第五章 锅炉压力容器焊接结构的生产
第一节 焊接结构的生产工艺
一、生产工艺流程
用焊接方法制造的金属结构称为焊接结构。由于焊接结构自身的一些优点，它在造船、锅炉、压力容器、起重运输等工业领域中得到了广泛的应用。焊接结构的形式很多，但它们的生产工艺流程却大致相同。焊接结构的生产工艺流程如图5-1所示。
图5-1 焊接结构的生产工艺流程
二、生产组织和准备
生产组织和准备工作对生产效率和产品质量的提高起着基本保证作用，它所包括的内容有以下几方面：
（1）技术准备 包括审查和熟悉产品施工图样，了解产品技术要求，进行认真的工艺分析，确定生产方案和技术措施，选择合理的工艺方法，进行必要的工艺实验和工艺评定，编制工艺文件及质量保证文件等。除上述内容外，还需要外购或自行设计、制造符合工艺要求的焊接工艺装备。
（2）物质准备 主要内容有组织原材料、焊接材料及其他辅助材料的供应，生产设备的调配、安置和检修，工、夹、量具及其他生产用品的购置、制造和维修等。
三、备料加工
备料加工是指钢材的焊前加工过程，即对制造焊接结构的钢材按照工艺要求进行的一系列加工。备料加工一般包括以下内容：
（1）原材料准备 将钢材，如板材、型材或管材等，进行验收→分类储存→发放。发放钢材应严格按生产计划提出的材料规格和需要量执行。
（2）材料预处理 其目的是为基本元件的加工提供合格的原材料，包括钢材的矫平、矫直、除锈、表面防护处理、预落料等工序。现代先进的材料预处理生产线中配有抛丸除锈、酸洗、磷化、喷涂底漆和烘干等成套设备。
（3）基本元件加工 主要包括放样、划线、钢材剪切或气割、坡口加工、钢材的弯曲、拉深、压制成形等工序。
目前，随着国内外焊接结构制造的自动化水平的提高，以数控切割为主体的备料工艺流程逐步取代了手工的划线、放样及切割等工序。保证了基本元件的加工质量，对生产效率的提高以及产品质量的可靠起着重要作用。
四、装配和焊接
装配和焊接在焊接结构的生产过程中是两个既独立又密切相关的加工工序。将基本元件按照产品图样的要求进行组装的工序称为装配；将装配好的结构通过焊接而形成牢固整体的工序称为焊接。对于复杂的结构往往要交叉进行多次装配、焊接工序才能完成。装配和焊接工艺是焊接结构生产过程中的核心。
五、结构质量检验
焊接结构的质量保证工作是贯穿于设计、选材、制造全过程中的一个系统工程。焊接结构质量包括整体结构质量和焊缝质量。整体结构质量指结构的几何尺寸和性能；焊缝质量的高低关系到结构的强度和安全运行问题，必须严格进行检验。
焊接结构生产过程中，在各道加工工序中间都应采用不同方法进行不同内容的检验。无论工序检验，还是成品检验都是对生产的有效监督，是保证产品质量的重要手段。
六、焊接结构安全评定
焊接结构安全评定是焊接结构与安全评定两门学科相结合的产物。焊接结构是焊接生产领域中的产物，而安全评定技术则是对工程结构设计的一种科学验证。
（1）两种准则
①长期以来都采用常规的“质量控制”准则评定产品，其评定的结果仅是为了确保焊接结构件的质量大体保持在某种水平之上，且在多数情况具有较大的随意性。
②在当前的焊接结构的安全评定中提出了另一种概念是“合于使用”准则，该准则建立在焊接缺陷对构件使用性能影响的基础上。应用“合于使用”的评定准则，既可增加焊接结构构件的安全性，同时也降低了构件的制造成本。
（2）安全评定的内容 焊接结构安全评定的内容可分为强度评定和断裂评定两个方面：
①强度评定包括静载荷强度计算、动载荷强度计算、结构试验及刚度评定等。
②断裂评定包括防脆断（允许焊缝缺陷值）、抗疲劳（缺陷延展对结构使用寿命的影响），以及环境介质对脆断和疲劳的影响等内容。
（3）安全评定的重要意义 确保结构的使用安全，在考虑经济效益的基础上给出适当的安全裕度。
（4）设计中的安全评定 传统设计方法中，一般仅对设计进行强度计算。按照安全评定的要求，要对焊接缺陷的允许值做出估计，对焊接结构的安全裕度有定量的了解，给出科学的安全系数。
（5）结构进行中的安全评定 焊接结构中的缺陷是难以避免的。这些缺陷是否允许存在，是否会扩展，扩展多长时间会发生危险，这些问题应通过安全评定技术给予回答。
（6）失效分析中的安全评定 对失效产品的评定称为失效分析，通过分析弄清产品失效的自身原因，同时，也是对安全评定技术的检验。
第二节 焊接结构的备料和成形加工
一、原材料的发放和复检
焊接结构使用的原材料主要有两大部分：一类是钢材，如钢板、角钢、槽钢、工字钢、圆钢等；另一类是焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂、钨极、气体等。
（1）材料验收 原材料入厂应有完整的质量证明书。入库前应对母材和焊材的质量证明文件进行检查，包括材料炉号、批号、型号、化学成分和金属力学性能，检查的各项指标应符合有关标准或产品设计的要求。
（2）材料的保管 入库的材料要分类标记，应按不同种类、材质、规格、型号、批号、炉号等分别存放与保管，并设有明显的标牌，钢材储存要充分考虑材料的吊运方便。焊接材料库要保证一定的温度和湿度。材料存放要防止混杂、生锈、受潮或损伤。
（3）材料发放 要严格发放制度，防止错用材料。对锅炉、压力容器等重要结构及对材质有严格要求的产品，要做好“标记移植”，即将原钢材上的关于材质、规格、炉号、批号等标记，用钢印打到使用钢材的某一规定部位，或打到剩余钢材上规定的明显部位上，以免失去标记而造成事故。
焊接材料发放时，型号、规格、数量必须满足焊接工艺规程的要求，焊接材料必须达到烘干要求。为了确保产品质量，使用前应对每一批原材料进行必要的化学成分和力学性能复验，以确保符合其牌号所规定的、质量证明书上所保证的要求。
复验的项目和数量按有关产品的技术要求和标准进行。如果复验不合格，可对不合格项目进行双倍试验，如复试，仍不合格，则该批材料做不合格论处。
二、钢材的矫正
钢材在轧制、运输、堆放过程中，常会产生表面凹凸不平或弯曲、扭曲、波浪变形等现象，特别是薄钢板及断面积小的型钢，更容易发生变形。这些变形的存在，将使划线达不到所要求的精确度，并将妨碍自动气割机的切割工作。因此，凡变形超过允许偏差值的钢材，在划线之前必须进行矫正。
一般轧制钢材号料前的允许偏差值见表5-1。
表5-1 一般轧制钢材号料前的允许偏差值
（mm）
钢材的矫正方法有手工矫正、机械矫正和火焰矫正。
（1）手工矫正 如图5-2所示。靠人力用锤子等简单工具捶击钢材的变形区，即短纤维区，使金属纤维短的部分伸长。手工矫正法简单灵活，应用较广，但矫正质量不稳定。被捶击处钢材的力学性能将受到影响。为了不使被矫正的钢材上留有锤疤，捶子不得直接捶击在钢材上。此种方法适用于数量不大的、薄小的材料矫正。
图5-2 手工矫正
1.长纤维区2.短纤维区（捶击区）
（2）机械矫正 是利用各种机械设备进行矫正变形的方法，其原理与手工矫正相同，区别在于所加外力为弯曲应力。机械矫正如图5-3所示。通过弯曲使金属纤维短的一侧产生拉应力，达到或超过屈服点，产生拉伸塑性变形，而在长纤维一侧则产生压缩塑性变形，使金属纤维长短一致。型材矫直可使用千斤顶、压力机等，或专用的多辊角钢（或管材）矫正机。钢板矫平可使用多辊矫平机。机械矫正法因质量稳定、效率高、劳动强度小而获得广泛的应用。
图5-3 机械矫正
1.长纤维区2.短纤维区
常用机械矫正的分类及适用范围见表5-2。
表5-2 常用机械矫正的分类及适用范围
（3）火焰矫正 如图5-4所示，火焰矫正的矫正原理与前两者相反，它是利用火焰局部加热变形部位，使之产生压缩塑性变形，然后迅速冷却，使长金属纤维变短，达到长短一致，从而消除变形。火焰矫正法使用的工具主要是气焊枪或气割枪，或专用的火焰矫正加热枪。其加热方式根据所要矫正的变形特点而异，有点状加热、线状加热和三角形加热三种方式。点状加热就是加热区呈小面积的圆形，如图5-4a所示；线状加热就是加热区呈长带状，长带的宽窄随板厚改变，板厚越大，加热带越宽，其特点是宽度方向收缩大，长度方向收缩小，如图5-4b所示；三角形加热就是加热区呈等腰三角形，底边在钢材的边缘，其特点是收缩量从三角形的顶点起沿等腰边逐渐增大，如图5-4c所示。加热温度一般在钢材的回火温度以下，加热后可以在空气中冷却，为提高矫正效率，可在钢材的正面或背面喷水冷却，但对有淬硬倾向的钢材要慎重。火焰矫正可矫正型材、板材的弯曲、凹凸等变形。火焰矫正方法简单、灵活、效率高、效果好，应用甚广。
图5-4 火焰矫正
（a）点状加热（b）三角形加热（c）线状加热
三、划线、放样、号料
（1）划线 在毛坯或工件上用划线工具画出待加工部位的轮廓线或做出基准点、线的过程称为划线。单件生产或构件数量较少时可采用手工划线方法。
（2）放样 根据构件图样，用1∶1比例（或一定比例）在放样台（或平板）上画出其所需图形的过程称为放样。按画出的图形制成样板，供加工和装配使用。
（3）号料 根据图样，或利用样板、样杆等直接在材料上画出构件形状的加工界限，并注明加工符号的过程称为号料。批量生产时可利用样板进行号料，单件生产时可直接在钢材上放样，再号料。
四、切割加工
切割加工包括切割和边缘加工两个部分。
（1）切割 将放样、号料的零件形状从原材料上分离开来的过程称为切割。
①剪切。剪切所用的设备有压力剪切机、龙门剪切机、圆盘剪切机和型钢剪切机等。压力剪切机用来剪切短直线和略带弯曲的曲线；龙门剪切机用来剪切长直线，其最大剪切长度可达5m左右；圆盘剪切机可用来剪切6mm以下，曲率半径大于一定值的任意曲线；型钢剪切机用来剪切各种型钢。
用剪切机剪切钢板时，切口平面附近的钢材会产生一层冷作硬化区，该区的深度随被剪切金属材料厚度的不同而变化。当被剪切钢板厚度＜25mm时，其硬化区的深度一般可达1.5～2.5mm。因此，重要结构零件的边缘在剪切后应切削去2～4mm，以消除冷作硬化区的影响。各种剪切机的剪切厚度一般不超过16mm，特殊的可达32mm。
②锯削。常用的锯床有弓形锯床、圆片锯床和砂轮切割机。
③气割。目前使用的气割方法主要是氧乙炔焰气割和氧丙烷气割。与剪切相比，气割的特点是可切割的厚度较大，可切割零件的几何形状不受限制。但气割薄板及直线形零件时，切口的质量、生产效率和经济性均不如剪切。因此，通常只是板厚16mm以上的直线切割和板厚6mm以上的曲线切割才采用气割。
④等离子弧切割。它是利用高温、高速等离子束将切口金属及其氧化物熔化，并将氧化物吹走而完成切割过程的一种工艺方法。由于等离子弧的温度极高，流速也高，所以任何高熔点的氧化物都能被熔化和吹走，因此能切割任何金属。一般常用来切割不锈钢和铝、镍、铜及其合金等。等离子弧切割速度快，效率高。但由于等离子流速高，噪声、烟气和烟尘严重，工作卫生条件较差。
⑤激光切割。利用高能量密度的激光束照射到工件切割区，使工件局部熔化及汽化，同时用纯氧或压缩空气、氮、氢、CO2
+N2
、氩等辅助气流吹走液态切口金属，而完成切割过程的一种工艺方法。可切割金属和非金属。适宜薄件的精密切割。此种方法切割质量高，但设备昂贵。
（2）边缘加工 边缘加工的目的是除去剪切边缘冷作硬化层，修整气割边缘等，使构件达到一定的设计和工艺要求，为焊接和装配做好准备。切割后的构件，根据尺寸、精度和粗糙度等工艺要求要进行坡口加工或刨边。常用的边缘加工方法有气割、碳弧气刨、刨削、车削和錾削等。
五、成形加工
对有不同角度或曲面要求的零件，选择折边、弯曲和冲压等方法，使钢材产生塑性变形，从而达到所需的形状，这个工序称为成形加工。在常温下进行的成形加工称为冷成形。如果构件刚度较大或要求的变形度较大，则需把钢材加热到800℃～1100℃的高温下才能进行成形加工，这种加工称为热成形。
（1）折边 把零件折成一定角度称为折边。折边可在专用折边机上进行，也可在摆梁式弯曲机上进行。
（2）弯曲 将钢材弯成一定角度或一定形状的工艺方法称为弯曲。它包括卷板、弯管和型钢的弯制。
①卷板。卷板是指将钢板在冷态或热态下弯制成圆柱形或圆锥形筒体。所用的设备是三辊或四辊卷板机。
冷卷是指在常温下进行卷制，适用于薄板和中厚板。冷卷操作比较方便，曲率容易控制，且比较经济，但容易产生冷作硬化现象和回弹现象；热卷是指在温度不低于700℃时进行的卷制，常用于厚板，能防止冷作硬化和回弹现象的发生，但容易形成表面缺陷；温卷是指将板材加热到500℃～600℃进行卷制，能改善热卷的操作条件和表面缺陷，也能减少冷卷脆断的可能性和降低卷板机的负荷，成形后有时还要进行消除应力的热处理。
②弯管。弯管是指将管子弯制成一定的平面角度或空间角度，通常在弯管机上进行。弯管机如图5-5所示。
图5-5 弯管机
1.夹头2.滚轮3.管子4.工作扇轮
弯管分无芯弯管和带芯棒弯管两种。前者适用于直径8～16mm的钢管或铝管；对于管径较大或弯曲半径R≤1.5D的管子，为防止弯曲后产生较大的圆度，弯曲前应在管内填满填料。常用的填料有松香、硅砂和易熔合金等。对于管径更大的管子一般均采用热弯。热弯时管内需灌满炒干的黄沙，用地炉加热，手工弯制。
③型钢弯制。弯曲度较小的型钢，可直接用型钢弯曲机来弯制，其工作原理与弯管相仿。弯曲度较大的型钢可用火焰直接热弯。
（3）冲压 利用装在压力机上的压延模对板料加压，使其产生变形，从而获得所需零件的加工方法称为冲压。薄板一般在冷态下进行冲压，超过8mm厚的钢板需采用热冲压。
冲压设备一般是曲柄压力机，摩擦压力机以及液压机等。
第三节 焊接结构的装配
一、装配基本条件和装配基准
根据图样，有关工艺文件和技术条件的规定，将零件用焊接定位或其他连接方式装在一起的工序，称为装配。
1. 装配的基本条件
进行焊接结构件的装配，必须对零件进行定位、夹紧和测量，这是装配工艺的三个基本条件。
（1）定位 定位就是确定零件在空间的位置或零件间的相对位置。
（2）夹紧 夹紧是借助夹具等外力使零件准确到位，并将定位后的零件固定。
（3）测量 测量是指在装配过程中，对零件间的相对位置和各部件尺寸进行一系列的技术测量，从而鉴定定位的正确性和夹紧力的效果，以便调整。
图5-6所示为工字梁的装配。在平台6上两翼板4的相对位置由腹板3和挡铁5定位，工字梁端部由挡铁7定位；翼板与腹板间相对位置确定后，通过调节螺杆1实现夹紧；定位夹紧后，需要测量两翼板的相对平行度、腹板与翼板的垂直度（用直角尺8测量）和工字梁高度尺寸等项指标。
图5-6 工字梁的装配
1.调节螺杆2.垫铁3.腹板4.翼板5、7.挡铁6.平台8.直角尺
上述三个装配基本条件相辅相成，缺一不可。若没有定位，夹紧就变成无的放矢；若没有夹紧，就不能保证定位的准确性和可靠性；而若没有测量，也无法判断并保证装配的质量。
2. 装配基准的选择
基准一般分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是按照产品的不同特点和产品在使用中的具体要求所选定的点、线、面，而其他的点、线、面是根据它来确定的；工艺基准是指工件在加工制造过程中所应用的基准，其中包括原始基准、测量基准、定位基准、检查基准和辅助基准等。
在结构装配过程中，工件在夹具或平台上定位时，用来确定工件位置的点、线、面，称为定位基准。合理地选择定位基准，对保证装配质量，安排零、部件装配顺序和提高装配效率均有着重要的影响。图5-7所示为容器上各接口间的相对位置。接口的横向定位以筒体轴线为定位基准，接口的相对高度则以M面为定位基准。若以N面为定位基准进行装配，则Ⅲ与接口Ⅰ、Ⅱ的距离由（H2
-h1
）和（H2
-h2
）两个尺寸来保证，其定位误差是这两个尺寸误差之和，显然比用M作定位基准的误差要大。
图5-7 容器上各接口间的相对位置
装配工作中，工件和装配平台（或夹具）相接触的面称为装配基准面。通常按下列原则进行选择：
①既有曲面又有平面时，应优先选择工件的平面作为装配基准面。
②工件有若干个平面时，应选择较大的平面作为装配基准面。
③选择工件最重要的面，如经机械加工的面作为装配基准面。
④选择装配过程中最便于工件定位和夹紧的面作为装配基准面。
二、装配工具及技术要求
1. 装配用工、量具
常用的工具主要有大锤、小锤、錾子、手砂轮、撬杠、扳手、千斤顶及各种划线用的工具等。所使用的量具有钢卷尺、金属直尺、水平尺、直角尺、线锤及各种定位样板等。
2. 装配用定位器
定位器包括挡铁、定位销、轴销和V形块等。定位器可以用来确定零件在整个结构中的相对位置。零件在装焊过程中可以沿平面（挡铁）、圆柱面（销钉）和圆锥面（V形块）定位，或沿这三种表面的复合表面定位。定位器可作为独立的夹具使用，也可以作为定位和夹紧装置的复合式夹具的元件使用。
（1）挡铁 按照构件装配要求，在所装置零件周边适当地配置矩形板、角钢、销钉等作为挡铁。例如，用三根角钢组成的构件用挡铁来定位，如图5-8所示。图5-8中箭头所示为压力、夹力的方向。用挡铁定位简单、方便，但精度不高，只能用于精度要求不高的构件装焊。
图5-8 三根角钢用挡铁定位
（2）定位销 在实际生产中，有些零件的位置可以用一个或两个定位销来定位。当用两个定位销来定位时，必须将两个销子中的一个做成双面削边（菱形销）且削边方向与两个销子的中心连线垂直。用两个定位销定位如图5-9所示。
图5-9 用两个定位销定位
（3）V形块 装配圆筒形零件，如管子、轴和小型圆筒节时常用V形块定位。V形块有刚度的和可调节的、敝开的（不带螺旋压夹紧器）和带有螺旋夹紧器的等数种。后一种形式在焊接细小管子时特别适用。V形块的槽口角度α通常为90°或120°。利用V形块定位如图5-10所示。
图5-10 利用V形块定位
3. 装配用夹紧器
在装配工作中夹紧器是使用最普遍的一种夹具。它主要用于固定工件的位置。夹紧器主要有机械式、气压式和液压式等几种，其中最常用的是机械式或气压式。
（1）螺旋夹紧器 如图5-11所示。这种夹紧器结构简单，由主体、螺杆、螺母、压头和手柄等组成。它主要依靠旋转螺杆来实现压紧，其夹紧力大、可靠、灵活、方便，应用范围很广。但靠手动夹紧，劳动强度较大。
图5-11 螺旋夹紧器
1.手柄2.螺母3.主体4.螺杆5.压头
（2）快速夹紧器 也称杠杆夹紧器，夹紧和松开过程快、省力、减少辅助时间。这种夹紧器结构简单、容易制造。快速夹紧器如图5-12所示。它由止动螺杆1、螺母2、杠杆3、挡铁4、轴A5、轴B6、环圈7、连杆8、手柄9、销轴10和支座11组成。手柄9下孔与支座11下孔用销轴10相连接，手柄9上孔与两个连杆8上孔、环圈7用轴A相连接，两个连杆8的下孔与杠杆3中的孔用销钉相连，杠杆3的固定端装在支座中的轴B6上，自由端有止动螺杆1，用以压紧工件，其位置用螺母2来调节，手柄的转动位置用挡铁4来限位。扳动手柄9时，机构处于夹紧位置（实线位置）。此时手柄9和连杆8共线，机构处于死点状态，被夹紧的工件不会自由松动。向右扳动手柄，使手柄转过一定角度，处于双点画线位置，工件可取出。
图5-12 快速夹紧器
1.止动螺杆2.螺母3.杠杆4.挡铁5.轴A 6.轴B 7.环圈8.连杆9.手柄10.销轴11.支座
（3）楔条夹具 楔条夹具是利用楔条的斜面将外力转变为夹紧力，达到夹紧零件的目的。为了保证斜楔夹紧的可靠性，楔条夹具在使用中应能自锁，其自锁条件是楔条（或楔板）的楔角应小于其摩擦角，一般采用的楔角为10°～12°，图5-13所示是楔条夹具的应用示例。
图5-13 楔条夹具的应用示例
（4）拉紧和推撑夹具 主要有千斤顶、拉紧器和推撑器等。这类夹具由于作用速度快且压紧力大，所以获得广泛的应用。
①千斤顶。它的作用主要是用来承受工件的全部或一部分质量，或对装配的构件产生力的作用，以便将一个构件压紧在另一个构件上。常用的千斤顶有螺旋千斤顶，如图5-14所示；可拆式螺旋千斤顶，如图5-15所示；可移式螺旋千斤顶，如图5-16所示；还有杠杆齿条式千斤顶和液压式千斤顶。
图5-14 螺旋千斤顶
图5-15 可拆式螺旋千斤顶
图5-16 可移式螺旋千斤顶
②拉紧器。拉紧器是指在装配时用于拉紧两个或多个零件或部件用的夹具。按照结构的不同，拉紧器可分为螺旋式、杠杆式、偏心式，或联合式几种。常用的是杠杆-螺旋拉紧器，如图5-17所示。它是由两个螺旋压紧器和两个拉紧螺栓组成的。利用这种拉紧器，可调节圆筒体纵向接口两边缘的接合高度，使接口达到足够的精度要求。
图5-17 杠杆-螺旋拉紧器
③推撑器。推撑器是指装配圆筒体时，为了对齐边缘，矫正凹陷部位而使用的夹具。柱形推撑器如图5-18所示。
图5-18 柱形推撑器
1.销钉2、3.螺旋
4. 装配用设备
（1）对装配用设备的一般要求
①平台或胎架等应具备足够的强度和刚度。
②平台或胎架要求水平放置，表面应光滑平整。尺寸较大的装配胎架应安置在相当坚固的基础上，以免基础下沉导致胎具变形。
③胎架应便于对工件进行装、卸、定位焊等装配操作。
④设备构造简单，使用方便、维修容易，成本要低。
（2）装配用平台
①铸铁平台是由许多块铸铁组成的，结构坚固，工作表面需要加工，平面度比较高，面上具有许多孔槽，便于安装夹具，常用于进行结构的装配以及钢板和型钢的热加工弯曲。
②钢结构平台是由型钢和厚钢板焊制而成的，它的上表面一般不经过切削加工，所以平面度不及铸造平台，常用于制作大型焊接结构或制作桁架结构。
③导轨平台是由安装在水泥基础上的许多导轨排列组成的，每根导轨的上表面都经过切削加工，并有紧固工件用的螺栓沟槽。这种平台用于制作大型焊接结构件。
④水泥平台是由水泥浇灌而成的一种简易而又适合于大面积工作的平台，浇灌前在一定的部位预埋拉桩、拉环，以便装配时用来固定工件。在水泥平台面上还放置交叉形扁钢，扁钢面与水泥面平齐，作为导电板或用于固定工件。水泥平台可以拼接钢板、框架和构件，又可以在上面安置胎架进行较大部件的装配。
⑤电磁平台是由型钢和钢板焊制而成的平台及电磁铁组成的。电磁铁能将钢板或型钢吸紧固定在平台上，减少工件的焊接变形。充气软管和焊剂的作用是组成焊剂垫，用于埋弧焊，可防止漏渣和铁液下淌。
（3）胎架 胎架经常用于某些形状比较复杂，要求精度较高的结构件，如船舶、机车车辆底架、飞机和各种容器结构等。所以，它的主要特点是利用夹具对各个零件进行方便而精确的定位。有些胎架还可以设计成可翻转的，把工件翻转到适合于焊接的位置。利用胎架进行装配，既可以提高装配精度，又可以提高装配速度。但由于胎架制作费用较高，故常为某种专用产品设计制造，适用于生产线或批量生产。装配胎架应符合下列要求：
①胎架工作面的形状应与工件被支撑部位的形状相适应。
②胎架结构应便于在装配中对工件进行装、卸、定位、夹紧和焊接等操作。
③胎架上应划出中心线、位置线、水平线和检验线等，以便于装配中对工件随时进行校正和检验。
④胎架上的夹具应尽量采用快速夹紧装置，并有适当的夹紧力。定位元件需正确并耐磨，使零件定位保持准确。
三、常用装配方法
焊接生产中应用的装配方法可根据结构的形状和尺寸、复杂程度以及生产性质等进行选择。常见装配方法有以下几种：
1. 划线定位装配法
划线定位装配法是利用在零件表面或装配台表面划出的工件中心线、接合线、轮廓线等作为定位线，来确定零件间的相互位置，以定位焊固定进行装配。这种装配，通常用于简单的单件小批量装配或总装时的部分较小型零件的装配。
划线定位装配如图5-19所示。图5-19a所示是以画在工件底板上的中心线和接合线作为定位基准线，以确定槽钢、立板或三角形加强肋的位置；图5-19b所示是利用大圆筒盖板上的中心线和小圆筒上的等分线（也常称其为中心线）来确定两者的相对位置。
图5-19 划线定位装配
2. 工装定位装配法
（1）样板定位装配 它是利用样板来确定零件的位置、角度等，然后夹紧并经定位焊完成装配的装配方法。常用于钢板与钢板之间的角度装配和容器上各种管口的安装。
图5-20所示为斜T形结构的样板定位装配。根据斜T形结构立板的斜度，预先制作样板，装配时在立板与平板接合线位置确定后，即以样板去确定立板的倾斜度，使其得到准确定位后可实施定位焊。
图5-20 斜T形结构的样板定位装配
（2）定位元件定位装配法 是用一些特定的定位元件，如板块、角钢、销轴等，构成空间定位点，来确定零件的位置，并用装配夹具夹紧装配。它不需划线，装配效率高，质量好，适用于批量生产。
挡铁定位装配如图5-21所示。在大圆筒外部加装钢带圈时，在大圆筒外表面焊上若干定位挡铁，以这些挡铁为定位元件，确定钢带圈在圆筒上的高度位置，并用弓形螺旋夹紧器把钢带圈与筒体壁夹紧，用定位焊焊牢，完成钢带圈装配。
图5-21 挡铁定位装配
（3）胎夹具（又称胎架）装配法 对于批量生产的焊接结构，若需装配的零件数量较多，内部结构又不很复杂时，可将工件装配所用的各定位元件、夹紧元件和装配胎架三者组合为一个整体，构成装配胎架。
3. 装配、焊接顺序
焊接结构都是由许多零、部件组成的，正确选择装配、焊接顺序可以高质量、高效率、低成本地完成焊接任务。装配、焊接顺序有以下几种。
（1）整装整焊法（先装后焊）将全部零件按图样要求装配成整体，然后转入焊接工序完成全部焊缝焊接。装配可以采用装配胎、卡具进行，焊接可采用滚胎等工艺装备，这种方法适用于结构简单、零件数量少、大批量生产的构件。
（2）随装随焊法 即先将若干个零件组装起来，随之焊接相应的焊缝，然后再装配若干个零件，再进行焊接，直到全部零件装完并焊完，成为符合要求的构件。这种方法装配工人和焊接工人在一个工位上交叉作业，所以生产效率不高，适用于单件小批量生产和复杂结构的生产。
（3）部件组装法 将整个构件划分成若干个部件，每个部件单独装焊好后，再将它们总装焊成整体结构。这一方式适合批量生产，可实行流水作业。适用于大型的复杂焊接结构。
4. 装配质量的检查
在焊前的装配准备中，应对坡口和焊接接头部位进行检查。如果坡口过于狭窄，则可能产生未焊透，使接头的使用性能降低；如果坡口过宽，则焊后变形明显，而且消耗材料多、费时、费力。
结构在装配时，还应检查装配间隙、错边量等是否符合图样工艺文件的要求。如果发现不符合要求的坡口和接头，要采取措施进行补救和修正。
如果接头装配间隙过大，绝对不允许采用填充金属的错误方法进行修补。错误的修补方法如图5-22所示。
图5-22 错误的修补方法
四、典型结构的装配
圆筒节对接装配的要点在于使对接环缝和两节圆筒的同轴度误差都符合技术要求。为使两节圆筒易于获得要求的同轴度和便于装配中翻转，装配前两圆筒节应分别进行矫正，使其圆度等符合技术要求。为防止筒体椭圆变形可以在筒体内使用径向推撑器撑圆。用径向推撑器装配筒体如图5-23所示。筒体装配可分卧装和立装两类。
图5-23 用径向推撑器装配筒体
（1）筒体的卧装 筒壁较厚或质量较大的筒节应在专用的滚轮架上进行卧式装配。筒节环缝卧式装配装置如图5-24所示。装配时将两个筒节分别置于固定滚轮架和可调滚轮架上，移动可调滚轮架可以调整焊缝间隙。旋转螺杆可使筒节上升、降低或做径向水平移动，以调整坡口和错边，局部偏差可用斜楔来调整。筒体直径很小时，也可以在槽钢或型钢架上进行装配。
图5-24 筒节环缝卧式装配装置
（2）筒体的立装 立装容易保证质量，效率高和占场地小，适用于筒壁较薄、直径较大而长度不太大的筒节装配。圆筒立装对接如图5-25所示，先将一节圆筒放在平台（或水平基础）上，并找好水平，在靠近上口处焊上若干个螺旋压马。然后将另一节圆筒吊上，用螺旋压马和焊在两节圆筒上的若干个螺旋拉紧器拉紧进行初步定位。然后检验两节圆筒的同轴度并校正，检查环缝接口情况，并对其调正合格后进行定位焊。
图5-25 圆筒立装对接
1.螺旋拉紧器2.螺旋压马3.平台
油罐等大型圆筒容器装配，因直径较大，不能卧装，可采用立装倒装法。倒装方法是首先把罐顶与第一节筒体进行装配，并全部焊完。然后，用起重机械将第一节圆筒体提升一定高度，接着把第二节圆筒体平移到第一节圆筒体下面，再用前面所述的立装方法，把第一节圆筒缓缓地落在第二节筒体上面，接口处用若干螺旋压马进行定位，并用若干螺旋拉紧器拉紧，调整筒体同轴度和接口情况，合格后定位焊，最后将该节全部焊缝焊完。再用起重机械将第二节筒体提升一定高度，用同样方法装配第三节筒体，依此类推，直至装完最后一个筒体，最后一节筒体尚需与罐底板连接并焊成一体。倒装法的筒体环缝焊接位置始终在最底一节筒体上，比正装法省去搭脚手架的麻烦。同时，筒体的提升也是从最底下一节挂钩起吊，又可省去使用高大的起重设备，所以是比较常用的装配方案。
第四节 焊接结构的焊接工艺
一、编制焊接工艺规程
1. 焊接工艺规程的作用
①焊接工艺规程是规定焊接结构件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。焊接工艺规程是根据产品图样及技术条件的要求以及焊接结构的特点，结合本单位的生产条件制定的工艺文件。它是工件生产过程中指导性的技术文件，是焊工工作的依据，是获得优质焊接接头和防止或减少焊接变形的根本保证。
工艺规程是生产经验和技术理论的结晶，因此，工艺规程一经制定，焊工必须严格执行，任何人不得随意更改。若在实际生产过程中发现工艺规程存在问题，需通过一定的手续才能进行修改。
②焊接工艺规程是组织和管理生产的基础依据。依据焊接工艺规程可以进行全面生产前的各项准备工作，主要包括：焊接材料的准备、焊接设备的调整和添置、工艺装备的设计与制造、焊接检验设备的配制等。
2. 编制焊接工艺规程的原则
（1）技术上的先进性 制定焊接工艺规程时，要根据调查材料、情报信息，了解国内外焊接工艺技术的发展情况，对目前本企业所存在的差距要心中有数。要充分利用焊接工艺方面的最新科学技术成就，广泛采用最新的发明创造、合理化建议和国内外先进经验。目前，应该大力推广使用高效率的焊接生产方法，如CO2
气体保护焊、熔化极脉冲氩弧焊等。受本企业生产条件、资金等限制一时尚不能采用的先进技术要有明确的规划，根据产品的实际水平，结合市场预测，要在综合分析的条件下，尽可能地保持焊接工艺规程的技术先进性，并要在焊接工艺规程中体现这种先进性。
（2）经济上的合理性 在一定生产条件下，要对多种工艺方法进行对比与计算，尤其要对产品的关键件、主要件、复杂零部件的焊接方法进行核算和方案对比，选择经济上最合理的方法，在保证质量的前提下力求成本最低。如壁厚50mm以下的容器，采用电渣焊焊接，在经济上是不合理的。
（3）技术上的可行性 制定焊接工艺规程必须从本厂的实际条件出发，充分利用现有设备，根据企业的潜力，结合具体生产条件以消除生产中的薄弱环节。
（4）良好的劳动条件 焊接工艺规程必须保证操作者具有良好而安全的劳动条件。因此，应尽量采用机械化和自动化，尽可能采用较先进的工装。例如，带有人孔封头的终接环缝，应将内环缝的焊条电弧焊封底改为自动焊封底，环缝应开成不对称的X形坡口，即内浅外深，以减轻容器内部的焊接工作量，因为容器内部的焊接条件相对外部要差得多。
3. 编制焊接工艺规程的依据
（1）产品的整套装配图样和零部件工作图 产品的整套装配图样是编制焊接工艺规程的最主要资料，在装配图上可以了解到产品的技术特性和要求，结构的特点和焊缝的位置，产品的材料牌号和壁厚，探伤的要求和方法，焊接节点和坡口的形式等。产品零件图则是确定零件特征的最基本而详尽的资料，在零件图上可以了解到零件本身的焊接方式、材料、坡口等，是编制焊接工艺卡的主要依据。
（2）产品的有关焊接技术标准 产品的种类、材料的牌号、坡口的形式等都有相应的一系列的国家标准和部颁标准。编制焊接工艺规程时必须依据并符合这些标准。当同一内容同时有两种以上的标准时，原则上应该按高标准执行。
工厂还可以根据本厂的具体生产条件，制定本厂的有关技术标准（厂标），厂标原则上应符合相应的部颁标准和国家标准，仅是根据本厂的情况做适当的补充，并且在技术要求上应不低于相应的部标和国标。
（3）产品验收的质量标准 制定焊接工艺规程时，一定要考虑到产品验收的质量标准，并在工艺规程中明确表示出来，如焊缝外表的几何尺寸要求，探伤的方式及合格标准，水压试验和试验压力等。
（4）产品的生产类型 焊接结构的生产量分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型，生产量类型划分见表5-3。应根据生产类型制定相应的工艺。例如，成批生产和大量生产的产品，就应该考虑采用比较先进的设备，专用的工、卡、量具和专门的厂房，而单件生产则应充分利用工厂现有的生产条件，挖掘潜力，不然将使产品成本过高，在经济上是不合算的。
表5-3 生产量类型划分
（5）工厂现有的生产条件 为了使所编制的焊接工艺规程能切实可行，达到指导生产的目的，一定要从工厂实际情况出发，即要掌握车间的工作面积和动力、起重、加工设备等的能力，车间生产工人的数量、工种和技术等级等情况。
4. 焊接工艺规程的内容
焊接工艺规程种类繁多，但至少应包括焊接工艺评定报告、焊接工艺守则和焊接工艺卡（细则）三个部分。
（1）焊接工艺评定报告 焊接工艺评定报告是焊接工艺评定的记录，它应该把整个工艺评定的试验数据、检验报告内容等详细记录下来。对于每一种新的焊接方法、新的材料、国外进口的材料等都应进行一次评定。我国目前仅在锅炉和压力容器产品上开展了焊接工艺评定工作，并且有了相应的部颁标准。
（2）焊接工艺守则 这是一种通用性的焊接工艺文件，是针对某一种焊接方法、某一种操作工艺、某一种材料的焊接工艺等所编制的一种公共准则，如焊条电弧焊工艺守则、埋弧焊工艺守则、碳弧气刨工艺守则、氧乙炔焰切割工艺守则、焊接原材料的验收、保管、发放守则、低合金高强度钢焊接工艺守则、不锈钢焊接工艺守则、焊缝缺陷返修工艺守则等。
（3）焊接工艺卡（细则）焊接工艺卡（细则）是直接发到焊工手里的指导生产的焊接工艺文件，对于重要的产品，应做到“一点一卡”，即一个焊接节点一**艺卡片。焊接工艺卡（细则）中应该包括如下内容：焊接节点图；母材的牌号、规格；焊接材料的牌号、规格，烘干温度、保温时间；预热温度，层间温度和焊后热处理规范，焊接参数，如电流、极性、电压、焊接速度，焊机型号；焊接材料定额和焊接工时定额；焊工合格项目；焊接工艺过程，如焊前清理、层间除渣、焊后打钢印、焊缝外表自检等。
二、焊接方法、焊接材料和焊接设备的选择
选择焊接方法，应根据产品的结构尺寸、形状、材料成分、接头形式以及对焊接接头的质量要求，以及现场的生产条件、技术水平等，选择最经济、最方便、高效率并且能保证焊接质量的焊接方法。
（1）选择焊接方法 为了正确地选择焊接方法，必须要了解各种焊接方法的生产特点及适用范围，如工件厚度、焊缝空间位置、焊缝长度和形状等。同时，考虑各种焊接方法对装配工作的要求，如工件坡口要求、所需工艺装备等，焊接质量及其稳定程度，经济性，如劳动生产率、焊缝成本、设备复杂程度等，以及工人劳动条件等。
（2）选择焊接材料 选择了焊接方法以后，就可以根据焊接方法的工艺特点来确定焊接材料。确定焊接材料时，还必须考虑到焊缝的力学性能、化学成分以及在高温、低温或腐蚀介质工作条件下的性能要求等。总之，在综合考虑后才能合理选用焊接材料。
（3）选择焊接设备 焊接设备的选择应根据已选定的焊接方法和焊接材料，还要考虑焊接电流的种类、焊接设备的功率、工作条件等方面，应使选用的设备能满足焊接工艺的要求。
三、焊接参数的选用
①深入地分析产品的材料及其结构形式，着重分析材料的化学成分和结构因素共同作用下的焊接性。
②考虑焊接热循环对母材和焊缝的热作用，这是获得合格产品及焊接接头最小的焊接应力和变形的保证。
③根据产品的材料、工件厚度、工接接头形式、焊缝的空间位置、接缝装配间隙等，去查找各种焊接方法的有关标准、资料。
④通过实验确定焊缝的焊接顺序、焊接方向以及多层焊的熔敷顺序等对焊接接头形成的影响。
⑤确定焊接参数不应忽视焊接操作者的实践经验。
四、确定合理的焊接热参数
除低碳钢外，低合金中、高强度结构钢也已为焊接结构广泛采用，这类钢优点虽多，但焊接工艺比较复杂，通过选择合适的焊接热参数，可以改善焊接接头的组织和性能，消除焊接应力，防止裂纹产生。焊接热参数主要包括预热、后热及焊后热处理。
（1）预热 预热是焊前对工件的全部或局部加热，预热温度的高低，应根据钢材淬硬倾向的大小、冷却条件和结构刚度等因素而定。钢材的淬硬倾向大、冷却速度快、结构刚度大，其预热温度要相应提高，预热目的有以下几方面：
①减缓焊接接头加热时的温度梯度及冷却速度，适当延长在500℃～800℃的冷却时间，改善焊缝金属及热影响区的显微组织，提高焊接接头的抗裂性。
②有利于扩散氢的逸出，避免焊接接头延迟裂纹的产生。
③提高工件温度分布的均匀性，减小内应力。
（2）后热 后热是焊后立即将工件全部（或局部）加热到300℃～500℃并保温1～2h后空冷的工艺措施，其目的是防止焊接区扩散氢的聚集，避免延迟裂纹的产生，所以后热也称除氢处理。对于焊后要立即进行热处理的工件，因为在热处理过程中可以达到除氢处理的目的，故不需要另作后热。
（3）焊后热处理 焊接结构的焊后热处理，主要目的是改善焊接接头的组织和性能，消除残余应力，提高结构的几何稳定性。许多承受动载荷的结构件焊后必须经热处理，消除结构内的残余应力后才能保证其正常工作，如大型球磨机、挖掘机框架、压力机等。对于焊接的机器零件，用热处理方法来消除内应力尤为必要，否则，在机械加工之后会发生变形，影响加工精度和几何尺寸，严重时会造成工件报废。合金钢通常是在经过焊后热处理改善其焊接接头的组织和性能之后，才能显现出材料性能的优越性。
一般来说，如果结构的板厚不大，又不是用于动载荷，而且是用塑性较好的材料，如低碳钢来制造的，就不需要焊后热处理。对于板厚较大，又是承受动载荷的结构，其外形尺寸越大，焊缝就越多、越长，残余应力也越大，就需要焊后热处理。
对于一些重要结构，常采用先正火随后立即回火的热处理方法，它既能起到改善接头组织和消除残余应力的作用，又能提高接头的韧性和疲劳强度，是生产中常用的一种热处理方法。
预热、后热、焊后热处理方法的工艺参数，主要由结构的材料、焊缝的化学成分、焊接方法、结构的刚度及应力情况、承受载荷的类型、焊接环境的温度等来确定。
五、焊接工艺的评定
1. 焊接工艺评定的目的
一些重要结构件，如锅炉、压力容器等，焊接生产前都必须进行焊接工艺评定，目的在于获得焊接接头力学性能符合要求的焊接工艺。通过焊接工艺评定，验证焊接工艺的正确性和可靠性，确认按制定的焊接工艺所焊接接头性能是否符合设计要求。同时也反映了工厂焊接技术对该产品的焊接能力。经过焊接工艺评定合格后，提出“焊接工艺评定报告”，作为编制“焊接工艺规程”时的主要依据之一。
2. 焊接工艺评定条件和规则
（1）焊接工艺评定的条件 材料在选用和设计前必须经过（或有可靠的依据）严格的焊接性试验。焊接工艺评定的设备、仪表及辅助机械均应处于正常工作状态，钢材和所使用的焊接材料必须符合相应的标准，并需由本单位技能熟练的焊工施焊和进行热处理。
（2）焊接工艺评定的规则 当评定对接焊缝和角焊缝的焊接工艺时均可采用对接焊缝接头形式；板材对接焊缝试件评定合格的焊接工艺，适用于管材的对接焊缝；板材角焊缝试件评定合格的焊接工艺，适用于管与板的角焊缝。
凡有下列情况之一者，需要重新进行焊接工艺评定。
①改变焊接方法。
②新材料或施焊单位首次焊接的钢材。
③改变焊接材料，如焊丝、焊条、焊剂和保护气体的成分。
④改变坡口形式。
⑤改变焊接参数，如焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源极性、焊道层数等。
⑥改变热参数，如预热温度、层间温度、后热和焊后热处理等。
3. 焊接工艺评定方法
焊接工艺评定的方式是通过对焊接试板所做的力学性能试验，判断该工艺是否合格。焊接工艺评定是评定焊接工艺的正确性，而不是评定焊工技艺。因此，为减少人为因素，试件的焊接应由技术熟练的焊工担任。
4. 焊接工艺评定的程序
焊接工艺评定程序如图5-26所示。焊接工艺评定的实施过程一般按此程序进行。
图5-26 焊接工艺评定程序
①统计焊接结构中应进行焊接工艺评定的所有焊接接头的类型及各项有关数据，如材料、板厚、管子直径及壁厚、焊接位置、坡口形式及尺寸等，确定出应进行焊接工艺评定的若干典型接头。
②焊接工艺评定指导书（WPS）。施工单位的焊接工程技术人员应根据图样、产品结构、技术要求等，通过金属材料可焊性试验或查阅有关该材料焊接性能的技术资料，以及根据生产经验，参照工艺评定标准，编制出焊接工艺评定指导书。
焊接工艺评定指导书中，应列出焊接接头和坡口形式、选用的焊接材料牌号、规格、焊接位置、预热和焊后热处理参数，初步拟订的指导性焊接参数以及焊后检验方法、要求、合格标准等。并应详细说明施焊的技术措施，如焊前清理方法、摆动或不摆动焊、清根方法、单道或多道焊等。
③试件制备与焊接。试件材料、焊接材料应有完整的材料质量证明书，并要符合指导书要求。试件尺寸应满足制备试样的要求。对接焊缝的尺寸、试件厚度应充分考虑适用于工件厚度的有效值以及所能代表的厚度范围。板材角焊缝试件尺寸见表5-4，板材角焊缝试件如图5-27所示，管材角焊缝试件如图5-28所示，管-管角焊缝试件如图5-29所示。
图5-27 板材角焊缝试件
注：1.焊脚为T2
，且不＞20mm。
2.金相试样尺寸，只要包括全部焊缝、熔合区和热影响区即可。
图5-28 管材角焊缝试件
注：1.T为管子壁厚。
2.底板母材厚度不小于T。
3.最大焊脚等于管壁厚。
4.图中虚线为切取试样示意线。
图5-29 管-管角焊缝试件
注：1.T为内管的壁厚。
2.外管壁厚度不小于T。
3.最大焊脚等于内管壁厚。
4.图中虚线为切取试样示意线。
表5-4 板材角焊缝试件尺寸
（mm）
试件焊缝必须由本单位的技能熟练焊工焊接，施焊过程中，设专人记录焊接的各项参数，作为编制焊接工艺评定报告的依据。
④试件检验。试件的检验项目包括外观、无损探伤和力学性能试验。
试件的外观检验不得有裂纹、未熔合、未焊透；外表几何尺寸，虽在标准中没做具体规定，但应符合指导书中的要求。
外观检验合格后，试件需做无损检测。无损检测按JB/T4730.1～6—2005《承压设备无损检测》标准的规定。
理化试验包括对焊缝的力学性能试验和角焊缝的金相试验。力学性能试验中有拉伸、弯曲和冲击试验。
此外，对于耐腐蚀层堆焊试件，还应做渗透探伤检验、化学分析等项目。
5. 编制焊接工艺评定报告
评定试件的各项试验报告汇集之后，即可按表5-5编制“焊接工艺评定报告表”。
表5-5 焊接工艺评定报告表
若焊接工艺评定报告的结论为“合格”，即可作为编制焊接工艺规程的主要依据。如果焊接工艺评定项目中的一些项目未获得通过，这也是正常的，此时，则需针对问题，重新修改有关焊接参数，甚至改变焊接方法、焊接材料，重新组织试验，直到获得满意的结果。所以说，合理的焊接参数及热参数是在工艺评定的试验过程中确定的，并且是编制焊接工艺规程的主要依据。
第五节 典型锅炉压力容器焊接结构生产工艺
一、锅炉的高压锅筒生产工艺
（1）高压锅筒的结构 高压锅筒由封头、筒节、管接头和下降管接头等主要部件组成，高压锅筒如图5-30所示。
图5-30 高压锅筒
1.入孔装置2.筒节3.管接头4.封头5.下降管接头
（2）制造工艺流程 高压锅筒制造工艺流程如图5-31所示。
图5-31 高压锅筒制造工艺流程
（3）封头的制造
①封头的成形。锅筒的封头一般采用大型的压力机一次热冲压成形。
封头冲压所采用的模具一般包括冲头、拉环、上模托架、拉环座及底座等。封头冲压模具如图5-32所示。
图5-32 封头冲压模具
1.上模托架2.冲头3.钢板4.拉环5.拉环座6.底座
封头钢板采用半自动热切割下料，利用定心拉杆辅助半自动切割机，即可割出完整的圆形毛坯。封头进行热冲压时，钢板的加热温度要超过材料的上临界点，保温时间依据钢板的厚度确定，1.2min/mm，终压温度约为800℃左右。封头冲压后进行超声波检测测厚，封头任意部位的实际壁厚不得小于理论最小壁厚。
②封头的堆焊。一般高压、中压及低压锅筒封头补强均采用焊加强板的方式，而亚临界锅筒封头则采用堆焊的方法来实现补强，堆焊范围为封头球顶φ813mm圆内，可采用变位机与操作机配合进行堆焊。
（4）筒体的成形 筒体的成形可分为压制成形和卷制成形两种。压制成形时，可采用冷压、热压和温压；卷制成形可分为冷卷、热卷和温卷。
压制时将筒体分为两瓦片压制，然后焊接两条纵缝组成圆形筒体；卷制时需焊接一条纵缝，然后再经过高温矫圆加工成圆形筒体。压制或卷制工艺的选择，并没有强制性的原则，对于制造厂来说，可根据各自设备的能力和生产经验来选择。
（5）锅筒的装配
①锅筒总装分两个阶段。第一阶段，把每个封头与数段筒节各自装配；第二阶段，即组合装配，把已装成两大段的筒体连接起来，成为一个整体的锅筒。
②环缝装配前要进行选配筒节，测量封头及每一筒节的外径和周长，选择对接偏差尺寸符合公差要求的筒节和封头进行装配。高压锅筒环缝装配如图5-33所示。
图5-33 高压锅筒环缝装配
将封头吊至回转台，并由夹具固定。然后将第一段筒节吊在滚轮架上，如图5-33a所示。
将回转台翻转90°，使封头环缝面处于垂直状态。开动推送罐车使筒节与封头靠拢，并调节环缝间隙。当认为位置恰当时，再用定位焊缝固定，如图5-33b所示。
将小车来回推送与退出，用同样方法装第二段筒节，如图5-33c所示。
装第三段筒节，直至装完锅筒的一半（一个封头和数段筒节）后，再装另外一半的封头和筒节，如图5-33d所示。
③锅筒的纵缝装配需用“∏”形板将纵缝连接固定，筒节纵缝装配如图5-34所示。在电渣焊的熄弧端必须用一块“∏”形板装焊在筒节的内壁上，筒节内壁沿纵缝每隔400～500mm装焊一块“∏”形板。
图5-34 筒节纵缝装配
1.筒节2.Π形板3.电渣焊缝位置
④组合装配时，必须将圆形人孔盖先装妥或先放入锅筒内，否则，在两段合拢时，将无法装入锅筒内部。
（6）焊接工艺 高压锅筒是厚壁容器，应该采用高效率的焊接方法。
①纵缝电渣焊。锅筒的纵缝采用丝极电渣焊，纵缝丝极电渣焊焊接参数，见表5-6。
表5-6 纵缝丝极电渣焊焊接参数
注：①19Mn5为前联邦德国钢号。
焊接时将工件安置在电渣焊装置的工作平台上，用重锤调整焊接坡口的垂直度和工件的平行度后，将工件固定牢靠。调整焊丝使之处于坡口的中心线上，调整冷却滑板的压紧程度和贴合情况，开启冷却水，用石棉泥将滑块堵严。建立渣池时采取单丝引弧。引弧时用较高的电压和较低的送丝速度，直至建立渣池。焊缝段应≥80mm。渣池建立后，将参数调整到表5-6中的数值，渣池深度保持在60～70mm，出水温度控制在55℃以下。发生漏渣时应立即设法堵漏和降低送丝速度，并加入适量焊剂，以便恢复预定的渣池深度。焊缝收尾的引出段应在50mm以上，收尾时焊接电压和送丝速度都应适当降低。停焊后渣池不要立即放掉，以防产生裂纹。
②环缝埋弧自动焊。锅筒筒节自身对接和筒节与封头的对接环缝，采用内环缝焊条电弧焊封底，外环缝埋弧焊，由于筒体壁较厚，所以外环缝采用U形坡口。环缝焊接参数见表5-7。
表5-7 环缝焊接参数
③筒体与管接头的焊接。下降管材料为20钢，筒体为19Mn5，所以属于异种钢的焊接。焊接方法采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊，筒体与管接头的焊接，见表5-8。
表5-8 筒体与管接头的焊接
二、圆筒形压力容器生产工艺
1. 基本结构
通常压力容器由筒体、封头、接管、人孔圈等部件组成，压力容器的组成如图5-35所示。
图5-35 压力容器的组成
1.小接管2.筒体3.封头4.人孔圆5.大接管
2. 封头的制造
制造封头的方法有冲压成形和旋压成形两种。目前广泛采用冲压成形工艺加工封头。现以椭圆形封头为例说明其制造工艺。
封头制造工艺大致如下：原材料检验→划线→下料→拼缝坡口加工→拼板的装焊→加热→压制成形→二次划线→封头余量切割→热处理→检验→装配。
冲压成形是将钢板加热后在水压机下一次冲压而成。封头最好由整块钢板压制而成，有时为解决材料尺寸不够，允许由两块或由左右对称的三块钢板对接拼制，对接焊缝离封头中心线距离应≤D
/4，D
为封头直径，其目的是为了避免采用小料拼接。封头拼缝离中心线距离如图5-36所示。当封头的直径越大时，需要的整体模具制作成本就越高，要求水压机的吨位和开挡也越大，此时可以采用分瓣制造的方法。为了避免分瓣焊缝在顶部集中于一点，封头顶部应采用顶圆板，此时焊缝方向是径向和环向的。为了避免径向焊缝过于集中，径向焊缝之间距离应＞3S
，S
为封头壁厚，且不＜100mm，中心顶圆板直径应＜D
/2，分瓣封头如图5-37所示。分瓣封头都采用焊条电弧焊的立向焊，也可以将封头置于大型焊接变位机上进行自动焊接。
图5-36 封头拼缝离中心线距离
图5-37 分瓣封头
旋压成形是小批生产大尺寸封头的方法，特别适用于单件生产。与冲压成形相比，其优点是旋压机比水压机轻巧，旋压模具的尺寸要比冲压成形小得多，模具制造成本低，工艺装备的更换比冲压成形快得多。同时，旋压成形能用同一种工艺装备来制造同一直径而厚度和钢种不同的封头，这一点冲压成形是难以做到的。
3. 筒体的制造
筒体制造的一般过程：原材料检验→划线→下料→边缘加工→卷制→纵缝装配→纵缝焊接→焊缝检验→矫圆→复检尺寸→装配。
压力容器筒体随着壁厚的不同，可分为单层结构和多层结构两种形式。单层压力容器是使用最普遍的一种容器结构。由于受到成形设备限制和厚钢板性能的不稳定，这种容器的发展一度曾受到影响。但是近年来随着高强度调质钢的应用以及大型成形设备的出现，使单层容器的厚度得到了进一步的扩大，如国外单层容器直径可达10m、壁厚达360mm。单层筒体最普遍的制造方法有钢板圆柱筒体卷焊法、钢板半爿筒体拼焊法以及锻-焊法。圆柱筒体卷焊法是制造筒体的主要方法，它是将钢板在冷态或热态下通过卷板机卷制成形，这种方法的优点是只需焊接一条纵缝，但是往往难以达到理想的圆度。半爿筒体拼焊法是将钢板在水压机上压成两个瓦爿片，然后焊接两条纵缝，这种方法容易达到理想的圆度，并且可以制造厚度不同的筒身，常用于厚壁压力容器制造中。锻-焊法的筒体是整体的锻件，没有纵焊缝，它是大型核容器的主要制造方法。
多层压力容器常用于厚壁压力容器制造中，目前应用的方法有：
（1）绕带式 用加热的钢带在内筒上卷绕若干层而成，钢带卷绕后端头焊到筒身上，冷却后产生压应力。本法需精度较高的异型钢带，绕制技术要求严，近年来已应用不多。
（2）层板包扎式 内筒用6～18mm钢板单层卷焊，外筒用6～14mm厚的钢板包扎，每层层板拉紧后，进行纵缝定位焊和焊接。由于焊缝的收缩对筒体产生压应力。本法制造工艺繁琐，工序多，生产周期长。
（3）绕板式 内筒用10～40mm厚的钢板卷焊而成，绕板由3～5mm厚、2m宽的钢板连续绕卷于内筒的外壁，直至达到所需的板厚，外面再包上厚10mm左右的瓦片钢板，用机械方法包紧，然后焊妥。优点是制造设备简单，材料价廉，节省劳动力。
（4）热套式 套合时加热外层，然后将冷的内层套入，于静态下空冷，利用冷却收缩以消除局部或大部分内、外筒之间的间隙。热套加热温度都用相应钢材的焊后热处理温度，一般为580℃～640℃。与多层包扎式相比，由于层数较少，因而制造周期缩短，材料利用率提高。多层容器每层都产生压应力，和容器内的工作应力方向相反，降低了整个容器的受力水平，并且应力状态比单层的均匀，脆性破坏的危险性减小，即使某一层产生脆性破坏，裂纹也不大可能扩展到邻近一层上。多层容器有可能使各层纵缝错开，因此容器的使用更具有安全性。制造设备也比较简单，一般容器制造厂都具备制造能力。缺点是结构比较复杂，制造周期长。
4 .容器的装配
容器的装配是指各零部件间的装配，其接管、人孔、法兰、支座等的装配较为简单，下面主要分析筒节与筒节以及封头与筒体之间的环缝装配工艺。
筒节与筒节之间的环缝装配要比纵缝装配困难得多，其装配方法有立装和卧装两种。
①立装适合于直径较大而长度不太长的容器，一般在装配平台或车间地面上进行。装配时，先将一筒节吊放在平台上，然后再将另一筒节吊装其上，调整间隙后，即沿四周定位焊，依相同的方法再吊装上其他筒节。
②卧装一般适合于直径较小而长度较长的容器。卧装多在滚轮架或V形块上进行。先把将要组装的筒节置于滚轮架上，将另一筒节放置于小车式滚轮架上，移动辅助夹具使筒节靠近，端面对齐。当两筒节连接可靠后，将小车式滚轮架上的筒节推向滚轮架上，再装配下一筒节。
筒节与筒节装配前，可先测量周长，再根据测量尺寸采用选配法进行装配，以减少错边量；或在筒节两端内使用径向推撑器，把筒节两端矫圆后再进行装配。另外，相邻筒节的纵向焊缝应错开一定的距离，其值在圆周方向上应大于筒节壁厚的3倍以上，并且不应＜100mm。
③封头与筒节的装配也可采用立装和卧装，当封头上无孔洞时，也可先在封头外临时焊上起吊用吊耳（吊耳与封头材质相同），便于封头的吊装。立装与前面所述筒节之间的立装相同；卧装时如是小批量生产，一般采用手工装配的方法，封头简易装配法如图5-38所示。装配时，在滚轮架上放置筒节，并使筒节端面伸出滚轮架外400～500mm，用起重机吊起封头，送至筒节端部，相互对准后横跨焊缝放一些刚度不太大的小板，以便固定封头与筒节间的相互位置。移去起重机后，用螺旋压板等将环向焊缝逐段对准到适合的焊接位置，再用∏形马横跨焊缝并用定位焊固定。批量生产时，一般是采用专门的封头装配台来完成封头与筒节的装配。封头与筒节组装时，封头拼接焊缝与相邻筒节的纵焊缝也应错开一定的距离。
图5-38 封头简易装配法
1.封头2.筒体3.吊耳4.吊钩5.滚轮架6.∏形马
5. 容器的焊接
在GB150.1～GB150.4—2011标准中规定，把压力容器受压部分的焊缝按其所在的位置分为A、B、C、D四类，压力容器四类焊缝的位置如图5-39所示。
图5-39 压力容器四类焊缝的位置
（1）A类焊缝 受压部分的纵向焊缝（多层包扎压力容器层板的层间纵向焊缝除外），各种凸形封头的所有拼接焊缝，球形封头与圆筒连接的环向焊缝以及嵌入式接管与圆筒或封头对接连接的焊缝，均属于此类焊缝。
（2）B类焊缝 受压部分的环形焊缝、锥形封头小端与接管连接的焊缝均属于此类焊缝（已规定为A、C、D类的焊缝除外）。