小直径厚壁球形容器的制造技术分析

小直径厚壁球形容器的制造技术分析

付红栓 李赵

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

摘要：在进行厚壁球形容器焊接制造的过程中，通常会遇到容器内部的直径长度不够，在焊接时，焊工无法自如地在容器内部进行焊接工作，施展空间较小，无法完成焊接操作。此时就需要改进焊接制造的工艺方法，对工艺方案进行优化，使焊工能够在小直径厚壁球形容器中进行焊接操作，既能够保证焊接质量，又能够加快焊接速率，不耽误整体工作时间。对此，本文将基于焊接制造的难点，进行工艺选择，使小直径厚壁球形容器焊接工艺得以完善并顺利投入使用。

关键词：小直径; 厚壁; 球形容器; 焊接; 制造;

0 引言

焊缝的焊接质量，直接关系到压力容器在使用过程中的安全性，如果焊缝质量较低，会极大增加压力容器的危险系数。因此，在压力容器设计与制造的过程中，就需要考虑到根据压力高低、介质特性、是否低温以及交变载荷与疲劳破坏等问题，进而选择更为合适的焊接结构，在此期间，全熔透结构使用频率最高。在焊接时，焊缝表面应平滑、没有裂痕、气孔、弧坑、咬边等情况，还需要保证焊接透彻，不夹杂灰渣杂质，角焊缝处也应该焊接圆滑。

焊接接缝处如若表面存在裂痕，会在球形容器工作的过程当中逐渐扩展，进而出现断裂的现象。而如果在焊接时，焊缝处未焊接透彻，也会出现焊缝开裂的问题。当焊接处存在气孔或灰渣杂质的时候，焊缝处的强度会大大下降。因此，在焊接过程中，焊接质量是极为重要的，需要严格把控各个细节，降低应力的集中度，从而降低疲劳破坏的情况的发生。

而在小直径厚壁球形容器焊接的过程当中，由于焊接操作空间较小，焊缝的情况不容易把控。因此，在焊接接管与壳体角时，应该采取焊缝采用氩弧焊打底、焊条电弧焊填充和盖面的焊接工艺，从而达到通过单面焊接的方式，形成双面焊接成型的效果。并将焊缝背面形成的焊瘤及焊缝余高切除下去，进而提高容器的焊接美观程度与焊接质量。

1 设备结构参数及制造难点

在对球形容器进行焊接制造工艺设计时，需要考虑到容器在运转过程中所承受的交变载荷的作用，从而考虑能否在球形容器表面留下焊缝焊接痕迹。一般情况下，需要将焊接过程中产生的焊瘤与焊缝余高切除处理，从而降低应力集中的情况。如若厚壁球形容器的内径为750mm，厚度为70mm，同时还有接管存在，则在焊接时，球体容器内部空间极为闭塞，在内部进行焊接不具备充分条件。此时，在容器的对接焊接处与接管角焊接处，双面焊接的方式无法有效进行。而焊接必须保证焊接质量，焊缝余高也要清除干净。在焊接完成后，在对容器内部焊缝进行表面检查与补焊修磨，也因空间有限而很难完成操作，进而导致焊接处表面质量不容易把控。

2 制造工艺方案的选择

球形容器本身是将两块钢板压制成为750mm内径的两个半球型的封头，而后将两个封头拼接成一个球形容器，焊接而成。由此，根据容器的形体特征与接管位置，躲避开接管与球形容器之间的拼接缝隙，利用应该采取焊缝采用氩弧焊打底、焊条电弧焊填充和盖面的焊接工艺，对接管与容器的角进行焊接工作。此外，焊接时，需要预留出一个接管口，以方便对容器内部的焊接情况进行检查。而后，在两个半球型封头对接处，需要将两者之间的点焊点清楚掉，并对坡口点焊处进行打磨。仔细检查接管与容器之间的焊缝，并对其进行磁粉检测、超声检测，对需要补焊与打磨出进行精细加工，确保焊面平整无瑕。

在将接管与容器焊接成功后，将两块半球型的封头进行焊接，以预留的接管口对内部情况进行探视，如若存在壳体环缝内、外表面的飞溅及焊瘤的情况，需要及时处理，并以射线检测与超声检测的方式对其进行妥善的质量检查。在进行预留接管焊接时，需要着重注意是否焊接透彻，以内窥镜观察焊接后的焊缝效果。同时，以机加工的形式将焊缝焊瘤和余高进行清理，进而对其进行无损检测。焊接完毕后，对小直径厚壁球形容器进行消应力热处理与水压试验，对耐压情况进行检测。随后以超声检测的方式，对容器表面进行全面检查，检查合格后，对其进行后续的除锈、喷漆工作。

3 焊接工艺的制定

在对厚壁球形容器进行焊接的过程中，如若球体容器的直径较大，且有可用来观测焊接质量的孔，则在接管与容器角之间的焊缝，采取双面焊接方式，能够更加保证焊接效果与焊接质量。但如若球形容器的直径较小，使焊接操作空间较小，无法从容器内部进行焊接工作。此时，采取单面焊接双面成型的焊接结构更为合适，例如例如氩弧焊打底或带垫板的坡口等形式，在此情况极为适用。在对预留接管口进行焊接时，利用角接焊缝采用氩弧焊打底、手工电弧焊填充和盖面的方式进行焊接，能够达到预期效果。封头对接焊接标准与接管和角的焊接标准参照表内数据。

4 焊接质量的控制和检测

在对封头进行制造的过程当中，为降低焊接时接缝的错边程度，封头的椭圆度不能够超过2mm，错边量也应保持在3mm以内。以机加工方式进行封头坡孔和接管孔坡口的处理，能够使坡口表面平整干净，为焊接提供良好的工作环境。在焊接前，需要对坡口及两侧200mm以内的位置进行杂质清除，氧化皮、油污、熔渣等也需要予以清除。同时，对该范围内进行提前预热，温度需要高于100℃。在焊接过程中，通过测温枪进行焊缝的温度测量，使温度维持在100-250℃之间，并控制好焊接的速度与电流大小。焊接完毕后，对其进行检查，对缺陷之处进行补焊，随后对其进行620℃的焊后消应力热处理。最后对其按照国家标准进行质量检测。

5 小直径接管角焊缝机加工的实现

小直径接管角焊缝机加工，可以通过L型车刀完成接管角焊缝焊瘤与焊缝余高的清除。对需要切除的位置进行提前标记，将车刀通过接管口探入容器内部，将车刀调整到合适位置，以内窥镜确定清楚位置，再进行清除工作，在此过程中需要保证焊缝表面与容器内部母材平整。

6 结束语

综上所述，球形容器是以两个半球形的封头焊接而成，调整焊接工艺，以保障接缝错边量最低。在焊接前，做好清理与预热工作，在焊接过程中也要控制好焊接位置的温度，随后对其进行焊后热应处理，并将焊瘤与余高清除干净，从而保障容器质量。

参考文献：

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[3]刘小宁,刘岑,张红卫,刘兵,袁小会,杨帆.薄壁球形容器爆破压力计算公式精度研究[J].压力容器. 2016(03)