立式真空除氧器安裝制造法蘭組件與焊接說明

      立式真空除氧器安裝制造法蘭組件與焊接說明，用于立式真空除氧器中的矩形錐管平焊法蘭組件，在焊接后發(fā)生了變形，從而影響到法蘭的密封性和裝配性。通過對矩形錐管平焊法蘭組件出現(xiàn)焊后變形的原因進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)措施，并再次對本部件進(jìn)行驗證性制造，驗證了原因分析及改進(jìn)措施的合理性，為類似工件的制造提供經(jīng)驗參考。
      某項目立式真空除氧器中的矩形錐管平焊法蘭組件，在焊接后發(fā)生了變形，且經(jīng)過返修處理后仍然達(dá)不到設(shè)計要求，從而導(dǎo)致焊接后的矩形錐管平焊法蘭組件不能滿足設(shè)備的裝配及密封要求，造成了人力、物力的浪費(fèi)及工期的拖延。
      該立式真空除氧器的裝配圖及錐管法蘭組件在設(shè)備中的位置如圖1所示，矩形錐管平焊法蘭部件如圖2所示，設(shè)備及錐管法蘭組件的材料、尺寸等特性參數(shù)如表1。
1立式真空除氧器原矩形錐管法蘭組件與設(shè)備筒體組焊的工藝順序及變形情況
      矩形錐管與設(shè)備筒體和矩形法蘭的制造工藝順序如下：
      (1)加工矩形法蘭為成品。
      (2)加工密封襯環(huán)外形至圖紙尺寸，厚度方向留3mm余量。
      (3)加工上半錐管為成品。
      (4)加工上部端半管為成品。
      (5)加工下半管為成品。
      (6)找正組對并焊接矩形錐管。
      (7)對矩形錐管焊縫進(jìn)行無損檢測(100%RT+100%PT)。
      (8)焊接矩形錐管與筒體。
      (9)焊接法蘭與矩形錐管。
      (10)組焊后尺寸檢查，檢漏孔氣密性檢查。
      (11)焊接不銹鋼襯環(huán)。
      (12)精加工襯環(huán)密封面。法蘭與矩形錐管的焊接坡口形式(見圖3),法蘭與矩形錐管的焊接工藝見表2。
      法蘭與矩形錐管焊接完成后，測量法蘭的相關(guān)尺寸，發(fā)現(xiàn)矩形法蘭發(fā)生了軸對稱變形，如圖4中主視圖。長邊短邊的上下平面均呈弓狀變形，由法蘭長邊短邊中心向兩邊逐漸偏轉(zhuǎn)，四個角均向帶筒節(jié)的方向偏轉(zhuǎn)，長邊大偏轉(zhuǎn)值為7mm,短邊大偏轉(zhuǎn)值為5mm。法蘭的內(nèi)外側(cè)面沿法蘭長側(cè)面短側(cè)面向法蘭中心逐漸收縮，長邊短邊的中心處收縮變形量大，收縮量分別為△C=6mm和△B=5mm,法蘭面向如圖所示的方向翻轉(zhuǎn)。法蘭變形見圖4。實測法蘭徑向相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。
注：表中A、B、C、D、E為理論尺寸，A'、B'、C'、D'、E'為焊后實測尺寸。
立式真空除氧器實測數(shù)據(jù)顯示：
      (1)矩形法蘭上平面的誤差超出平面度標(biāo)準(zhǔn)誤差值(標(biāo)準(zhǔn)平面度誤差值為±0.3M)。
      (2)法蘭平面誤差與理論誤差值差異較大。使該法蘭的密封面不能加工，造成法蘭無法裝配。
      (3)法蘭內(nèi)外側(cè)面徑向變形嚴(yán)重，使法蘭的內(nèi)插件無法裝入設(shè)備內(nèi)部。
2立式真空除氧器原因分析
      綜上測量結(jié)果，從設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料差異、焊接位置、組裝順序及焊接順序等方面對其進(jìn)行原因分析，如下：
      (1)法蘭與錐管均為矩形，其整體剛性差。相比較而言，矩形法蘭和錐管4個角的剛性好，錐管長短邊中間的剛性差，由于焊接時焊縫環(huán)向焊接收縮，使矩形法蘭在圖4俯視圖所示平面內(nèi)形成了由四個角逐漸向中間收縮，呈四角星狀變形，而且長邊短邊中間收縮量大。
      (2)法蘭和矩形錐管的材料不同，線膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致焊后不同材料側(cè)的焊縫收縮量不同，進(jìn)而加劇了法蘭的變形量。
      (3)矩形錐管的結(jié)構(gòu)不合理，限制了法蘭的組裝順序。如圖2左視圖所示，矩形錐管由上半錐管(不規(guī)則U形)、上部端半管、下半管組成，矩形錐管的結(jié)構(gòu)決定了該組件需先與設(shè)備筒體焊接，完畢后才能與矩形法蘭組焊，這使得法蘭與矩形管的焊接只能在設(shè)備上進(jìn)行，使焊工操作時的視線、位置、順序及焊接工裝的設(shè)置等均受到限制，這些不利因素也是法蘭變形的原因。
      (4)焊接工藝不合理，由于手工施焊的焊接速度不均勻且較快，焊條規(guī)格大，導(dǎo)致焊接熱輸入量過大，使法蘭變形量加大。
      (5)焊接順序不合理，焊接采用單側(cè)連續(xù)焊接，使法蘭焊接區(qū)周向受熱部分受到焊縫冷卻時收縮應(yīng)力的作用，使法蘭發(fā)生了平面變形。同時由于這個焊接收縮力使法蘭內(nèi)側(cè)周長變小，而法蘭外側(cè)處于較低的溫度，且焊肉少，焊接熱輸入影響小，剛性較好，收縮量小，從而使法蘭斷面扭轉(zhuǎn)，形成法蘭面翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，造成法蘭螺栓孔中心軸線不再與筒體軸線平行，使螺栓孔達(dá)不到裝配要求。事實證明這個翻轉(zhuǎn)的力非常大，在完成法蘭與矩形錐管焊接后，即使采用加熱施壓等方式對其進(jìn)行校形，也無法顯著改善其變形。
3立式真空除氧器改進(jìn)措施
      針對法蘭焊接變形是因法蘭剛性差、焊接受熱不均和矩形錐管結(jié)構(gòu)不合理等原因，對矩形錐管結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，并采取相應(yīng)措施對該部件再次制造，如下：
      (1)調(diào)整矩形錐管的結(jié)構(gòu)(見圖5),將下半管分成內(nèi)下半管和外下端半管，內(nèi)下半管與上半錐管焊接成一體，外下端半管與上部端半管焊接成一體，從結(jié)構(gòu)上將矩形錐管矩分成兩段，一段與筒體焊接，一段與法蘭焊接，后按圖中所示處將兩件焊為一體。調(diào)整后的結(jié)構(gòu)使矩形錐管與筒體的制造難度降低，避免了矩形法蘭與已焊到設(shè)備筒體上的矩形錐管的直接焊接，使矩形法蘭焊接的控制變形措施容易實現(xiàn)。
      (2)調(diào)整法蘭的焊接坡口(見圖6),使法蘭內(nèi)外側(cè)的焊接金屬填充大致相當(dāng)，以減小法蘭平面的變形量。
      (3)焊前對法蘭內(nèi)側(cè)增加剛性支撐，減少法蘭內(nèi)側(cè)的收縮量。
      (4)調(diào)整焊接順序和焊接參數(shù)，焊接時采用對法蘭內(nèi)外側(cè)焊縫交替焊接的焊接方法進(jìn)行焊接，即一側(cè)焊完一遍(周圈)后再焊接另一側(cè)，采用細(xì)焊條(φ3.2mm);小電流，并嚴(yán)格控制焊道層間溫度。調(diào)整后的法蘭與矩形錐管的焊接工藝參數(shù)見表3。
      (5)焊接過程中適當(dāng)釋放應(yīng)力：除一層和后的表層焊縫外，其余各層焊完一周后，采用錘擊法釋放應(yīng)力，應(yīng)力的釋放可減少焊縫區(qū)的收縮，從而明顯減少法蘭變形量。
      (6)法蘭厚度和外形尺寸均留焊后加工余量。按上述措施對矩形錐管法蘭進(jìn)行制造、焊接。
焊后經(jīng)實測:法蘭長邊和短邊上表面平面度大偏
轉(zhuǎn)分別為2.5mm,1.5
mm。
經(jīng)機(jī)加工后的上下面平
面度大誤差為土0.25
mm,
，標(biāo)準(zhǔn)平面度誤差值為
+0.3W，未超出標(biāo)準(zhǔn)平面度誤差;焊接法蘭密封襯
環(huán)，襯環(huán)厚度應(yīng)留量2mm左右，經(jīng)加工后的密封襯
環(huán)的平面度為士0.2mm,
符合法蘭密封的平面度要
求，無損檢測結(jié)果亦為合格。法蘭徑向(圖4俯視圖)
數(shù)據(jù)見表3。

      通過原因分析及改進(jìn)措施實施后的結(jié)果表明，采用合理的矩形錐管結(jié)構(gòu)、法蘭坡口形式、增加焊接支撐、合理焊接順序和焊接參數(shù)、對焊縫區(qū)應(yīng)力的釋放和預(yù)留法蘭焊后加工余量等措施，可有效地預(yù)防和控制矩形錐管法蘭組件的焊接變形，確保法蘭的裝配及密封要求。