大型真空容器封头的焊接制造工艺

大型真空容器封头的焊接制造工艺

摘要：分析了真空容器上大型拼焊封头的结构特点，叙述了大型封头的分瓣工艺，制定了大型封头的制造工艺和合适的焊接顺序，介绍了大封头实际拼焊，以及对焊接变形进行控制所采取的措施，表明所采用的封头制造工艺和焊接顺序制造大型封头是可行的。
关键词：真空容器；大型封头；焊接工艺；焊接变形控制；管道切割机，相贯线切割机

由于圆形封头的力学性能较好而且外形较美观等特点，因此，它是目前国内外压力容器采用最多的封头形式。本院负责制造安装的某大型真空容器，其封头规格为：Φ12000mmx34mm,Φ7500mmx24mm，Φ6500mmx24mm，这3种大型椭圆形封头都是分瓣形式，并在现场拼焊而成，材质均为0Cr18Ni9Ti。由于结构尺寸大、精度要求高，给现场装配和焊接带来了一定的难度。
封头在焊接过程中，将产生角变形及圆度变化，这些变形将影响封头的形状误差以及容器的使用，并将影响封头与法兰、筒节的组焊。对于拼焊产生的焊接变形，可根据焊接结构的特点采用合适的焊接工艺加以控制。管道切割机，相贯线切割机

1、封头的结构特点
该大型真空容器中的封头尺寸较大、壁厚较小、精度要求高，大型真空容器椭圆封头的形状和规格见表-。真空容器封头的内表面还要抛光，Φ12000mm，Φ6500mm的封头还将与相应直径法兰的高颈部位对接。由于对法兰平面度的要求高，对于法兰密封面的平面度，在1m内为0.12mm；对于
Φ12000mm的大法兰，在整个平面内平面度为3mm；对于Φ6500mm的法兰，在整个平面内平面度为2mm。这样对于封头的整体精度要求比较高，如封头的圆度误差大，不仅组对时错边量大，而且焊接时会影响法兰的平面度。另外，封头的组装、焊接都在施工条件很差的现场进行，上述特点给封头模具制造、瓣片的成形、坡口的加工、封头的组装、焊接及抛光都带来了很大困难。管道切割机，相贯线切割机

管道切割机，相贯线切割机

2大型封头的分瓣
大型封头的分瓣原则是应该使分瓣数量尽可能少，这样就可以减小焊接工作量，并可以减小产生的焊接变形。但是，分瓣数量少，封头瓣片的尺寸就大，又将受到加工能力的限制，因此，封头的分瓣数量要合适。上述3种大型椭圆形封头的结构形式如图1所示。Φ12000mm封头分为2部分，周边瓣片（20片）和顶圆板（7 块），封头长半轴为6m，短半轴为3m；Φ7500mm封头和Φ6500m封头的形状一致（图1b），Φ7500mm其封头分为两大部分，周边瓣片（10片）和顶圆板（3块）；Φ6500mm封头分为两大部分，周边瓣片（10片）和顶圆板（3块）。封头的设计圆度要求不大于15mm，对于如此大直径封头的组焊，要保证如此高的精度是比较困难的。管道切割机，相贯线切割机

管道切割机，相贯线切割机

3大型封头的组装焊接工艺管道切割机，相贯线切割机
3.1大型封头制造工艺管道切割机，相贯线切割机
该真空容器的大型封头，由于其体积过于庞大，考虑到运输和加工的原因，采用如下工艺：材料确认→划线切割压形→加工焊缝坡口→运至工地→组装封头→焊接封头。管道切割机，相贯线切割机
真空容器的/种大型封头是分别由27瓣，15瓣和13/瓣拼焊而成，为了达到设计要求，必须控制大型封头的焊接变形，因此首先必须选择合理的拼焊顺序。管道切割机，相贯线切割机
3.2 大型封头的焊接顺序管道切割机，相贯线切割机
对于大型封头，为了保证圆度及工程质量，制定了如下装配工艺及焊接顺序：在专用平台上，用夹具进行整体装配，焊接采用先分部件焊接，再逐步拼焊成整体，即：1)点固并焊接周边瓣片、顶圆中板、顶圆边板；2)拼焊顶圆中板、顶圆边板；3)拼焊周边瓣组合件与顶圆板。
焊缝的坡口形式如图2所示，所有焊缝（纵缝、环缝）均先焊外侧再清根着色，确认无缺陷后再焊完内侧焊缝（包括内表面），最后焊外侧焊缝。
在内、外侧焊时前/层均采用分段跳焊和分段退焊，其余层采用直通焊。管道切割机，相贯线切割机

管道切割机，相贯线切割机

4大型封头的现场组装施焊
4.1 Φ12000mm封头周边瓣片的拼焊管道切割机，相贯线切割机
在Φ12000mm的大封头各周边瓣片点固焊后，由10名焊工均布对称施焊，每名焊工焊相邻的2条焊缝，并需交替施焊，在焊接中随时测量焊接变形，其在径向上的测点分布如图3所示。管道切割机，相贯线切割机

管道切割机，相贯线切割机
为了防止周边20瓣片组焊时，由于横向收缩造成的周长减小，在点固焊时，周瓣间预留了一定的间隙，从而将直径增加了8m。
首先，在外侧施焊，采用分段跳焊、分段退焊；当焊完外侧第3层，且清根后，测量圆度为16mm，见表2。从表中可以看出，4#测点的直径最大，8#测点的直径最小。
其次，内侧焊缝焊接，为了不使圆度值继续增大，利用焊接次序来调整圆度，根据先焊变形量大、后焊变形量小的原理进行施焊，内侧焊缝的焊接工艺如下：1)内侧第1层焊缝，采用先焊短轴附近的焊缝，即先焊20#缝-10#缝、2#缝-12#缝、4#缝-14#缝，这6条缝焊完1遍后，开始焊1#缝-11#缝、3#缝-13#缝、9#缝-19#缝，接着焊剩余焊缝，全部焊完内侧第1遍后，测得圆度为13mm；2)焊内侧第2层时采用内侧第1层的焊接顺序，内侧第2层焊完后，测得圆度为11mm；3)内侧盖面。管道切割机，相贯线切割机
最后，焊外侧第2层及盖外表面，焊外侧时，先焊长轴，后焊短轴。周瓣全部焊完后，测得圆度为11mm，见表2。管道切割机，相贯线切割机

管道切割机，相贯线切割机

4.2 Φ12000mm封头顶圆板的焊接
先组对点固焊顶圆边板1#-4#缝和顶圆中板6#,7#缝，如图4所示。采用分段跳焊、分段退焊，分段焊焊缝长度为400-500mm。其次点固焊5#，8#，9#，10#焊缝，并同时焊完外侧3层后，翻转清根，在施焊内侧之前，应先测出顶圆板的直径，如图4中至少应测出A-A，B-B方向数值，使顶圆板焊好后能与周边瓣片组件基本吻合，而对顶圆板圆度影响最大的焊缝就是上述4条焊缝。管道切割机，相贯线切割机
焊接过程中，若A-A方向与B-B方向数值相差大时，可按先焊变形量大的焊缝，后焊变形量小的焊缝原则，以使封头的圆度满足要求。

4.3 Φ12000mm封头顶圆板管道切割机，相贯线切割机
与周边瓣片环缝的拼焊顶圆板焊完后，再与周边瓣组焊。装配点固好后，由10名焊工对施称焊，先焊外侧焊缝，焊完3层后，清根着色检查，确认无缺陷后，再焊内侧焊缝。内、外侧前几层均采用分段跳焊、分段退焊，分段焊焊缝长度为400-500mm。管道切割机，相贯线切割机

封头整体拼焊完后，测得圆度为(10mm，见表2，焊缝的棱角度也完全符合技术要求。
4.4 其他封头的组装焊接
Φ7500mm,Φ6500mm封头与Φ12000mm封头一样，在平台上预组装封头后点固焊周瓣片，分别由6名，5名焊工均布对称施焊，每名焊工交替焊接相邻的2条焊缝。而后组装焊接顶圆板的2条焊缝，最后焊接顶圆板与周边板的环缝。管道切割机，相贯线切割机
所制造的3个大型封头，很好地控制了焊接变形，使大型真空容器的制造质量符合设计的要求，并使整个容器制造完成后一次抽真空合格，得到了用户的好评。管道切割机，相贯线切割机
5 结论
（1）真空容器中大型封头的制造过程中，合理的分瓣工艺是完成大型封头制造的关键。管道切割机，相贯线切割机
（2）真空容器中，!种规格的大型封头均由周边瓣片及顶圆（盖）板组成，因此，拼焊过程中采用分部件焊接是比较合理的。
（3）在大型真空容器封头拼焊过程中，控制圆度变化，其关键是周边瓣片拼焊时控制周边瓣片圆度的变化，在周边瓣片的焊接过程中，应随时监测其直径方向上的变化，并采取合理的焊接顺序，以保证圆度满足要求。

本文作者：顾福明，张亚余，汤建