一、大氣瓶的制造工藝
大口徑氣瓶采用大直徑無縫鋼管兩端經鍛壓收底、收口制成.其主要制造工藝如下:
A. 鋼管檢查:由于直徑較大,長度較長的無縫鋼管是軋制或鍛制產品,制造過程中不可避免會引起鋼管內、外表面的缺陷。鋼管質量是決定氣瓶質量的先決條件,因此在鋼管下料之前,通常采用超聲波沿鋼管長度進行100%的探傷,檢查軸向和環向缺陷。其缺陷深度不得超過壁厚的5%,與此同時采用超聲波進行壁厚測定。
B. 鋼管下料:采用機械方法或火焰切割將鋼管切割成所要求的尺寸。
C. 管端加熱:采用火焰或電將管端加熱,以便將管端加工成型。
D. 端部成型:采用模鍛設備,將加熱好的管端鍛壓成所需要的形狀和尺寸。
E. 熱處理:將成型后的氣瓶進行熱處理,以獲得所需的機械性能。熱處理方法為淬火一回火。為檢驗氣瓶熱處理的機。盤性能是否能夠滿足規定的要求,在對氣瓶進行熱處理的同時,試樣所用的鋼管也同一爐進行熱處理。
F. 噴砂除銹:將熱處理后的氣瓶噴砂,除去表面的氧化皮,以便進行磁粉探傷;
G. 磁粉探傷:檢查氣瓶有無因淬火不當而產生的表面裂紋;
H. 瓶口螺紋加工:以裝配連接時所需的附件;
I. 水壓試驗:采用水套法測定氣瓶的重量、容積和容積殘余變形率;
J. 內表面清理:采用蒸汽吹掃后。再進行內表面噴砂,以獲得清潔、干燥、光滑的內表面。
K. 瓶口插塞:以保護瓶口螺紋和保持內表面清潔。
L. 外表面噴砂、打鋼印、噴漆。
二、大口徑氣瓶管生產工藝介紹
在大口徑氣瓶管國產化十年的發展過程中,其制造工藝經歷了連軋管+斜軋式熱擴工藝、周期軋管(Φ508、720機組)+拉拔式熱擴工藝、連軋管+推制式熱擴+冷拔工藝三個階段。
1. 連軋管+斜軋熱擴工藝(天津鋼管)
這種生產工藝的主要流程如下:
a. 坯管準備:管坯加熱→定心→穿孔→連軋→定徑→冷卻→鋸切→矯直→探傷→檢驗。
b. Φ720mm斜軋擴管機組工藝流程見圖8-20所示。
斜軋熱擴的母管來自Φ460mm連軋管機組,鋼管送入加熱爐中加熱1130~1200℃,由輥道送出,經高壓水進行外表面除鱗后,以螺旋狀旋轉的運動方式送入旋擴軋管機進行擴管軋制。斜軋擴管機主要是由兩個轉向相同的錐形輥、一個錐形頂頭和一個沿軋制中心線方向支撐頂頭的頂桿組成,在軋制過程中,管徑擴大,壁厚減薄,總延伸系數接近1。
2. 周期軋管+拉拔式熱擴工藝
該工藝的熱軋母管來自周期軋管機組,由于周期軋管機組不設均整機,對母管的壁厚均勻性和表面質量有較大影響。拉拔式擴管機組由擴管機架、拔管機架、托管升降臺、擴管卡頭、拔管小車、擴徑頂頭(帶拉桿)和直流電機帶動的齒輪減速機構7大部分組成。進行拉拔熱擴之前,先在坯料管的管端擴出一個喇叭口,便于熱擴時用內外卡環卡住管端并進行水冷,然后由鏈條牽引芯棒桿并帶動頂頭穿過坯料管,從而實現擴徑減壁。該工藝的特點是機組設備簡單,便于組織生產,產品規格靈活多樣,可加工較長的成品。但是,拉拔式熱擴機組成材率低、工件費用高,并且產品的外徑精度低、外表面呈波浪形、表面不光滑、坡口質量差。現在國外許多國家已不再新上拉拔式擴管機組,國內也不再使用該工藝制造大口徑氣瓶管。
3. 連軋管+推制式熱擴+冷拔工藝
推制式熱擴徑工藝也稱中頻熱擴無縫鋼管工藝、頂推式熱擴徑工藝、推進式熱擴徑工藝。該工藝起源于20世紀50年代的德國,并在中國得到快速發展、改進及完善。其工藝原理是將毛坯管置于中頻加熱環中進行局部連續快速加熱,依靠液壓缸活塞的運動推動毛坯管,使其逐步通過錐形的內模芯棒從而實現擴徑。
德新鋼管(中國)有限公司具有多年制造大口徑無縫鋼管的生產經驗,通過不斷地進行技術創新,促使推進式熱擴工藝和技術不斷完善發展,突出的成就可歸納為以下兩方面:
在不斷完善推制式熱擴工藝的基礎上,德新鋼管于2014年成功地將該工藝與冷拔工藝結合用于制造大口徑氣瓶管。其基本流程見圖8-21所示。現在該工藝已經成為制造大口徑氣瓶管的主流工藝。
三、大口徑氣瓶管的發展趨勢
輕量化設計和制造是今后長管拖車的發展趨勢,是響應國家節能減排戰略的重要舉措。國家的“十三五”重點研發計劃“移動式承壓類特種設備風險防控與治理關鍵技術研究”已經將“長管拖車用大容積氣瓶的設計方法、上裝與行走機構的輕量化設計方法等研究”列為一項重要的研究內容。依靠技術進步和科技創新開發新材料、新方法和新工藝,促進大容積氣瓶的輕量化,保障氣瓶的安全性和可靠性是今后大口徑氣瓶管的發展趨勢。