钛制精馏塔制造过程中塔体直线度的控制
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摘 要：本文从钛制大型塔器的特殊要求，依据钛材特性，在生产加工过程中考虑了影响其直线度的各因素，并采取了相应措施，为此类设备的制造积累了可供借鉴的方法和经验。
前言
塔器属于高耸结构，直线度的控制可最大限度地减小弯曲应力，是塔器安全运行的必要条件，也是产品质量的关键。生产制作过程中分析发现各筒节尺寸、圆度、对接环缝的质量、间隙是影响直线度的主要因素。
1 钛制精馏塔结构及特性
钛制精馏塔由钢裙座、钛裙座、钛封头、钛筒体及接口、内件构成，全长21.05m，内径2.6m。钛塔体（包括钛裙座、钛封头、钛筒体）总长为19m，由三种不同板厚（δ=10mm， δ=8mm， δ=6mm）组成，中间无法连接。受设施、厂房限制，不能采用直线度较易保证的立装，只可卧装，制作较为困难。钛制容器在同容积容器中具有筒壁较薄、弹性、挠性较大，焊缝塑性差的特点，这些都是钛制精馏塔生产过程中的技术难点。
2 钛制精馏塔塔体直线度控制
2.1 筒节尺寸控制
由于塔体板厚较薄，易椭圆，不易组对，加工过程中最大限度地减少焊缝，不但可以使塔体直线度较易保证，还能使开孔避开焊缝，极大地降低了开孔及其焊接变形对直线度的影响，因此不用宽度为1.0m的常规钛板，采用定尺宽钛板，最上端筒节下料预留长度，根据图纸及开孔情况布料情况如图1（两纵缝之间的距离大于300mm）。
图1 塔体布料示意图
此外由于塔体板厚不同，各筒节下料应待封头冲压后，实测计算出封头直径，各筒节按中径尺寸配下。采用实样法直接在板料上1：1划线，用效验过的同一把直尺、卷尺多次测量后确定。在板料可去除部分打样冲眼，划线深度不大于0.1mm。。各筒节四边拼接坡口不可手工打磨后修型，使用龙门刨找正后刨边成型。每块板料板尽量为矩型，其对角线差≤2mm，从源头上控制塔体直线度。
2.2 各筒节园度控制
钛板卷筒为冷态弯曲，使用的对轴式三辊卷板机主要缺点是板料两端有较长一段直边，钛材焊缝的塑性比钢材低，校圆量不能太大，要求焊接前对接面基本达到成品圆弧形状。经多次试验，用已弯至成品圆弧尺寸的垫板对板料两端先进行预弯，垫板厚度为板料的两倍，有效地减少了直边长度，对接边圆弧基本达到要求。
卷筒时，需采用少压多滚的原则，逐次调整上滚的压下量，不可过量。以免过弯而形成搭接；随时校正圆弧母线与端边平行，端口轴向错位≤1～2mm。由于钛板较薄，弹性大，卷筒时常出现翻边及鼓肚现象。用一块同宽度的铁皮随卷使筒节各部分受力均匀，可以很好地解决这一问题。
筒节由于自重而变形，内部用十字撑撑圆，两端用L型固定卡固定，中部用T字型调整卡调整好对口错边量、间隙后点焊，如图2所示。b根据板厚定，δ10mm为5mm； δ8mm，为4mm； δ6mm，为3mm，为使筒节的圆度更加理想，筒节焊后还要校型。为防止校型过程中焊缝出现裂纹，最后二遍封焊待校型后进行。
2.3 焊缝质量控制
塔体钛焊缝采用手工钨极氩弧焊，焊接电流为140-160A，电压24-28V，99.99%纯氩正反两面保护。为达到最小焊接变形，使用TA2的？准3mm焊丝，少量多道次焊接。板厚10mm，外面焊5遍，8mm四遍，6mm三遍，筒内都熔一遍。焊缝按JB/T4730-2005《压力容器无损检测》标准100%射线探伤，Ⅱ级合格。焊接后测量发现有卡具固定的焊缝收缩量比没有卡具保护的减小约40%-70%，但由于钛材具有一定的延性，可塑性变形，因此卡具固定产生的内应力并不影响产品的强度。焊接时，在一些需要的部位点焊加固拉筋，其材料与筒节相同。
钛材首遍焊缝引起的变形最大，后几遍的变形方向与其一致。焊完第一遍后，里面先熔焊，再焊第二遍，最大限度地减小焊接变形。环缝对接时将两个筒节沿外周均匀地至少分8等分，点焊等份点，再根据错边情况在等份点之间增加点焊点。使周长较长筒节的长出部分可沿圆周均匀分布，不集中在一起。制作相应的卡具保证对口错变量、棱角度及间隙。如图3所示。
环缝 字型调整卡 筒体环缝组对示意图
图3
2.4 环焊缝对接间隙控制。
环焊缝对接在托辊上，水平仪测平后进行。钛材焊缝的横向收缩量随焊缝宽度的增加而增加。对接筒节四等分点长度基本一致的情况下，第一遍焊接从间隙最小处开始。环缝每焊完一遍，都需根据再次测量的结果确定下一遍焊接的起焊点。
塔体四等分点长、短处若相差3mm以上，从长处开始焊，根据情况可在其他部位焊两遍后再焊最短处，以使长处收缩，短处间隙的收缩受到牵制测量四点长度始终用筒体的一个端面为基准，当这个端面无法再用时，从该端面向筒体内部引线，以保证测量基准不变。按国标要求方法测量直线度，测量点离纵焊缝的距离不小于100mm，因筒体厚度不同，计算直线度需减去厚度差。经过检查直线度完全达到要求。
3 结束语
3.1下料时，保证每块板料都是矩形，是筒体直线度能得到保证的理论基础。
3.2利用工装夹具，采取必要的措施，严格控制各筒节椭圆度为筒体直线度的保证奠定了基础。
3.3合理的焊接工艺，控制好环焊缝间隙，使塔体直线度要求圆满实现。
参考文献
[1]GB150-1998.钢制压力容器[S].
[2]JB/T4745-2002.钛制焊接容器[S].
[3]郑品森.化工机械制造工艺[M].北京：化学工业出版社，1978.
作者简介：曾红（1968，10-），女，高级工程师，从事压力容器及非标设备的制造、零部件加工。