簡單壓力容器制造工藝優化

童澤斌，沈義才

（宣城鑫亞壓力容器制造有限公司，安徽宣城 242000）

0 引言

簡單壓力容器中需求量最大的是空氣儲罐，空氣儲罐作為空氣動力裝置的儲能設備廣泛用于工農業生產各部門。由于空氣儲罐結構簡單，易于制造，因此空氣儲罐市場競爭極為激烈，利潤空間狹小，企業只能通過規模效益獲得生存。效率是規模效益決定要素，因此提高生產效率是空氣儲罐制造企業最重要的經營活動，其中優化工藝是提高生產效率的重要途徑。下面將從優化工藝角度，探討如何提升簡單壓力容器生產效率。

1 空氣儲罐生產工藝簡述

當前空氣儲罐的生產工藝路線為：

（1）容器本體制造：下料、筒體卷制、筒體校圓、筒體縱縫焊接、封頭與筒體組裝、封頭與筒體連接環縫焊接。

（2）容器接管附件安裝：劃線、接管開孔、接管下料、接管組裝和接管焊接。

由于簡單壓力容器參數較低，直徑較小，受結構和空間所限，封頭和筒體連接的焊縫只能在容器外表面進行單面焊接，為了得到全焊透焊接接頭，通常的方法是在內壁加帶墊板或使用手工氬弧焊打底。由于手工氬弧焊打底成本高且效率較低，在儲氣罐制造中一般不采用，而采用內壁加襯墊板的工藝、埋弧焊進行焊接（圖1）。為得到滿足簡單壓力容器制造標準的焊接接頭，還必須進行墊板下料、墊板卷制、墊板與封頭組裝、墊板與封頭手工定位焊等工序。

圖1 內壁帶墊板接頭示意

由表1 可知，埋弧焊還需要烘焙焊劑、施加焊劑、焊接和收集焊劑等工序，焊接過程必須人工全程跟蹤。其中，SMAW、SMA 分別為手工電弧焊和埋弧自動焊。

表1 封頭—筒體內壁帶墊板單面埋弧焊工藝規范

2 主要技改措施

為了提高生產效率，在對儲氣罐原有制造工藝進行全面分析的基礎上，提出兩項工藝優化措施。

2.1 內壁加帶墊板改為折邊鎖底結構

簡單壓力容器一般參數較小，壁厚僅3～6 mm，筒體封頭用材一般為Q245R 或Q345R，因此具有很好的塑性和折邊加工性。研究表明，對封頭直邊段進行折邊壓制，即可得到圖2所示的封頭側折邊鎖底結構。需要注意的是，為保證折邊結構儲氣罐封頭直邊長度不小于25 mm，折邊前封頭直邊長度不得小于50 mm。

圖2 單板折邊接頭示意

鎖底結構相比于墊板結構，雖增加了鎖底結構的壓制工序，但減少了封頭端部坡口車制加工和墊板下料、墊板卷制、墊板與封頭組裝、墊板與封頭連接定位焊等工序，其優越性是明顯的。宣城鑫亞壓力容器制造有限公司依據折邊結構特點，研發了適合批量生產的旋轉式折邊壓制設備，并申請了專利，實用新型專利號為12033399，采用專用縮口壓制設備壓制鎖底結構，每壓制一個鎖底結構僅需要2 min，而采用墊板結構，每加工安裝一個墊板至少需要45 min，對于具有兩個封頭環縫的儲氣罐而言，每個儲罐可以節省86 min。

2.2 將埋弧焊改為熔化極氣體保護焊

與埋弧焊相比，熔化極氣體保護焊是一種明弧焊，焊接過程與焊縫質量易于控制；不需要施加焊劑；生產效率高，易實現機械化和自動化等突出優點，目前已經廣泛應用在結構焊中，但由于保護氣體CO2氧化性強，焊接質量尤其是焊接接頭的力學性能難以保證，致使熔化極氣體保護焊在承壓設備焊接中一直謹慎使用。經過對保護氣體和焊接規范這些影響焊接質量的關鍵參數進行進行了系列試驗研究，得到表2焊接工藝規范。其中，GMAW 是二氧化碳氣體保護焊，是以二氧化碳氣為保護氣體進行焊接的方法。

表2 熔化極氣體保護焊工藝規范

3 技改前后各項指標分析

工藝優化前后，各項技術指標分析、投資成本分析分別見表3 和表4，其中人力成本按300 元/（10 h）計算。

表3 技改前后各項經濟技術指標對比

表4 投資成本分析（未計入淘汰的埋弧焊設備折舊值）

由表3 可知，由內壁帶墊板結構埋弧焊焊接工藝改為折邊鎖底結構熔化極氣體保護焊工藝，每臺兩個墊板材料人工節約成本約83 元，每米焊縫焊接節約成本4.25 元（3.80-0.45=3.35 元），設備效率和人工效率分別提高了2.5 倍、5 倍，焊接工作更加平穩，技改投資需要17.96 萬元（5.40+6.40+6.00+0.16）。以每年生產5000 臺1立方米的0.8 MPa 儲罐規模進行測算，每臺儲罐環縫為5 m，總計焊縫25 000 m，合計節約焊接人工成本8.30 萬元，節約墊板結構加工制備成本21.50 萬元，節約墊板材料10 萬件，合計節約材料成本20 萬元，每年直接經濟效益總計49.80 萬元，3 個月就可以收回投資成本。同時，原來需要1 年（12 個月）完成的產品5 個月就可以完成，大大提升了批量能力和產品競爭力，經濟效益明顯。

4 新工藝可行性評價

影響承壓設備制造的重要工藝，無論是焊接工藝還是熱處理工藝，其正確性評價均采用模擬試板進行，只要試板的各項性能指標滿足要求，即認為工藝可以實施。為此采用表2的工藝，依照NB/T 47016—2016《承壓設備產品焊接試件的力學性能檢驗》，焊制了一塊300 mm×400 mm（400 mm 為與焊縫平行的邊長）材料為Q345R、壁厚為5 mm 的模擬試板并檢驗式樣（圖2）。經檢驗，兩個拉伸試樣的抗拉強度均高于550 MPa，斷裂部位均在母材；以彎心直徑為15 mm、彎曲角度為180°的4 個彎曲試樣（兩個面彎試樣和兩個背彎）彎曲部位均無裂紋，表明新工藝完全可行。

5 結束語

在批量化生產的簡單壓力容器市場競爭力不斷加劇、利潤空間壓縮的情況下，擴大利潤空間將大大提升企業的生存力。封頭和筒體連接的接頭型式由內壁帶墊板型式改為封頭側直邊折邊鎖低結構，焊縫埋弧焊工藝改為熔化極氣體保護焊，通過這兩項工藝優化，使設備效率提高了2.5 倍，人工效率提高5 倍，一年直接經濟效益總計49.8 萬元，大大提升了批量生產能力和產品競爭力，經濟效益明顯。