北美AAR M-1002標(biāo)準(zhǔn)罐車內(nèi)罐制造工藝研究

劉湘桂 韋琦 武永亮

摘 要：AAR M-1002是北美鐵道協(xié)會（Association of American Railroads）關(guān)于罐車的設(shè)計、制造的標(biāo)準(zhǔn)。本文主要簡要介紹了北美一種罐車內(nèi)罐結(jié)構(gòu)特點，對內(nèi)罐工藝重點、難點進行了分析，通過分析設(shè)計了卷板工藝、對筒工藝、埋弧焊工藝、熱處理工藝重點工序的生產(chǎn)工藝方案，通過樣車試制及小批量生產(chǎn)滿足標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：北美罐車;移動壓力容器;內(nèi)罐;AAR TC128 GR BN;制造工藝

中國分類號：TB472 文獻標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）06-0140-02

AAR M-1002是北美鐵道協(xié)會（Association of American Railroads）關(guān)于罐車的設(shè)計、制造的標(biāo)準(zhǔn)，只有符合該標(biāo)準(zhǔn)的鐵路罐車才能在北美地區(qū)運營。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的罐車均為內(nèi)、外雙層罐體，內(nèi)罐是車輛主要受力部件，不僅承受介質(zhì)壓力還承受列車縱向牽引、壓縮力，是車輛核心部件。本文介紹罐車的是由某中美國合資公司設(shè)計，符合AAR標(biāo)準(zhǔn)、容積為25500加侖（美加侖）的鐵路罐車，主要用于原油運輸。

1罐車內(nèi)罐結(jié)構(gòu)特點

容積25，500加侖罐車內(nèi)罐由罐體組成、墊板組成、加熱管、人孔、安全閥等組成（見圖1），其中罐體兩個封頭和6個單筒組成錐度約為1.2。的錐罐。

封頭采用AAR TC128 GR BN高強度壓力容器用鋼，封頭壁厚12.7mm，通過機加工將成型過程產(chǎn)生的板厚不均加工階梯過渡。單筒采用AAR TC128 GR BN高強度壓力容器用鋼，單筒壁厚14.3mm，周邊加工帶鈍邊的×型破口。墊板組裝主要由牽枕墊板、底架附屬件墊板等組成，材料為12.7mm厚度的ASTMA572 TYPE2 GR65板材。加熱管為冷彎U型鋼，材質(zhì)為ASTMA36，壁厚為3mm。人孔主要材料為ASTM A569，壁厚20mm，內(nèi)徑514mm，主要材料成分見表1，機械性能見表2。

2工藝重點、難點分析

內(nèi)罐組成由兩個直筒半罐傾斜1.2°組裝而成，直罐相對錐筒工藝制作簡單，故整罐組裝工藝劃分為兩個直筒半罐生產(chǎn)完成后進行組裝，從而確定該工藝的難點如下：

1）圓度控制。根據(jù)AAR M-1002附錄E《設(shè)計細節(jié)》1.3.3條款規(guī)定，國度不大于內(nèi)徑差1%，即2.8mm。同時圓度質(zhì)量直接影響對筒質(zhì)量，造成簡體錯牙偏差過大。

2）對筒質(zhì)量控制。根據(jù)AAR M-1002附錄E及附錄W要求，對筒后錯牙不超過2mm，對接焊縫間隙不大于1mm，由于單筒工件大，重量重，采用常規(guī)對筒方式很難控制質(zhì)量。

3）內(nèi)罐對接焊縫質(zhì)量控制。內(nèi)罐罐體所有的對接焊縫均符合AWS D15.2，焊接后需要×一射線探傷，探傷結(jié)果符合AAR M-1002附錄W，為提高焊縫合格率，需要制定合理的焊接參數(shù)。如圖2。

3內(nèi)罐工藝研究

針對上述難點，定制了若干臺外箍式箍圓機控制單筒圓度及對筒質(zhì)量，同時前期進行了大量焊接試驗，在此基礎(chǔ)上選定焊縫坡口形式確定焊接參數(shù)，具體工藝如下：

1）內(nèi)罐工藝流程。根據(jù)罐車內(nèi)罐組成制造工藝特點和工藝分析，確定內(nèi)罐工藝流程如圖3。其研究重點有卷板工藝、對筒工藝、埋弧焊工藝、熱處理工藝、水壓試驗。

2）卷板工藝。單筒用數(shù)控等離子下料切割，控制切割邊緣直線度不大于1mm，對角線差不大于3mm，保證單筒卷板后端面平面度。卷板時采用四輥卷板機，卷板前進行預(yù)彎，減少卷板盲區(qū)直線段長度，單筒焊接后采用復(fù)輥消除焊接變形及卷板盲區(qū)。

3）半罐對筒組對。采用外箍式箍圓機制作對筒組裝胎模，胎模首次運行需要對其進行標(biāo)定校驗，要求同軸度不大于1mm，圓度不大于2mm，對筒時采用專用外箍式箍圓機將筒體對接區(qū)域箍圓，消除單筒在重力及卷板偏差作用下呈不規(guī)則橢圓型，并將圓度控制在2mm以內(nèi)。利用油缸拉緊對筒對接間隙，保證錯牙不大于2mm，對筒間隙不大于1mm，局部不大于3mm。

4）埋弧焊工藝。通過焊接試驗，將單筒所有對接焊縫設(shè)計為×型坡口，選用AWS A5.23焊絲，焊絲直徑5mm，選用SWX120焊劑，具體焊接參數(shù)見表1，焊接前焊劑在350℃ -400℃溫度范圍烘干2小時，工件焊接前去除焊縫周邊50mm內(nèi)范圍油污、浮銹等，把焊縫周邊區(qū)域母材預(yù)熱至50℃ -100℃。

5）整罐對筒。整罐對筒在專用的偏心式對筒器上組對，組對前在半罐上打法線樣沖，組對時利用升降式滾輪架調(diào)整兩個半罐的法線對齊，誤差不超過3mm，并且控制罐體錐度在1.2+0.015°范圍，用外箍式箍圓機將簡體對接區(qū)域箍圓、拉緊，保證錯牙不大于2mm，對筒間隙不大于1mm，局部不大于3mm。

6）人孔、安全閥安裝孔切割及組焊。人孔、安全閥安裝孔切割采用樣板劃線，用割炬手工切割，切割后用角磨機徹底清除氧化渣，并把斷面打磨露出金屬光澤。安裝時控制人孔、閥體于罐體間隙不大于1.6mm，局部不大于3mm，對于間隙在1.6～3mm之間的間隙先焊接打底，再進行焊接，焊接參數(shù)見表3。

7）墊板組裝。墊板組裝考慮到成本因素，墊板采用折彎機多道折彎。墊板組裝采用正裝，利用胎膜龍門下壓罐體，用頂升油缸使墊板于罐體密貼，要求墊板與罐體間隙小于1.6mm，如間隙超差，允許對墊板進行加熱，加熱溫度不超過590℃，組裝合格后焊接，焊接參數(shù)見表3。

8）加熱管組焊。為了保證罐體旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，設(shè)計的加熱管組裝胎模采用輪胎式滾輪架，加熱管組裝采用反裝，組裝前采用樣板劃線，利用胎模龍門風(fēng)缸下壓加熱管與罐體密貼，要求加熱管與罐體間隙小于1.6mm，組裝合格后焊接，焊接參數(shù)見表3。

9）射線探傷工藝。半罐探傷采用實時成像方式對環(huán)焊縫和縱焊縫進行探傷，整罐探傷采用雙壁單影分段拍照成像，拍照劃分64段，保證無焊縫死角。拍照探傷結(jié)果符合AAR M 1002附錄W，如不符合需記錄缺陷的位置、類型、長度等信息。

10）熱處理工藝。根據(jù)AAR M1002附錄W第1 7條要求，內(nèi)罐熱處理工藝如下：（1）熱處理采用臺式退火熱處理爐，使用專用的支撐架罐體避開明火直接接觸，并讓罐體受熱更均勻。（2）利用罐板邊角余量制作2件300×600mm焊接試板，焊接試板焊接工藝與罐板對接焊縫工藝一致，放在罐體附近，一同熱處理。（3）初次使用熱處理爐必須將熱徹底處理烘干，罐體進爐初始溫度不超過427℃，加熱溫度控制在593℃—677℃之間，保溫1.5小時～2小時;冷卻時控制降溫不超過278℃/小時，冷卻溫度低于220℃后可以出爐在無風(fēng)的室內(nèi)冷卻，具體熱處理曲線見圖4。

11）水壓試驗。水壓試驗采用離心泵對內(nèi)罐注水，水溫不超過37.8℃，注滿水后用工藝法蘭密封.根據(jù)AAR M-1002第Ⅲ要求靜止放置30分鐘，檢查無滲水。再用注射泵對罐體加壓至414kpa，保壓10分鐘，檢查無滲水，合格后將罐體內(nèi)水利用離心泵抽至下一個待檢內(nèi)罐。

4總結(jié)

通過該罐車試制及小批量生產(chǎn)，所生產(chǎn)的內(nèi)罐均符合AARM-1002各項要求，同時也存在以下不足：（1）人孔、安全閥安裝孔采用手工劃線切割，切割表面質(zhì)量差，導(dǎo)致打磨工作量大影響了質(zhì)量和效率。在批量生產(chǎn)時可以設(shè)計專用仿形切割設(shè)備，提高切割質(zhì)量;（2）內(nèi)罐罐體對接焊縫偶發(fā)隨機出現(xiàn)氣孔，原因不明確，有待大批量時繼續(xù)追蹤解決。

參考文獻

[1]中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編.焊接手冊第3卷焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001，8.

[2] Manual of Standards and Recommended Practices Section C-Ⅲ Safety and Operations Specifications for Tank Cars.50 F Street，N W.， Washington，D. C. 20001-1564.