快开盲板与压力容器筒体焊接变形的控制

赵学朋，张新红

（江苏盛伟过滤设备有限公司，江苏常州213102）

1 快开盲板简介

快开盲板用于压力管道或压力容器的圆形开口上，是实现快速开启或关闭的一种装置，由筒体法兰、头盖、勾圈或卡箍、密封圈、安全联锁机构、开闭机构、转臂或短节（需要时）等部件构成[1]。快开盲板一直是制约国内压力容器及压力管道的核心部件，2009年前95%依靠进口，价格高、周期长、严重影响工程进度。2015年大口径、高压力快开盲板国产化的成功研制标志着我国压力容器及管道核心部件国产化取得了重大突破。

目前快开盲板产品广泛应用于各行业，摒弃传统法兰螺栓连接形式，解决了高压力、大规格法兰的拆装螺栓费时费力的问题，使得打开或关闭压力容器更加轻松、快捷。随着国内快开盲板技术经验的不断成熟，快开盲板的需求量越来越大，目前掌握的快开盲板结构形式如图1所示。

图1 快开盲板结构形式

2 快开盲板焊接

2.1 快开盲板式压力容器

以天然气行业常用的快开盲板式压力容器过滤器为例，快开盲板式多滤芯过滤器如图2所示。特点是：能快速打开和关闭门盖，在清洗、更换滤芯或设备维护时，比其他形式盲板更快捷、轻松，可极大降低劳动强度、节省维护时间。

图2 快开盲板式多滤芯过滤器

2.2 快开盲板焊接准备工作

快开盲板焊接前，应先在平放状况下进行筒体法兰的拆卸工作，如果有2台以上同时进行，应做好记号，以免零部件相互换错影响密封质量。

2.3 快开盲板焊接端材料

快开盲板常见的材料有：16MnⅢ、16MnDⅢ、SA-350 LF2、SA-105、A694 F60、A694 F70 等 。

2.4 焊接工艺评定及焊接工艺

依据TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》[2]和 GB150.4-2011《压力容器》[3]标准要求，压力容器产品施焊前，受压元件焊缝应按NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》[4]进行焊接工艺评定或者由具有经过评定合格的焊接工艺支持。

境外牌号用于焊接结构压力容器受压元件的材料，压力容器制造单位在首次使用前应掌握材料的焊接性能并进行焊接工艺评定，按标准要求进行母材归类。

2.5 焊前清理与准备

快开盲板焊接坡口应依据设计图样要求或选用厂家标准坡口或自行设计，常用坡口形式如图3所示。

图3 常用坡口形式

组装施焊前，应清除坡口及两侧母材表面至少20mm范围内的铁锈、油污及其他有害杂质。

筒体法兰与筒体组装前技术部门应制定严格的组装工艺，车间铆焊人员在技术交底后进行相关的装配工作。由于该部件有开门方向的区分，装配前必须再次确认规格、型号、开门方向、压力等级等重要参数。严格禁止强制组装，避免造成很大的应力集中。

组装错变量、棱角度、同轴度按相关制造标准进行检验。

2.6 焊接变形控制

焊接工艺人员应依据评定合格的焊接工艺，结合设计文件规定和现场施焊条件，编制焊接作业指导书。

施焊焊工取得技术监督部门颁发的《特种设备焊接操作人员证》后方能上岗，担任相应项目的焊接工作。选用水平较高的焊工，严格按照焊接工艺文件进行焊接，提高焊接一次合格率，减少焊缝返修变形。

筒体法兰与筒体定位焊长度应不小于30mm，两个点固焊缝间隔距离应不大于400mm，周向最少有3点。点固焊缝应足够牢固，以保证装配尺寸和坡口间隙。

筒体法兰与筒体焊接时，为减小焊接变形或者使焊接变形均匀化，焊接过程中必须严格控制层间温度（小于等于150℃为宜）、焊接线能量、焊接顺序（对称焊接）等。

筒体法兰与筒体焊缝的焊后消应力热处理，采用局部焊后消应力热处理，热处理前筒体法兰的密封面要进行涂油或耐火泥保护。

3 快开盲板焊接变形原因及预防措施

3.1 快开盲板焊接变形

快开盲板焊接变形是指快开盲板结构的压力容器制造检验过程中，快开盲板的某一部件的外形尺寸与图样要求及标准规范不一致，且误差超出图样及标准规范规定。

根据产生原因，快开盲板焊接变形分为两类：一类是应力引发的变形，包括火焰加工变形、加工失稳变形、焊接变形和热处理变形；一类是加工误差引发的变形，包括下料误差变形、成型误差变形、组装误差变形，设计缺陷引起的变形[5]。

快开盲板与筒体焊接形式如图4所示，快开盲板的主要变形位置为密封面A处焊后平面度超标。

图4 快开盲板与筒体焊接形式

3.2 应力变形及预防

3.2.1 火焰切割变形

筒体下料时，其两端的坡口火焰加工时易发生变形。因切割高温冷却后加工边产生收缩，直线边变为弧线边，筒体卷圆后，其端口不在一个水平面上。误差较大时会造成环缝局部组对间隙超标，应采取机械加工方法避免产生变形。

3.2.2 加工失稳变形

加工失稳变形往往是在已经成型的筒体上开大型孔（如容器的进出气孔），开孔区及其附近稳定性减弱，造成筒体端部椭圆度超差。由于快开盲板是车加工零件，与筒体端组对尺寸很准确，如果筒体椭圆度超标，会造成错变量超差，应尽量在快开盲板焊接后再开筒体焊接端附近的大孔。

3.2.3 焊接变形

焊接工艺指导书是快开盲板焊接的技术要求和操作规定，包括：焊接方法、焊接坡口、焊材种类及直径、焊接工艺参数、焊接顺序、焊道层数、焊前和焊后的处理、焊接环境要求及防变形、反变性措施等。根据快开盲板与筒体焊接条件和焊接量，预先分析焊接变形大小和形态，有针对性地制定控制措施：

（1）压力容器筒体下料时，与快开盲板连接的筒体直径展开尺寸应依据快开盲板的焊接端数据表进行计算并适当放出焊接收缩量，以避免焊后直径变小。

（2）快开盲板与筒体焊缝焊接后，焊缝内的残余内应力会引发快开盲板密封面发生较大变形，因此对尺寸精度和稳定性要求高的结构不容忽视[6]。

（3）快开盲板焊接后必须严格控制密封面A处的焊接变形，A处的水平度不超过0～1mm才能达到密封性要求。

（4）快开盲板与筒体焊缝返修时，质量部门应足够重视，制定合理的返修工艺，确保一次返修合格，避免焊缝超2次返修。

3.2.4 热处理变形的预防措施

（1）热处理炉必须符合GB/T30583-2014《承压设备焊后热处理规程》要求，炉内温度均匀准确，炉壁火焰喷嘴处设挡火墙，严禁火焰直接接触或接近快开盲板。

（2）快开盲板与筒体组装后应对组装焊缝进行消应力热处理，采用局部消应力热处理为宜。

（3）对压力低、直径较大、厚度较薄的快开盲板，热处理时应进行内部支撑加强。

（4）快开盲板热处理时密封面必须采取保护措施，如涂耐火泥等。

3.3 加工误差变形及控制

3.3.1 下料误差变形

由于筒体下料尺寸不准，使成型后的直径超出标准规定。下料尺寸不准主要是计算错误，除了提高下料人员的技术水平，还应施行下料尺寸校对制，并尽可能采取数控下料。

3.3.2 成型误差变形

筒体在卷圆轧制加工中，因操作不当而产生直边、椭圆度变形，主要预防措施有：（1）筒体成型操作严格按工艺技术要求进行。（2）用检查样板严格控制筒体形状。（3）筒体热成型时需考虑成型件冷却后的收缩量。

3.3.3 组装误差变形

组装变形为筒体与快开盲板组装时因错边量或不直度误差等超标所产生的变形。其预防措施为：

（1）筒体与快开盲板组装时，应使用定位卡具，直径较大、厚度较薄的壳体，组装时筒节还要加支撑。严格控制壳体对接边的错变量。

（2）快开盲板与筒体组装时一般选择卧式组装，应在专用胎架上进行，先检查快开盲板与筒体的同轴度（小于2mm），再用铅垂线检查快开盲板铰链体焊接件上下螺栓孔平行度（小于2mm），最后检查快开盲板的开门方向是否装配正确。

3.4 设计缺陷及控制

在设计快开盲板设计压力、直径、壁厚、坡口形式时，设计人员必须认真核对压力容器图纸，或提前与压力容器设计单位进行设计条件确认。由于快开盲板和压力容器一般在两个不同单位制成，如果信息传递不及时，容易造成快开盲板与筒体组装尺寸不符。

设计压力小于2.0MPa时，对于筒体薄壁且直径较大的容器，设计时刚度考虑不足会出现椭圆度超标，建议筒体在设计强度计算合格情况下，选材适当加厚，一般控制在与快开盲板相焊筒体厚度不小于10mm为宜。

4 结论

快开盲板式压力容器具有开启闭合快捷轻便的特点，便于机电一体化的自动化操作，可提高劳动效率，降低劳动强度，在国内得到推广应用[7]。近年来，随着天然气管网在国内的大量建设、“西气东输”工程的实施、燃气行业的快速发展，对快开盲板需求量越来越大，通过近10年的经验积累，解决了其密封、强度、安全联锁等问题，产品技术性能和指标达到国际先进水平。探讨快开盲板与压力容器筒体的焊接变形控制具有较大的经济价值和社会意义。

[1]SY/T0556-2010，快速开关盲板技术规范[S].

[2]TSGR0004-2009，固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[3]GB150.4-2011，压力容器[S].

[4]NB/T47014-2011，承压设备焊接工艺评定[S].

[5]汤伟.压力容器制造变形原因分析及预防措施[J].特种设备安全技术 2014（6）：12-13.

[6]高良，高玲丽.建筑钢结构焊接应力应变控制基本要素[J].电焊机，2016，46（5）：82-87.

[7]赵志鹏.快开门式压力容器的发展现状和趋势[J].特种设备安全技术，2004（3）：8-9.