1、变形的原理及分析
搪玻璃反应釜在搪烧过程中易变形部位主要包括:设备高颈法兰,人孔法兰,搪玻璃卧式罐支座及搪玻璃反应釜上接环等部位。除了在搪烧过程中由于自重产生的椭圆变形外,搪玻璃反应釜出炉后的冷却速度不同导致的变形也是其因素之一,现以高颈法兰的外翻(大多是法兰外沿向下塌边)为例简单分析。如图6是在夜间拍摄的搪玻璃罐身冷却照片。
从中不难发现:冷却快的部位颜色暗淡,冷却慢的地方颜色鲜红。很明显,高颈法兰部位由于材料厚度大,冷却速度明显变慢,同样,上接环及下接环的部位,由于档风,所以冷却速度也明显变慢,还有一个部位也很明显,就是罐体本身与冷却架滚轮接触的部位。为便于描述,把冷却比较慢的部位称之为“慢冷区”,把罐体其它冷却比较快的部位称之为“快冷区”。为便于理解,把由于冷却速度不同而产生的不同步变形进行放大,分别做成图7、图8、图9如下。图7为冷却变形之前,图8是出炉后冷却阶段,图9是冷却第二阶段。
在冷却的阶段,由于冷却速度的不同,造成了快冷区先于慢冷区收缩,特别是高颈法兰对接焊缝结构组织的整体收缩,使整个筒体向内凹陷。如图8所示,由于此时高颈法兰部位温度仍然较高,质地相对柔软,这种向里收缩的力量直接导致高颈法兰外翻,形成倾角a1,我们把这种现象称之为“束腰”现象。此阶段的束腰部位我们称之为腰带一。
在冷却的第二阶段,腰带一部位已经基本冷却到位,上接环区域的慢冷区即上接环与简体搭接环向角焊缝的收缩,称之为腰带二继续收缩,进行第二次的“束腰”现象,这就造成了腰带二部位,带动腰带一部位对高颈法兰形成了二次压迫,使其倾角a1,继续扩大至a2。
以上分析只是一次搪烧对高颈法兰的影响,往往搪烧的次数至少4~8次不等,所以,较终形成的倾角a是比较明显的。由于a的存在,不利于设备的密封,所以,对设备是非常不利的。
由于高颈法兰至上接环之间两个腰带区的存在,还使设备在该区域形成了大量的内部应力集中。需要注意的是,这个应力是在搪烧冷却过程中,由于不同部位之间冷却速度不同步形成的,暂时把这种内应力定义为“不同步冷却应力”。
不同步冷却应力与焊接残余应力的较大区别在于,经过多次搪烧之后,焊接残余应力大部分消除掉了,而不同步应力恰恰是在多次搪烧的冷却过程中形成了。这种内部不同步应力的不连续性存在,对设备内表面搪瓷的密着是非常不利的,非常容易造成该区域爆瓷。在长期的产品质量跟踪过程中,也证明该区域出现的问题是比较多的。
2、解决问题的思路及办法
让冷得快的地方冷得慢,形成反腰带,即高颈法兰冷得较快,反过来压制住腰带一及腰带二。
方法一:在罐身出炉同时,用耐高温陶瓷纤维毯(较高能耐温1400℃)包住腰带一位置,使其冷却速度变慢。先等高颈法兰冷却下来,再将保温层去掉。特点:投资小,见效快。
方法二:在搪烧炉的隔壁建设专门的搪玻璃反应釜出炉冷却室,同时对腰带一区域保温。其一,借用了炉内通过炉墙传过来的热量,提高了冷却室内的环境温度,减小了出炉设备与环境温度的温差,从整体上延缓了冷却时间。这样做的好处有很多。首先,使冷却速度达到相对均匀。在相对较小的密闭环境内进行冷却也是为了降低冷却的速度,使设备各部位的冷却尽量同步。其次,能够有效减少设备的“束腰”变形;再次,还能够使设备整体冷却均匀,减少设备由于冷却不均造成的不同步应力,减少爆瓷现象,提高设备的质量及使用寿命。
方法三:反变形。由以上分析不难发现,搪烧法兰变形外塌的主要原因是腰带一及腰带二区域的束腰现象引起的,是一个不可抗拒的物理过程。可以在制造高颈法兰的时候,将高颈法兰预制成外边缘高于内边缘1mm~2mm的情况(称反变形)来改善,如图10所示。
使外边缘比内边缘高出的余量大小正好能够弥补高颈法兰在搪烧过程中的塌边量,使其较终达到相对理想的平面度。这一思路与工程安装中的“反变形”安装工艺具有异曲同工之处,不妨进行借鉴和研究。外边缘比内边缘高出的具体数值,应该根据高颈法兰直径的大小以及自身搪烧的经验进行量化并与高颈法兰的生产厂家具体协调。