5层包扎压力容器包扎焊接制造工艺改进
多层包扎压力容器包扎焊接制造工艺改进
何庆中１，袁宏远２
（１．四川理工学院机电工程系，四川自贡６４３０００；２．自贡大业高压容器制造有限公司，四川自贡６４３０００）
摘要：提出了液压包扎技术与焊接技术相互融合的压力容器生产制造工艺方法，经过生产制造过程的使用验证，在一定程度上提高了压力容器的生产质量，同时，大大降低了生产原材料的消耗，提高了压力容器的生产效率，降低了工人的劳动强度和生产制造成本，经济效益非常显著。主要创新点是在不同生产制造技术的相互融合所形成的新的生产制造工艺方法的研究和应用。可供从事压力容器生产制造技术研究和应用的工程技术人员参考。
关键词：压力容器；生产制造工艺改进；多技术融合工艺方法
中图分类号：ＴＧ４５７．５文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—４８３７（２００８）１０—００４５—０４
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇ；ｉｎｏｓｃｕｌａｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎｅａｎｏｔｈｅｒ
随着压力容器安全技术规范的提高，压力容器
生产制造技术的不断完善，特别是简体多层包扎技
术的研究与发展，筒接技术的不断改进，以及液压多
层包扎技术的应用，使传统的多节简体焊接结构工基金项目：四川省经济委员会重点技术创新项目（０２ＸＭｌ２４／０２ＺＧｌ２４）艺已向多层包扎技术与焊接制造工艺相互融合的压力容器生产技术研究与应用方面发展。文中针对传统多节筒体焊接结构工艺的特点人手，在液压多层包扎技术的基础上，提出了压力容器包扎焊接结构
?４５?
多层包扎压力容器包扎焊接制造工艺改进Ｖｏｌ２５．ＮｏｌＯ２００８
工艺改进的研究课题，包括简体焊接结构工艺和被焊接简体与端面封头之间的焊接结构工艺改进，并对改进后的焊接结构工艺进行了应力（强度）和应变（变形）分析计算和评价¨。］。该包扎焊接结构工艺改进方法应用于某压力容器生产企业的容器制造，使该企业所生产的压力容器综合性能和生产效率得到一定的提高，生产制造成本大大降低，获得了较大的经济效益。
ｌ多节简体焊接结构工艺的特点
传统的多节简体焊接结构工艺是将事先生产制造的筒节简体，包括多层包扎的筒体、封头和球封等，再车削加工筒节焊接剖口，采用筒接焊接结构工艺技术生产压力容器，这种焊接结构工艺方法具有下述特点。
１．１焊接结构设计
常用的筒接焊接结构如图１所示。④＠＠
简体与封头简体与简体筒体与球封
焊接结构焊接结构焊接结构
图１筒接焊接结构
１．２焊接结构与焊接工艺特点
从图１可得出，多节筒体焊接结构具有焊前机械加工焊接结构工序，机械加工工作量皎大；焊接剖口深而大，需容纳的焊接填充金属量及焊条消耗量也大；因此无法实施一次焊接成型，需多层次焊接过程才能完成一次筒节的焊接，并且还存在大量的焊接辅助工序；焊接劳动强度大，且焊接工时多，焊接效率低；容易产生焊接应力集中现象和焊接熔池缺陷（夹渣、气孑Ｌ等），焊后焊缝应进行必要探伤处理。１．３对压力容器焊接质量的影响
焊接应力集中现象比较突出，又由于压力容器体积庞大，无法进行去焊接应力处理，因而在焊接区存在一定的焊接应力集中缺陷和焊接熔池缺陷（夹渣、气孔等），影响产品质量。
２多层包扎技术与焊接过程相互融合的焊接结构制造工艺改进
压力容器液压多层包扎技术与传统的钢丝绳包扎技术相比，除了在筒体包扎过程中，可形成一定的预紧力，筒体质量有所提高外，还对压力容器的生产制造工艺，特别是为包扎制造工艺与焊接制造工艺过程相互融合的实现，形成新的具有一定创新性的压力容器生产制造工艺技术方法创造了条件。２．１新的压力容器生产制造工艺过程
在基体简体基础上，采用液压包扎设备，每包扎一层简体，便在液压包扎力未释放前，进行简体轴向焊缝和环向（筒接）焊缝的焊接，以及与封头和球封进行环向焊缝的焊接，直到该层包扎达到压力容器设计的长度要求；再包扎焊接下一层简体时，使容器焊接的轴向焊缝和环向（筒接）焊缝与上一层包扎焊接的焊缝相互错开，即错层焊接生产技术；如此实施包扎一焊接一包扎－＋……的液压包扎技术与焊接结构工艺技术相互融合的压力容器生产制造技术的应用，直到最后一层包扎筒体生产制造完成为止。
压力容器的焊缝布置安排与结构改进见图２。
图２焊缝布置安排与结构改进
２．２焊缝结构改进与布局
各层筒接焊缝采用对接焊缝结构，层间焊缝相互错位布局；每层筒接钢板与封头、球封焊接结构采用Ｖ字型焊接结构，并按阶梯形布局，如图２所示。２．３包扎焊接工艺技术的特点
（１）无大而深焊缝存在，有效地避免了焊接应
第２５卷第１０期压力容器总第１９１期
力集中缺陷的存在，在一定程度上提高了压力容器
的生产质量。
（２）焊接熔池体积总量减小（减少７０％一８０％
左右），焊条消耗量和焊接工艺过程消耗显著降低，
同时焊接劳动强度、焊接工时也得到了降低。
（３）筒体之间的对接焊缝结构的保障，无焊接
前的预机械加工工序，有效地节省了包扎容器材料
的消耗（无车削量消耗存在）和工序间的运输消耗，
提高了生产效率、降低了生产制造成本。
（４）包扎过程不受压力容器结构尺寸的限制
（长度和直径），拓宽了压力容器的生产制造工艺范
围和能力，易于推广应用。
（５）在一定程度上减少了焊缝熔池焊接缺陷的产生，如：夹渣、气孔等。
（６）可减低和减少焊后探伤处理的要求和工艺过程，以及成本消耗。
（７）易于保证压力容器实现预紧。
２．４压力容器生产质量的分析计算
由于对焊接筒体与封头、球封的焊接结构进行了较大改进，其焊接部位的强度应力是否达到规定的要求，应用有限元分析计算方法，建立数学模型，在压力容器工况条件下，分析计算其焊接部位的应力应变。下面以ＤⅣ１０００型压力容器为例，有限元分析计算结果见图３，４。
图３封头焊接局部应力
从图３，４中可得出，简体与端面封头应力在７１．１－９９．０ＭＰａ之间，筒体与球形封头应力在５８．１—７９．４ＭＰａ之间，表明由改进后的焊接结构所生产制造的该压力容器在焊接部位的应力强度，达到了压力容器生产制造ＨＧ３１２９～１９９８旧。规定的要求，是安全可靠的。
图４球形封头焊接局部应力
３包扎焊接结构工艺技术改进的主要特点分析
某高压容器制造企业，采用错层（环向和径向）液压包扎技术与焊接制造工艺过程相互融合的改进压力容器生产制造工艺方法，分别生产制造了ＤＮｌ０００型和ＤＮｌ２００型压力容器各一套。经水压验收试验，检测筒体周长变化量，在３１．５ＭＰａ工作压力时，周长仅增加１ｍｍ；４０ＭＰａ安全压力时，周长仅增加３ｍｉｌｌ。与传统技术生产的压力容器水压验收试验周长变化量相比，减少量较大；其验收综合技术指标明显提高，并达到了压力容器生产制造ＨＧ３１２９—１９９８Ｌ２１和ＡＳＭＥ压力容器建造规则（ｕＬｗ一７７，ｕＬｗ一７８）”１的要求。现已交付使用，该包扎焊接结构工艺技术改进具有下述特点。３．１工艺改进的创新技术
工艺改进的创新技术主要体现在液压包扎技术与焊接工艺技术相互融合所形成的压力容器生产制造新技术，为压力容器生产的技术进步和革新打下了坚实的基础。
３．２压力容器生产质量有所提高
由于焊接工艺结构和工艺过程的改进，压力容器生产制造新技术的应用，避免了大而深的焊缝存在，焊接应力集中现象和焊接熔池缺陷显著降低，产品质量得到了提高。
３．３焊接填充材料（焊条）消耗显著降低
改进后的错层焊接结构与传统筒接焊接结构相比较，焊接填充材料（焊条）的｝肖耗，在筒接焊缝处前者仅占后者的１８％，在封头、球封焊缝处前者也仅占后者的２３％。因此，焊接填充材料消耗量的降低非常显著。
．４７．
ＣＰＶＴ多层包扎压力容器包扎焊接制造工艺改进Ｖｏｌ２５．Ｎｏｌ０２００８
３．４降低了压力容器材料的消耗和预加工费用由于改进后的焊接工艺，不需要预先车削加工大而深的焊接剖１：１，因而无容器钢材料的切削消耗，大大降低了预加工材料消耗和加工费用。
３．５生产效率提高显著，劳动强度降低
由于在筒接焊接前大大减少了预先车削加工大而深的焊接剖口的工序，焊接填充金属材料显著减少，无工序间转运时间，液压包扎工艺的效率高于钢丝绳包扎工艺的效率。因而，压力容器的生产制造效率显著提高。同时，由于焊接工作量的减少，工人的劳动生产强度也得到了降低。
３．６经济效益显著
在焊接工艺结构和焊接工艺过程改进基础上，从液压包扎工艺效率的提高、减少或去除焊前预车削加工大而深的焊接剖口的工序、焊接填充材料消耗和容器钢切削材料消耗的减少、中间辅助工序的降低、压力容器生产制造效率的提高、工人的劳动生产强度的降低等方面来看，压力容器生产制造新技术所带来的降耗、制造成本降低等方面的经济效益非常明显。该企业做过详细的经济效益分析，一年因生产制造成本降低方面所带来的经济效益可达１６０万元以上。
４结语
文中提出的液压包扎技术与焊接技术相互融合所形成的压力容器生产制造工艺方法，经过生产制造过程的使用验证，在一定程度上提高了压力容器的生产质量；同时，大大降低了生产原材料的消耗，提高了压力容器的生产效率，降低了工人的劳动强度和生产制造成本，经济效益非常显著。主要创新点在不同生产制造技术的相互融合所形成的新的生产制造工艺方法的研究和应用。目前该工艺改进方法已在某压力容器生产制造企业推广应用，可供从事压力容器生产制造技术研究和应用的工程技术人员参考。
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建造规则第一分册（ＵＬＷ一７７，ＵＬＷ一７８）［Ｍ］．北
京：中国石化出版社，２００５．
收稿日期：２００７—１２—２９修稿日期：２００８一０７一１６
作者简介：何庆中（１９６２一），男，教授，硕士，主要从事机械设计、制造及自动化控制系统和装备研究。
（上接第２９页Ｊ
３）ａ＋ｂ≤Ｘ
肘～＝Ｍｃ（口＋ｂ）＝Ｍ６（Ⅱ＋ｂ）
＝石１Ｌ＾２。一砰）一号＾ｉｑａ一号ｇ（口＋６）２
一÷ｑＡ：＋÷ｑ（Ｌ一２Ａ）（ｎ＋６）
＋半Ｃ＋孥（州ｂ）
＋—了一＋ＴＬ口＋）
４．２最大弯矩引起轴向应力计算
附加设备安装在卧式容器上时，其安装部位没有开孔，即没有削弱容器简体的强度。因此，最大弯矩无论是在集中载荷作用截面上或容器圆筒轴向其它截面上，容器内压和容器简体最大轴向弯矩引起的轴向应力计算都采用：ＪＢ／Ｔ４７３１－－２００５《钢制卧式容器》中圆筒最高点处的应力盯。和圆筒最低点处的应力仃：的计算公式。如果安装部位有开孔，最大弯矩出现在集中载荷作用的截面上时，圆筒轴向应力的计算应按照ＪＢ／Ｔ４７３１－－２００５（钢制卧式容器》．４Ｒ．附录Ａ提供的方法，用Ｋｍ和ＫＩ．修正。
压力试验工况下的最大弯矩计算过程和操作工况的计算过程一致，只需将算式中操作工况下的均布载荷ｑ用试验工况下的均布载荷ｇ７代替。
参考文献：
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［５］工程力学课件梁的弯曲［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｅｔａｏｄａｘｕｅ．ＣＯＩＩｉ：８０８０／…／．
收稿日期：２００８—０２—１８修稿日期：２００８—０９一Ｏｌ
作者简介：李若兰（１９５７一），女，高级工程师，从事制冷设备、制冷压力容器设计开发工作。
多层包扎压力容器包扎焊接制造工艺改进
作者：何庆中， 袁宏远， HE Qing-zhong， YUAN Hong-yuan
作者单位：何庆中,HE Qing-zhong(四川理工学院,机电工程系,四川,自贡,643000)， 袁宏远,YUAN Hong-yuan(自贡大业高压容器制造有限公司,四川,自贡,643000)
刊名：
压力容器
英文刊名：PRESSURE VESSEL TECHNOLOGY
年，卷(期)：2008，25(10)
引用次数：0次
参考文献(3条)
1.刘鸿文材料力学 1981
2.HG 3129-1998.整体多层夹紧式高压容器
3.ASME锅炉及压力容器委员会压力容器分委会.中国
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