【正文】 m3球罐生產(chǎn)工藝流程球罐的生產(chǎn)工藝流程與其它焊接產(chǎn)品的工藝流程大致相同，主要包括：生產(chǎn)前的準(zhǔn)備，金屬材料的加工，裝配與焊接以及焊后的成品加工四大部分[5]。在球罐的整個(gè)制造過程中，球殼板的成形，球罐的組裝以及球罐的焊接三大環(huán)節(jié)屬于生產(chǎn)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。400m3球罐生產(chǎn)工藝流程見圖2。圖2 400m3球罐生產(chǎn)工藝流程3 球殼板的備料工藝 備料根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)每塊球殼板用計(jì)算機(jī)放大樣，根據(jù)放樣后的實(shí)樣，提出球殼板的備料計(jì)劃，要求備料球殼板的同時(shí)，要考慮到球罐焊接產(chǎn)品的試板用量，需復(fù)驗(yàn)的材質(zhì)要求和安裝用胎具用量以及球殼板所需的工藝余量和加工余量等，并且應(yīng)盡量節(jié)省材料。球殼板的備料除外形尺寸必須準(zhǔn)確無誤外，同時(shí)要求各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)必須寫清楚，以便購料。對(duì)于球罐附件的備料，要求各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，參照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)圖紙?zhí)栆约皵?shù)量等必須明確、清晰。球殼板毛坯規(guī)格見表5。表5 球殼板的毛坯規(guī)格名稱材質(zhì)厚度/mm長度/m寬度/m數(shù)量供貨狀態(tài)極帶中間板16MnR482正火極帶側(cè)板16MnR484正火極帶圍板16MnR488正火赤道帶板16MnR4812正火對(duì)于球罐的一些標(biāo)準(zhǔn)附件，如開口銷、墊圈等，在選購時(shí)，要求購買的數(shù)量要多于圖紙上的規(guī)定數(shù)量，以便互換使用和方便維修。此外，球罐的焊接主要采用焊條電弧焊，所以要求準(zhǔn)備足夠的E5015焊條，并按要求做好焊前準(zhǔn)備及處理。 材料復(fù)驗(yàn)、入庫無論是球殼用鋼板，外購件以及焊材等必須按圖紙及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行原材料的復(fù)驗(yàn)或外購件的進(jìn)廠檢驗(yàn)，確保原材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合要求后方可使用。對(duì)球殼用鋼板的具體要求如下：鋼板幾何尺寸必須符合計(jì)劃要求，每塊球殼板均不得拼接，球殼板的材質(zhì)為16MnR（化學(xué)成分測(cè)定和力學(xué)性能試驗(yàn)），并要求在正火狀態(tài)下供貨，厚度保證48mm，必須符合GB6654－96《壓力容器用鋼板》中的規(guī)定，并在交貨狀態(tài)下逐張進(jìn)行超聲波檢測(cè)，按JB4730－94《壓力容器無損檢測(cè)》規(guī)定Ⅲ級(jí)為合格，并須在19℃做V型缺口試驗(yàn)，沖擊功不小于20J。當(dāng)材料經(jīng)檢驗(yàn)合格后，存入倉庫，并做好標(biāo)記，妥善保管。 鋼材的預(yù)處理鋼材的預(yù)處理包括鋼板的矯平和鋼板的表面除銹兩個(gè)方面。鋼板在軋制、運(yùn)輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支撐不當(dāng)、或裝卸條件不良及其他原因，可能會(huì)產(chǎn)生彎曲、扭曲、波浪及表面不平等變形。當(dāng)這些變形超過一定程度時(shí)，會(huì)給尺寸的度量、劃線、剪裁及其他加工帶來困難，而且會(huì)影響到成形零件的尺寸和幾何形狀的精度，從而影響到裝配、焊接和整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量[5]。所以，劃線、下料前必須進(jìn)行鋼板的矯平。由于400m3球罐制造所用鋼板厚度較厚，所以選用42009輥式中厚板矯平機(jī)進(jìn)行矯平。其矯平原理如圖3所示，使板料通過矯平機(jī)上的上下兩列輥?zhàn)又g，在輥?zhàn)訅毫Φ淖饔孟?，受到多次反?fù)彎曲，整個(gè)鋼板得到均勻地伸長，使多重原始曲率逐步趨向一致變?yōu)閱我?，并不斷減小，最終得到矯平。為了提高矯平效果，可使輥間距離前后不等，前邊輥間距離較小，使鋼板產(chǎn)生較大的變形，以使彎曲均勻，而后面的輥間距離較大，使鋼板的變形逐漸減小和平直，這樣一次通過便能達(dá)到矯平目的。圖3 42009輥式中厚板矯平機(jī)原理圖鋼板的表面除銹采用噴丸的方法。噴丸是用高速噴出的壓縮空氣流帶出來的高速運(yùn)動(dòng)砂粒沖擊工件表面，打落鐵銹，使金屬表面形成均勻而較光潔的表面，并進(jìn)一步釋放在鋼板中的殘余應(yīng)力。鋼材經(jīng)此清理，并經(jīng)噴涂保護(hù)底漆，烘干處理等工序后，既可保護(hù)鋼材在生產(chǎn)或使用過程中不再生銹，又不影響機(jī)械加工和焊接質(zhì)量。鋼板表面除銹選用GYX－3M型鋼材預(yù)處理裝置。其技術(shù)特性參數(shù)見表6。該裝置進(jìn)行鋼材預(yù)處理的具體工藝過程為：電磁吊上料→輥道輸送→預(yù)熱（40～50℃）→噴丸除銹→清理丸料→自動(dòng)噴漆→烘干（60～70℃）→軌道輸送出料。表6 GYX3M型鋼材預(yù)處理裝置技術(shù)數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)鋼板預(yù)處理規(guī)格/mm寬1000～3000，厚6～600，長2400～12000軌道最大載荷2t/m焊件輸送速度v/v=～4，無級(jí)調(diào)速年處理量/t20000～40000除銹等級(jí)SISO5 5900Sa2 1/2（A,B）涂膜等級(jí)/μm15～254 球殼板的成形工藝 球殼板的排板為了便于球殼板制造過程中的檢驗(yàn)和以后組裝的方便，須根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙繪制球殼板的排板圖，并計(jì)算出各類球殼板的立體幾何尺寸（見圖4），每塊球殼板的材質(zhì)、爐批號(hào)、鋼板編號(hào)及帶號(hào)都應(yīng)分別記錄在各自的工藝卡上。 (a) (b)(c) (d)圖4 球殼板的幾何尺寸示意圖(a) 極帶中間板 (b) 極帶側(cè)板 (c) 極帶圍板 (d) 赤道帶板下料前，應(yīng)逐張核對(duì)鋼板的爐批號(hào)及編號(hào)，然后將其標(biāo)記移植到球殼板的指定位置，并經(jīng)檢查人員檢查確認(rèn)無誤后方可下料，同時(shí)將檢查結(jié)果準(zhǔn)確記錄在工藝卡上。要求制作過程中的所有工序都必須作好施工記錄，包括施工作業(yè)時(shí)間、作業(yè)人員、施工過程中的自檢、互檢、專檢的確認(rèn)以及施工過程中停止點(diǎn)的見證檢驗(yàn)等。 樣板的制作根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙排板圖中球殼板的幾何尺寸（圖4），對(duì)不同尺寸的球殼板分別制作劃線樣板，該樣板主要用于球殼板的檢查和球殼板的二次劃線號(hào)料。所以要求劃線樣板的幾何尺寸和曲率精度一定要符合設(shè)計(jì)圖紙的要求。，要求有一定的強(qiáng)度，不易變形。圖5為赤道帶劃線樣板示意圖。其它帶板與其做法相似，只是形狀、尺寸不同。 圖5 赤道帶劃線樣板示意圖 圖6 內(nèi)卡樣板示意圖此外，每類球殼板還應(yīng)各做一套內(nèi)卡樣板，用于檢查球殼板的曲率精度。，要求有一定的強(qiáng)度，不易變形，易攜帶。內(nèi)卡樣板示意圖見圖6。 一次號(hào)料因?yàn)榍驓殡p曲面，是不可能在平面上精確展開的，所以球殼板一次精確下料困難很大，只能先近似展開，即下荒料，在壓制成形后再進(jìn)行二次切割[5]。一次號(hào)料時(shí)，將所制作的劃線樣板放在用于制作球殼板的坯料上，在樣板輪廓線的基礎(chǔ)上，再向外四周分別擴(kuò)展150mm,打上下料線。號(hào)料要求沿凈尺寸向四周內(nèi)打檢查線，距凈尺線距離50mm（見圖7）。圖7 檢查線位置示意圖 一次下料利用小車式直線氣割機(jī)（半自動(dòng)切割機(jī)）按照鋼板毛坯上的下料線進(jìn)行切割，若條件允許，且所切球殼板尺寸對(duì)稱，可采用兩臺(tái)半自動(dòng)切割機(jī)分別沿球殼板兩側(cè)同時(shí)切割。一次下料前必須經(jīng)自檢、互檢、專檢三方確認(rèn)后才能進(jìn)行施工，并備有記錄。 球殼板的壓形將一次切割后的球殼板用2000噸油壓機(jī)進(jìn)行壓形，2000噸油壓機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表7。壓形采取局部成形的方法（見圖8），局部成形屬于冷壓成形，坯料每壓一次后向前移動(dòng)一段距離，注意要留有一定的壓延重疊面積，以保證曲率均勻一致，要求一次下壓量不要太大，應(yīng)緩慢壓至所規(guī)定的曲率嚴(yán)禁采用急劇加工成形，在壓制過程中，用內(nèi)卡樣板檢查球殼板，合格后方可下胎。當(dāng)球殼板弦長在2000mm以上時(shí)，檢查樣板弦長不得小于2000mm，當(dāng)球殼板弦長小于2000mm時(shí)，檢查樣板的弦長不得小于球殼板的弦長。樣板與球殼板的間隙不得大于3mm（見圖9）。表7 2000噸油壓機(jī)技術(shù)參數(shù)液壓系統(tǒng)最高工作壓力快速下行速度100mm/s公稱壓力2000噸加壓下行速度2～3mm/s系統(tǒng)調(diào)定工作壓力25MPa提升速度80mm/s圖8 局部成形法示意圖圖9 球殼板曲率允許偏差 二次號(hào)料經(jīng)壓制合格后的球殼板下胎后，對(duì)其進(jìn)行二次號(hào)料。二次號(hào)料時(shí)將劃線樣板放在已成形的球殼板上，根據(jù)球殼板的具體形狀和技術(shù)要求找出基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線，然后，再按照劃線樣板的輪廓線和球殼板的基準(zhǔn)線劃出其他必要的加工線，以保證劃線準(zhǔn)確性。此外，部分球殼板需要進(jìn)行鉆孔，為確定其準(zhǔn)確位置和保證其正確的孔形，須在此時(shí)進(jìn)行人孔的劃線號(hào)料。 二次下料二次號(hào)料的球殼板經(jīng)自檢、互檢、專檢合格后方可下料切割，并且球殼板的二次切割須在特制的胎具上進(jìn)行。此時(shí)凈尺時(shí)，同時(shí)將坡口按圖示要求開好（圖10）。坡口可采用半自動(dòng)氣割機(jī)配專用靠模進(jìn)行切割，切割時(shí)，要求割炬運(yùn)動(dòng)軌跡位于球殼板的圓弧上，并且要求切割坡口的垂直中心線須指向球心。坡口加工后必須仔細(xì)檢查其面質(zhì)量和曲率。坡口表面應(yīng)符合下面的要求：坡口表面應(yīng)平滑，全部進(jìn)行打磨加工，加工后的坡口表面粗糙度Ra≤25μm，平面度≤；坡口表面熔渣和氧化皮須清楚干凈，并進(jìn)行100%的滲透探傷檢測(cè)，不得有裂紋、夾渣和分層等缺陷，按JB4730中的規(guī)定進(jìn)行，合格級(jí)別不能低于Ⅱ級(jí)。此外，球殼板周邊100mm范圍內(nèi)按JB47309規(guī)定進(jìn)行100%的磁粉和超聲檢測(cè)，磁粉檢測(cè)的缺陷累計(jì)長度按Ⅱ級(jí)驗(yàn)收，超聲檢測(cè)按Ⅲ級(jí)驗(yàn)收，檢測(cè)合格后的焊接坡口表面及其內(nèi)、外邊緣50mm的范圍內(nèi)，應(yīng)立即涂上專用于焊接坡口的可焊性防銹涂料，焊接時(shí)不必除去。圖10 球殼板的對(duì)接坡口 球殼板的檢查 將加工成形的球殼板用樣板檢查，對(duì)不合格的部位進(jìn)行修整。球殼板的幾何尺寸允許偏差見圖11。具體要求如下：長度方向弦長允許偏差不大于177。，寬度方向弦長允許偏差不大于177。2mm，對(duì)角線弦長允許偏差不大于177。3mm，兩條對(duì)角線應(yīng)在同一平面上，用兩直線對(duì)角測(cè)量時(shí)，兩直線的垂直距離偏差不得大于5mm。圖11 球殼板幾何尺寸允許偏差 球殼板的修形由于二次搬運(yùn)、切割造成的球殼板回彈，必須進(jìn)行球殼板的修形，用加填板的方法進(jìn)行修整，直到滿足設(shè)計(jì)圖紙及施工規(guī)范的要求。當(dāng)球殼板成形后的塑性變形超過3%時(shí)，應(yīng)按焊后熱處理規(guī)范進(jìn)行熱處理。變形量按下式計(jì)算： （41） 式中：t——板厚（mm）；Rt——最終加工半徑（mm）；R0——加工前半徑（mm），平板時(shí)為無限大。 半成品及成品的中間檢驗(yàn)按照設(shè)計(jì)圖紙及施工規(guī)范的要求，對(duì)壓制成形的球殼板逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，并做好記錄，出半成品。同時(shí)，球罐相關(guān)的一些零部件，如：接管，支柱等應(yīng)該制作完成，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行半成品或成品的檢驗(yàn)，以便進(jìn)行下一步的組裝。5 球罐的組裝工藝 零部件的組焊、接管與極板的組焊上下兩個(gè)極帶中間板，在壓制成形并經(jīng)檢查合格后，對(duì)其進(jìn)行開孔。極板開孔時(shí)，按管口方位圖、位置尺寸劃好中心點(diǎn)，并劃好對(duì)準(zhǔn)球心的中心軸線。根據(jù)人孔、接管接頭的實(shí)際尺寸，劃出開孔尺寸線，并做好標(biāo)記。為保證孔的精度，采用仿形靠模氣割的方法。氣割開孔前，應(yīng)在切割線內(nèi)鉆一個(gè)φ8mm的工藝孔作為氣割起始點(diǎn)。坡口表面及邊緣100mm范圍內(nèi)的檢測(cè)要求與球殼板的要求相同（ 二次下料）。坡口如圖12所示。 (a) (b) 圖12 零部件組焊時(shí)的坡口(a) 球殼板與人孔凸緣的對(duì)接坡口 (b) 球殼板與接管的焊接坡口人孔、接管與極板組對(duì)時(shí)，人孔、接管的開孔位置偏差不大于4mm，人孔、接管外伸長度允許偏差不大于4mm，人孔、接管與極板組對(duì)錯(cuò)邊量不大于2mm，人孔、接管的中心線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)中心軸線，法蘭面應(yīng)平行與球體赤道軸線，加強(qiáng)圈應(yīng)與極板緊密貼合。將組裝好人孔、接管的極板，放在胎架上夾緊，加熱到預(yù)熱溫度后開始焊接。焊機(jī)選用ZXG 400型弧焊整流器，焊接工藝參數(shù)見表8。焊接時(shí)由A、B、C、D 4名焊工同時(shí)對(duì)稱施焊，焊接方向如圖13所示，采用多層多道焊。由于焊道始、終端的硬化容易導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，故不宜集中在一起，而應(yīng)錯(cuò)開，見圖14。為了防止裂紋，應(yīng)連續(xù)施焊至最后一層。表8 人孔、接管與極板組焊時(shí)的焊接工藝參數(shù)焊條焊條直徑∕mm焊接電流∕A焊接速度(cm/min)預(yù)熱溫度∕℃層間溫度∕℃E5015直流反接160～180