2.5　机械加工与坡口制备

2.5　机械加工与坡口制备2.5.1　焊接坡口加工

对于压力容器承压壳体之上的所有 A、类焊缝以及 B 类焊缝而言，它们均属于全焊透焊缝，并且都需要开展无损检测。为了能够保证焊缝质量，坡口的制备这件事情就显得是十分重要的了。坡口的形式是由焊接工艺来确定的，然而坡口的尺寸精度、表面粗糙度以及清洁度是取决于加工方法的。筒体的纵缝通常情况下是可以采取刨边、铣边、车削加工、火焰切割等工艺手段来进行制备的。壳壁开孔能够采用气割（其中包括行健机器人气割开孔机）、车削、镗、钻等方法。很大的开孔在筒体上，原有的设备没法满足加工了，现在制备开孔、坡口采用的是行健机器人做的。

2.5.1.1　刨边机加工坡口

压力容器壳体焊缝坡口在下列情况下可选择刨边。

①允许冷卷成形的纵环缝、封头坯料拼接；

②不锈钢、有色金属及复合板的纵环缝；

③存在一些坡口形式，是不被允许采用气割方法去制备的，或者是坡口尺寸要求较为精确的，像是U形坡口、窄间隙坡口。

④还有一些不适合运用热切割方式去制备的坡口呀，例如类似低合金高强度材料这类的呢。

在用刨边或者铣边这种加工坡口的方式时，在我国的压力容器领域是无比常见的。刨边机去加工坡口跟普通的金属切削加工没啥区别，刨边机的长度大多是3到16米，能加工的厚度是60到160毫米，被加工出来的工件可以选用气动、液压、还有螺旋压紧或者电动压紧等多种方式来夹固，刨边机在切削的时候不管是前进还是回程都能够进行，这种刨边机的生产效率比较高，把刨边机的刀架改成铣削刀盘之后就变成铣边机了，处于一些国外的中小型压力容器制造行业，用到刨边机去加工坡口的已经是极为稀罕了，并且绝大部分材料的坡口制备都是通过火焰切割才能够达成的。

2.5.1.2　立式车床加工坡口

对于大型的厚壁合金钢容器，多数采用热卷以及温卷来进行成形，其环缝坡口能够在立车上加工完成，其优点在于对各类坡口形式都适宜，钝边直径尺寸精度高，钝边加工直径容易控制，又能够保证环缝装配组对准确，封头环缝和顶部中心开孔的坡口同样能够在立车上加工，国内一些大型锅炉及压力容器厂配备有5m立车，可加工筒节高度达到5m。国外某些大型容器厂通常会配备机械加工中心，像德国工厂的/1200镗铣机床，它能够车削的高度为7.5m，是借助动力头展开车削行动的，并且还能够开展镗、铣、钻加工。另一个工厂的立式机械加工中心，其车削直径能够达到11.7m，当下国内立车的加工能力业已超越了以往国外的加工能力。

2.5.1.3　切割坡口

当前，在压力容器行业里面，一种广泛运用的、最为经济实惠的手段，乃是借助火焰切割的方式来制备坡口。进行切割坡口这个操作时，一般是把分离切割以及坡口制备二者合并为一步来予以完成的。一旦要于半自动或者自动切割机上开展双嘴或者三嘴切割，生产率便以成倍的幅度得到提高。采用双嘴去切割V形坡口、三嘴去切割X形坡口能够一次割成（参照图2-14、图2-15）。

图2-14　用两个割炬切割V形坡口

1，2—割炬

图2-15　用三个割炬切割X形坡口

1～3—割炬

为了能够进一步提升切割坡口的生产率，除了广泛地采用半自动切割并且配置高速割嘴之外，压力容器制造行业普遍地添置自动切割设备。

（1）数控“水刀”切割机

一种平面切割机床叫 “水刀”，它是把超高压水射流发生器跟二维数控加工平台组合而成的。它把水流动的压力提得足够高，让水流拥有极大的动能，水流速度超过2倍声速 ，使一定比例磨料在高速水流里混合 ，在二维数控加工平台引导下 ，在材料任意位置开始或结束加工 ，按设定轨迹以适当速度移动 ，达成任意图形的平面切割加工。

（2）数控切割机

采用电子计算机，对切割过程予以自动控制，以此让切割过程变得更为便捷。当下，国内大型压力容器厂，已广泛运用国产的或者引进的数控火焰等离子切割机。数控切割机，替代了复杂繁琐的人工划线、放样等工作，还替代了不太经济的刨边机制备切口的工艺方式。

目前存在对筒体端面进行切割的工序，存在对封头余量进行切割的工序，存在对筒体人孔等进行开孔切割的工序，存在对管子端口进行切割的工序，这些工序现在均有相应的切割设备对它们进行半自动切割。割出的坡口在经过打磨之后就能够进行组装，能够进行焊接。需要特别加以指出的是，作为压力容器的焊接坡口，当材料是σb≥540MP以及Cr – Mo低合金钢时，如果采用火焰切割方法来制备坡口，那么要对坡口表面先开展打磨接着做磁粉或者渗透检测，加钒钢气割开孔之后，应该采用机加工方法来制备坡口。

2.5.1.4　其他方法加工坡口

（1）封头法向斜插孔坡口加工

此类开孔的轴线，垂直于封头的表面，要是封头是球形的，那么找正会比较方便，加工起来也是颇具便利的。一般的时候，能够采用镗床来进行加工，也能够在加工中心之上镗孔，并且坡口的深度是保持一致的。然而对于椭圆形封头上存在的斜插孔，特别是在快要接近过渡区的情况下，坡口的深度会有略微的差异，不过这并不会对加工以及焊接造成影响。

（2）筒壁侧向开孔坡口加工

有关薄壁容器的开孔，像是人孔这类大直径孔，要制作开孔样板，依据划线来进行手工切割，最好能够采用马鞍形切割机去作开孔切割（如图2-16（a）所示）。厚壁容器上面的小孔能够采用镗床钻孔、扩孔。大直径孔需要在镗床或者加工中心上予以加工，坡口钝边是一个等高圆柱面，坡口深度是呈现变化的（如图2-16（b）所示）。为了让孔的加工得以简化，此类开孔通常会加工成没有坡口的直孔，接着用手工割出坡口，经过修磨之后再使用。这种用于坡口制备的方法，将加工和气割结合在了一起，它常常被运用在封头上，也被运用在筒壁斜插孔上。

图2-16　筒体侧向开孔坡口

2.5.2　典型零部件的机械加工

2.5.2.1　八角垫的加工

把八角垫（图２－１７）密封形式应用于加氢反应器上是极为常见的情况，这种密封归属于半自紧式密封类别，在处于高温、高压且存在腐蚀状况的工况条件下，哪怕压力出现波动现象，密封依旧相对可靠，垫圈材料通常会选用０Ｃｒ１３以及钢锻件，垫卷的加工要点如下所述。

图2-17　垫片的形式

①控制中径尺寸，趋于正偏差。

②锥角误差要严格把握。

③锥面粗糙度尽量使其光滑一些。

④上下锥面应当处于同一轴线。在进行加工之前要先准备一个工艺环，把锻环通过点焊的方式固定在该工艺环上面之后才去进行加工，以此来防止因为车床装カ卡紧而产生变形。在立式车床上进行加工的过程是：

a.进行找正夹紧操作之后，对车床上的平面以及内部、外部直径进行加工，在这个过程中要对中径加以控制，具体情况可参照图2-18（a）。

图2-18　八角垫加工

b.车上锥面（用样板检查），（见图2-19）；

图2-19　八角垫样板

c.切断之后，把半成品零件，紧密地压在另外加工的，另一工艺环之上，此工艺环，如图2 – 18（b）所示。

d.按垫圈高度加工并车锥面（用样板检查）。

在卧车上进行加工时，小直径八角垫能够直接借助三爪卡盘来找正，进而开展加工操作，并不需要工艺板。椭圆垫的加工跟上述所提及的工序相类似，只是其样板呈现为圆弧形。

2.5.2.2　梯形槽的加工

不锈钢堆焊层上加工了加氢反应器的梯形密封槽，其加工过程颇为复杂。

①在法兰初加工坯料上加工堆焊槽（图2-20）；

图2-20　梯形槽

②依据图样尺寸给出的要求，进行E309L过渡层的堆焊操作，堆焊所形成的厚度，要达到不小于4mm的标准。

③热处理后加工过渡层，控制厚度3mm，检测；

④法兰、封头、筒节总装、热处理；

⑤堆焊表层E347；

⑥加工密封槽使达到图样要求，检测。

需要注意的是：

a.密封槽底r不得小于0.5mm；

b.表层堆焊、加工后不应再经受热处理；

c.槽的中径，要依据八角垫来进行配置，按照下偏差予以控制，它的好处在于，在预紧密封的时候，能让外锥面先实现压紧，如此一来，能够提高密封的可靠性。

组装顶部法兰、封头以及筒节成为部件之际，梯形槽的最终加工能够于5m立车上开展，如此一来加工相对便利，然而跟筒体大段完成总装之后，环缝仅能实施局部热处理。要是先行进行总装以及热处理，表层堆焊是在全位置状况里开展的，并且密封面的最终加工只能够在加工中心上开展。梯形槽锥面的粗糙度数值需要把控在1.6μm以下，可是这在大直径梯形槽的镗削加工之时是极难达成的，必要之时能够采用研磨的方式予以补救。

对加工好的梯形槽进行中径检测有如下方法：

a. 采用钢球以付诸对于中径的测量，那钢球的直径应当是在经过挑选之后才予以使用，此方法于立车上开展情形下实施起来乃是比较便利便捷的，在做测量这个行为动作的时候是需要有两个人相互配合协作的哟，把所测得的直径减去两个钢球各自分别的半径这一数值就行啦。

b.运用中径样板予以测量，按照中径尺寸系列去制作中径样板所展示的样式（图2-21），直接借助样板卡在直径之处进行测量，与此同时针对槽形开展检测，这种方法适用于小直径系列。

图2-21　中径测量样板

h—槽深；b—槽宽；ф—中径

c.把专用测量头安装在卡尺上（图2-22）。对卡尺的一个腿进行改制，之后装上测量头，以此进行单腿与外径间距间测量中径的操作，也能够对两个腿进行改制，进而直接测量出中径。

图2-22　中径测量头

h—槽深；b—槽宽

根据梯形槽系列尺寸制作出系列样板，可对梯形槽形状进行检测。

2.5.3　特殊形状零件的加工

对于高压厚壁容器的侧向开孔，一般会采用像图2-23所展示的那种结构形式，其目的在于让镶嵌式焊缝接头尽可能地远离应力集中区域。加强接管与壳壁相连接的地方，存在着一个马鞍形接盘，这个接盘通常是由整体锻造而成的。接盘的内弧面与筒节的内表面相互连接，其加工方式相对较为简单，例如可以采用刨、车等方法。然而，坡口以及外弧面的加工则比较复杂，需要在卧式车床上增添一套靠模车削机构。接盘的内弧面能够当作靠模（图2-24）。其加工工序为这般：先是在卧车上率先加工出接管各个圆柱面，接着在刨床上刨削内弧面，还要凭借圆弧样板予以检查，随后在卧车上找正之后装上靠模机构，以那内弧面作为依托分别加工外弧面，从而让接盘与筒节连接处厚度S保持均匀，使得圆角R处显得圆滑，之后加工内外焊接坡口，借助样板进行检查。马鞍形接管的加工质量取决于此靠模机构是不是够紧凑、运作是否灵活自如，以及机构的制造精度。外弧面及圆角R处即便经过了加工，然而依旧需要再次经过修磨，致使其外表面过渡变得圆滑。此类靠模机构当前已经有厂家进行生产。由于数控三维镗床的诞生以及被使用，当前已经取代了卧式车床、加上一套靠模车削机构，以此来进行加工加强接管马鞍形这种操作。

图2-23　马鞍形接管

图2-24　马鞍形加工靠模装置