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    大规格法兰的成型与工程应用中的焊接工艺
    发布日期:2019-07-30

    随着科技的进步,现代石油化工企业朝着大型化、复杂化的方向发展。设备的大型化给制造企业带来了机遇,但也带来了更大的挑战。在大规格法兰的生产制造过程中,由于法兰坯料成环形,若用传统的分瓣制作,如果大规格法兰分瓣过多,必然会增加焊接工作量,而且焊接带来的变形也会增加;如果分瓣过少,就浪费了原材料,造成了一定的经济损失。

    一、大规格法兰的成型工艺

    大规格法兰件作为密封件和紧固连接件在航天航空、军事、石油化工、风力发电等领域有着广泛的应用,采用新工艺、新技术是节约能源、降低成本提高产品质量的重要措施。

    传统的大规格法兰成型工艺主要有两种:一种为通过水压机整体锻造的方式,该方法加工时间长,成品质量差,成材率低且能耗大的缺点;另一种为通过碾环机碾扩成形,该方法工艺复杂,成材率较低,占地面积大,加工成品时间长,同样也存在能耗大的缺点。

    鉴于现有技术所存在的一些材料利用率较低和耗能高的问题,本文旨在提供一种大规格法兰成型设备及成型工艺,达到将加热坯料一次成型的目的。

    首先,通过查阅相关资料、专利技术和一些弯卷机的设计方法设计改善了一种大规格法兰热弯卷机的结构,设计提供了转台式弯卷机的组成部分、大体结构和较佳的具体实施方式。然后,采用大型商业有限元分析软件DEFORM进行了数值模拟,模拟分析了转台式热弯卷法兰的成形情况、弯卷过程的受力分析、不同因素对弯卷情况的影响、不同工艺参数对弯卷力的影响、弯卷后试件的截面形状及变化规律,并对后期精加工提出建议。最后,采用三辊弯卷法对加工大规格法兰成型进行了研究,并把研究重点放在通过调整三个弯曲辊的相对位置,解决坯料头尾不能弯曲的缺点,力图提高材料利用率。 

    二、大规格法兰的焊接工艺

    1、卷制工艺卷制工艺

    有冷卷和热卷两种,笔者所在公司通常采用冷卷(B可以达到100 mm)的卷制工艺。卷制使用的设备为卷板机卷制过程中要不断调整精度,以达到所需要的圆度。通常,直径方向误差不超过3 mm。

    3、焊接工艺

    焊接施工中,虽然只有一道焊口,但考虑到焊接变形与焊接质量,笔者所在公司采取X形坡口。首先,将环形坯料水平固定在龙门架夹具平台上,然后进行坡口加工,坡口加工先采用火焰进行切割,然后用砂轮机磨制而成,要求坡口表面光滑、平整、无明显凹槽,坡口表面及两侧无氧化铁、杂质、水分、油渍及分层等缺陷。

    由于坯料的厚度较厚,选择合适的焊接方法直接影响焊接产生的变形程度。笔者所在公司选择手工焊进行两边对称焊接。若焊接不当,仍有可能产生焊后变形。如,先焊完X坡口的一面,再焊接另一面;则先焊第一面时,结构刚性还比较小,焊接变形较大,当焊反面时,正面的焊缝已经成型,结构刚性大大增加,这时焊接引起的变形量比正面小,虽然两者变形方向相反,但并不能完全抵消,最后仍保留第一面的变形方向。根据焊接工件的厚度及焊条直径确定焊接层数,本例工件厚50 mm,分成10层进行,每面5层,焊接采用正反对称焊接,每层焊接完成后锤击焊缝数次,以及待焊缝完全冷却以后再卸掉工装夹具,尽量消除焊接应力。

    焊接完成后,按JN4700要求进行全面的RT或UT检查,由于焊接部位是应力集中和法兰强度比较薄弱的部位,所以必须进行无损检测,且必须达到等级要求。UT检查必须达到I级合格,或者RT必须达到II级合格,检测方法按JB4730规定进行。