【文章內(nèi)容簡介】 狀況最佳 考 慮瓣片加工機械（油壓機或水壓機）的跨度大小，運輸條件的可能，盡量采用大的瓣片結構，是焊縫長度最小，減少安裝工作量。 考慮鋼板的規(guī)格，增強球殼板的互換性，盡量提高板材的利用率。 國內(nèi)自行設計、制造、組裝焊接的球館多為球瓣式和混合式排板組成的球殼，本文則是采用混合式三帶球罐，其赤道帶和溫度帶采用橘瓣式、極板采用足球瓣式。由于這種結構取橘瓣式和足球瓣式倆種結構的優(yōu)點，所以球殼板的用量減少、焊縫的長度縮短、材料利用率較高。 球罐采用混合式 3 帶球殼，分帶見圖 1 常州機電職業(yè)技術學院 9 第 9 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 圖 1 混合式 3 帶球罐結構 表 2 400m3 混合式 3 帶球罐參數(shù) 公稱容積 m3 內(nèi)徑 mm 每帶板數(shù) 各帶球心角 支柱根數(shù) 備注 L M N S1 S2 S3 S4 S5 400 9200 12 6 球殼板材料 化學成分與力學性能 球殼板采用 15CrMoV 低碳 低合金鋼，其化學成分和力學性能分別見表 2 和表 3。 表 3 15CrMoV 的化學成分 ∕ % 鋼號 C Cr Mo V Mn P S 15CrMoV 表 4 15CrMoV 的力學性能 常州機電職業(yè)技術學院 10 第 10 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 鋼號 板厚 ∕ mm 狀態(tài) σS∕MPa σb∕ MPa δ5∕ % 室溫沖擊功 ∕ (AKV∕ J) 15CrMoV 38～ 60 正火 ≥285 490～ 620 ≥19 ≥27（橫向） 焊接性分析 根據(jù)國際焊接學會 （ IIW） 所采用的碳當量 （ CE） 計算公式： 5156 VMoCrCuNiMnCCE ??????? （ %） （ 11） 將 15CrMoV 所含化學成分的相應數(shù)值代入上式，計算其碳當量。通過計算得出 ， 15CrMoV 的碳當量 CE=%～ %。 當 CE=%～ %，鋼的淬硬傾向逐漸增加 [8]，所以 16MnR 屬于有淬硬傾向的鋼。但是，當 CE 不超過 %時，淬硬傾向尚不嚴重，焊接性較好，但隨板厚增加需要采取一定的預熱措施。 400m3球罐的球殼板厚為 48mm，所以在焊接前，為避免出現(xiàn)裂紋，應對其進行預熱，預熱溫度為 120～ 140℃ 。 焊接方法與焊接材料 焊接方法為焊條電弧焊。 焊接材料如下：球殼板主體焊接采用 E5015 焊條，球罐附件焊接采用 E4303焊條，關于焊條的具體要求見表 4。 表 5 焊接材料表 母材 焊條∕規(guī)格 烘干 溫度∕時間 球殼板 16MnR E5015∕ 350～ 380℃ ∕ 1h 梯子、平臺 Q235–A E4303∕ 100～ 150℃ ∕ 常州機電職業(yè)技術學院 11 第 11 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 第三章 400m3 15CrMoV 球罐材料成形與裝配 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)中的重點與難點。 400m3球罐生 產(chǎn)工藝流程見圖。 備 料材料復驗、入庫鋼材預處理球殼板的成形球罐的組裝球罐的焊接無損檢測熱處理水壓試驗去銹、涂裝氣壓試驗驗收、交貨一次號料一次下料二次號料二次下料檢 查球殼板的壓制極板的開孔組裝各種管口的組裝赤道帶與支柱上部組裝其它附件組裝整球組裝 修 形 圖 2 球罐生產(chǎn)工藝流程 常州機電職業(yè)技術學院 12 第 12 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 球殼板的備料工藝 備料 根據(jù)設計圖紙，對每塊球殼板用計算機放大樣，根據(jù)放樣后的實樣，提出球殼板的備料計劃，要求備料球殼板的同時，要考慮到球罐焊接產(chǎn)品的試板用量，需復驗的材質(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，并且應盡量節(jié)省材料。球殼板的備料除外形尺寸必須準確無誤外，同時要求各項技術參數(shù)必須寫清楚，以便購料。對于球罐附件的備料，要求各項技術參數(shù)，參照技術標準 ，相關圖紙?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 6 球殼板的規(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 15CrMoV 48 2 正火 極帶側板 15CrMoV 48 4 正火 極帶圍板 15CrMoV 48 8 正火 赤道帶板 15CrMoV 48 12 正火 對于球罐的一些標準附件，如開口銷、墊圈等，在選購時，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，所以要求準備足夠的 E5015 焊條，并按要求做好焊前準備及處理。 材料的復驗、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技術標準進行原材料的復驗或外購件的進廠檢驗，確保原材料的各項性能指標符合要求后方可使用。 對球殼用鋼板的具體要求如下：鋼板幾何尺寸必須符合計劃要求，每塊球殼板均不得拼接，球殼板的材質(zhì) 為 15CrMoV（化學成分測定和力學性能試驗 有問題 ），并要求在正火狀態(tài)下供貨， 厚 度保證 48mm，鋼板減薄量不得大于 ，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)下逐張進行超聲波檢測，按 JB4730－ 94《壓力容器無損檢測》規(guī)定 Ⅲ 級為合格，并須在 19℃做 V 型缺口試驗，沖擊功不小于 20J。 當材料經(jīng)檢驗合格后，存入倉庫，并做好標記，妥善保管。 常州機電職業(yè)技術學院 13 第 13 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 板材的預處理 板材的預處理包括鋼板的矯平和鋼板的表面除銹兩個方面。 1) 鋼板矯平 鋼板在軋制、運輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支撐不當、或裝卸條件不良及其他原因，可能會產(chǎn)生彎曲、扭曲、波浪及表面不平等變形。當這些變形超過一定程度時，會給尺寸的度量、劃線、剪裁及其他加工帶來困 難，而且會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、焊接和整個產(chǎn)品的質(zhì)量 [5]。所以，劃線、下料前必須進行鋼板的矯平。 由于 400m3球罐制造所用鋼板厚度較厚，所以選用 4200 9 輥式中厚板矯平機進行矯平。其矯平 原理如圖 3 所示 ，使板料通過矯平機上的上下兩列輥子之間，在輥子壓力的作用下，受到多次反復彎曲，整個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到矯平目的。 360340320 圖 3 42009 輥式中厚板矯平機 原理圖 2) 鋼板表面除銹 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動砂粒沖擊工件表面，打落鐵銹，使金屬表面形成均勻而較光潔的表面，并進一步釋放在鋼板中的殘余應力。鋼材經(jīng)此清理，并經(jīng)噴涂保護底漆，烘干處理等工序后，既可保護鋼材在生產(chǎn)或使用過程中不再生銹，又不影響機械加工和焊接質(zhì)量。 常州機電職業(yè)技術學院 14 第 14 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 鋼板表面除銹選用 GYX－ 3M 型鋼材預 處理裝置。 其技術特性參數(shù)見表 6。 該裝置進行鋼材預處理的具體工藝過程為：電磁吊上料 → 輥道輸送 → 預熱（ 40～50℃ ） → 噴丸除銹 → 清理丸料 → 自動噴漆 → 烘干（ 60～ 70℃ ） → 軌道輸送出料。 表 7 GYX3M 型鋼材預處理裝置技術數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 鋼板 預處理規(guī)格 /mm 寬 1000～ 3000，厚 6～ 600，長 2400～ 12020 軌道最大載荷 2t/m 焊件輸送速度 v/ v=～ 4，無級調(diào)速 年處理量 /t 20200～ 40000 除銹等級 SISO5 5900Sa2 1/2（ A,B） 涂 膜等級 /μm 15～ 25 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和以后組裝的方便，須根據(jù)設計圖紙繪制球殼板的排板圖，并計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、鋼板編號及帶號都應分別記錄在各自的工藝卡上。 常州機電職業(yè)技術學院 15 第 15 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 圖 球殼板的幾何尺寸 示意圖 (a) 極帶中間板 (b) 極帶側板 (c) 極帶圍板 (d) 赤道帶板 下料前，應逐張核對鋼板的爐批號及編號，然后將其標記移植到球殼板的指定位置，并經(jīng)檢查人員檢查確認無誤后方可下料，同時將檢查結果準確記錄在工藝卡上。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)時間、作業(yè)人員、施工過程中的自檢、互檢、專檢的確認以及施工過程中停止點的見證檢驗等。 樣板的制作 根據(jù)設計圖紙排板圖中球殼板的幾何尺寸（圖 4）， 對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計圖紙的要求。劃線樣 板采用常州機電職業(yè)技術學院 16 第 16 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 厚的鍍鋅薄鋼板制作， 要求有一定的 強度，不易變形。圖 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。 把手鉚釘 圖 5 赤道帶 劃線樣板示意圖 圖 6 內(nèi)卡樣板示意圖 此外，每類球殼板還應各做一套內(nèi)卡樣板，用于檢查球殼板的曲率精度。內(nèi)卡樣板采用 厚的鍍鋅薄鋼板制作，要求有一定的 強度，不易變形，易攜帶。內(nèi)卡樣板示意圖見圖 6。 一次號料與下料 因為球殼為雙曲面，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，在壓制成形后再進行二次切割 [5]。 一次號料時，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上，再向外四周分別擴展 150mm,打上下料線。號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）。 基準中心線凈尺線檢查線 圖 7 檢查線位置示意圖 利用小車式直線氣割機（半自動切割機）按照鋼板毛坯上的下料線進行切割，若條件允許，且所切球殼板尺寸對稱，可采用兩臺半自動 切割機分別沿球殼板兩側同時切割。一次下料前必須經(jīng)自檢、互檢、專檢三方確認后才能進行施工，并備有記錄。 常州機電職業(yè)技術學院 17 第 17 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 球殼板的壓形 將 一次切割后 的球殼板用 2020 噸油壓機進行壓形， 2020 噸油壓機的技術參數(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，應緩慢壓至所規(guī)定的曲率嚴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。當球殼板弦長在2020mm 以上時，檢查樣板弦 長不得小于 2020mm，當球殼板弦長小于 2020mm 時，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），球殼板成形后的實測厚度不得小于 。 表 8 2020 噸油壓機技術參數(shù) 液壓系統(tǒng)最高工作壓力 快速下行速度 100mm/s 公稱壓力 2020 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 樣板弦長 樣板 樣板樣板弦長 圖 9 球殼板曲率允許