歐凡強(qiáng) 孫楷楨 王健

哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司 河北秦皇島 066206

近年來，隨著核電、石化工業(yè)的發(fā)展，核電產(chǎn)品對(duì)筒體的材料、厚度、要求也越來越高，安注箱中筒體為降低成本未選用鍛件，而采用高強(qiáng)度18MND5鋼板進(jìn)行高精度卷制成型，因此對(duì)成型后筒體尺寸、厚度等要求高；同時(shí)，由于原材料尺寸超出了廠內(nèi)成型設(shè)備能力范圍，且成型過程中上輥受力后會(huì)產(chǎn)生彈性變形導(dǎo)致彎曲，導(dǎo)致筒體成型后存在束腰變形的風(fēng)險(xiǎn)，通過驗(yàn)證性試驗(yàn)并制定方案實(shí)現(xiàn)了高精度18MND5高強(qiáng)度鋼筒體的成型，最終經(jīng)各項(xiàng)檢查后，成型精度和性能均達(dá)到了要求。

1 筒體概況及成型技術(shù)難點(diǎn)

筒體規(guī)格Φi3500×78mm、長(zhǎng)度4000mm，成形標(biāo)準(zhǔn)按RCC-M F4000：筒體兩端300mm范圍內(nèi)的圓度不超過6mm，其余部位不超過12mm；直線度5mm/4000mm；縱縫錯(cuò)邊量不得超過3mm。

（1）筒體材料18MND5為高強(qiáng)度鋼，筒體成型時(shí)設(shè)備負(fù)荷較大，筒體成型過程難度大。

（2）筒體成型為全板幅卷板成型，卷板機(jī)卷板寬度極限為4050mm，筒體長(zhǎng)度凈尺寸加上兩端余量超出廠內(nèi)卷板機(jī)參數(shù)上限，筒體容易出現(xiàn)束腰現(xiàn)象。

（3）筒體為冷成型，按照筒體規(guī)格及尺寸要求，筒體直線度、圓度要求較高，縱、環(huán)縫錯(cuò)邊量要求小，對(duì)成型的尺寸要求嚴(yán)[1]。

2 工藝方案的制定

（1）筒體變形率的計(jì)算。按照RCC-M F4100，成型筒體的變形率計(jì)算公式為：

筒體內(nèi)徑Φi=3500mm，名義厚度e=78mm，經(jīng)計(jì)算得變形率A=2.18%。

（2）成型工藝評(píng)定的論證。按照RCC-M F4120，滿足下列情況需做成型工藝評(píng)定：

（a）在高于150℃溫度下進(jìn)行任何一項(xiàng)或一系列操作；

（b）在不高于150℃溫度下進(jìn)行的任何成型操作，按（1）中所給出的公式計(jì)算，碳鋼或合金鋼工件的最大變形率超過5%。

我公司卷板機(jī)型號(hào)HDR-AS-hy4050-6000；卷板最大寬度：4050mm；冷卷板最大厚度：180mm；熱卷板最大厚度：280mm；冷卷板預(yù)彎最大板厚：160mm；熱卷板預(yù)彎最大板厚：280mm；最小卷筒直徑：Φ1800mm。

綜合考慮筒體材質(zhì)、尺寸規(guī)格、變形率及我公司卷板機(jī)的能力，筒體成型采取冷成型的工藝方法，免除筒體成型工藝評(píng)定。

（3）筒體成型工藝制定。考慮筒體的材質(zhì)為18MND5，屬于低合金高強(qiáng)鋼，室溫拉伸強(qiáng)度為600-720MPa，由于筒體成型精度高，為獲得較好的圓度和棱角度，筒體卷制采取直邊+預(yù)彎的成型工藝。

為滿足錯(cuò)邊量要求，且上、下封頭為冷作沖壓成型，筒體內(nèi)徑應(yīng)與上、下封頭實(shí)測(cè)內(nèi)徑配加工，為滿足產(chǎn)品封頭與筒體環(huán)縫錯(cuò)邊量要求，筒體采取二次合口工藝方法。

為避免校圓時(shí)筒體縱縫處的應(yīng)力集中，降低筒體校圓難度，獲得較好的圓度和棱角度，筒體縱縫焊接后，進(jìn)行消應(yīng)力熱處理，溫度降至150℃以下開始校圓。

3 成型研究及工程實(shí)踐

（1）筒體校圓過程中下壓力及下壓量數(shù)據(jù)分析

（a）下壓量計(jì)算。當(dāng)卷板機(jī)主要參數(shù)確定，預(yù)卷制筒體規(guī)格確定，可理論計(jì)算在不考慮筒體回彈的情況下，卷板機(jī)上、下輥之間的理論中心距h：

其中：R—預(yù)卷制筒體內(nèi)徑；S—預(yù)卷制筒體厚度；r2—卷板機(jī)下輥半徑；a—下輥中心距設(shè)備中心線距離；r1—卷板機(jī)下輥半徑。

按卷板機(jī)技術(shù)參數(shù)，上輥直徑為Φ=1430mm，下輥直徑為Φ=1260mm，下輥中心距設(shè)備中線距離為850mm。故根據(jù)上述公式，可計(jì)算卷板機(jī)上、下輥之間的理論中心距h=1271.35mm。

（b）回彈量的理論計(jì)算。筒體采用冷卷成型，成型過程中會(huì)產(chǎn)生回彈，因此筒體在卷板機(jī)的輥筒壓力下，將內(nèi)徑卷制成略小于所要求的曲率（即上輥的下壓量要超過上述計(jì)算h值），回彈后符合圖紙要求?；貜椙巴搀w內(nèi)徑計(jì)算公式如下：

其中：Dn’—回彈前的筒節(jié)內(nèi)徑；K0—相對(duì)強(qiáng)化系數(shù)；E—彈性模量；K1—截面形狀系數(shù)；卷制板材K1=1.5

經(jīng)查表，K0=20；σs約540MPa；E約200KN/mm2；

計(jì)算得：Dn’≈2801mm。

（c）工程實(shí)踐。結(jié)合筒體成型過程，對(duì)筒體實(shí)際成型過程中的下壓力、下壓量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，見表1。

表1 筒體校圓下壓量、下壓力統(tǒng)計(jì)

結(jié)合上表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，筒體校圓上輥下壓至最低點(diǎn)時(shí)，上、下輥之間的理論中心距為h’=1243mm，利用軟件模擬工況，此時(shí)筒體的成型直徑約為2778mm。

通過理論計(jì)算及成型實(shí)際數(shù)據(jù)分析，理論數(shù)據(jù)與工程實(shí)踐數(shù)據(jù)基本一致。

（2）筒體成型內(nèi)周長(zhǎng)收縮數(shù)據(jù)分析。結(jié)合筒體成型過程對(duì)筒體成型數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，對(duì)各階段筒體左端、中間、右端內(nèi)周長(zhǎng)收縮量統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 各階段筒體內(nèi)周長(zhǎng)收縮量統(tǒng)計(jì)

結(jié)合上表數(shù)據(jù)可以看出，卷制過程中上輥受反作用力，中心區(qū)域內(nèi)周長(zhǎng)與兩端不同，出現(xiàn)筒體束腰（中心區(qū)域直徑略小于端部直徑）；同時(shí)，筒體成型過程中，中性層向外側(cè)偏移，即存在筒節(jié)周長(zhǎng)伸長(zhǎng)的現(xiàn)象；結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)，筒體成型過程中，內(nèi)周長(zhǎng)收縮量范圍約在254mm之間，收縮量最大部位發(fā)生在筒體長(zhǎng)度方向中間束腰處[2]。

（3）筒體縱縫焊接焊縫收縮量。筒體縱縫焊接前，在縱縫長(zhǎng)度方向在焊縫兩側(cè)均勻打樣沖眼進(jìn)行標(biāo)記，在縱縫焊妥和筒體校圓后分別對(duì)樣沖眼間的距離進(jìn)行測(cè)量，得到縱縫焊接焊縫收縮量，見表3。

分析上表數(shù)據(jù)看出，縱縫焊接收縮量均值為：3.25mm，端部收縮量小，中間部位收縮量大；由于筒體端部裝焊門形板進(jìn)行固定，強(qiáng)度高于中心區(qū)域，端部的焊接收縮量要小于中間部位的焊接收縮量[3]。

表3 縱縫焊接焊縫收縮量

4 結(jié)語

通過對(duì)安注箱筒體成型工藝方案的實(shí)施，以及理論計(jì)算與實(shí)際產(chǎn)品的成型控制措施相結(jié)合，有效控制了筒體的成型尺寸，為后續(xù)產(chǎn)品環(huán)縫組裝奠定了良好基礎(chǔ)。同時(shí)，總結(jié)了大板幅、高強(qiáng)度、高精度筒體成型過程的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行后續(xù)類似規(guī)格、材質(zhì)筒體成型時(shí)，可通過理論計(jì)算與實(shí)際相結(jié)合，有效保證了筒體成型后的πd及直徑，解決了筒體卷制板幅大、強(qiáng)度高、精度嚴(yán)的問題。