3—悬臂 4—立柱 5—传动系统 6—支座

3.筒节的制造

筒节的制造一般过程如下：原材料检验→划线→下料→边缘加工→卷制→纵缝装配→纵缝焊接→焊缝检验→矫圆→复检尺寸→装配。

（1）划线和下料 下料前先划线，包括切割位置线、边缘加工线、孔洞中心线及位置线等，其中管孔中心线距纵缝及环缝边缘的距离不小于管孔直径的0.8偌，并打上样冲标记，图7-32为筒节划线示意图。这里需注意，筒节的展开方向应与钢板轧制的纤维方向一致，最大夹角也应小于45°。筒节下料的展开长度L，可用筒节的平均直径D_P来计算，即

图7-32 筒节的划线

L=2πD_P

D_P=D_g+δ （7-1）

式中 D_g——筒节的内径；

δ——筒节的壁厚。

筒节可采用气割或半自动切割下料，有些材料不能用气割的如不锈钢可采用等离子弧切割，也可用剪板机剪切代替下料。

（2）焊接坡口的加工 焊接前应对坡口进行加工，有些坡口全为直边（I形坡口），切割线本身就是坡口，应该平直，最好使用自动切割机，巨应进行打磨去除熔渣尽量使坡口平滑光洁。如坡口为斜边组成如Y形或X形，则斜边部分也可以用气割法将割刀放斜割出来，进行打磨时顺便将钝边磨出来。

用刨边机刨出坡口是最好的坡口加工方法。有时钢板的四周都要刨边，则更应注意加工尺寸的准确，最好四边都有基准线。

坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷，坡口及附近20mm范围内的表面氧化物、油污、熔渣及其他有害杂质应清除，对于抗拉强度大于540MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢经火焰切割的表面应进行表面探伤（磁粉或渗透法）。

由于划线正确不等于下料正确，所以下料后卷筒前最好仍按图示方法检查四边和对角线是否三个尺寸相等。

（3）卷筒成形 中、低压压力容器的筒节可在三辊或四辊卷板机上冷卷而成，卷制过程中要经常用样板检查曲率，卷圆后其纵缝处的棱角及纵向错边量应符合技术要求。

冷卷的筒节如壁厚≥0.63D_g（高强钢材料壁厚＞0.025D_g）成形后要进行消除应力处理。但也可在纵焊缝焊接工作结束后与焊缝同时进行热处理。

（4）纵缝的装配焊接 筒节卷制好后，在进行纵缝焊接前应先进行纵缝的装配，主要是采用杠杆-螺旋拉紧器、柱形拉紧器等各种工装夹具来消除卷制后出现的质量问题，满足纵缝对接时的装配技术要求，保证焊接质量。装配好后即进行定位焊。筒节的纵环缝坡口是在卷制前就加工好的，焊前应注意坡口两侧的清理。

筒节纵缝的焊接一般采用双面焊，顺序是先里后外。纵缝焊接时，一般都应做产品的焊接试板；同时，由于焊缝引弧处和灭弧处的质量不好，故焊前应在纵向焊缝的两端装上引弧板和引出板，图7-33为筒节两端装上引弧板、焊接试板和引出板的情况。筒节纵缝焊接完后还须按要求进行无损探伤，再经矫圆，满足圆度的要求后才送入装配。

4.容器的装配工艺

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图7-33 焊接试板、引弧板和引出板与筒节的组装情况

容器的装配是指各零部件间的装配，其接管、人孔、法兰、支座等的装配较为简单，下面主要介绍筒节与筒节以及封头与筒节之间的环缝装配工艺。

（1）筒节与筒节的装配 筒节与筒节装配前，可先测量周长，再根据测量尺寸采用选配法进行装配，以减少错边量；或在筒节两端内使用径向推掌器，把筒节两端整圆后再进行装配。另外，相邻筒节的纵向焊缝应错开一定的距离，其值在周围方向应大于筒节壁厚的3偌以上，并巨不应小于100mm。

筒节与筒节之间的环缝装配方法有立装和卧装两种。

1）立装。适合于直径较大而长度不太长的容器，一般在装配平台或车间地面上进行。装配时，先将一筒节吊放在平台上，然后再将另一筒节吊装其上，调整间隙后，即沿四周定位焊，依相同的方法再吊装上其他筒节。

2）卧装。适合于直径较小而长度较长的容器，多在滚轮架或V形铁上进行。先把将要组装的筒节置于滚轮架上，将另一筒节放置于小车式滚轮加上，移动辅助夹具使筒节靠近，端面对齐。当两筒节连接可靠，将小车式滚轮架上的筒节推向滚轮架上，再装配下一个筒节。

（2）封头与筒体的装配 封头与筒体的装配也可采用立装和卧装，当封头上无孔洞时，也可先在封头外临时焊上起吊用吊耳（吊耳与封头材质相同），便于封头的吊装。立装与前面所述筒节之间的立装相同；卧装时如是小批量生产，一般采用手工装配的方法，如图7-34所示。装配时，在滚轮架上放置筒体，并使筒体端面伸出滚轮架外400～500mm，用起重机吊起封头，送至筒体端部，相互对准后横跨焊缝一些刚性不太大的小板，以便固定封头与筒体间的相互位置。移去起重机后，用螺旋压板等将环向焊缝逐段对准到适合的焊接位置，再用“п形马”横跨焊缝并用定位焊固定。批量生产时，一般是采用专门的封头装配台来完成封头与筒体的装配。封头与筒体组装时，封头拼接焊缝与相邻接筒节的纵焊缝也应错开一定的距离。

图7-34 封头简易装配法

1—封头 2—筒体 3—吊耳 4—吊钩 5—滚轮架 6—п形马

5.容器的焊接

容器环缝的焊接一般采用双面焊。采用在焊剂垫上进行双面埋弧焊时，经常使用的环缝焊剂垫有带式焊剂垫和圆盘式焊剂垫草两种。带式焊剂垫（见图7-35a）是在两轴之间的一条连续带上放有焊剂，容器直接放在焊剂垫上，靠容器自重与焊剂贴紧，焊剂靠容器转动时的摩擦力带动一起转动，焊接时需要不断添加焊剂。圆盘式焊剂垫是一个可以转动的圆盘装满焊剂放在容器下边，圆盘与水平面成15°角，焊剂紧压在工件与圆盘之间，环缝位于圆盘最高位置，焊接时容器旋转带动圆盘随之转动，使焊剂不断进入焊接部位，如图7-35b所示。

容器环缝焊接时，可采用各种焊接操作机进行内外缝的焊接，但在焊接容器最后一条环缝时，只能采用手工封底的或带垫板的单面埋弧焊。

容器的其他部件，如人孔、接管、法兰、支座等，一般采用焊条电弧焊焊接。

容器焊接完以后，还必须用各种方法进行检验，以确定焊缝质量是否合格。凡检验出超过规定的焊接缺陷，都应进行返修，直到重新探伤后确认缺陷已全部消除才算返修合格。焊缝质量检验与返修详见第十一章、第十二章所述。

6.制造实例

图7-35 焊剂垫形式

a）带式焊剂垫 b）圆盘式焊剂垫

除氧器水箱是发电厂广泛使用的大型圆筒型卧式储罐，如600MW火电机组用的除氧器水箱，其长度为20.5m，规格为ф3800mm×32mm，主壳体的材质为Q245R，结构简图如图7-36所示，主要技术参数见表7-17。

图7-36 600MW压力式除氧器水箱结构简图

1—封头 2—筒体 3—给水泵再循环管 4—安全阀管接头 5—上支座 6—汽平衡口管接头 7—下水管 8—加强圈 9—人孔 10—给水出口管（一） 11—吊耳 12—给水出口管（二） 13—溢流放水管 14—筋板 15—给水出口管（三） 16—紧急放水口管 17—给水出口管（四）

表7-17 除氧器水箱主要技术参数

此水箱的两个封头均为标准椭圆形封头，考虑到冲压减薄，采用了厚度为36mm的钢板，由于封头的展开毛坯尺寸达到了ф5500mm，必须进行拼接，为此采用三块钢板拼接后进行整体热冲压成形的工艺。

整个筒体由八个筒节组成，筒体成形采用卷板机冷卷，为减少焊接工作量、控制焊接变形，筒节纵缝采用X形坡口。中间的一条环缝，焊缝坡口为U+V形式，采用埋弧焊加焊条电弧焊的焊接工艺，即内部焊缝先采用焊条电弧焊，然后拆掉外侧的定位板，进行外侧焊缝埋弧焊。

由于水箱总体较长，采用两大段分别进行装配（包括封头），最后拼接，全部环缝焊接完，并进行100%的RT检测合格后，在筒体上开孔装焊各种接管。开孔采用两种方法，一般对于大于ф60mm的孔采用气割的方法，小于ф60mm的孔采用钻孔的方法进行，接管与筒体的焊接形式全部是插入式结构，焊接坡口为K形，采用焊条电弧焊全焊透的焊接工艺。600MW火电机组用除氧器水箱的焊接工艺简述见表7-18。

表7-18 600MW火电机组用压力式除氧器水箱焊接工艺

（续）

①SAW为埋弧焊；

②SMAW为焊条电弧焊。

图7-37 高压储水箱结构简图