2.5　機械加工與坡口制備

2.5.1　焊接坡口加工

壓力容器承壓殼體上的所有A、B類焊縫均為全焊透焊縫，都要進行無損檢測。為保證焊縫質量，坡口的制備顯得十分重要。坡口形式由焊接工藝確定，而坡口的尺寸精度、表面粗糙度及清潔度取決于加工方法。筒體縱縫通常可采取刨邊、銑邊，車削加工、火焰切割等工藝手段來制備。殼壁開孔可采用氣割（包括行健機器人氣割開孔機）、車削、鏜、鉆等方法。對于筒體上較大的開孔、加工原有的設備已無法滿足，現已采用行健機器人進行開孔、坡口的制備。

2.5.1.1　刨邊機加工坡口

壓力容器殼體焊縫坡口在下列情況下可選擇刨邊。

①允許冷卷成形的縱環縫、封頭坯料拼接；

②不銹鋼、有色金屬及復合板的縱環縫；

③坡口形式不允許用氣割方法制備的或坡口尺寸較精確的，如U形坡口、窄間隙坡口。

④其他不適宜采用熱切割方法制備的坡口，如低合金高強度材料等。

采用刨邊（或銑邊）加工坡口的方式，在我國壓力容器行業十分普遍。刨邊機加工坡口與金屬切削加工一樣。刨邊機長度一般為3～16m，加工厚度60～160mm。工件可采用氣動、液壓、螺旋壓緊及電動壓緊等方式夾持固定。刨邊機切削在前進與回程中均可進行，這類刨邊機生產率較高。將刨邊機刀架改成銑削刀盤就成銑邊機了。國外中小型壓力容器制造廠已很少采用刨邊機加工坡口。絕大部分材料的坡口制備都由火焰切割來完成。

2.5.1.2　立式車床加工坡口

對于大型厚壁、合金鋼容器，大多采用熱卷、溫卷成形，其環縫坡口則可在立車上加工完成。其優點是對各類坡口形式都適宜，鈍邊直徑尺寸精度高；鈍邊加工直徑容易控制，又能保證環縫裝配組對準確。封頭環縫及頂部中心開孔的坡口也可在立車上加工。國內一些大型鍋爐、壓力容器廠都配備有5m立車，可加工筒節高度達5m。國外一些大型容器廠一般都配備機械加工中心［18］，如德國Schiess工廠的VKE800/1200鏜銑機床，可車削高度為7.5m，用動力頭進行車削，還可進行鏜、銑、鉆加工。美國C·E公司的Chattanooga工廠的立式機械加工中心，其車削直徑可達11.7m，現在國內立車加工能力已超過之前國外的加工能力。

2.5.1.3　切割坡口

采用火焰切割方法制備坡口，是目前壓力容器行業廣泛使用的最為經濟的手段。切割坡口時，通常是將分離切割與坡口制備合并一步完成的。當在半自動或自動切割機上做雙嘴或三嘴切割時，生產率成倍提高。采用雙嘴切割V形坡口、三嘴切割X形坡口可一次割成（圖2-14、圖2-15）。

1，2—割炬

1～3—割炬

為進一步提高切割坡口的生產率，除了廣泛采用半自動切割并配置高速割嘴外，壓力容器制造行業普遍添置自動切割設備。

（1）數控“水刀”切割機

“水刀”是將超高壓水射流發生器與二維數控加工平臺組合而成的一種平面切割機床。它將水流的壓力提升到足夠高（200MPa以上），使水流具有極大的動能（水流速度超過2倍聲速），在高速水流中混合一定比例的磨料，在二維數控加工平臺的引導下，在材料的任意位置開始加工或結束加工，按設定的軌跡以適當的速度移動，實現任意圖形的平面切割加工。

（2）數控切割機

利用電子計算機對切割過程進行自動控制，使切割過程更趨便捷。目前國內的大型壓力容器廠已廣泛采用國產的或引進的數控火焰等離子切割機。數控切割機已替代了繁雜的人工劃線、放樣等工作，也替代了不太經濟的刨邊機制備切口的工藝方式。

筒體端面的切割、封頭余量切割、筒體人孔等開孔切割、管子端口切割等工序，目前均已有相應的切割設備對其進行半自動切割。割出的坡口經打磨后即可進行組裝、焊接。需要特別指出的是，作為壓力容器的焊接坡口，當材料為σb≥540MP及Cr-Mo低合金鋼，如采用火焰切割方法制備坡口時，應對坡口表面先進行打磨然后做磁粉或滲透檢測，加釩鋼氣割開孔后，應采用機加工方法制備坡口。

2.5.1.4　其他方法加工坡口

（1）封頭法向斜插孔坡口加工

此類開孔軸線垂直于封頭表面，如果是球形封頭，找正、加工都比較方便。通常可采用鏜床加工，也可以在加工中心上鏜孔，坡口深度是一致的。而橢圓形封頭上的斜插孔，尤其在接近過渡區時，坡口深度略有差異，但并不影響加工、焊接。

（2）筒壁側向開孔坡口加工

薄壁容器的開孔，如人孔等大直徑孔，需制作開孔樣板，按劃線進行手工切割，最好能采用馬鞍形切割機作開孔切割［圖2-16（a）］。厚壁容器上的小孔可采用鏜床鉆孔、擴孔。大直徑孔需在鏜床或加工中心上加工，坡口鈍邊是一個等高圓柱面，坡口深度是變化的［圖2-16（b）］。為了簡化孔的加工，此類開孔通常加工成無坡口的直孔，再用手工割出坡口，經修磨后使用。這種加工與氣割結合的坡口制備方法也常用于封頭，筒壁斜插孔上。

2.5.2　典型零部件的機械加工

2.5.2.1　八角墊的加工

采用八角墊（圖2-17）密封形式在加氫反應器上十分普遍，這種密封屬于半自緊式密封，在高溫、高壓腐蝕的工況下，即使壓力有波動，密封仍較可靠。墊圈材料一般選用0Cr13、0Cr18Ni9鋼鍛件。墊卷的加工要點如下。

①控制中徑尺寸，趨于正偏差。

②錐角誤差要嚴格把握。

③錐面粗糙度盡量使其光滑一些。

④上下錐面應同軸。加工前先準備一工藝環，將鍛環點焊在上面再加工，以避免因車床裝卡而變形。在立車上加工過程為：

a.找正夾緊后車上平面及內、外徑［控制中徑，見圖2-18（a）］；

b.車上錐面（用樣板檢查），（見圖2-19）；

c.切斷后將半成品零件壓緊于另一工藝環上［另外加工的工藝環，見圖2-18（b）］；

d.按墊圈高度加工并車錐面（用樣板檢查）。

小直徑八角墊在臥車上加工，可直接用三爪卡盤找正、加工，不需要工藝板。橢圓墊的加工與上述工序相仿，只是樣板為圓弧形。

2.5.2.2　梯形槽的加工

加氫反應器的梯形密封槽是在不銹鋼堆焊層上加工的。其加工過程比較復雜：

①在法蘭初加工坯料上加工堆焊槽（圖2-20）；

②按圖樣尺寸要求堆焊E309L過渡層，堆焊厚度不小于4mm；

③熱處理后加工過渡層，控制厚度3mm，檢測；

④法蘭、封頭、筒節總裝、熱處理；

⑤堆焊表層E347；

⑥加工密封槽使達到圖樣要求，檢測。

需要注意的是：

a.密封槽底r不得小于0.5mm；

b.表層堆焊、加工后不應再經受熱處理；

c.槽的中徑需按八角墊配置，按下偏差控制，其好處在預緊密封時使外錐面先壓緊，這可提高密封的可靠性。

將頂部法蘭、封頭、筒節組焊成部件時，梯形槽的最終加工可在5m立車上進行，這使得加工比較方便，但與筒體大段總裝后，環縫只能做局部熱處理。如先行總裝、熱處理，表層堆焊是在全位置狀態下進行的，而密封面的最終加工只能在加工中心上進行。梯形槽錐面的粗糙度數值應控制在1.6μm以下，而這在大直徑梯形槽的鏜削加工時是很難達到的，必要時可采取研磨的方法補救。

對加工好的梯形槽進行中徑檢測有如下方法：

a.用鋼球進行中徑測量。鋼球直徑應經挑選后使用。此法在立車上實施比較方便，測量時需兩個人配合，將測得的直徑減去兩個鋼球各自的半徑即可。

b.采用中徑樣板測量。根據中徑尺寸系列制作中徑樣板（圖2-21）。直接用樣板卡在直徑處測量，同時對槽形進行檢測。此法適用于小直徑系列。

c.在卡尺上裝專用測量頭（圖2-22）。將卡尺一個腿改制后裝上測量頭進行單腿與外徑間距間接測量中徑，也可兩個腿改制后直接測出中徑。

根據梯形槽系列尺寸制作出系列樣板，可對梯形槽形狀進行檢測。

2.5.3　特殊形狀零件的加工

高壓厚壁容器的側向開孔通常要采取如圖2-23所示的結構形式，目的是使得鑲嵌式焊縫接頭盡量遠離應力集中區。加強接管與殼壁連接處有一馬鞍形接盤，通常都是整體鍛造的。接盤內弧面與筒節內表面相連接，加工方法比較簡單，如采用刨、車等。而坡口及外弧面的加工比較復雜，需在臥式車床上增加一套靠模車削機構。接盤內弧面可當成靠模（圖2-24）。其加工工序如下：①在臥車上先加工出接管各圓柱面；②在刨床上刨削內弧面，用圓弧樣板檢查；③在臥車上找正后裝上靠模機構，以內弧面為依托分別加工外弧面，使接盤與筒節連接處厚度S均勻，圓角R處圓滑；④加工內外焊接坡口，用樣板檢查。馬鞍形接管的加工質量取決于該靠模機構是否緊湊、靈活自如，以及機構的制造精度。外弧面及圓角R處雖經加工，但仍需再經修磨，使其外表面過渡圓滑。此類靠模機構目前已有廠家生產。隨著數控三維鏜床誕生與使用，現已代替了臥式車床加一套靠模車削機構來加工加強接管馬鞍形的加工。