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压力容器制造第一部分压力容器制造的主要工序及方法•1.压力容器制造概述压力容器除了直接采用管子外，圆形筒体成型方法主要有两种，即卷制焊接成型（包括多层包扎焊接成型）和锻造成型。这两类压力容器又简称为板焊结构容器和锻焊结构容器。板焊结构适用于各种类型压力容器，应用十分广泛。锻焊结构则主要用于大型、高压、厚壁容器。•板焊结构压力容器制造工艺概述从原材料进厂到产品最终检验合格出厂，板焊结构压力容器制造的基本工艺路线是：领料和标记移植、按图样划线剪切或数控切割机下料、冲压、卷制成型、坡口加工、部件装配焊接、变形矫正、机械加工、总装焊接、热处理、无损检测、耐压试验（气密性试验、性能试验）、成品后处理、涂装、包装。典型的制造工艺顺序示意图见下图。•1.1材料的验收入库由于金属结构材料和焊接材料的化学成分和性能直接影响到压力容器的运行特性和使用寿命，材料生产单位必须提供内容齐全的质量证明书原件或有效复印件，各项理化性能必须符合相应的国家标准或行业标准的规定。材料的验收项目应根据产品的设计要求而定，主要项目有材料型号、牌号、炉批号、化学成分、力学性能、耐蚀性、高温或低温韧性等。对于首次应用的结构材料还应按相应的标准进行金属的焊接试验和焊接工艺评定试验。1.2金属材料的发放与切割下料1.2.1放样、画线材料发放应有严格手续，发料时应核对领用单内容和材料标记，确保材料的牌号、规格无误。放样、画线是压力容器制造过程的第一道工序，直接决定零件成型后的尺寸和几何形状精度，对以后的组对和焊接工序都有很大的影响。放样、画线包括展开、放样、画线、打标记等环节。筒节的放样、划线工作一般靠人工进行，而压力容器的制造大多为单件小批生产，因些划线的劳动量大，速度慢。容器的划线又是十分重要的工作，一旦产生错误，将导致整个筒节报废。近年来，在划线工序的改进方面，已出现数控自动划线及电子照相划线。1.2.2下料1）剪切下料2）冲落下料3）火焰切割4）等离子切割火焰切割通常称为气割，它是利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的火焰流（通常称为预热火焰），将被切割的金属材料加热到其燃烧温度，然后喷射高速氧流（称为切割氧），使割缝处被加热到燃点的金属发生剧烈灼灼，并吹除掉燃烧后产生的氧化物，从而把金属分割开来。等离子切割原理众所周知，常温下的气体是不导电的，它是由中性的分子和原子所组成。如果设法提高气体分子和原子的能量，使原子外层电子具有足够能量，从原子中分离出来。这样，原来是中性的原子就变成了带负电的电子和带正电的离子，这个过程称为气体的电离。充分电离了的气体就是等离子气体，它是一种特殊的物质状态，现在物理学上把它列于固体、液体、气体之后，作为物质第四态。由于等离子体全部由正离子和电子组成，因而具有极高的导电能力，可以承受很大的电流密度，从而具有极高的温度，并有极好的导热性。等离子弧具有下特点：1）能量高度集中。由于等离子具有很高的导电性，可以通过极大的电流，具有极高的温度，故等离子的弧的能量是高度集中的。2）极大的温度梯度。由于等离子弧的横截面积很小，从温度最高的弧柱中心到温度较低的弧柱边缘，其温度的变化是很大的。3）具有很强的冲刷力。高能量的等离子弧由喷嘴的细孔中喷出，可达到极高的速度，因耐使之具有很强的机械冲刷力。4）等离子弧具有很大的调节范围。对等离子弧的喷射速度、冲击力、能量密度等均可进行调节，以得到“钢性弧”和柔性弧“，适应不同工作的要求。由于等离子弧具有上述特点，用来进行切割工作有具有其特殊优点，可用以切割各种火焰切割所不能切割的材料，如不锈钢、铝及其合金、铜及其合金能及其它特殊合金和各种非金属材料。而且切口狭窄，切缝边缘质量好，等离子弧切割已在我国获得比较广泛的应用。1.3坡口加工为使焊缝的厚度达到图样规定的尺寸或获得全焊透的焊接接头，接缝的边缘应按板厚和焊接工艺方法加工成各种形式的坡口。最常用的坡口有V形、双V形、U形及双U形坡口。坡口加工可以采用机械加工或热切割法。压力容器承压壳体上的所有A、B类焊缝均为全焊透焊缝。都要进行无损检测。为保证焊缝质量，坡口的制备显得十分重要。坡口形式由焊接工艺确定，而坡口尺寸精度、表面粗糙度及清洁度取决于加工方法。筒体纵缝通常可采取刨边、铣边，车削加工、火焰切割等工艺手段来制备。壳壁开孔可采用气割、车削、镗、钻等方法。1.3.1刨边机加工坡口压力容器壳体焊缝坡口在下列情况下可选择刨边。1）允许冷卷成形的纵环缝、封头坯料拼接。2）不锈钢、有色金属及复合板的纵环缝3）坡口形式不允许用气割方法制备或坡口尺寸较确的，如U形坡口；窄间隙坡口。4）其他不适宜采用热切割方法制备的坡口，如低合金高强度材料等。采用刨边（可铣边）加工坡口的方式，在我国压力容器行业十分普遍。刨边机加工坡口与金属切削加工一样。刨边机长度一般为3~15m，加工厚度60~120mm.1.3.2立式车床加工坡口对于大型厚壁、合金钢容器，大多采用热卷，温卷成形，其环缝坡口则可在立式车床上加工完成，其优点是对各类坡口形式都适宜，钝边直径尺寸精度高。钝边加工直径容易控制。又能保证环缝装配组对准确。封头环缝及顶部中心开孔的坡口也可在立式车床上加工。1.3.3火焰切割方法制备坡口目前压力容器行业广泛应用的最为经济的手段是采用火焰切割方法制备坡口。切割坡口时，通常是将分离切割与坡口制备合并一步完成的。利用电子计算机对切割过程进行自动控制，使切割过程更便捷。目前国内的压力容器厂已广泛采用国产的或引进的数控火焰等离子切割机。数控切割机已替代了繁杂的人工划线、放样等工作，也替代了不太经济的刨边机制备坡口的工艺方式。切割过程可人工编程或计算机编程。可自动喷粉划线、自动点火、自动升降、自动穿孔、自动套料。切割全过程全部自动完成。•1.4成型加工成型工艺包括冲压、卷制、弯曲、旋压和爆炸成型等，主要讲述卷制成形。1.4.1卷制成形卷制成形是单层卷焊式压力容器筒节制造的主要工艺手段。卷制成型是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形连续，操作简便、快速、均匀。筒节的弯卷过程是钢板的弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生的塑性变形沿钢板厚度方向是变化的。其处圆周伸长、内圆周缩短，中间层保持不变。众所周知，变形率的大小直接影响到材料所产生的冷加工硬化现象。钢板越厚或卷成筒节直径越小，则钢板的变形率越大，其冷加工硬化现象也愈严重，在钢板内产生的内应力也就愈大。这样，就会严重地影响筒节的制造质量，甚至会产生裂纹，导致筒节的报废。为了保证筒节的制造质量，根据长期生产实践中积累的经验，一般冷太弯卷时，最缝外圆周伸长率应限制在一定范围内。板料经过多次不变形量的冷弯卷后，其各次伸长量的总和也不得超过上述允许佱，否则应进行消除冷卷变形影响的热处理，或采用热卷成型工艺。筒节卷制工作通常是在卷板机上进行的。常用的卷板机可分为三辊卷板机和四辊卷板机两类。用三辊卷板机卷制钢板如图所示。三辊卷板机的上辊是从动的，它可以上下辊之间来回移动，产生塑性变形，使整块钢板卷成圆筒形。但在钢板的两端各有一段无法弯卷的部分，通常称为平直段。平直段的长度卷板机结构有关，对于常用的对称三辊卷板机，平直段约为其下辊中心距的一半，（即图中a的一半）。因些，为了获得完整的圆筒形，在弯卷前，必须先将钢板的两端钢板的两端预制成所需弯曲半径的弧形，此项工作称为预弯。近年来，在工业上开始应用一些可以直接进行预弯工作的三辊和四辊卷板机，以便于卷制工作的进行。这种卷板机的上辊是主动的，电动机通过减速箱带动上辊转动。下辊可上下移动，用于夹紧钢板，两侧可沿斜向升降，用于对钢板施加变形力，把钢板端头压紧在上下辊之间，然后利用侧辊的移动，使钢板端部产生了弯曲变形，达到所要求的曲率。两头可分别预卷而不需调头。1.5装配与焊接1.5.1筒体装配筒节的制造过程中，至少有一条纵缝是在卷制后组焊的，同盱纵缝的组装没有积累误差，组装质量较易控制，但对于壁厚为20~45mm、直径为1000~6000mm的筒节，若弯卷过程控制不好，就会产生如下偏差筒节的板料预弯质量不佳还会造成纵缝棱角超差。这时靠组装过程来控制是无能为力的，而只能在筒节纵缝焊后校圆工序中予以修正。1.5.2壳体环缝的组装环焊缝的组装比纵焊缝困难。一方面由于制造误差，每个筒节和封头的圆周长度往往不同，即直径大小有偏差；另一方面，筒节和封头往往有一定的圆度误差。此外组装时还必须控制环缝的间隙，以满足容器最终的总体尺寸要求。可采用螺栓撑圆器、间隙调节器、筒式万能夹具等辅助工具有有关量具来矫正，对中、对齐。1.5.3人孔、接管、支座等零部件与壳体的组装1.5.3.1筒体划线在筒体总装、焊接、无损检测等工序完成后，作总体尺寸检验，并找出筒体两端的四条中心线，并核查是否等分，然后检查筒体两端中心线是否扭曲。检查步骤如下：1）将筒体放在滚轮架上，转动筒体，用吊垂线方法，使一端口的A心在最高位置。2）在另一端的A心上吊线，与端口交点C测得C心的偏移值b，这说明由于环缝组装后心线发生扭曲。3）调整中心线偏移，使两端中心线垂线重合，并重表核查等分的正确性。4）按纠正后的中收线位置重表弹好粉线并做好标记。此时筒体中收线的扭拉已纠正，按图样的各管口位置划出所有接管开了位置线、切割线、检查线，同时划出支座安装位置线，做好标记。对于长大塔器，尤其是分段发运的塔器，每个分段的四条中收轴线、开孔位置线、塔盘支撑圈的装配位置都要分别精确划出。人孔等大管口及壳壁上的斜插管口，还应按相贯线展开后制作开孔切割样板。1.5.3.2按开孔切割位置线进行切割坡口经打磨清理后，用焊缝检验尺检测所有管孔坡口尺寸的正确性，如有不符合必须进行认真修正。1.5.3.3人孔、接管与法兰的装配法兰有两种类型，一种为平焊法兰，此时只需控制接管与法兰的垂直度偏差不大于1%且不大于3mm即时。如为锻制对焊法兰，则应控制对接环缝间隙均匀。需要特别强调的是严禁将法兰密封面直接与地面或装配平台接触，以避免弄伤密封面。通常的做法是法兰与接管的装配、焊接都在小型变位器上进行。法兰不会被电弧击伤，灶接过程在最佳位置下完成，质量容易保证。1.5.3.4在壳体上组装人孔与接管1）首先要按人孔接管伸出高度及补强圈厚度在人孔接管的四条中心上点焊定位筋板，再与筒体上的开孔进行预组装，必要时用气割修正坡口处孔径，使接管顺利装入且装配环隙适当均匀。2）组对时注意法兰对中安装。3）接管内伸出余量可按图样要求待内角焊缝焊好后割去。也可用样板划线预先将接管内伸出余量割去。4）人孔及大直径接管组装后在焊接前，对于薄壁容器，尤其是塔器，内部预先采取支撑加固，以防焊后下塌。5）角焊缝由于有补强圈而使得无损检测难以实施，该角焊缝的质量主要取决于坡口的清洁度及尺寸精度。而低劣的焊缝质量又会造成泄漏，甚至安全隐患，因些，对于装配的全过程，包括划线、气割、组装、焊接、检查等环节必须认真作好记录，明确质量责任。1.5.3.5支座的装配压力容器的安放或安装都要通过各种支座再与基础平面接触。支座作为部件，其本身的制造质量，及其与容器壳壁的装配、焊接质量的好坏，将直接影响到压力容器运行的平稳与操作的安全性。此外，支座与容器壳壁的装配通常都处在该容器的总阶段，因而将直接影响到容器的管口方位、标高、轴线倾斜度等质量要求素。因此支座的制作与装配全过程必须予以足够重视。根据行业标准，规定有四种类型的支座：鞍式支座、腿式支座、支承式支座及耳式支座。各类支座有其不同的适用场合、制造与装配质量要求。安装过程及方法也各不相同，但有些要求却是共同的，即：支座底板应保持在同一平面内；底板螺栓也已距离的误差应予以严格控制，支座底平面不允许翘曲、倾斜。鞍式支座在零部件装配焊接时可将两件成对称状点焊在一起，以减少焊接变形。拆开后检查底板的平面度及立板的气割口弧形，如有问题应进行火焰矫正。1.5.4焊接采用定位焊缝组装焊件时，尽量采用拉肋板定位焊，避免在焊接坡口内用定位焊加固。如因条件限制，必须在焊接坡口内用定位焊加固装配时，则应在焊接前用电弧气刨或砂轮打磨清除定位焊缝。如将定位焊缝保留作为产品焊缝的一部分时，则定位焊应由考试合格的焊工担任，