鈦制精餾塔制造過程中塔體直線度的控制

摘 要：本文從鈦制大型塔器的特殊要求，依據(jù)鈦材特性，在生產(chǎn)加工過程中考慮了影響其直線度的各因素，并采取了相應(yīng)措施，為此類設(shè)備的制造積累了可供借鑒的方法和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鈦塔體；直線度控制；研究分析

前言

塔器屬于高聳結(jié)構(gòu)，直線度的控制可最大限度地減小彎曲應(yīng)力，是塔器安全運(yùn)行的必要條件，也是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。生產(chǎn)制作過程中分析發(fā)現(xiàn)各筒節(jié)尺寸、圓度、對接環(huán)縫的質(zhì)量、間隙是影響直線度的主要因素。

1 鈦制精餾塔結(jié)構(gòu)及特性

鈦制精餾塔由鋼裙座、鈦裙座、鈦封頭、鈦筒體及接口、內(nèi)件構(gòu)成，全長21.05m，內(nèi)徑2.6m。鈦塔體（包括鈦裙座、鈦封頭、鈦筒體）總長為19m，由三種不同板厚（δ=10mm， δ=8mm， δ=6mm）組成，中間無法連接。受設(shè)施、廠房限制，不能采用直線度較易保證的立裝，只可臥裝，制作較為困難。鈦制容器在同容積容器中具有筒壁較薄、彈性、撓性較大，焊縫塑性差的特點(diǎn)，這些都是鈦制精餾塔生產(chǎn)過程中的技術(shù)難點(diǎn)。

2 鈦制精餾塔塔體直線度控制

2.1 筒節(jié)尺寸控制

由于塔體板厚較薄，易橢圓，不易組對，加工過程中最大限度地減少焊縫，不但可以使塔體直線度較易保證，還能使開孔避開焊縫，極大地降低了開孔及其焊接變形對直線度的影響，因此不用寬度為1.0m的常規(guī)鈦板，采用定尺寬鈦板，最上端筒節(jié)下料預(yù)留長度，根據(jù)圖紙及開孔情況布料情況如圖1（兩縱縫之間的距離大于300mm）。

圖1 塔體布料示意圖

此外由于塔體板厚不同，各筒節(jié)下料應(yīng)待封頭沖壓后，實(shí)測計(jì)算出封頭直徑，各筒節(jié)按中徑尺寸配下。采用實(shí)樣法直接在板料上1：1劃線，用效驗(yàn)過的同一把直尺、卷尺多次測量后確定。在板料可去除部分打樣沖眼，劃線深度不大于0.1mm。。各筒節(jié)四邊拼接坡口不可手工打磨后修型，使用龍門刨找正后刨邊成型。每塊板料板盡量為矩型，其對角線差≤2mm，從源頭上控制塔體直線度。

2.2 各筒節(jié)園度控制

鈦板卷筒為冷態(tài)彎曲，使用的對軸式三輥卷板機(jī)主要缺點(diǎn)是板料兩端有較長一段直邊，鈦材焊縫的塑性比鋼材低，校圓量不能太大，要求焊接前對接面基本達(dá)到成品圓弧形狀。經(jīng)多次試驗(yàn)，用已彎至成品圓弧尺寸的墊板對板料兩端先進(jìn)行預(yù)彎，墊板厚度為板料的兩倍，有效地減少了直邊長度，對接邊圓弧基本達(dá)到要求。

卷筒時(shí)，需采用少壓多滾的原則，逐次調(diào)整上滾的壓下量，不可過量。以免過彎而形成搭接；隨時(shí)校正圓弧母線與端邊平行，端口軸向錯(cuò)位≤1～2mm。由于鈦板較薄，彈性大，卷筒時(shí)常出現(xiàn)翻邊及鼓肚現(xiàn)象。用一塊同寬度的鐵皮隨卷使筒節(jié)各部分受力均勻，可以很好地解決這一問題。

筒節(jié)由于自重而變形，內(nèi)部用十字撐撐圓，兩端用L型固定卡固定，中部用T字型調(diào)整卡調(diào)整好對口錯(cuò)邊量、間隙后點(diǎn)焊，如圖2所示。b根據(jù)板厚定，δ10mm為5mm； δ8mm，為4mm； δ6mm，為3mm，為使筒節(jié)的圓度更加理想，筒節(jié)焊后還要校型。為防止校型過程中焊縫出現(xiàn)裂紋，最后二遍封焊待校型后進(jìn)行。

2.3 焊縫質(zhì)量控制

塔體鈦焊縫采用手工鎢極氬弧焊，焊接電流為140-160A，電壓24-28V，99.99%純氬正反兩面保護(hù)。為達(dá)到最小焊接變形，使用TA2的？準(zhǔn)3mm焊絲，少量多道次焊接。板厚10mm，外面焊5遍，8mm四遍，6mm三遍，筒內(nèi)都熔一遍。焊縫按JB/T4730-2005《壓力容器無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)100%射線探傷，Ⅱ級合格。焊接后測量發(fā)現(xiàn)有卡具固定的焊縫收縮量比沒有卡具保護(hù)的減小約40%-70%，但由于鈦材具有一定的延性，可塑性變形，因此卡具固定產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力并不影響產(chǎn)品的強(qiáng)度。焊接時(shí)，在一些需要的部位點(diǎn)焊加固拉筋，其材料與筒節(jié)相同。

鈦材首遍焊縫引起的變形最大，后幾遍的變形方向與其一致。焊完第一遍后，里面先熔焊，再焊第二遍，最大限度地減小焊接變形。環(huán)縫對接時(shí)將兩個(gè)筒節(jié)沿外周均勻地至少分8等分，點(diǎn)焊等份點(diǎn)，再根據(jù)錯(cuò)邊情況在等份點(diǎn)之間增加點(diǎn)焊點(diǎn)。使周長較長筒節(jié)的長出部分可沿圓周均勻分布，不集中在一起。制作相應(yīng)的卡具保證對口錯(cuò)變量、棱角度及間隙。如圖3所示。

環(huán)縫 字型調(diào)整卡 筒體環(huán)縫組對示意圖

圖3

2.4 環(huán)焊縫對接間隙控制。

環(huán)焊縫對接在托輥上，水平儀測平后進(jìn)行。鈦材焊縫的橫向收縮量隨焊縫寬度的增加而增加。對接筒節(jié)四等分點(diǎn)長度基本一致的情況下，第一遍焊接從間隙最小處開始。環(huán)縫每焊完一遍，都需根據(jù)再次測量的結(jié)果確定下一遍焊接的起焊點(diǎn)。

塔體四等分點(diǎn)長、短處若相差3mm以上，從長處開始焊，根據(jù)情況可在其他部位焊兩遍后再焊最短處，以使長處收縮，短處間隙的收縮受到牽制測量四點(diǎn)長度始終用筒體的一個(gè)端面為基準(zhǔn)，當(dāng)這個(gè)端面無法再用時(shí)，從該端面向筒體內(nèi)部引線，以保證測量基準(zhǔn)不變。按國標(biāo)要求方法測量直線度，測量點(diǎn)離縱焊縫的距離不小于100mm，因筒體厚度不同，計(jì)算直線度需減去厚度差。經(jīng)過檢查直線度完全達(dá)到要求。

3 結(jié)束語

3.1下料時(shí)，保證每塊板料都是矩形，是筒體直線度能得到保證的理論基礎(chǔ)。

3.2利用工裝夾具，采取必要的措施，嚴(yán)格控制各筒節(jié)橢圓度為筒體直線度的保證奠定了基礎(chǔ)。

3.3合理的焊接工藝，控制好環(huán)焊縫間隙，使塔體直線度要求圓滿實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB150-1998.鋼制壓力容器[S].

[2]JB/T4745-2002.鈦制焊接容器[S].

[3]鄭品森.化工機(jī)械制造工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1978.

作者簡介：曾紅（1968，10-），女，高級工程師，從事壓力容器及非標(biāo)設(shè)備的制造、零部件加工。