（青島蘭石重型機械設備有限公司，山東青島266426）

0 前言

加氫反應器是石化裝置中的重要設備之一，由于煉油化工行業(yè)工藝的苛刻性與油品升級的迫切性，厚壁大直徑容器越來越多。青島蘭石重型機械設備有限公司在壓力容器制造方面，多為板焊式壓力容器，卷板作業(yè)相對較多，尤其厚壁筒節(jié)工藝過程復雜，需要經(jīng)過多道工序，加之筒節(jié)規(guī)格與材質的多樣性，卷板機智能數(shù)據(jù)獲取與捕捉系統(tǒng)的缺失，對不同規(guī)格、不同材質筒節(jié)卷板碾長情況的數(shù)據(jù)搜集與分析不夠精細化，以致卷板作業(yè)過程中形成筒節(jié)碾長量，導致成型后的筒體尺寸偏離了標準或技術要求范圍，對后續(xù)筒體環(huán)縫組裝、內件裝配、表面成形質量均造成了一定的影響。本文將同材質不同規(guī)格及同規(guī)格不同材質兩組筒體作為研究對象，對一次卷板、合口、校圓三個工序的實際數(shù)據(jù)進行跟蹤分析，研究碾長量的變化情況，通過積累數(shù)據(jù)、量化卷制過程的碾長量，找準對癥工序，在劃線過程中提前預減，優(yōu)化卷板工藝，以提高厚壁筒體成型精度。

1 研究對象

以某項目產(chǎn)品主體厚壁筒節(jié)（厚度大于100 mm、需要二次劃線的筒節(jié)）為研究載體。第一組實驗對象是同規(guī)格φ3013×192mm，材質分別為Q345R（HIC）和12Cr2Mo1R的各10節(jié)筒節(jié)；第二組研究對象是同材質12Cr2Mo1R[1]，規(guī)格分別為φ4 013×120 mm和φ3013×138mm的各10節(jié)筒節(jié)。研究以上兩組實驗對象在一次卷板、合口、校圓作業(yè)后筒節(jié)外周長的變化情況。

1.1 材料基本性能

材料基本性能如表1～表4所示。

表1 Q345R（HIC）化學成分標準范圍及實測值 %

表2 Q345R（HIC）力學性能標準范圍及實測值

表3 12Cr2Mo1R化學成分標準范圍及實測值 %

表4 12Cr2Mo1R力學性能標準范圍及實測值

1.2 卷板機性能簡介

目前各大公司制造企業(yè)的卷板機大多采用全液壓三輥或四輥卷板機[2]，對于卷板機參數(shù)而言，上輥的直徑、上輥的下壓力[3]、上輥的有效長度決定了卷板機的能力。卷板機的主要參數(shù)如表5所示。

表5 卷板機的主要參數(shù)

1.3 數(shù)據(jù)采集方式

根據(jù)鋼板在卷制[2]時中性層位置不變這一原理，一次劃線時將劃線尺寸引線至板厚方向，二次劃線時根據(jù)筒體直徑計算筒體外周長，并使用同等的測量工具（盤尺、圍盤）測量一次劃線引線至筒體外側的基準實際外弧長，通過對比卷板前后的外周長差值得出此筒體卷制成型后的碾長量。同時，考慮合口、校圓過程中外周長的整體變化，分別收集筒節(jié)在合口、校圓過程后的數(shù)據(jù)，如圖1、圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)測量方式

圖2 數(shù)據(jù)標記位置

（1）確定數(shù)據(jù)收集三個階段：①二次號料；②合口后；③校圓后。

（2）數(shù)據(jù)測量的三個位置：①A端口；②中間部位；③B端口。

（3）數(shù)據(jù)測量具體位置：距離筒節(jié)端口120 mm位置。

（4）數(shù)據(jù)測量注意事項：①測量時，在筒體兩端備注A、B兩個端口，做到數(shù)據(jù)的有效對應；②對于同一臺產(chǎn)品所有測量數(shù)據(jù)外部條件盡可能一致。

2 研究過程及數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.1 第一組實驗對象

以相同直徑及厚度（φ3 013×192 mm）材質分別為Q345R（HIC）和12Cr2Mo1R的各10節(jié)筒體測量數(shù)據(jù)為例，跟蹤統(tǒng)計碾長量及平均值如表6～表7所示。

由表6和表7可知，直徑及厚度相同、材質不同的筒體在卷制過程中，Q345R（HIC）筒體碾長量平均值大于12Cr2Mo1R。這是因為Q345R（HIC）的其塑性指標延伸率及斷面收縮率均高于12Cr2Mo1R，材料塑韌性良好，在筒體卷制過程中受壓力作用，材料塑性越好越容易碾長，尺寸超差也就越大，對筒體成型精度的影響就越大。

表6 Q345R（HIC）碾長量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及平均值（φ3 013×192）

表7 12CrMo1R碾長量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及平均值（φ3 013×192）

2.2 第二組實驗對象

以相同材質12Cr2Mo1R，規(guī)格分別為φ4 013×120mm和φ3013×138mm的各10節(jié)筒體測量數(shù)據(jù)為例，跟蹤統(tǒng)計碾長量及平均值分別如表8、表9所示。

表8 12CrMo1R筒體碾長量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及平均值（φ4 013×120）

表9 12CrMo1R筒體碾長量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及平均值（φ3013×138）

由表8、表9可知，相同材質的筒體在相同卷制工藝過程中，T3筒體直徑大于T4筒體，碾長量明顯小于T4筒體。相同直徑的T2筒體與T4筒體，T4筒體厚度小于T2筒體，碾長量明顯小于T2筒體。由此可知，筒體厚度越大，直徑越小，在卷制過程中受到的壓力越大[4]，導致尺寸變化越大，對成形精度的影響越大，筒體厚度與直徑的比值即厚徑比是影響筒體碾長量形成的重要因素。

2.3 階段性數(shù)據(jù)的整理

對材質為12Cr2Mo1R、規(guī)格為φ3013×192mm的T2筒體在卷板、合口、校圓后進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，其各階段碾長規(guī)律如圖3～圖5所示，三序后綜合碾長量結果如表10所示。

由圖3～圖5可知，T2筒體在一次卷板卷板過程中的碾長量為28.7 mm，在合口過程中的平均碾長量為31.2 mm，在校圓過程中外周長為收縮狀態(tài)，平均碾長量為-16.1 mm。

圖3 一次卷板過程碾長量變化

圖4 合口過程碾長量變化

圖5 校圓過程碾長量變化

計算可得，T2筒體在卷板過程中的碾長率為28.7/192×100%=14.94%，合口過程中的碾長率為31.2/192×100%=16.25%，校圓過程中的碾長率為-16.1/192×100%=-8.38%，三序過程中綜合碾長率為44.8/192×100%=23.33%，三序綜合碾長量平均值為44.8 mm，在二次劃線時理論計算的外周長減去44.8 mm。成型后筒節(jié)幾何尺寸：外周長偏差45mm，圓度最大4mm，焊縫最大棱角度2 mm，直線度小于等于0.5 mm/m，對口錯邊量3mm，以上數(shù)據(jù)均達到或高于國家標準[5]，滿足圖紙及技術條件要求。

表10 三序綜合碾長量 mm

通過以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析可知，控制筒體成型過程碾長量并在二次號料時減去綜合碾長量，能有效控制筒節(jié)成型尺寸偏差，減小環(huán)縫組對錯變量，提高厚壁筒節(jié)的成型精度。

外周長號線的計算公式[6]

式中 Di為筒體的實際外徑（單位：mm）；b為圖紙要求坡口尺寸（單位：mm）；L為筒體的下料長度（單位：mm）；ΔL為筒體的經(jīng)驗碾長量（單位：mm），ΔL與筒體規(guī)格、卷制溫度及材料等因素有關，根據(jù)制造經(jīng)驗，ΔL為10～15 mm較為準確。焊縫預留量為20 mm。

3 工藝優(yōu)化

（1）對塑性較好的材料，對常用材質進行分類，針對不同材質跟蹤收集碾長量數(shù)據(jù)，根據(jù)總結的數(shù)據(jù)在劃線工序直接減掉綜合碾長量。

（2）對厚徑比大的筒體，根據(jù)目前常用厚度及直徑，劃分厚徑比區(qū)間模塊，跟蹤收集區(qū)間內的碾長量數(shù)據(jù)，根據(jù)總結的數(shù)據(jù)在劃線工序直接減掉碾長量。

4 結論

（1）排除鋼板卷制時的受力大小、卷制溫度、卷制時間、壓弧方法、卷板機的速度、操作工技能等非重要因素，得出材料塑性和筒體的厚徑比是影響碾長量的最主要因素。

（2）由綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，碾長量偏差大是影響筒體成型精度的主要原因，有效控制一次下料、合口、校圓過程中的碾長量，并在二次號料中減去綜合碾長量，適當增加或減少工藝余量，可有效降低筒體在號料及卷制過程中的成型尺寸偏差，提高厚壁筒體的成型精度。

（3）分類常用材料，劃分筒體厚徑比區(qū)間模塊，跟蹤收集碾長量數(shù)據(jù)，建立碾長量數(shù)據(jù)庫，能有效優(yōu)化卷板工藝，控制環(huán)縫錯邊量，減少筒節(jié)環(huán)縫組裝、焊接過渡、內件裝配等大量的材料、人工、時間成本的投入，提高產(chǎn)品表面成型質量。