Изготовление сегментов обечайки

Когда речь заходит об изготовлении сегментов обечайки, многие сразу представляют себе простое свертывание листового металла. На деле же это всегда баланс между геометрической точностью и технологическими допусками – особенно когда речь идет о крупногабаритных конструкциях, где даже миллиметровый прогиб на стыке может привести к неконтролируемым напряжениям.

Основные сложности при формовке криволинейных сегментов

В нашем цеху в Даляне постоянно сталкиваемся с тем, что заказчики недооценивают влияние пружинения материала. Например, при работе с нержавеющей сталью 12Х18Н10Т приходится заранее закладывать угол перегиба на 7-12% больше проектного – и это еще без учета скорости гибки на вальцах.

Особенно проблемными бывают переходные зоны в сегментах с переменной кривизной. Помню, для теплообменника диаметром 3200 мм пришлось трижды переделывать шаблон – визуально дуга выглядела идеальной, но при контроле щупом в средней части выявлялся провал до 1.5 мм. Пришлось разрабатывать комбинированную технологию: холодная гибка с последующей калибровкой под нагрузкой.

Сейчас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия для таких случаев используют 3D-сканирование готовых сегментов с построением карт отклонений. Но даже это не панацея – при толщине стенки свыше 60 мм эффект памяти металла проявляется непредсказуемо.

Оборудование и его реальные возможности

Наш четырехвалковый станок с ЧПУ теоретически позволяет гнуть сегменты до 150 мм толщиной, но на практике стараемся не превышать 120 мм – иначе резко растет риск образования микротрещин по кромкам. Кстати, это одна из причин, почему мы расширили цех до 8000 м2 – для толстостенных заготовок нужна увеличенная зона разгрузки.

Особую гордость представляет участок сборки с климат-контролем. При сварке сегментов из разнородных сталей (например, основная часть из углеродистой стали с наплавленным коррозионностойким слоем) постоянная температура 20±2°C – не прихоть, а необходимость. Иначе гарантированно получаем неравномерную усадку швов.

Из 102 единиц оборудования именно изготовление сегментов обечайки завязано на три координатных измерительных машины. Их регулярная поверка – головная боль, но без этого даже сертификацию на сосуды давления не пройти.

Типичные ошибки проектировщиков

Чаще всего в чертежах встречается несоответствие между теоретической и технологической базами. Проектировщик указывает допуск ±0.8 мм на радиус, но не учитывает, что при сборке двух сегментов погрешности складываются. В итоге получаем зазор до 3 мм вместо штатных 1.5 мм.

Еще один момент – расположение монтажных петель. Как-то раз пришлось экстренно усиливать зону крепления, потому что петли были приварены прямо к рабочей поверхности сегмента без учетов местных напряжений. Теперь всегда требуем от заказчика схемы строповки.

Самое неприятное – когда в проекте не предусмотрены технологические припуски для последующей механической обработки. При сборке ротора турбины пришлось вносить изменения прямо на месте – добавлять кольцевые наплавки для выравнивания биения.

Особенности контроля качества

В нашем сборном цеху 2000 м2 действует жесткое правило: каждый сегмент обечайки проверяется не менее чем по 15 точкам даже при серийном производстве. Особое внимание – зонам вблизи сварных швов, где часто проявляется эллипсность.

Для ответственных объектов (реакторное оборудование АЭС) дополнительно используем акустическую эмиссию – метод дорогой, но позволяющий выявить микротрещины еще до начала эксплуатации. Кстати, именно после внедрения этого метода в 2018 году значительно сократили количество рекламаций.

Ультразвуковой контроль толщин – отдельная история. При кажущейся простоте метода постоянно сталкиваемся с анизотропией материала. Особенно в сегментах из титановых сплавов, где разнотолщинность может достигать 0.8 мм при номинале 40 мм.

Практические нюансы сборки

При стыковке сегментов диаметром свыше 4 метров всегда возникает проблема 'горизонтального провисания'. Решаем установкой дополнительных опор с винтовыми регулировками – простейшее решение, но о котором часто забывают.

Температурные деформации – еще один скрытый враг. Летом при +35°C собранная обечайка диаметром 5 метров 'вырастает' на 4-5 мм относительно зимних замеров. Поэтому все паспортные данные указываем для +20°C с поправочными таблицами.

Самое сложное – сборка конических переходников из сегментов. Здесь геометрия особенно коварна: даже идеально изготовленные детали при сборке дают 'ступеньку'. Приходится применять специальные стяжные устройства с динамометрическим контролем усилия.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с лазерным сканированием собранных конструкций в процессе сварки. Предварительные результаты обнадеживают – удается компенсировать термические деформации 'на лету' за счет корректировки режимов сварки.

Для особо точных сегментов обечайки рассматриваем внедрение ротационной правки с подогревом ТВЧ. Технология не новая, но раньше не хватало точности позиционирования. С появлением новых обрабатывающих центров появилась реальная возможность ее адаптировать.

Планируем модернизацию вальцового парка – старые машины хоть и надежны, но не позволяют реализовать интеллектуальное управление гибкой с обратной связью. Новое оборудование должно окупиться за 3-4 года за счет сокращения брака.

Выводы и рекомендации

За 30 лет работы ООО Далянь Синьцзиян Индустрия накопила достаточный опыт, чтобы утверждать: успешное изготовление сегментов обечайки на 70% зависит от правильной технологической подготовки и только на 30% - от качества оборудования.

Главный совет молодым технологам: никогда не полагайтесь только на расчетные данные. Реальный металл всегда преподносит сюрпризы – особенно при работе с легированными сталями после термической обработки.

Современные средства контроля значительно облегчили жизнь, но они не отменяют необходимости 'чувствовать' материал. Лучшие решения часто рождаются на стыке цифровых технологий и практического опыта.