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河南神州重型封头有限公司,始建于1973年,隶属于河南心连心化工集团有限公司,是河南省最早取得锅炉、压力容器封头生产许可证的专业企业。

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提高压力容器制造水平的一项重要改进  

2013-03-15 09:26:51|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1. 实现筒体和封头同步加工,缩短容器生产周期
                                  
    摘 要:本文就改变用封头周长定筒体下料尺寸的旧工艺,实现筒体和封头同步加工,从而缩短容器生产周期,对当前容器制造业的重要的现实意义;实现同步加工应具 备的条件和要求;同时对照新制订的《钢制压力容器用封头》标准(JB4746-2001报批稿)中的有关规定,进行了分析和评述。
 
1. 问题的提出
   
以前压力容器的生产流程为:外协加工毛边封头,切毛边、加工坡口、测量直边段外圆周长后,筒体下料卷圆,封头和筒体组装。
分析上述流程可知:一、封头厂只提供端部不切边的毛边封头;二、实测封头外圆周长后“才敢”筒体下料制作,两者不能同步加工,以保证封头和筒体组装的错边 量不超差。其原因是封头的加工技术落后,成形质量差,不能按要求保证封头的尺寸精度。这就延长了容器的生产周期,是我国容器生产技术与国际水平存在的差距 之一。
    如何创造必要的条件,满足筒体和封头同步加工的要求,以缩短生产周期,适应我国加入WTO后面临的挑战,缩小与国际水平的差距,是我国容器界封头行业努力解决的课题之一,具有明显的经济价值和现实意义,其关键是必须提高我国的封头制造质量。
    近年来,由于宜兴北海封头有限公司引进了日本北海的封头制造技术,使我国的封头制造向专业化发展,按严于国家标准的内控质量标准组织生产,极大地提高了我国的封头质量,保证了尺寸精度,为筒体和封头同步加工创造了必要的条件。
    为了适应技术进步和生产发展的需要和可能,由全国压力容器标准化委员会制造分委员会制订的《钢制压力容器用封头》标准(以下简称《新封头标准》)中的有关技术要求,就是以筒体和封头可同步加工这一基点提出的。
    现根据筒体和封头同步加工应具备的条件,并对照《新封头标准》的技术要求进行分析。
2. 封头和筒体组装的基本要求
    2.1 对口错边量b应按GB150—1998表10-1中B类接头的要求执行。
表1 焊接接头对口 错边量mm

对口处钢材厚度δS 按焊接接头类别划分对口错边量b
A B
≤12 ≤1/4δS ≤1/4δS
>12 ≤3 ≤1/4δS
>20~40 ≤3 ≤5
>40~50 ≤3 ≤1/8δS
>50 ≤1/16δS,且≤10 ≤1/8δS,且≤20

    2.2 对口棱角度E不得大于(δs/10+2)mm,且不大于5mm
    2.3《容规》规定:不得进行强制组装。
    上述要求的2.2款,由《新封头标准》中对直边倾斜度的限制加以保证,与筒体和封头同步加工的关系不大。对2.3款的要求,只要封头和筒体的尺寸精度(含量大、最小直径差)符合标准就可控制。故保证错边量是实现筒体、封头同步加工的关键。现就此作进一步分析。
3. 满足错边量要求应具备的条件
    3.1订购封头时须明确封头和筒体的对准基准
    如图1所示,封头和筒体的组装是由封头的直边段与筒体组成的对接接头。由于封头成形时直边段为增厚区,实测的直边厚度δ’将大于投料的钢材厚度δs。因此,封头实际的外圆平均直径DO’和外圆周长L’,应按下式计算:
    DO’=Di’+2δ’mm
    L’=π(Di’+2δ’)mm
    式中Di’为实测平均内直径mm
图1 筒体和封头的对准基准
                                    A内径对准             B外圆对准
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    由 于δ’是与封头的材质、形状、板厚、成形方法、工艺和操作技能等多种因素有关的不定值。因此,即使封头和筒体的内径Di、钢材厚度δs均相等,而两者的外 径和外周长并不相等。所以封头和筒体组装时,内径和外圆不可能同时对准,只能根据容器的生产工艺,确定以外圆对准(控制封头的外圆周长公差,相当于日本 JISB8247标准中的A种封头),或者以内径对准(控制封头的内径公差,相当日本标准的B类封头。)因此,新封头标准要求在订购封头时,须明确封头和 筒体的对准基准,并按3.2的要求确定相应的尺寸公差。至于这基准如何选择,由容器生产厂决定。一般按筒体的δs选,如δs≤10mm,以外圆对 准,δs>10mm,以内径对准。
    如果直边厚δ’比筒体厚大于3mm,则应按图2所示对封头直边段的内圆(外圆对准)或外圆(内径对准)作削薄处理。
图2封头直边削薄处理
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    3.2订购封头时应确定内径或者外圆长的公差
    3.2.1为了保证封头和筒体对接接头的错边量b符合GB150的规定,在确定对准基准后,供需双方应进一步确定内径或外圆长允许的公差,作为双方生产过程质量控制的依据。也就是说封头厂必须严格按商定的公差交货。
    3.2.2 商定的封头内径或外圆周长公差,应不大于允许错边量的一半,即<1/2b。另外的1/2b,应作为制作筒体的公差。如果封头和筒体都按此公差加工, 则具有最大偏差的封头与具有最小偏差的筒体组装,(或反之),将产生最大的错边量bmax等于封头和筒体最大偏差之和。
    即:bmax=(<1/2b+<1/2b)<b,如图3所示。
图3 对接错边量示意图
                      
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    按内径公差小于<1/2b的要求,所得的内径和外周长的允许公差,由封头的钢材厚度δs决定。列于表2
表2 按δs和规定的错边量确定封头应控制的内径或周长公差

对口处钢
材厚度δs
B类接头对口错边量 封头或筒体的公差
内径公差 外圆周长公差
b 1/2b 新封头标
准规定
应控制
的公差
新封头标
准规定
应控制
的公差
3 1/4δs 0.75 0.375 -1.5~+1.5 ±0.75 -4~+4 ±2.4
4 1/4δs 1 0.5 -2~+2 ±1 -6~+6 ±3
6 1/4δs 1.5 0.75 -3~+3 ±1.5 -9~+9 ±4.7
8 1/4δs 2 1.0 -3~+3 ±2 -9~+9 ±6
10 1/4δs 2.5 1.25 -3~+4 ±2.5 -9~+12 ±7.8
12 1/4δs 3 1.5 -3~+4 ±3 -9~+12 ±9
>12~20 1/4δs 3~5 1.5~2.5 -3~+4 ±3~±5 -9~+12 ±9~15.7
>20~40 ≤5 2.5 -4~+6 ±5 -12~+18 ±15.7
>40~50 1/8δs,5~6.25 2.5~3.175 -4~+6 ±5~±6.25 -12~+18 ±15.7~19.6


    3.2.3 从表2可见,除δs≤12mm,应控制的内径或外周长的公差小于新封头标准外,其余厚度的公差,一般都大于标准要求。因此,对δs>12mm的封 头,如按新封头标准规定的公差交货,大都可满足筒体和封头同步加工的要求。
    3.3 封头厂应严格按商定的公差交货
严格按商定的公差交货这是筒体和封头能否同步加工的关键。为此,封头厂应做到以下几点:
    3.3.1 封头生产过程应严格控制公差,采用合适的工艺,进行认真的检查。
    3.3.2 必须进行正确的测量,保证测量结果的准确性。为此,新封头标准规定,应将封头的毛边切除后才能交货。其目的是对封头的内径、厚度、外周长等检测时,以封头 端面作为测量基准,使所测结果准确有效。这不仅是封头制造厂控制产品质量的需要,也是用户进行验收测量的基准。
    3.3.3 封头产生厂应具有尺寸和形状修正的设备和技术
    生产中难免出现尺寸超差,必须进行修正,达到公差要求后才能向用户交货。例如热冲压封头的尺寸超差,可用旋压法进行收口或扩口的修正。因此,封头厂应有多种成形设备和修正设备,才能实现筒体和封头同步加工的承诺。
4. 结论
    4.1 筒体和封头同步加工可缩短容器的生产周期,是容器生产水平提高和制造技术发展的必然趋势。具有明显的经济价值和现实意义。
    4.2 但是,必须满足相应的条件和要求,否则难以实现。新封头标准能以此为基点规定了相应的技术要求,体现了新封头标准的先进性,缩短了我国封头质量和国际水平 的差距。

2.表面粗糙度对照表
                                                                            μm

120# 3.2 400# 0.6
150# 2.6 500# 0.5
200# 1.6 600# 0.4
250# 1.2 700# 0.3
300# 1.0 800# 0.2
320# 0.8  


3.关于封头焊接试板
                                          关于封头焊接试板
    国家质量技术监督局
    (2000)质技监锅便字第3049号
  
    1、一般情况下,“材料性能优于被代用材料”包含“以厚代薄”,特殊情形则不成立,具体情况应具体分析,不能一概而论,应由设计人员决定。
    2、电加热板加保温层的方式不能代替炉内热处理,应按《压力容器安全技术监察规程》第73条严格执行。
    3、“同牌号、同钢号”必须是相同材料,不能理解为“同组别号”。
    4、如过去办理过批准手续,可不在重新办理,否则,应补办。
    5、指地、市级。
    6、理解正确。但“检验周期”应参照132条确定,最长不得超过安全等级为3级的压力容器的检验周期。
    7、“容器类型”应为“容器类别”。
    8、封头不另做焊接试板。热旋压封头如加热温度达到或超过规定的热处理温度,可不做热处理。冷旋压封头可随压力容器一同进行热处理。
3.封头设计中考虑工艺减薄量的必要性

摘要:通过对GB150-1998和JB/T4746-2002标准的对比分析,提出在设计中考虑工艺减薄量,并以封头名义厚度减去加工工艺减薄量之差或 设计厚度(δ+C2)作为封头成性厚度的,最小值。
关键词:封头;减薄量;最小厚度
中图分类号:TQ050.2;TQ051.3 文献标识码:1001-4837(2003)06-0027-02
 
1. 前言
    压 力容器制造单位经常遇到这样的问题,由于设计单位在图纸上没有注明封头最小厚度要求,仅注名义厚度,根据GB150-1998《钢制压力容器》第 10.2.1条"根据制造工艺确定加工余量,以确保凸形封头和热卷筒节成形的厚度不小于该部件的名义厚度减去钢板负偏差。。。。。。"。制造单位为了满足 这一要求,必须在名义厚度δn加上减薄量C3,一般常规做法是加上2mm才能达到这一要求,壁厚增加而引起重量增加,有时还会因厚度增加而导致许用应力的 跳档等,这并不能在图纸上得到体现,而设备造价往往是根据吨位价来定的,一般用户都不愿承担这一附加的重量,故有必要在设计时即考虑工艺减薄量。
2. GB150-1998对封头厚度的定义
    (1) 根据GB150-1998规定,封头各种厚度间关系如图1所示。
    从图1可看出,GB150-1998要求凸形封头和热卷圆筒的成形厚度不小于该不见的名义厚度减去钢板负偏差,即成形最小厚度为:δn-C1。由此导致设 计和制造两次在设计厚度的基础上增加厚度以保证成形厚度,且量词增加值(△1+△2)没有在设计计算中得到充分体现,因此有必要在图纸中提出最小厚度要 求,即设计者应在图纸上分别标注名义厚度和最小成形厚度,这样制造单位可根据制造工艺和原设计的设计圆整量确定是否增加制造减薄量。
    (2) 最小成形厚度是指计算厚度与标准所规定的元件最小厚度之大值加上腐蚀裕量得到的厚度。图样中应同时标明名义厚度与最小成形厚度(加括号)。
    (3) 关于封头上开孔补强计算,GB150-1998式(8-11):
    A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)
    式中,A1为壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积;δe=δn-(C1+C2)。
    在 设计中,若直接以图纸上标注名义厚度进行计算,不能反映补强计算的真实情况,有可能造成强度不足;若以设计厚度(δ+C2)为基础进行补强计算,即 δe=δ+C2,则A1=(B-d)C2-2δetC2(1-fr),将造成局部补强面积的增加。因此,有必要确定一个最小厚度,确保封头开孔补强计算满 足强度要求。
3. 设计中考虑减薄量的可操作性
    (1) 随着JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》的实施,根据其中6.3.10规定"对于按规定设计的封头,成形封头实测的最小厚度不得小于封头名 义厚度减去钢板厚度负偏差C1,但当设计土燕标注了封头成形后的最小厚度,可按实测的最小厚度不小于图样标注的最小厚度验收。······",由于标准提 供附录A(资料性附录)《封头成形厚度减薄量》,设计者可参考此表,根据设计厚度来确定减薄量,图样上标注的名义厚度为δ+C1+C2+C3,并向上圆整 至δn,而成形封头实测最小厚度为δmin=δ+C2或δn-C3,这样较好地解决GB150-1998中上述问题。
    (2) 封头设计举例
    容器内径Di=800,计算压力Pc=0.80MPa,[σ]t=170MPa,C1=0,C2=1.5,Φ=1,并在封头上开孔?98×4,求得标准椭圆形封头计算厚度、设计厚度和名义厚度,并进行开孔补强计算。
根据GB150-1998式(7-1):
            PcDi
    δ= ---------------- =1.88mm
        2[σ]tΦ-0.5Pc
    δd=δ+C2=1.88+1.5=3.38mm
    按GB150-1998,δe≥0.15%×800=1.20mm,δd>δe;名义厚度(δd+C1)向上圆整δn=4mm。
    根据GB6654,16MnR板最小厚度δn=6mm,取封头名义厚度δn=6mm。
    若不标注最小厚度,按GB150-1998要求,封头毛坯厚度δs=δn+C3。其中C3=0.78mm,δs=6+0.78向上圆整至8mm,即
δs=8mm,实际成形厚度为6.96>δn,这将造成材料的很大浪费。
    若采用封头最小厚度δmin=δ+C2,或δn-C3,则δmin=1.88+1.5或6-0.78,即δmin=3.38mm或5.22mm,即投料厚度与图纸上标注的名义厚度一致,为δn=6mm。
    封头开孔补强计算:
    δnt=4mm,接管壁厚附加量Ct=C1t+C2(其中C1t=0.5mm),则:
    δet=δnt-Ct=2mm
    di=81mm,[σ]t=130MPa,Φ=1。
              Pcdi       0.8×81
    故δt=------------=-----------=0.25mm
           2[σ]tΦ-Pc  2×130-0.8
    开孔直径d=di+2C2=84mm
    fr=130/179=0.76
    开孔所需补强面积A:
    A=dδ+2δδet(1-fr)=159.7mm2
    有效补强范围B及补强面积Ae:
    B=max(2d,d+2δn+2δnt)=168mm
    h1=min(******,接管实际外伸长度)=18.3mm
    h2=min(******,接管实际内伸长度)=0
    Ae=A1+A2+A3
    其中 A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr),δe=δmin-C2=3.72mm
    即A1=152.8mm2
    A2=2h1(δet-δt)fr+2h2(δet-C2)fr=48.7mm2
    A3=4×4=16mm2
    Ae=A1+A2+A3=217.5mm2>A
    故补强满足要求。
    从以上计算结果可以看出,两种不同的设计要求,使投料厚度有2mm之差,而后一种设计方法更趋于合理。
4. 结语
    (1) 取封头名义厚度减去加工工艺减薄量之差或设计厚度(δ+C2)作为封头成形厚度的最小值,既能保证材料合理经济使用,又能满足开孔补强计算要求,同时又能 保护制造厂家的合法利益。因此,建议设计单位在设计中考虑加工工艺减薄量,在图纸上标注考虑工艺减薄量后封头成形厚度所需的最小值。
    (2)JB/T4746-2002 附录A《封头成形厚度减薄量》是参照日本JIS B8247标准,仅供参考。因封头成形厚度减薄量与封头所用的不同材料、不同规格大小厚薄、不同加工成形方法等有关,不是一个简单的参数。因此最安全、经 济、合理的是设计厚度(δ+C2)作为封头成形后必须保证的最小厚度并和JB4732分析设计标准保持一致。
提高我国压力容器制造水平的一项重要改进---实现筒体和封头同步加工,缩短容器生产周期 - 河南神州重型封头  - 河南神州重型封头有限公司的博客 图1

4.爆炸焊不锈复合钢板封头RT底片波纹状阴影评片的暂行规定
    爆炸焊不锈复合钢板(以下简称复合板) 在加工成封头后经对焊缝RT拍片,经常会在底片中出现一种波纹状的阴影,经大量各种试验研究证实它不是焊缝或热影响区及母材中的” 裂纹” 缺陷,而是爆炸焊波状界经加工变形的显示。
    阴影和裂纹从它们的形状及黑度可进行区分,裂纹最大的特征是两端为尖发性的,且黑度不一,大致可分为两种: 一,线性; 二,撕裂状,在底片上呈面积状。基于复合板的不锈钢复层主要是耐腐蚀的衬里,不计及其强度或刚度和稳定,为此特作以下规定:
    1、 RT底片出现波纹状阴影按JB4733--96标准UT检测满足附录A中的A7条,不作返修处理。如UT发现缺陷波超标则必须返修,返修后用RT拍片检 查,如有波纹状阴影显示仍用UT验证,并辅以PT检查。
    2、 对封头内表面和直边与容器筒体相焊的部位用UT检查,同样满足JB4733--96附录A中的A47条,并出具UT合格报告方可出厂。
    3、 YHC营业担当在承接复合板封头时,应向客户出示本规定,取得客户认可后,并在协议中签名

5.关于封头拼接焊缝位置
   
在 早已废止的JB741--80中曾规定了对封头拼接焊缝位置的限制,其出发点是让拼焊焊缝尽量远离封头冲压时拉伸变形较大的转角过渡区,以免拼接焊缝在较 大变形处被拉坏。多年实践证实,该限制有两点不妥:1、容易造成材料浪费。2、不能确保焊缝变形后的质量,焊缝变形后的质量是否合格应由无损检测结果判 断。据此GB150--89与98都取消了这一位置限制,但要求先拼焊后成形的封头,其拼焊焊缝成形后应进行100%射线或超声检测,其合格级别应与整个 容器一致。JB/T4737-95理应与GB150保持一致,但由于编制者的蔬忽,依然沿用了JB741-80的条款,这是不妥的。全国压力容器标准化技 术委员会已决定停用JB/T4734-95,目前正编制新的封头标准取代它。在目前过渡阶段,封头拼焊焊疑的要求,按GB150执行。
    在关于丁字缝(亦称T字缝) 标准与法规都无禁有和要求,实际上也是不可能禁用的,因为筒体纵,环焊缝的交叉点都是属于丁字缝。

  6.关于不锈钢冷加工封头为什么会有磁性的说明
    常 识所知,不锈钢材料宜用冷成形。但是奥氏体不锈钢是没有磁性,经过冷加工的奥氏体不锈钢却会产生或强或弱的磁性,特别是对封头、弯管、深冲件等加工程度较 大的产品。这是因为常用的奥氏体不锈钢的基本组织大多为亚稳奥氏体,因此被称为亚稳定奥氏体不锈钢。当亚稳定奥氏体不锈钢冷成形时,部分奥氏体会发生马氏 体转变,并与原奥氏体保持共格,以切变方式在极短时间内发生的无扩散相变,称为致生马氏体相变或形变诱导马氏体相变; 不锈钢中马氏体一般有体心立方结构的α’马氏休和密集六方结构的ε马氏体二种形态,其中α’ 马氏体具有磁性,ε马氏体无磁性,但只有镍铬含量较高时,才产生ε马氏体。因此常用不锈钢中的部分组织由奥氏体转变为马氏体时,就会产生磁性。奥氏体的稳 定性由其化学成份决定,加工引起的马氏体化还与加工的激烈程度有关。对象食品等一般用途,磁性不会对使用有影响,因此国内外一些标准都允许存在,对于磁性 的表现形式一当量铁素体含量(铁素体有磁性) ,在美国的ASME标准原子能卷(Ш卷)中,当使用温度<427℃, 允许铁素体含量3%~7%;当使用温度≧427℃,允许铁素体含量≧5%(计算方法为WRC图) 。在我国<机械工程手册>7卷43篇<焊接、切割和胶接>中推荐铁素体含量为4%~12%(估算方法为舍夫勒 (Schaeffler) 相图或德龙(Delong) 焊接组织图) 。对用于接受中子辐射的核设备和特种腐蚀介质等用途时,还是以换用材料或作固溶处理为妥。


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