DN4000×200厚壁筒体制造成型工艺

李元贵

关键词：厚壁筒体，中温，卷制成型

一、概述

2017年，我单位承接了中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司大型化塔器试制筒体的制造任务。试制筒体的材质为Q345R（R-HIC）正火板，壁厚为200mm，筒体内径φ4000mm，筒体的总长度3400mm（单节筒体长度1700mm，2节）。筒体制造不仅技术要求高，而且制造难度大，尤其是筒体的卷制成型。因此，需试制开发大型化塔器筒体的制造成型工艺，以填补公司目前大型厚壁筒体成型无成熟卷制工艺的空白。

二、试制筒体主要技术要求

符合GB/T150.1～150.4-2011《压力容器》标准要求，圆度e≤25mm（e≤1%Di且不大于25mm）；E≤5.0m（棱角E≤（δs/10+2）mm，且不大于5mm）；直径允差±5mm。

三、DN6200×200试制筒体制造成型工艺：

经公司领导和技术部门研究确定，筒体制造成型采用中温卷制成型方案，即：将钢板加热至600～620℃。在此温度下进行卷制，既可使钢板获得比冷态稍大的塑性，减少卷板机超载的可能，又可减少冷卷脆断的危险。氧化皮也不形成危害，操作也较方便。克服了冷、热卷的缺陷，兼取冷、热卷的优点。具体方法如下：

（1）根据筒体图样划展开下料线：

1）下料长度L按如下公式确定：L=π×Dm-△L

式中：Dm表示筒体中径，△L表示卷制伸长量，按如下公式确定：

△L=（0.04～0.055）π×Dm×S/Di，其中：S表示板厚，Di筒体内径；2）下料宽度为板材宽度；3）留预弯头子余量每头约800mm；4）留坡口加工余量；5）按规定作材质标记及移植。在划下料线的同时划好基准线，并作出标记或采用其他便于对正对位、方便检查的方法。

（2）棱边倒角：采用半自动方法切割钢板，两长边棱角进行15×45°倒角，再手工砂磨至呈现金属光泽。

（3）中温热处理：按热处理工艺规定进行600℃～620℃中温卷制前的热处理，保温5小时立即出炉实施卷制。

（4）中温卷制：卷制前做好施工现场、卷板机设备的安全措施，在冷卷240～280mm卷板机上进行中温卷制。卷板机下辊中心距可按卷板机参数自行调整，当与下例不一致时，可放样测量出总下压量的值，参照下例的分配次数和下压量进行卷制即可。

按卷板机下辊中心距1600mm为例，上轴总下压量约为120mm，分约6次对筒体中温卷圆成型：第一次上轴下压量为20mm，以卷制速度1.5m/min实施卷制，约13分钟完成；第二次上轴下压量为35mm，以卷制速度1.5m/min实施卷制，约13分钟完成；第三次上轴下压量为35mm，以卷制速度1.5m/min实施卷制，约13分钟完成；第四次上轴下压量为20mm，以卷制速度1.5m/min实施卷制，约13分钟完成；第五次上轴下压量为5mm，以卷制速度1.5m/min实施卷制，约13分钟完成；第六次上轴下压量为5mm，以卷制速度1.5m/min实施卷制，约13分钟完成。

（5）划线切割料头、切割坡口、除渣等；手工砂磨A类坡口，坡口表面打磨平滑。坡口表面进行100％磁粉检测，且需达到JB/T4730规定的Ⅰ级合格标准。

（6）冷卷收拢：在冷卷240～280mm卷板机上进行卷制收拢为整圆，并用样板检查合格。

（7）组合A类焊缝：

按图样组合A类焊缝，对口错边量b≤10mm（GB/T150.1～150.4-2011标准：b≤1/16δs（，且≤10mm，δs-板厚）。

（8）A缝焊接：按图样及焊接工艺要求进行施焊，焊前预热处理。筒体纵向焊缝左右端带产品焊接试板各一件，同时施焊。焊前对筒体的坡口表面及两侧100mm范围进行磁粉检查，确认无裂纹、分层等缺陷。考虑到焊接变形、方便施焊和清根等因素，采用双面交替施焊的方式进行控制，采用氧、乙炔喷枪对焊件预热至180℃以上，并保温1小时使工件内外温度尽可能均匀，按拟定的焊接工艺规程要求进行焊接。焊后热处理选择整体炉内热处理。按NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》推荐的热处理规范，考虑产品制作过程累计保温时间，工艺评定试件焊后热处理规范确定为620℃/12h，炉冷至400℃空冷。

（10）A类合缝外观质量检查：对焊缝外观质量及形状尺寸进行检验。

（11）A类焊缝探伤：A类焊缝进行100%射线检测，按JB/T4730-2005标准，射线检测技术等级不低于AB级合格级别为Ⅱ级。A类焊缝进行100%超声检测，按JB/T4730-2005标准，脉冲反射法超声检测技术等级不低于B级，合格级别为Ⅰ级。

（12）中温校圆：按热处理工艺进行中温加热，即加热至620℃保温5小时后立即出炉实施中温校圆（用样板检查）。圆度e≤25mm（标准：e≤1%Di且不大于25mm）；E≤5.0m（GB150标准：棱角E≤（δs/10+2）mm，且不大于5mm）；直径允差±5mm。

（13）A类合缝外观质量复查：检验员对焊缝外观质量及形状尺寸进行检验。

（14）A类焊缝复探伤A类焊缝进行100%射线检测，按JB/T4730-2005标准，射线检测技术等级不低于AB级合格级别为Ⅱ级。A类焊缝进行100%超声检测，按JB/T4730-2005标准，脉冲反射法超声检测技术等级不低于B级，合格级别为Ⅰ级。

四、小结

以上筒体卷制成型技术主要采用中温卷制和校园工艺，通过试制筒体DN4000×200（Q345R（R-HIC）的卷制成型已得到验证，筒体卷制成型非常成功。DN4000×200筒体主要技术指标试验结果如下：

五、效果

与现有技术相比，本工艺的积极效果是：

本工艺采用温卷成型方案，即将钢板加热至600～620℃温度下进行卷制成型。

与高温热卷相比较其积极效果是：可缩短加热时间，降低能耗，节约成本；操作者较易靠近，操作较简单，起重吊装较容易；可减少钢板减薄量与伸长量，尺寸精度较易控制；氧化皮少不形成危害，筒体内外不易产生压坑。

与冷卷相比较其积极效果是：可使钢板获得稍大的塑性，易于控制，提高效率；可减少卷板机超载的可能，能防止设备损坏；可减少脆断的危险，能保证筒体质量。

参考文献：

[1]《化工机械工程手册》上卷第三部分《压力容器和管道》，化学工业出版社，2003年1月第1版

[2]《压力容器制造和修理》，化学工业出版社，2004年8月第1版

[3]《热处理工程师手册》，机械工业出版社，2004年9月第2版