多層包扎厚壁圓筒層板松動(dòng)面積控制及檢查

1、多層包扎厚壁圓筒層板松動(dòng)面積控制及檢查楊文明 丁洪濤（山西豐喜化工設(shè)備有限公司 山西永濟(jì) 044500）摘要：層板包扎是影響多層包扎式壓力容器厚壁圓筒制造質(zhì)量好環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)BZ1型層板包扎機(jī)對(duì)制造實(shí)例的應(yīng)用過(guò)程，提出了對(duì)內(nèi)筒、層板制作質(zhì)量控制要點(diǎn)、層板與封頭、筒體端部連接尺寸的相配及處理，層板包扎過(guò)程中松動(dòng)面積的控制檢查方法。關(guān)鍵詞： 多層包扎 厚壁圓筒 層板 松動(dòng)面積 貼合率The research of laminates loose area control and inspection formulti-layer wrapped thick-walled cylinderYAN

2、G Wen ming, DING Hong tao(Yangmei FengXi Chemical Equipmentco., LTD.，Shanxi Yongji 044500,China)Abstract: Layer banding is a key link of thick-walled cylinder manufacturing process quality control for multi-layer wrapped Pressure Vessel，by taking practical application with the BZ-1 layer banding. Th

3、e inspection quality control of laminates and inner liner, the assembly dimension relations of laminates and head, cylinder end, the loose area control Inspection methods of Layer banding process, were expounded.Keywords: multi-layer wrapped; thick-walled cylinder; laminates loose area; the rate of

4、laminates attaching 1、引言多層包扎式壓力容器由于其安全可靠性和技術(shù)的成熟性已被許多國(guó)家所采用.層板包扎則是影響多層包扎式壓力容器厚壁圓筒制造質(zhì)量好壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般是利用液壓夾緊鉗和層板預(yù)先設(shè)置的工藝孔將包扎層板時(shí)的夾緊力直接作用在層板兩端頭上，夾緊力可達(dá)到16Mpa以上。行業(yè)里較普遍地認(rèn)為層板包扎工藝較為繁瑣、費(fèi)工時(shí)，本文通過(guò)采用可連續(xù)完成層板定位、預(yù)緊、包緊等工序的BZ-1型層板包扎機(jī)和對(duì)合成熱交換器外殼的制造實(shí)例，闡述多層包扎式壓力容器厚壁圓筒的制造及層板松動(dòng)面積的控制檢查。2 制造實(shí)例2.1、合成熱交換器外殼的主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)合成熱交換器外殼的主要技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表

5、1，其殼體部分的結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。殼體部分由球形封頭、筒體和筒體端部三大部件組成，其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)按GB150、HG3129和99版壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的規(guī)定，筒體內(nèi)筒及層板與球形封頭、筒體端部的連接結(jié)構(gòu)如圖1中節(jié)點(diǎn)I、節(jié)點(diǎn)II 所示。筒體內(nèi)筒的內(nèi)徑尺寸為，長(zhǎng)度表1 主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)設(shè)計(jì)壓力 MPa31.4工作壓力 MPa31.4設(shè)計(jì)溫度 170工作溫度 150物料名稱/特性原料氣（H2、N2CH4）/易燃腐蝕裕量 mm3焊接接頭系數(shù)（內(nèi)筒體/封頭/層板）1/1/0.95主要受壓元件材料Q345R、Q345R（正火）、20MnMoIV液壓試驗(yàn)壓力 MPa39.4（臥）容器類別三類圖1 殼

6、體部分結(jié)構(gòu)圖12750mm，采用24mm、Q345R板。層板共8層，采用12mm、Q345R板，含內(nèi)筒筒體總厚度為120mm。球形封頭名義厚度90mm,采用Q345R正火板。筒體端部是20MnMo整體鍛件，按JB4726IV級(jí)鍛件要求。2.2 BZ-1型層板包扎機(jī)(圖2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介BZ-1型層板包扎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由專用操作機(jī)、液壓站、預(yù)緊鉗、夾緊鉗、層板吊裝機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成。整機(jī)設(shè)置有軌道行走和可旋轉(zhuǎn)180°的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，操作機(jī)的橫臂上設(shè)置裝配有兩個(gè)預(yù)緊鉗、三個(gè)夾緊鉗，橫臂和工作平臺(tái)可沿立柱導(dǎo)軌升降。另外，在操作機(jī)橫臂上還裝有3噸電動(dòng)葫蘆一個(gè)，可用于層板吊裝?？刂撇僮饔稍O(shè)置

7、在工件平臺(tái)上的控制柜通過(guò)面板實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)便，安全可靠。其夾緊鉗特有的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能有效控制夾緊時(shí)作用力的方向，而使層板邊緣貼合更緊。為便于層板的套入，旋轉(zhuǎn)滾架下配套設(shè)置有工件頂車A、B。主要技術(shù)參數(shù)：可包扎設(shè)備的公稱直徑：DN600DN3000mm橫臂的上、下行程： 2500mm液壓油缸最大工作壓力： 20MPa層板提升重量： 2000kg包扎最大板寬： 2200mm圖2 BZ-1型層板包扎機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖2.3、 筒體內(nèi)筒制作多層包扎式壓力容器筒體內(nèi)筒的制作技術(shù)要求高于單層容器。這是因?yàn)槎鄬影萜鞯拿芊庑钥績(jī)?nèi)筒保證，而且內(nèi)筒制作的圓度、直線度、錯(cuò)邊量、棱角度的偏差是否符合規(guī)定，也直接影響到層板包扎

8、能否正常進(jìn)行和包扎質(zhì)量。內(nèi)筒制作的一般工藝路線如下：鋼板復(fù)驗(yàn)下料坡口加工板頭預(yù)彎卷圓焊接A類接頭（產(chǎn)品試板）100%RTII檢測(cè)消除應(yīng)力熱處理校圓組對(duì)檢驗(yàn)B類接頭焊接B類接頭100%RTII檢測(cè)A、B類焊接接頭內(nèi)、外焊縫打磨與母材平齊檢驗(yàn)。其制作過(guò)程控制要點(diǎn):（1）、在考慮焊縫橫向收縮量和單節(jié)筒體熱處理后徑向尺寸變小的因素后，選擇偏差允許的最大值1009作為理論計(jì)算下料尺寸，并檢查控制下料時(shí)的對(duì)角線偏差來(lái)保證筒體的端面平行度和避免筒體出現(xiàn)錐度。（2）、內(nèi)筒A、B類焊接接頭均采用對(duì)稱X型坡口，避免焊接接頭處的塌陷，保證焊縫能與母材打磨平齊。（3）、由于單節(jié)筒體進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理后，其形狀尺寸會(huì)產(chǎn)

9、生變化，所以筒體的校圓選擇在熱處理后進(jìn)行，并實(shí)測(cè)校圓后的單節(jié)筒體內(nèi)、外徑的實(shí)際尺寸值，目的是確定有無(wú)必要微調(diào)筒體內(nèi)筒與球形封頭及筒體端部的設(shè)計(jì)連接尺寸（詳見(jiàn)圖1），以保證B類接頭的錯(cuò)邊量趨于最小，有利于第一層層板的包扎貼合。（4）、內(nèi)筒的臥置組對(duì)在組對(duì)滾輪架上進(jìn)行，并沿0°、90°、180°、270°方位拉四根0.5mm鋼絲檢查直線度偏差，并同時(shí)保證B類接頭的錯(cuò)邊量，棱角度符合要求。（5）、內(nèi)筒外焊縫的打磨質(zhì)量必須制作專用樣板配合直尺進(jìn)行檢查。手工打磨效率低、打磨質(zhì)量差，可自行設(shè)計(jì)制作升降工作平臺(tái)，采用手推式砂帶機(jī)機(jī)械打磨焊縫余高，打磨質(zhì)量好、打磨效率高

10、。2.4、 層板制造質(zhì)量控制要點(diǎn)（1）、 鋼板表面質(zhì)量要求，不得有裂紋、劃痕、大面積麻點(diǎn)、凹坑等缺陷，并應(yīng)在成形前經(jīng)過(guò)校平。（2）、 層板采用定尺鋼板，尺寸應(yīng)滿足縱、環(huán)焊縫相互錯(cuò)開(kāi)的要求，并兼顧所用BZ-1型層板包扎機(jī)的設(shè)備能力，采用板寬18002100mm時(shí)有利于在保證包扎質(zhì)量的前提下，提高包扎效率，表2是合成熱交換器外殼筒體的層板用料，其中理論下料長(zhǎng)度中減去了縱縫預(yù)留間隙10mm，并且未考慮壓割頭余量，理論半徑給出的是各層層板的理論外半徑尺寸，以滿足層板包扎的檢查需要。表2 層板用料參數(shù)（按筒體內(nèi)筒內(nèi)徑1007計(jì)算）層板層數(shù)理 論 下 料 長(zhǎng) 度寬度尺寸/筒節(jié)數(shù)層板軸向長(zhǎng)度A類接 頭位置理

11、論半徑（外徑）13352-10=33422100/5,2075/112615180°、270°539.523428-10=34181000/1,2100/5,1107/1126550°、90°551.533503-10=34942100/5,2155/112695180°、270°563.543578-10=35681000/1,2100/5,1170/1127180°、90°575.553654-10=3644 2200/1，2100/4,2101/112741180°、270°587.563

12、729-10=37191000/1,2100/5,1171/1127190°、90°599.573805-10=37952100/5,2147/112687180°、270°611.583880-10=38701000/1,2100/5,1106/1126540°、90°623.5（3）、層板板頭兩端的51工藝孔，參照BZ-1型層板包扎機(jī)的技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定，以板寬中心線為基準(zhǔn)對(duì)稱布置，孔與孔的中心間距為700mm，孔距板料邊緣為100mm。 （4）、層板壓頭預(yù)彎和卷圓時(shí)，必須按照層板所處位置和所對(duì)應(yīng)的理論外半徑尺寸逐層制作鐵皮

13、樣板，并使用樣板檢驗(yàn)壓頭預(yù)彎和卷圓質(zhì)量符合要求，在各部弧度符合樣板的情況下，層板卷制不需要卷制至完全合攏，留出200mm左右空隙（不含留頭余量），以便包扎時(shí)彈性拉開(kāi)套入。（5）、每層層板的最終周長(zhǎng)尺寸均應(yīng)實(shí)測(cè)上一層層板的實(shí)際尺寸相配，每一帶層板至少應(yīng)測(cè)量所在裝配位置的上一層層板兩處尺寸，經(jīng)換算后在層板筒體上劃線，割去壓頭工藝余量并同時(shí)割磨縱向焊接接頭的焊接坡口。實(shí)踐證明，只有嚴(yán)格按上述控制要點(diǎn)，進(jìn)行層板制作和驗(yàn)收，才能保證層板的制造質(zhì)量，滿足層板包扎要求。2.5、層板與球形封頭、筒體端部的組對(duì)尺寸問(wèn)題。從圖1的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)中可以看出，層板前四層與球形封頭、前兩層與筒體端部為一階梯型連接結(jié)構(gòu)。臺(tái)階

14、高度的名義尺寸等于鋼板的名義厚度，設(shè)計(jì)者一般均按照鋼板名義厚度計(jì)算和標(biāo)注臺(tái)階及各部尺寸,但在實(shí)際制作時(shí),所采用的鋼板按GB713鍋爐壓力容器用鋼板5.2條規(guī)定：厚度偏差按GB/T709的B類偏差。在層板采用板寬18002100mm,板厚12mm時(shí)，厚度偏差為-0.03+1.00，多層層板疊加時(shí),存在明顯的積累誤差，所以實(shí)際制作時(shí)應(yīng)采取以下措施：（1）、實(shí)測(cè)層板的實(shí)際厚度值，確定正負(fù)偏差值的大小。根據(jù)在對(duì)合成熱交換器外殼所用層板實(shí)測(cè)時(shí)，偏差值均為：。如存在偏差不同的情況時(shí)，則應(yīng)將實(shí)測(cè)值相同或相近的鋼板用于同一層層板。（2）、考慮鋼板正負(fù)偏差的因素后(本設(shè)備所用鋼板為正偏差)，調(diào)整設(shè)計(jì)圖樣的臺(tái)階尺

15、寸，筒體端部、球形封頭與層板連接臺(tái)階尺寸12改為12.2，調(diào)整筒體端部總厚度尺寸120為121.8.（含內(nèi)筒鋼板正偏差）。采取上述措施有利于保證層板包扎時(shí)邊緣間隙的控制和層板貼合率的提高，并滿足HG3129第對(duì)層板和筒體端部，球形封頭的接頭錯(cuò)邊量0.8mm的要求。2.6、層板包扎（1）、將“內(nèi)筒撐緊脹胎”按工藝要求的裝配位置均布裝配于筒體內(nèi)筒里。每節(jié)內(nèi)筒板寬尺寸內(nèi)一般裝配不少于2個(gè)。（2）、檢驗(yàn)合格的單節(jié)層板圓筒放入筒體正下方，此時(shí)應(yīng)保證筒體下方的空間高度應(yīng)大于單節(jié)層板直徑，然后可利用橋式起重機(jī)的主副鉤或者配合使用層板包扎機(jī)上配置的電動(dòng)葫蘆，將單節(jié)層板筒體彈性拉開(kāi)套入內(nèi)筒上或已經(jīng)包扎完成的層板

16、上。上述的層板套入工藝，可以避免層板套入時(shí)產(chǎn)生較大塑性變形，其在套入時(shí)，層板沿上層層板外壁滑動(dòng)，瞬間拉開(kāi)的最大直徑等于當(dāng)前層板筒體的內(nèi)直徑。但在層板筒體直徑較大時(shí)，難以采用，必須配合使用與BZ-1型層板包扎機(jī)配套的“工件頂車A、B”，將工件頂起離開(kāi)原焊接轉(zhuǎn)臺(tái)一定高度后，從球形封頭處把層板逐一套入，也可以取得很好的效果。（3）、用鋼絲繩捆扎單節(jié)層板筒體交叉方向后分別掛在層板包扎機(jī)預(yù)緊鉗的彎鉤上。調(diào)整好環(huán)向接頭的間隙尺寸，開(kāi)啟夾緊鉗油泵，操作臺(tái)上的油壓表會(huì)顯示實(shí)際操作時(shí)壓力，達(dá)到基本預(yù)緊后，用銅錘在層板上全方位稍加敲擊，并檢查層板縱環(huán)向邊緣的貼合情況，無(wú)異常時(shí)，將夾緊鉗的鉗頭裝入預(yù)設(shè)的工藝孔中，開(kāi)

17、啟夾緊鉗油泵，逐級(jí)升壓至16Mpa，再用銅錘均勻敲擊一遍層板。（4）、用塞尺檢查層板筒體二端和縱向接頭處的間隙，合格后進(jìn)行點(diǎn)焊，單層層板全部裝配完成后，先進(jìn)行一次層板松動(dòng)面積檢查。（5）、選擇合理的焊接順序，先將所有縱向接頭焊接完成，再逐一將環(huán)向接頭焊接完成，使縱向焊接接頭的橫向收縮，能更緊一些包緊層板。（6）、焊接并且焊縫打磨完成后，進(jìn)行第二次層板松動(dòng)面積檢查，并以第二次檢查的結(jié)果為最終結(jié)果，表3是焊接前后兩次層板松動(dòng)面積檢查以層板貼合率表述檢查結(jié)果的對(duì)照表，從表中可以看出，縱向焊縫的收縮對(duì)層板貼合率的影響是比較明顯的。3. 層板松動(dòng)面積檢查層板包扎后的松動(dòng)面積檢查，應(yīng)同時(shí)滿足GB150中1

18、0.6.3.5條和HG3129中3.3.1.6條對(duì)松動(dòng)面積沿環(huán)向、軸向長(zhǎng)度值的控制要求，行業(yè)里較普遍地采用層板貼合率的控制檢查方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)松動(dòng)面積的控制檢查。層板貼合率可定義為：層板與內(nèi)筒或者前一層層板之間貼合緊密，達(dá)到理想狀態(tài)，手錘敲擊的聲音實(shí)而不空的面積占總面積的比例。方法和步驟如下：（1）層板貼合率檢查方法：可先后在包扎完成后的每一層層板表面按160×160mm方格劃線，不足160×160mm的格數(shù)計(jì)入總格數(shù)，手錘敲擊發(fā)出空音者劃×。貼合率按以下公式計(jì)算：貼合率=×100%此項(xiàng)檢查時(shí)，可將參考文獻(xiàn)1中單個(gè)松動(dòng)面積不得大于0.2m2 和總松動(dòng)面積不得

19、大于10控制值作為參照值予以比對(duì)。表3 層板焊接前后貼合率對(duì)照表層板層數(shù)總長(zhǎng)度實(shí)測(cè)外圓周長(zhǎng)理論計(jì)算外圓周長(zhǎng)總分格數(shù)焊前貼合率焊后貼合率11261533913390173883%88%21265534663465173880.4%86%3126953541.53540182079.6%86.8%41271836173616184083%90.5%5127413692.53691.4184081.5%89.4%61271937683766.8192078.5%85.6%7126873843.53842192083%88.5%81265439193917.6197578.6%84.4%平均貼合率80.95%87.4%按參考文獻(xiàn)2推薦，貼合率70%80%為合格，85%以上為優(yōu)良，第二次檢查的層板貼合率平均可達(dá)到優(yōu)良級(jí)以上（參見(jiàn)表3），但此控制值低于參考文獻(xiàn)1總松動(dòng)面積不得大于10%的要求。包扎時(shí)，按HG3129：的要求對(duì)“層板端部層間間隙”進(jìn)行控制，相鄰層板的徑向間隙高度沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)大于或等于0.25mm和層板間隙弧長(zhǎng)或者間隙弧長(zhǎng)長(zhǎng)度之和超過(guò)容器內(nèi)徑的情況，在采用BZ-1型層板包扎機(jī)和現(xiàn)行的層板包扎工藝中，實(shí)測(cè)層板邊緣徑向間隙一般為0-0.05mm。（2） 焊前、焊后各檢查一次層板松動(dòng)面積，第一次檢查層板松動(dòng)面積貼合率難以達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)采取措施予以返修