压力容器制造

压力容器制造2014.4邹志强第一页，共六十二页。第一章概述压力容器的制造是指制造企业从承接制造任务开始到容器产品竣工结束的全过程，包括容器各零部件的冷、热加工以及组装（如成形、焊接、热处理、机械加工等）、检验（形状尺寸检查、产品焊接试板力学性能检验、无损检测等）、实验（焊接工艺评定、耐腐蚀实验、耐压实验、气密性实验等）等方面的内容。第二页，共六十二页。压力容器制造的基本要求1.严格贯彻压力容器制造许可证制度。2.严格执行和遵守各项法规和标准。3.要具有一定的制造能力、实力和基本条件。4.要具有完善的压力容器质量保证体系。以上仅是对压力容器制造所提出的最基本最起码的要求。第三页，共六十二页。压力容器制造的特点1.各零部件分别成形后组装 压力容器的制造是由零部件成形和焊接组装两大部分构成。2.焊接质量对容器的安全运行至关重要 制造过程需经过多种冷热加工方法，这些都会对产品的安全性能有影响，热加工的影响更大， a.焊接质量涉及到三方面：焊接接头的力学性能，焊接接头的各种表面与埋藏缺陷，焊接接头的形状与尺寸要求，焊接接头的各种腐蚀也需要考虑。 b.影响焊接质量的因素 c.焊接接头的检测除了形状与尺寸外观以外，还必须无损检测，金相检验、力学性能试验等。第四页，共六十二页。3.制造全过程的质量控制 a.对压力容器的制造单位实行制造许可证的强制性市场准入制度 b.对涉及制造、质量的各类专业人员，如焊工、无损检测人员、质量保证工程师等实行培训考核后执证上岗制度。 c.对产品设计、材料、制造试验直至竣工出厂的全过程实行制造单位自检，政府机构委托的反町监检，重要设备还要用户委托第三方监检第五页，共六十二页。制造工艺简介----单层卷焊式为例单层卷焊容器制造工艺路线第六页，共六十二页。压力容器设计与制造压力容器设计与制造时两个相互紧密联系的工作阶段，他们的质量优劣都将对产品的质量与安全性产生重大的影响。设计是整个压力容器的质量控制体系中的第一个重要环节，其质量将直接影响到设备的使用性能以及制造的难易、成本与工期，设计中的任何错误，在制造阶段都可能造成差之毫厘失之千里的结果。制造是设计要求在产品上的体现，再优秀的设计如没有可靠地制造技术保证，也无法获得合格的产品第七页，共六十二页。制造对设计的要求1.制造对设计的要求 设计是制造的基础在设计阶段就应考虑制造的工艺性、可检测性，即能否采用可靠、简便易行、低廉的方法制造出来。 a.结构 b.选材 c.技术要求第八页，共六十二页。设计者应该掌握的制造知识压力容器制造全过程涉及多个技术领域，冷热加工成形、焊接、热处理、无损检测等，设计人员不是制造的直接参与者，不要求成为制造方面的专家，但至少应该掌握如下基本知识。1.了解所设计的产品制造的主要工艺过程以及其中对产品质量产生重大影响的关键工序，以便从产品整体质量出发，全面考虑选材、结构、以及技术要求。第九页，共六十二页。2.了解产品制造标准中对制造、检验、验收都有哪些方面的要求，以便设计工作需要时方便查询，如果能对上述要求的原因有一定的了解，则有助于对制造标准的应用，作出更经济合理的设计。3.对下料成形、焊接、热处理、无损检测、压力试验等关键制造环节的方法、基本原理、主要质量要求有初步的了解，不仅有助于结构设计与技术要求的制定，也可对制造方的生产能力与工艺路线能否保证产品的质量有个正确的判断。第十页，共六十二页。材料包括：板材、锻件、管材、棒材、焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）材料质量：化学成分、力学性能、内部缺陷、表面质量、规格尺寸、耐腐蚀情况。设计单位应对选材的正确性负责。材料的质量应由材料生产单位负责。压力容器的制造单位应对材料的验收工作（复验）质量、保存、发放工作质量负责。第十一页，共六十二页。材料质量证明书材料的生产单位应该按照相应的标准提供质量证明书原件，并加盖生产单位的质量检验章。材料生产单位在材料的明显部位作出清晰、牢固的钢印标志或其他标志，包括：材料制造标准代号、材料牌号、炉（批）号、国家安全监察机构认可标志、材料生产单位名称、检验印鉴标志。材料应主要从材料生产单位直接购置，若压力容器制造单位从非材料生产单位获得材料时，应同时取得材料质量证明书原件或加盖供财单位检验公章和经办人章的有效复印件。第十二页，共六十二页。材料复验《容规》对主要受压元件用材的复验要求1.用于制造第三类压力容器的钢板必须复验，复验内容包括：a.逐张检查钢板表面质量和材料标志。b.逐炉复验钢板的化学成分。c.按批复验钢板的力学性能、冷弯性能。d.对《容规》、GB150、GB151要求逐张进行超声检测的钢板。若钢厂未提供钢板超声检测保证书时，制造厂还应按上述法规、标准规定的检测要求与合格级别，对钢板张张进行超声检测复验。第十三页，共六十二页。2.用于制造第一、第二类压力容器的钢板，有下列情况之一的应复验。a.设计图样要求复验的。b.用户要求复验的。c.制造单位不能确定材料的真实性或对材料的性能和化学成分有怀疑的。d.钢材质量证明书注明复印件无效或不等效的。第十四页，共六十二页。3.用于制造第三类压力容器的锻件复验要求a.应按JB4726-4728压力容器用钢锻件标准规定的项目进行复验。b.对制造单位经常使用且已有信誉保证的外协锻件，如质量证明书（原件）项目齐全，可只进行硬度和化学成分复验，复验结果出现异常时，则应进行力学性能复验。c.压力容器制造单位锻制且供本单位使用的锻件，可免做复验。除上述三种应进行复验的情况外，《容规》还对免除复验的条件作了规定：取得国家安全监察机构产品安全质量认证并有免除复验标志的材料，可免做复验第十五页，共六十二页。保存与发放为避免材料的错用、混用，压力容器制造厂应对材料的保存与发放使用建立严格的质量控制第十六页，共六十二页。材料标记和标记移植第十七页，共六十二页。下料&成形钢材净化去除钢材表面的铁锈、油污、熔渣等喷砂：效率高，多用于大面积净化，可有效去除油污、铁锈，而且可形成均匀、有一定粗糙度的表面，增加附着力以利于涂敷、衬胶等操作，喷丸钢刷&砂轮化学法：碱洗、酸洗&钝化。第十八页，共六十二页。放样、画线放样、画线是压力容器制造过程的第一道工序，直接决定零件成型后的尺寸和几何形状精度，对以后的组对和焊接工序都有很大的影响。在弯曲变形中，钢材的中性面尺寸可近似视为不变，因此划线时一般以中性面尺寸为依据将零件展开在样板上放样、画线包括展开、放样、画线、打标记等环节。第十九页，共六十二页。筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准（式2-1）L=πD-ΔL=π（Di+S)-ΔL(式2-1）L—筒节展开长，mmD—筒节平均直径，mmDi—筒节内径，mmS—板厚，mmΔL—钢板伸长量，mm第二十页，共六十二页。近年来，在划线工序的改进方面，已出现数控自动划线及电子照相划线。需注意的问题：1.划线时要留出必要的加工余量。一般视加工方法和制造单位的工艺水平的不同而不同。气割余量、边缘加工余量、焊缝收缩量。2.划线时应该注意减少焊缝长度且是焊缝处于较好的受力位置上，不宜采用十字焊缝，A类焊接接头中心线的最小距离（钢板厚度3倍，且不小于100mm，避免焊缝靠的太近造成局部应力的叠加影响产品的运行安全，最小筒节长度不小于300mm3.合理排料，尽量减少边角余料，提高材料利用率第二十一页，共六十二页。下料1）剪切下料、锯切下料2）火焰切割3）等离子切割4）激光切割第二十二页，共六十二页。火焰切割通常称为气割，它是利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的火焰流（通常称为预热火焰），将被切割的金属材料加热到其燃烧温度，然后喷射高速氧流（称为切割氧），使割缝处被加热到燃点的金属发生剧烈灼灼，并吹除掉燃烧后产生的氧化物，从而把金属分割开来。条件：1.金属的燃点应低于其熔点2.金属的氧化物的熔点应低于金属本身的熔点3.金属燃烧放出的热量足以维持切割过程的连续进行。第二十三页，共六十二页。火焰切割含碳量越高氧切割性能越差，低碳钢、低合金钢具有良好的氧切割性能，高碳钢、铸铁、不锈钢等不宜采用氧切割。含碳量高于0.7%就不宜采用氧切割。氧切割的装置分为手动切割、小车切割、仿形切割、光电跟踪切割、数控切割。第二十四页，共六十二页。第二十五页，共六十二页。第二十六页，共六十二页。等离子切割原理众所周知，常温下的气体是不导电的，它是由中性的分子和原子所组成。如果设法提高气体分子和原子的能量，使原子外层电子具有足够能量，从原子中分离出来。这样，原来是中性的原子就变成了带负电的电子和带正电的离子，这个过程称为气体的电离。充分电离了的气体就是等离子气体，它是一种特殊的物质状态，现在物理学上把它列于固体、液体、气体之后，作为物质第四态。由于等离子体全部由正离子和电子组成，因而具有极高的导电能力，可以承受很大的电流密度，从而具有极高的温度，并有极好的导热性。第二十七页，共六十二页。等离子弧具有下特点：1）能量高度集中。由于等离子具有很高的导电性，可以通过极大的电流，具有极高的温度，故等离子的弧的能量是高度集中的。2）极大的温度梯度。由于等离子弧的横截面积很小，从温度最高的弧柱中心到温度较低的弧柱边缘，其温度的变化是很大的。3）具有很强的冲刷力。高能量的等离子弧由喷嘴的细孔中喷出，可达到极高的速度，因耐使之具有很强的机械冲刷力。4）等离子弧具有很大的调节范围。对等离子弧的喷射速度、冲击力、能量密度等均可进行调节，以得到“钢性弧”和柔性弧“，适应不同工作的要求。由于等离子弧具有上述特点，用来进行切割工作有具有其特殊优点，可用以切割各种火焰切割所不能切割的材料，如不锈钢、铝及其合金、铜及其合金能及其它特殊合金和各种非金属材料。而且切口狭窄，切缝边缘质量好，等离子弧切割已在我国获得比较广泛的应用。第二十八页，共六十二页。边缘加工切去边缘或划线以外的多余金属以及影响焊接质量的各种缺陷，并未焊接做好合适的坡口设备：刨边机、大型立车、卧车、滚切机械、氧切割、等离子切割、碳弧气刨。第二十九页，共六十二页。第三十页，共六十二页。成形成形的方法很多，主要讲述卷制成形卷制成形卷制成形是单层卷焊式压力容器筒节制造的主要工艺手段。卷制成型是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形连续，操作简便、快速、均匀。筒节的弯卷过程是钢板的弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生的塑性变形沿钢板厚度方向是变化的。其处圆周伸长、内圆周缩短，中间层保持不变。第三十一页，共六十二页。众所周知，变形率的大小直接影响到材料所产生的冷加工硬化现象。钢板越厚或卷成筒节直径越小，则钢板的变形率越大，其冷加工硬化现象也愈严重，在钢板内产生的内应力也就愈大。这样，就会严重地影响筒节的制造质量，甚至会产生裂纹，导致筒节的报废。为了保证筒节的制造质量，根据长期生产实践中积累的经验，一般冷太弯卷时，最外圆周伸长率应限制在下列范围内：第三十二页，共六十二页。对于碳素钢、16MnR外圆周伸长率≤3%；对于高强度低合金钢，外圆周伸长率≤2.5%板料经过多次不变形量的冷弯卷后，其各次伸长量的总和也不得超过上述允许，否则应进行消除冷卷变形影响的热处理，或采用热卷成型工艺。筒节卷制工作通常是在卷板机上进行的。常用的卷板机可分为三辊卷板机和四辊卷板机两类。第三十三页，共六十二页。用三辊卷板机卷制钢板如图所示。三辊卷板机的上辊是从动的，它可以上下辊之间来回移动，产生塑性变形，使整块钢板卷成圆筒形。但在钢板的两端各有一段无法弯卷的部分，通常称为平直段。平直段的长度卷板机结构有关，对于常用的对称三辊卷板机，平直段约为其下辊中心距的一半，（即图中a的一半）。因些，为了获得完整的圆筒形，在弯卷前，必须先将钢板的两端钢板的两端预制成所需弯曲半径的弧形，此项工作称为预弯。第三十四页，共六十二页。预弯工作可用各种压力机进行，也可利用预弯模在三辊卷板机上进行，如图所示，在两下辊的上面搁置一块由厚钢板制成的预弯模，将钢板的端部放入预弯模中，依靠上辊把它压弯成形。改变预弯模在下辊中位置以及钢板的伸入长度，便可获得不同的预弯半径，用这种方法进行预弯，也只能弯板厚12~14mm的钢板，否则只能在油压机上借助于预弯模进行板头的预弯，因而这类对称式三辊还很难适应卷制成形工艺的发展需要。第三十五页，共六十二页。利用曲率合适的模具在压力机上对直边段进行预弯采用逐点压弯法进行压弯第三十六页，共六十二页。近年来，在工业上开始应用一些可以直接进行预弯工作的三辊和四辊卷板机，以便于卷制工作的进行。这种卷板机的上辊是主动的，电动机通过减速箱带动上辊转动。下辊可上下移动，用于夹紧钢板，两侧可沿斜向升降，用于对钢板施加变形力，把钢板端头压紧在上下辊之间，然后利用侧辊的移动，使钢板端部产生了弯曲变形，达到所要求的曲率。两头可分别预卷而不需调头。第三十七页，共六十二页。2.3机械加工与坡口制备2.3.1焊接坡口加工压力容器承压壳体上的所有A、B类焊缝均为全焊透焊缝。都要进行无损检测。为保证焊缝质量，坡口的制备显得十分重要。坡口形式由焊接工艺确定，而坡口尺寸精度、表面粗糙度及清洁度取决于加工方法。筒体纵缝通常可采取刨边、铣边，车削加工、火焰切割等工艺手段来制备。壳壁开孔可采用气割、车削、镗、钻等方法。第三十八页，共六十二页。2.3.1.1刨边机加工坡口压力容器壳体焊缝坡口在下列情况下可选择刨边。1）允许冷卷成形的纵环缝、封头坯料拼接。2）不锈钢、有色金属及复合板的纵环缝3）坡口形式不允许用气割方法制备或坡口尺寸较确的，如U形坡口；窄间隙坡口。4）其他不适宜采用热切割方法制备的坡口，如低合金高强度材料等。采用刨边（可铣边）加工坡口的方式，在我国压力容器行业十分普遍。刨边机加工坡口与金属切削加工一样。刨边机长度一般为3~15m，加工厚度60~120mm.第三十九页，共六十二页。2.3.1.2立式车床加工坡口对于大型厚壁、合金钢容器，大多采用热卷，温卷成形，其环缝坡口则可在立式车床上加工完成，其优点是对各类坡口形式都适宜，钝边直径尺寸精度高。钝边加工直径容易控制。又能保证环缝装配组对准确。封头环缝及顶部中心开孔的坡口也可在立式车床上加工。第四十页，共六十二页。2.3.1.3火焰切割方法制备坡口目前压力容器行业广泛应用的最为经济的手段是采用火焰切割方法制备坡口。切割坡口时，通常是将分离切割与坡口制备合并一步完成的。利用电子计算机对切割过程进行自动控制，使切割过程更便捷。目前国内的压力容器厂已广泛采用国产的或引进的数控火焰等离子切割机。数控切割机已替代了繁杂的人工划线、放样等工作，也替代了不太经济的刨边机制备坡口的工艺方式。切割过程可人工编程或计算机编程。可自动喷粉划线、自动点火、自动升降、自动穿孔、自动套料。切割全过程全部自动完成。第四十一页，共六十二页。筒体端面的切割、封头余量切割、筒体人孔等开孔切割、管子端口要害等工序，目前均已有相应的切割设备对其进行半自动切割。割出的坡口经打磨后即可进行组装、焊接。需要求特别指出的是，作为压力容器的焊接坡口，当材料为σb≥540MPa及Cr-Mo低合金钢，如采用火焰切割方法制备坡口时，应对坡口表面先进行打磨然后作磁粉或渗透检测。第四十二页，共六十二页。2.4装配2.4.1筒体装配

筒节的制造过程中，至少有一条纵缝是在卷制后组焊的，同盱纵缝的组装没有积累误差，组装质量较易控制，但对于壁厚为20~45mm、直径为1000~6000mm的筒节，若弯卷过程控制不好，就会产生如下偏差第四十三页，共六十二页。第四十四页，共六十二页。筒节的板料预弯质量不佳还会造成纵缝棱角超差。这时靠组装过程来控制是无能为力的，而只能在筒节纵缝焊后校圆工序中予以修正。第四十五页，共六十二页。2.4.2壳体环缝的组装环焊缝的组装比纵焊缝困难。一方面由于制造误差，每个筒节和封头的圆周长度往往不同，即直径大小有偏差；另一方面，筒节和封头往往有一定的圆度误差。此外组装时还必须控制环缝的间隙，以满足容器最终的总体尺寸要求。可采用螺栓撑圆器、间隙调节器、筒式万能夹具等辅助工具有有关量具来矫正，对中、对齐。第四十六页，共六十二页。2.4.3人孔、接管、支座等零部件与壳体的组装2.4.3.1筒体划线在筒体总装、焊接、无损检测等工序完成后，作总体尺寸检验，并找出筒体两端的四条中心线，并核查是否等分，然后检查筒体两端中心线是否扭曲。检查步骤如下：1）将筒体放在滚轮架上，转动筒体，用吊垂线方法，使一端口的A心在最高位置。2）在另一端的A心上吊线，与端口交点C测得C心的偏移值b，这说明由于环缝组装后心线发生扭曲。3）调整中心线偏移，使两端中心线垂线重合，并重表核查等分的正确性。4）按纠正后的中收线位置重表弹好粉线并做好标记。此时筒体中收线的扭拉已纠正，按图样的各管口位置划出所有接管开了位置线、切割线、检查线，同时划出支座安装位置线，做好标记。第四十七页，共六十二页。对于长大塔器，尤其是分段发运的塔器，每个分段的四条中收轴线、开孔位置线、塔盘支撑圈的装配位置都要分别精确划出。第四十八页，共六十二页。人孔等大管口及壳壁上的斜插管口，还应按相贯线展开后制作开孔切割样板。2.4.3.2按开孔切割位置线进行切割坡口经打磨清理后，用焊缝检验尺检测所有管孔坡口尺寸的正确性，如有不符合必须进行认真修正。2.4.3.3人孔、接管与法兰的装配法兰有两种类型，一种为平焊法兰，此时只需控制接管与法兰的垂直度偏差不大于1%且不大于3mm即时。如为锻制对焊法兰，则应控制对接环缝间隙均匀。需要特别强调的是严禁将法兰密封面直接与地面或装配平台接触，以避免弄伤密封面。通常的做法是法兰与接管的装配、焊接都在小型变位器上进行。法兰不会被电弧击伤，灶接过程在最佳位置下完成，质量容易保证。第四十九页，共六十二页。2.4.3.4在壳体上组装人孔与接管1）首先要按人孔接管伸出高度及补强圈厚度在人孔接管的四条中心上点焊定位筋板，再与筒体上的开孔进行预组装，必要时用气割修正坡口处孔径，使接管顺利装入且装配环隙适当均匀。2）组对时注意法兰对中安装。3）接管内伸出余量可按图样要求待内角焊缝焊好后割去。也可用样板划线预先将接管内伸出余量割去。4）人孔及大直径接管组装后在焊接前，对于薄壁容器，尤其是塔器，内部预先采取支撑加固，以防焊后下塌。5）角焊缝由于有补强圈而使得无损检测难以实施，该角焊缝的质量主要取决于坡口的清洁度及尺寸精度。而低劣的焊缝质量又会造成泄漏，甚至安全隐患，因些，对于装配的全过程，包括划线、气割、组装、焊接、检查等环节必须认真作好记录，明确质量责任。第五十页，共六十二页。2.4.3.5支座的装配压力容器的安放或安装都要通过各种支座再与基础平面接触。支座作为部件，其本身的制造质量，及其与容器壳壁的装配、焊接质量的好坏，将直接影响到压力容器运行的平稳与操作的安全性。此外，支座与容器壳壁的装配通常都处在该容器的总阶段，因而将直接影响到容器的管口方位、标高、轴线倾斜度等质量要求素。因此支座的制作与装配全过程必须予以足够重视。第五十一页，共六十二页。根据行业标准，规定有四种类型的支座：鞍式支座、腿式支座、支承式支座及耳式支座。各类支座有其不同的适用场合、制造与装配质量要求。安装过程及方法也各不相同，但有些要求却是共同的，即：支座底板应保持在同一平面内；底板螺栓也已距离的误差应予以严格控制，支座底平面不允许翘曲、倾斜。第五十二页，共六十二页。鞍式支座在零部件装配焊接时可将两件成对称状点焊在一起，以减少焊接变形。拆开后检查底板的平面度及立板的气割口弧形，如有问题应进行火焰矫正。第五十三页，共六十二页。第五十四页，共六十二页。2.6表面处理、油漆包装2.6.1除锈竣工后的压力容器，出厂前需进行表面涂装，安既有装饰性作用，但主要是防腐。涂装的第一道工序便是除锈。除锈清理的方法有手一、机械、化学除锈、火焰除锈，也可以采用喷砂、抛丸等方法除锈。2.6.2油漆压力容器竣工后需对其进行总体涂装，除不锈钢及有色金属容器外，绝大多数碳素钢、低合金钢压力容器，出厂前均需按标准规定进行油漆。第五十五页，共六十二页。压力容器涂装的一般规定1）涂装前的表面处理可采用各种方法，清除容器外表面所有的铁锈、氧化皮、油污、尘土等物。表面处理的质量好坏直接影响油漆涂层的附着力，所以必须认真对待。为保证油漆施工质量，经除锈的容器，应于当日将底漆涂完。2）根据产品图样要求选用底漆、面漆，每层油漆必须使用同一厂家生产的油漆。3）分段、分片出厂的容器、球壳体质、组装焊缝坡口及其周边100mm范围内可不涂油漆。第五十六页，共六十二页。2.6.3包装压力容器产品的包装必须在油漆完工后，在发运之前进行按相关标准的规定，精心而有效地做好包装工作