李焰鋒 劉 杰(.綿陽市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，四川6000；.德陽市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，四川68000)

隨著石化行業(yè)的發(fā)展和國內(nèi)容器制造行業(yè)技術(shù)水平的提高，近年來越來越多的石化壓力容器設(shè)備采用復(fù)合鋼板材料制造，較傳統(tǒng)容器制造即在低合金鋼母材上堆焊不銹鋼耐蝕層的方式而言，采用復(fù)合不銹鋼板制造壓力容器具有制造成本低、周期短的優(yōu)點，且品種和結(jié)構(gòu)也可呈現(xiàn)多樣化。利用復(fù)合鋼板這種新型材料生產(chǎn)容器產(chǎn)品成為新的發(fā)展趨勢。為適應(yīng)容器設(shè)備快速發(fā)展的要求，新材料的使用對制造廠家的制造能力要求也不斷提高，其中筒體卷焊成形成為復(fù)合板壓力容器制造需要解決的首要問題。

本文研究的目的在于探索特厚型復(fù)合鋼板的筒體卷焊規(guī)律，通過確定復(fù)合板材下料尺寸，并對筒體卷制及縱縫焊接過程中重點及難點進(jìn)行分析，實現(xiàn)特厚不銹鋼復(fù)合板容器筒體卷焊制造工藝。

1 筒體概況

1.1 筒體規(guī)格

筒體鋼板厚度為δ=δ1+δ2，其中低合金鋼厚度δ1=130 mm，不銹鋼厚度δ2=3 mm，筒體長L=1500 mm，筒體內(nèi)徑D=2100 mm。

1.2 筒體鋼板(316L+SA516Gr70)性能

筒體鋼板依據(jù)JB 4733—1996進(jìn)行爆炸復(fù)合制造，產(chǎn)品屬于B1級別且經(jīng)過質(zhì)量檢驗，符合GB/T 8165—1997和技術(shù)條件要求。鋼板部分性能指標(biāo)如表1所示。

2 筒體卷制工藝

2.1 卷制前的準(zhǔn)備

卷板前打磨復(fù)合鋼板基層受拉面棱角成R4 mm圓角，并采用鋁基無鐵砂輪打磨鋼板復(fù)層邊緣呈45°，仔細(xì)清理復(fù)合板表面氧化皮、雜質(zhì)等。清掃卷板機上輥并去除油污，仔細(xì)修磨輥面損傷(局部凸起或凹坑)。

筒體卷制過程中可采用在不銹鋼復(fù)層上加隔離層的方式避免復(fù)層鐵素體污染。但本項目鋼板較厚，加入隔離層與復(fù)合板同步卷制操作不便且成本較高，故采用清潔卷板機上輥及復(fù)層表面的方法代替。筒體卷制成功后對復(fù)合板進(jìn)行清潔，亦能達(dá)到復(fù)層不銹鋼不受污染的目的?？紤]到卷板機設(shè)備性能完全滿足材料的卷制要求，故可直接采用冷卷方式進(jìn)行卷板，不考慮熱卷成型方法，避免復(fù)合板加熱卷制過程影響復(fù)層不銹鋼耐蝕性能。

檢測鋼板對角線尺寸并確認(rèn)鋼板的方正度，在鋼板上號出筒體展開長度(依據(jù)鋼板實際情況，考慮到卷制校圓時卷曲圈數(shù)、卷制時間、鋼板材質(zhì)屈服強度等)。根據(jù)卷板機規(guī)格并依據(jù)制造廠家經(jīng)驗公式進(jìn)行修正計算碾長量：

表1 復(fù)合鋼板的性能指標(biāo)Table 1 Performance index of composite steel plate

表2 筒體縱縫焊接參數(shù)Table 2 Longitudinal seam welding parameters of shell

ΔL=0.06πδ(1+δ∕D)

式中，ΔL為碾長量(mm)；δ為板厚(mm)；D為筒體內(nèi)徑(mm)。

計算出預(yù)留壓頭的尺寸并劃出檢查線，同時劃出卷板預(yù)彎線。自制彎曲半徑為1050 mm，弧長約600 mm長樣板以檢測筒節(jié)內(nèi)壁曲率。

2.2 卷板制造過程

利用卷板機壓頭功能對鋼板兩端進(jìn)行預(yù)彎，要控制好上輥的壓下量，預(yù)彎長度不小于800 mm，預(yù)彎曲率半徑使用樣板檢查。卷板過程中檢查鋼板縱向軸線垂直于卷輥軸線，可采用側(cè)面擋塊定位方式進(jìn)行找正。卷制過程中嚴(yán)格控制滾卷次數(shù)，防止因反復(fù)滾卷造成加工硬化引起裂紋等缺陷。因復(fù)合板基層與復(fù)層材料有差異且性能也大有不同，爆炸界面上的波狀復(fù)合狀態(tài)對卷板過程中變形協(xié)調(diào)能力不一致會產(chǎn)生較大的影響。要盡量控制碾薄量，控制內(nèi)徑為?2100 mm。采用自制樣板檢查棱角度≤2 mm；筒體縱縫坡口錯邊量≤1 mm；筒體直線度≤1 mm；校正后筒體的橢圓度(Dmax-Dmin)≤3 mm。

2.3 筒體收口

在鋼板卷制過程中筒體收口時，測量筒體兩端圓周尺寸，記錄碾長量ΔL，同時根據(jù)實際鋼板厚度，以筒節(jié)展開長度劃出壓頭余量的氣割線，保證筒節(jié)內(nèi)徑并劃出筒體對接坡口線。氣割壓頭前采用天然氣加熱壓頭氣割線兩側(cè)100 mm范圍且溫度≥150℃。氣割坡口形式為不對稱型X坡口，筒節(jié)外側(cè)坡口較深，內(nèi)側(cè)坡口較淺。氣割后打磨氣割面及坡口表面氧化皮等雜質(zhì)，采用鋁基無鐵砂輪打磨復(fù)層和基層結(jié)合處直到完全去除淬硬組織。氣割后壓頭將筒體吊裝入三輥卷板機中進(jìn)行溜圓對口。

3 筒體縱縫焊接工藝

利用制造廠家研制的專用工裝附具對筒體縱向焊縫進(jìn)行裝配，根據(jù)焊接工藝性試驗獲得的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行筒體縱向焊縫焊接，并對基層材料進(jìn)行不銹鋼封根堆焊。

3.1 筒體縱縫裝配

在卷板機溜圓對口的基礎(chǔ)上裝配縱向焊縫，保證筒節(jié)縱縫根部鈍邊錯邊量≤1 mm，坡口間距均勻并控制間隙≤2 mm，筒節(jié)外側(cè)坡口均布連接筋板及收(引)弧板。

3.2 筒體縱縫焊接

采用SMAW對筒體縱向焊縫進(jìn)行打底焊，首先采用SAW在坡口較深的外側(cè)焊縫施焊，要注意控制好焊接變形量。當(dāng)外側(cè)焊縫焊至40～50 mm厚時在預(yù)熱溫度下對坡口背面進(jìn)行氣刨清根，打磨氣刨清根表面滿足要求后，轉(zhuǎn)動筒體再采用SAW在筒節(jié)內(nèi)側(cè)焊縫進(jìn)行填充焊，焊接工藝參數(shù)同外側(cè)焊縫。焊至距復(fù)層/基層結(jié)合面2～2.5 mm處時停止焊接。打磨內(nèi)側(cè)焊縫表面并進(jìn)行100%磁粉檢測合格后，再采用SAW進(jìn)行筒節(jié)外側(cè)焊縫填充焊和蓋面焊。采用FCAW焊接過渡層，焊至距離316L復(fù)層上表面2 mm處，停止焊接并對縱向焊縫進(jìn)行300～350℃×2 h消氫處理。對內(nèi)側(cè)過渡層焊縫表面100%滲透檢測合格后，采用FCAW焊接316L復(fù)層，余高約為1～1.5mm。焊接工藝參數(shù)詳見表2。

圖1 筒體縱縫焊接簡圖Figure 1 Diagram of longitudinal seam welding of shell

詳細(xì)的焊接順序如圖1所示。

4 筒體制造過程中重點及難點

(1)為了避免筒體卷制過程中出現(xiàn)錯邊現(xiàn)象，首先要檢測確認(rèn)鋼板的方正度，保證鋼板下料及預(yù)彎后對角線之差小于2 mm。鋼板下料時必須預(yù)留壓頭余量，待筒體溜圓收口時再氣割去除壓頭。

(2)鋼板預(yù)彎壓頭時采用樣板卡樣，嚴(yán)格按照筒體內(nèi)圓曲率進(jìn)行檢測，嚴(yán)格控制縱縫對口處彎曲半徑，防止縱縫焊接后形成內(nèi)圓V型棱角，后續(xù)筒體校圓工序時具有較大難度。

(3)控制筒體滾卷次數(shù)及鋼板碾薄量，因基層和復(fù)層材料變形協(xié)調(diào)能力不一致，防止因筒體反復(fù)滾卷造成加工硬化并使結(jié)合面引起裂紋缺陷等，在卷圓過程中及時反復(fù)監(jiān)控測量并做相應(yīng)參數(shù)調(diào)整。

(4)筒體縱縫焊接要注意施焊順序，施焊過程中密切觀察焊接變形量，在圖1中第3步焊接低合金鋼要預(yù)留309L過渡層的焊接量，保證低合金鋼和不銹鋼完整相接。

5 結(jié)論

通過理論計算與制造廠家經(jīng)驗結(jié)合計算鋼板下料長度，保證筒體卷制成形后內(nèi)徑為預(yù)定值。采用清掃輥面和不銹鋼復(fù)層方法代替在復(fù)層上加入隔離層同步卷制的方法，卷制完畢后對復(fù)層表面進(jìn)行清洗，達(dá)到不銹鋼復(fù)層避免受到鐵素體污染的目的。嚴(yán)格控制筒體滾卷次數(shù)及碾薄量，合理選擇筒體縱縫焊接坡口，嚴(yán)格控制焊接變形、焊接順序及規(guī)范參數(shù)，完成異種鋼過渡焊接。通過正確實施以上一系列工藝措施，實現(xiàn)特厚不銹鋼復(fù)合板容器筒體卷焊制造。