筒体环缝缩口工艺技术的应用研究

尹雪峰 张存武 刘国柱 皮加辉 代学玲

摘要：本文主要通过缩口工艺试板的制作以及焊接工艺试验，对缩口工艺技术在罐体制造中的应用进行了研究，实现了4mm、6mm了缩口工艺应用。结果表明，通过缩口的筒体焊缝完成后成型良好，力学性能满足技术要求，此方案能够在LNG罐箱外壳合拢缝制造工艺中实现应用，同时，可延伸至筒体焊接，可以实现埋弧焊单面焊焊接，应用前景较广。

关键词：合拢缝;缩口工艺

1.前言

目前，LNG外壳合拢缝采用加装合拢缝垫板的方式实现合拢缝的焊接，我们在实际生产过程中制作合拢缝垫板时需要进行机加工，且需安装到筒体上实现。此工艺存在的主要问题有：合拢缝垫板经过装配、焊接到封头或罐体后，直径往往会发生变化;且我们采购的封头厂家也难以保证封头的直径完全一致，所以造成封头装配时间隙难以控制，影响焊接质量。经过调研，缩口技术可实现筒体缩口，可以很方便实现筒体与封头匹配，且能保证间隙保证质量。

2.缩口工艺简介

2.1合拢缝焊接接头设计型式

LNG罐箱外封头与外筒体组装时，为阻止焊接时形成的熔池流入罐箱夹层空间，保证焊缝质量以及夹层空间清洁，在外筒体上增加了合拢缝垫板;装配合拢缝垫板的焊接接头。为便于封头与筒体组装，合拢缝垫板上机加工一定的斜度，以便封头和筒体顺利组装。而且，组装合拢缝垫板时需要进行打底焊接，焊接工作往往使筒体发生收缩。

参照ASME VIII-I UW-9焊接接头设计可知，焊接接头型式设计，垫板可采用筒节缩口技术实现。采用缩口工艺可以根据封头直径调整缩口直径，在现场应用制造中能够解决封头与垫板间隙的问题，减少装配合拢缝垫板机加工和装配工作。

2.2 缩口机介绍

缩口机主要作用是完成已卷制后的筒体进行收缩端部直径的方法，缩口量通常为1个板厚。主要有主机部分和筒体支撑架组成。

2.3缩口机原理

筒体端面靠紧主机上的八字轮，通过调节八字轮可以改变筒体收口边缘的宽度以及端部定位，上模压下与下模加紧筒体边缘后旋转一圈成型，厚板可分道次进行。

3.缩口工艺试验

3.1焊接试件接头结构。采用δ=4mm板厚进行缩口工艺试验，试板材质采用低合金钢Q345R（GB/T713）的规定。筒体端面无坡口，装配间隙3-4mm。根部间隙3-5mm。

3.2试验方法和工艺参数。采用手工GTAW打底+SAW盖面。

3.3试板制作及焊接。缩口试板现场制作，施焊试板打底、盖面。

3.4试件无损检测。试件按NB/T47013.2进行100%射线检测（RT），检测技术等级AB级，合格级别Ⅰ级，检测结果合格。

3.5力学性能试验。采用WAW-600微机控制电液伺服万能试验机对试样进行拉伸试验和弯曲试验。拉伸试验按 ASME 第IX卷 QW150 规定进行，弯曲试验按QW160规定进行，冲击试验按QW170 的规定进行。

3.6试验结果

焊接后外观合格、经RT探伤焊缝合格。接头力学性能和弯曲性能合格。

4.缩口工艺现场应用

4.1罐箱封头周长数据收集及分析

经过对LNG罐箱产品的封头直径及周长进行汇总，结合GB/T 25198-2010标准要求，对封头制造的直径公差带进行了分析，结果表明公司使用的封头直径属于1600≤DN<3000，厚度6≤δ<10;由此可知封头内直径公差DN，反应到封头周长即为L，封头最大、最小周长差值为18mm。

由于封头周长尺寸波动较大，故在实际生产中需要进行按台选配组装，对生产节奏及组装质量影响较大。后与研发及采购部门协商，对封头直径公差的技术要求进行了加严，调整为DN，缩小了选配范围。在加严控制后，封头最大、最小直径差值为12mm。结合缩口后筒体圆锥台的结构型式，对周长差值范围进行了分区处理。

4.2封头与缩口筒体模拟组装

为便于装配，将筒体缩口后直径应小于封头直径1mm作为理论基础数据，下面以LNG罐式集装箱为例进行模拟实验，统计数据见表4。

4.3 产品试加工

根据尺寸分区要求，筒体缩口后周长尺寸实测为7495mm，封头内周长为7499mm;缩口边压型与筒体便于距离25mm，变形区域距离装配基准圆约20mm。

经现场估算，筒体缩口成型工作时间不大于10分钟;模具坚固耐用，缩口成型加工操作简单、直观，工作效率较高。

4.4 产品试组装

筒体缩口后，按照要求进行了试组装。组装后，封头与缩口后的筒体径向装配间隙为0，内侧组装间隙小于1mm，均优于理论计算尺寸，初步分析应为钢材的弹性形变对理论装配间隙进行了补充。

4.5 批量生产应用情况

根据试组装时的实验数据，结合该类型产品的封头尺寸公差范围，在20英尺宽体水泥罐箱封头与筒体组装时，批量应用了筒体缩口组装技术。在批量生产过程中，封头组装质量具有显著性提高，封头与筒体错边情况已彻底消除（操作不当的情况除外）。产品应用后焊缝一次合格率90%以上。

4.6 缩口工艺延伸应用—筒体环缝缩口工艺应用

（1）现场组装攻关：采用3组收紧带进行组装，严格控制焊接组装间隙。

（2）采用氩弧焊点焊，根部拼装间隙为3mm，采用氩弧焊打底及埋弧焊盖面方式进行。组装后，坡口宽度约8-10mm。

（3）埋弧焊完成后焊缝，焊缝成型合格。筒节缩口装配后间隙满足要求。

（4）45英尺船用罐箱采用缩口工艺后焊接攻关情况。

经过统计，第1条焊缝一次合格率约75%，主要缺陷为线性未熔合缺陷。经过分析，将通过加工坡口的方式，提升焊縫一次合格率。对未拼接的筒体进行坡口加工以及组装间隙控制处理焊接合格率提升至85%以上，主要缺陷为小孔，熔合线缺陷明显减少。

经过攻关，实现了45英尺外壳缩口筒节焊缝的组装、焊接，结果表明焊接合格率与根部组装间隙、根部搭接间隙以及筒体是否有坡口是影响焊接质量的重要因素，需在后期生产中加以严格控制。

5.结论

通过缩口工艺及应用研究，封头合拢缝以及筒体焊缝应用该工艺后成型良好，力学性能满足设计及制造要求。此方案在罐箱外壳中实现应用，取消合拢缝垫板的组装，对合拢缝制造工艺可降本增效，意义较大。此外，可延伸至筒体焊接，可以实现埋弧焊单面焊焊接，有很强的应用前景。

参考文献：

[1]ASME VIII-I.