罐式集装箱罐体的焊接技术探讨

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1、《中集集团技术信息简报》第37期NO.05罐式集装箱罐体的焊接技术探讨——摘自《焊接技术》2003．5金陵石化工程质量监督站郝幼淮供稿者：技术管理部方琰摘要：罐式集装箱的罐体是一种薄壁压力容器，它的制造有一定的技术难度。介绍了罐式集装箱罐体的下料成形、筒节组对、混合气体保护焊等重要工序的制造技术和制造工艺。并对集装箱罐体在制造中利用工装控制焊接变形，选用混合气体保护焊的最佳焊接参数完成罐体的单面焊双面成形，以及对重要工装的设计进行了详细论述。关键词：罐式集装箱；罐体；气体保护焊；单面焊双面成形；变形控制；工装设计1.前言罐式集装箱的罐体是一种能够承受介质

2、的允许操作压力、饱和蒸汽压及运输工具紧急刹车时产生的过载惯性力的特殊压力容器。因此，对罐体的制造质量有很高的要求。金陵石化公司机械厂按IS01496标准为中外合资企业中石化金陵——巴斯夫树脂有限公司制造了罐式集装箱，是国内最早解决罐式集装箱罐体从下料成形、筒节组对、混合气体保护焊等重要工序的制造技术和制造工艺课题的厂家。笔者对集装箱罐体这种薄壁容器在制造中利用工装控制焊接变形，选用混合气体保护焊的最佳焊接参数，一次完成罐体的单面焊双面成形的焊接技术及工艺进行了探讨。所制造的罐式集装箱已获得国家专利，专利号：ZL93237340.2。2.罐式集箱的主要结构

3、、技术性能和主要特点罐式集装箱由金陵石化公司机械厂与常州华昌国际集装箱有限公司联合设计，罐式集装箱的规格有3.048m和6.096m两种。罐体由左、右2个蝶形封头、罐体入孔、进出料口、液位计及安全阀等主要零部件组成，见图1。以3.048m罐式集装箱为例，主要技术参数见表1。第7页共7页《中集集团技术信息简报》第37期NO.05罐体的焊接采用混合气体保护焊，单面焊双面成形，在工装的辅助下适用于大规模的流水生产线作业。罐式集装箱的罐体是一种符合国际集装箱标准系列的中等直径的薄壁压力容器，3.048m罐式集装箱的罐体壁厚与直径之比为2.25／1000，因此，要

4、使壁厚δ＝4．5mm的罐体纵焊缝、环焊缝能实现设计要求的单面焊双面成形工艺，必须使罐体的圆度误差<0．05％，即直径2000mm罐体的圆度<1mm，罐体纵焊缝、环焊缝对口错边量b<0.5mm。对于这些特殊的工艺要求，没有特殊的工装是无法完成的。1.工艺试验针对罐式集装箱制造的特殊工艺要求，试制小组结合焊接工艺评定，用2块600mmxl50mm工艺评定试板做了罐体制造前的工艺试验，并明确在焊接工艺评定和工艺试验中要解决如下几个问题：(1)对接焊缝的错边量要控制在0．5mm以内；(2)控制焊缝热膨胀、冷收缩时的焊接变形；(3)控制单面焊双面成形的背面成形量；

5、(4)选择焊接时熔滴穿透焊缝的最佳对口间隙和坡口角度；(5)混合气体保护焊焊接工艺参数的选择匹配。3．1焊缝错边量和焊接变形的控制焊缝错边量超过允差范围会由于载荷、结构形状的局部突变而引起应力集中，焊接变形会使得整个罐体一次应力受力不连续，对罐体的强度产生直接影响，两者还会影响罐式宁装箱的外观，因此必须对焊缝的错边量和焊接变形加以控制。能否减小焊缝错边量和控制焊接变形取决于所用的压紧方式和压紧力的大小。控制焊缝错边量和焊接变形，可将对接的钢板和筒节强制在一基准平面上。对于钢板，基准平面采用一块被加工过的厚钢板；对圆形筒节，基准面可以是被加工过的钢环。按照

6、这一思路，试验小组设计了一套保证错边量不超标和控制焊接变形的工装。工装使用的原理见图2。3．1．1工艺试验的基准工艺试验的基准是一块1000mmx600mmx24mm，带有加工定位成形槽的刚性钢板。该定位成形槽对单面焊双面成形是至关重要的。定位是指调整确定焊缝间隙，成形是使被对接的钢板的背面焊缝按此槽成形。经过多次试验，最终确定在刚性钢板上加工3mmx(1-1.5)mm的成形槽(见图3)。3．1．2带有预挠度ƒ的压板控制错边量和焊接变形的压紧方式采用带一定挠度ƒ的压板压紧罐体钢板。试验用压板的尺寸为：1000mmx62mmx20mm；压紧力的大小取决于压

7、板预先加工出的挠度人压板尺寸的确定和压板压紧力的计算可按材料力学的有关公式“进行，压板压紧力P取值范围为13—15kN，挠度ƒ和压紧力的大小计算如下：取x坐标系如图4所示。由梁的静力平衡条件，得：第7页共7页《中集集团技术信息简报》第37期NO.05(1)根据简支梁的中点挠度公式:(2)(3)式中：Q235B的弹性模量E＝200xl03Pa。(1)求工艺试验压板的高度h1压板长度l＝1000mm；板厚b＝20mm；压紧力P=l5kN;挠度ƒ1=5mm，代人式(5)得h1=62mm，即工艺试验压板的实际尺寸为1000mm×62mm×20mm。(2)求生产验

8、证压板的高度h2：压板长度l＝3500mm；板厚b＝24mm；压紧力P=15kN