尹雪峰 張存武 劉國柱 皮加輝 代學玲

摘要：本文主要通過縮口工藝試板的制作以及焊接工藝試驗，對縮口工藝技術在罐體制造中的應用進行了研究，實現(xiàn)了4mm、6mm了縮口工藝應用。結果表明，通過縮口的筒體焊縫完成后成型良好，力學性能滿足技術要求，此方案能夠在LNG罐箱外殼合攏縫制造工藝中實現(xiàn)應用，同時，可延伸至筒體焊接，可以實現(xiàn)埋弧焊單面焊焊接，應用前景較廣。

關鍵詞：合攏縫;縮口工藝

1.前言

目前，LNG外殼合攏縫采用加裝合攏縫墊板的方式實現(xiàn)合攏縫的焊接，我們在實際生產過程中制作合攏縫墊板時需要進行機加工，且需安裝到筒體上實現(xiàn)。此工藝存在的主要問題有：合攏縫墊板經過裝配、焊接到封頭或罐體后，直徑往往會發(fā)生變化;且我們采購的封頭廠家也難以保證封頭的直徑完全一致，所以造成封頭裝配時間隙難以控制，影響焊接質量。經過調研，縮口技術可實現(xiàn)筒體縮口，可以很方便實現(xiàn)筒體與封頭匹配，且能保證間隙保證質量。

2.縮口工藝簡介

2.1合攏縫焊接接頭設計型式

LNG罐箱外封頭與外筒體組裝時，為阻止焊接時形成的熔池流入罐箱夾層空間，保證焊縫質量以及夾層空間清潔，在外筒體上增加了合攏縫墊板;裝配合攏縫墊板的焊接接頭。為便于封頭與筒體組裝，合攏縫墊板上機加工一定的斜度，以便封頭和筒體順利組裝。而且，組裝合攏縫墊板時需要進行打底焊接，焊接工作往往使筒體發(fā)生收縮。

參照ASME VIII-I UW-9焊接接頭設計可知，焊接接頭型式設計，墊板可采用筒節(jié)縮口技術實現(xiàn)。采用縮口工藝可以根據封頭直徑調整縮口直徑，在現(xiàn)場應用制造中能夠解決封頭與墊板間隙的問題，減少裝配合攏縫墊板機加工和裝配工作。

2.2 縮口機介紹

縮口機主要作用是完成已卷制后的筒體進行收縮端部直徑的方法，縮口量通常為1個板厚。主要有主機部分和筒體支撐架組成。

2.3縮口機原理

筒體端面靠緊主機上的八字輪，通過調節(jié)八字輪可以改變筒體收口邊緣的寬度以及端部定位，上模壓下與下模加緊筒體邊緣后旋轉一圈成型，厚板可分道次進行。

3.縮口工藝試驗

3.1焊接試件接頭結構。采用δ=4mm板厚進行縮口工藝試驗，試板材質采用低合金鋼Q345R（GB/T713）的規(guī)定。筒體端面無坡口，裝配間隙3-4mm。根部間隙3-5mm。

3.2試驗方法和工藝參數。采用手工GTAW打底+SAW蓋面。

3.3試板制作及焊接?？s口試板現(xiàn)場制作，施焊試板打底、蓋面。

3.4試件無損檢測。試件按NB/T47013.2進行100%射線檢測（RT），檢測技術等級AB級，合格級別Ⅰ級，檢測結果合格。

3.5力學性能試驗。采用WAW-600微機控制電液伺服萬能試驗機對試樣進行拉伸試驗和彎曲試驗。拉伸試驗按 ASME 第IX卷 QW150 規(guī)定進行，彎曲試驗按QW160規(guī)定進行，沖擊試驗按QW170 的規(guī)定進行。

3.6試驗結果

焊接后外觀合格、經RT探傷焊縫合格。接頭力學性能和彎曲性能合格。

4.縮口工藝現(xiàn)場應用

4.1罐箱封頭周長數據收集及分析

經過對LNG罐箱產品的封頭直徑及周長進行匯總，結合GB/T 25198-2010標準要求，對封頭制造的直徑公差帶進行了分析，結果表明公司使用的封頭直徑屬于1600≤DN<3000，厚度6≤δ<10;由此可知封頭內直徑公差DN，反應到封頭周長即為L，封頭最大、最小周長差值為18mm。

由于封頭周長尺寸波動較大，故在實際生產中需要進行按臺選配組裝，對生產節(jié)奏及組裝質量影響較大。后與研發(fā)及采購部門協(xié)商，對封頭直徑公差的技術要求進行了加嚴，調整為DN，縮小了選配范圍。在加嚴控制后，封頭最大、最小直徑差值為12mm。結合縮口后筒體圓錐臺的結構型式，對周長差值范圍進行了分區(qū)處理。

4.2封頭與縮口筒體模擬組裝

為便于裝配，將筒體縮口后直徑應小于封頭直徑1mm作為理論基礎數據，下面以LNG罐式集裝箱為例進行模擬實驗，統(tǒng)計數據見表4。

4.3 產品試加工

根據尺寸分區(qū)要求，筒體縮口后周長尺寸實測為7495mm，封頭內周長為7499mm;縮口邊壓型與筒體便于距離25mm，變形區(qū)域距離裝配基準圓約20mm。

經現(xiàn)場估算，筒體縮口成型工作時間不大于10分鐘;模具堅固耐用，縮口成型加工操作簡單、直觀，工作效率較高。

4.4 產品試組裝

筒體縮口后，按照要求進行了試組裝。組裝后，封頭與縮口后的筒體徑向裝配間隙為0，內側組裝間隙小于1mm，均優(yōu)于理論計算尺寸，初步分析應為鋼材的彈性形變對理論裝配間隙進行了補充。

4.5 批量生產應用情況

根據試組裝時的實驗數據，結合該類型產品的封頭尺寸公差范圍，在20英尺寬體水泥罐箱封頭與筒體組裝時，批量應用了筒體縮口組裝技術。在批量生產過程中，封頭組裝質量具有顯著性提高，封頭與筒體錯邊情況已徹底消除（操作不當的情況除外）。產品應用后焊縫一次合格率90%以上。

4.6 縮口工藝延伸應用—筒體環(huán)縫縮口工藝應用

（1）現(xiàn)場組裝攻關：采用3組收緊帶進行組裝，嚴格控制焊接組裝間隙。

（2）采用氬弧焊點焊，根部拼裝間隙為3mm，采用氬弧焊打底及埋弧焊蓋面方式進行。組裝后，坡口寬度約8-10mm。

（3）埋弧焊完成后焊縫，焊縫成型合格。筒節(jié)縮口裝配后間隙滿足要求。

（4）45英尺船用罐箱采用縮口工藝后焊接攻關情況。

經過統(tǒng)計，第1條焊縫一次合格率約75%，主要缺陷為線性未熔合缺陷。經過分析，將通過加工坡口的方式，提升焊縫一次合格率。對未拼接的筒體進行坡口加工以及組裝間隙控制處理焊接合格率提升至85%以上，主要缺陷為小孔，熔合線缺陷明顯減少。

經過攻關，實現(xiàn)了45英尺外殼縮口筒節(jié)焊縫的組裝、焊接，結果表明焊接合格率與根部組裝間隙、根部搭接間隙以及筒體是否有坡口是影響焊接質量的重要因素，需在后期生產中加以嚴格控制。

5.結論

通過縮口工藝及應用研究，封頭合攏縫以及筒體焊縫應用該工藝后成型良好，力學性能滿足設計及制造要求。此方案在罐箱外殼中實現(xiàn)應用，取消合攏縫墊板的組裝，對合攏縫制造工藝可降本增效，意義較大。此外，可延伸至筒體焊接，可以實現(xiàn)埋弧焊單面焊焊接，有很強的應用前景。

參考文獻：

[1]ASME VIII-I.