刘湘桂 韦琦 武永亮

摘 要：AAR M-1002是北美铁道协会（Association of American Railroads）关于罐车的设计、制造的标准。本文主要简要介绍了北美一种罐车内罐结构特点，对内罐工艺重点、难点进行了分析，通过分析设计了卷板工艺、对筒工艺、埋弧焊工艺、热处理工艺重点工序的生产工艺方案，通过样车试制及小批量生产满足标准及质量要求。

关键词：北美罐车;移动压力容器;内罐;AAR TC128 GR BN;制造工艺

中国分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）06-0140-02

AAR M-1002是北美铁道协会（Association of American Railroads）关于罐车的设计、制造的标准，只有符合该标准的铁路罐车才能在北美地区运营。该标准规定的罐车均为内、外双层罐体，内罐是车辆主要受力部件，不仅承受介质压力还承受列车纵向牵引、压缩力，是车辆核心部件。本文介绍罐车的是由某中美国合资公司设计，符合AAR标准、容积为25500加仑（美加仑）的铁路罐车，主要用于原油运输。

1罐车内罐结构特点

容积25，500加仑罐车内罐由罐体组成、垫板组成、加热管、人孔、安全阀等组成（见图1），其中罐体两个封头和6个单筒组成锥度约为1.2。的锥罐。

封头采用AAR TC128 GR BN高强度压力容器用钢，封头壁厚12.7mm，通过机加工将成型过程产生的板厚不均加工阶梯过渡。单筒采用AAR TC128 GR BN高强度压力容器用钢，单筒壁厚14.3mm，周边加工带钝边的×型破口。垫板组装主要由牵枕垫板、底架附属件垫板等组成，材料为12.7mm厚度的ASTMA572 TYPE2 GR65板材。加热管为冷弯U型钢，材质为ASTMA36，壁厚为3mm。人孔主要材料为ASTM A569，壁厚20mm，内径514mm，主要材料成分见表1，机械性能见表2。

2工艺重点、难点分析

内罐组成由两个直筒半罐倾斜1.2°组装而成，直罐相对锥筒工艺制作简单，故整罐组装工艺划分为两个直筒半罐生产完成后进行组装，从而确定该工艺的难点如下：

1）圆度控制。根据AAR M-1002附录E《设计细节》1.3.3条款规定，国度不大于内径差1%，即2.8mm。同时圆度质量直接影响对筒质量，造成简体错牙偏差过大。

2）对筒质量控制。根据AAR M-1002附录E及附录W要求，对筒后错牙不超过2mm，对接焊缝间隙不大于1mm，由于单筒工件大，重量重，采用常规对筒方式很难控制质量。

3）内罐对接焊缝质量控制。内罐罐体所有的对接焊缝均符合AWS D15.2，焊接后需要×一射线探伤，探伤结果符合AAR M-1002附录W，为提高焊缝合格率，需要制定合理的焊接参数。如图2。

3内罐工艺研究

针对上述难点，定制了若干台外箍式箍圆机控制单筒圆度及对筒质量，同时前期进行了大量焊接试验，在此基础上选定焊缝坡口形式确定焊接参数，具体工艺如下：

1）内罐工艺流程。根据罐车内罐组成制造工艺特点和工艺分析，确定内罐工艺流程如图3。其研究重点有卷板工艺、对筒工艺、埋弧焊工艺、热处理工艺、水压试验。

2）卷板工艺。单筒用数控等离子下料切割，控制切割边缘直线度不大于1mm，对角线差不大于3mm，保证单筒卷板后端面平面度。卷板时采用四辊卷板机，卷板前进行预弯，减少卷板盲区直线段长度，单筒焊接后采用复辊消除焊接变形及卷板盲区。

3）半罐对筒组对。采用外箍式箍圆机制作对筒组装胎模，胎模首次运行需要对其进行标定校验，要求同轴度不大于1mm，圆度不大于2mm，对筒时采用专用外箍式箍圆机将筒体对接区域箍圆，消除单筒在重力及卷板偏差作用下呈不规则椭圆型，并将圆度控制在2mm以内。利用油缸拉紧对筒对接间隙，保证错牙不大于2mm，对筒间隙不大于1mm，局部不大于3mm。

4）埋弧焊工艺。通过焊接试验，将单筒所有对接焊缝设计为×型坡口，选用AWS A5.23焊丝，焊丝直径5mm，选用SWX120焊剂，具体焊接参数见表1，焊接前焊剂在350℃ -400℃温度范围烘干2小时，工件焊接前去除焊缝周边50mm内范围油污、浮锈等，把焊缝周边区域母材预热至50℃ -100℃。

5）整罐对筒。整罐对筒在专用的偏心式对筒器上组对，组对前在半罐上打法线样冲，组对时利用升降式滚轮架调整两个半罐的法线对齐，误差不超过3mm，并且控制罐体锥度在1.2+0.015°范围，用外箍式箍圆机将简体对接区域箍圆、拉紧，保证错牙不大于2mm，对筒间隙不大于1mm，局部不大于3mm。

6）人孔、安全阀安装孔切割及组焊。人孔、安全阀安装孔切割采用样板划线，用割炬手工切割，切割后用角磨机彻底清除氧化渣，并把断面打磨露出金属光泽。安装时控制人孔、阀体于罐体间隙不大于1.6mm，局部不大于3mm，对于间隙在1.6～3mm之間的间隙先焊接打底，再进行焊接，焊接参数见表3。

7）垫板组装。垫板组装考虑到成本因素，垫板采用折弯机多道折弯。垫板组装采用正装，利用胎膜龙门下压罐体，用顶升油缸使垫板于罐体密贴，要求垫板与罐体间隙小于1.6mm，如间隙超差，允许对垫板进行加热，加热温度不超过590℃，组装合格后焊接，焊接参数见表3。

8）加热管组焊。为了保证罐体旋转平稳，设计的加热管组装胎模采用轮胎式滚轮架，加热管组装采用反装，组装前采用样板划线，利用胎模龙门风缸下压加热管与罐体密贴，要求加热管与罐体间隙小于1.6mm，组装合格后焊接，焊接参数见表3。

9）射线探伤工艺。半罐探伤采用实时成像方式对环焊缝和纵焊缝进行探伤，整罐探伤采用双壁单影分段拍照成像，拍照划分64段，保证无焊缝死角。拍照探伤结果符合AAR M 1002附录W，如不符合需记录缺陷的位置、类型、长度等信息。

10）热处理工艺。根据AAR M1002附录W第1 7条要求，内罐热处理工艺如下：（1）热处理采用台式退火热处理炉，使用专用的支撑架罐体避开明火直接接触，并让罐体受热更均匀。（2）利用罐板边角余量制作2件300×600mm焊接试板，焊接试板焊接工艺与罐板对接焊缝工艺一致，放在罐体附近，一同热处理。（3）初次使用热处理炉必须将热彻底处理烘干，罐体进炉初始温度不超过427℃，加热温度控制在593℃—677℃之间，保温1.5小时～2小时;冷却时控制降温不超过278℃/小时，冷却温度低于220℃后可以出炉在无风的室内冷却，具体热处理曲线见图4。

11）水压试验。水压试验采用离心泵对内罐注水，水温不超过37.8℃，注满水后用工艺法兰密封.根据AAR M-1002第Ⅲ要求静止放置30分钟，检查无渗水。再用注射泵对罐体加压至414kpa，保压10分钟，检查无渗水，合格后将罐体内水利用离心泵抽至下一个待检内罐。

4总结

通过该罐车试制及小批量生产，所生产的内罐均符合AARM-1002各项要求，同时也存在以下不足：（1）人孔、安全阀安装孔采用手工划线切割，切割表面质量差，导致打磨工作量大影响了质量和效率。在批量生产时可以设计专用仿形切割设备，提高切割质量;（2）内罐罐体对接焊缝偶发随机出现气孔，原因不明确，有待大批量时继续追踪解决。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册第3卷焊接结构[M].北京：机械工业出版社，2001，8.

[2] Manual of Standards and Recommended Practices Section C-Ⅲ Safety and Operations Specifications for Tank Cars.50 F Street，N W.， Washington，D. C. 20001-1564.