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1、材料成型及控制工程(焊接 )课程设计说明书材料成型及控制工程焊接课程设计说明书1 前言本次课程设计主要是尾气回收塔外壳的焊接生产工艺设计，包括材料的焊接性分析、焊接工艺方案分析及工艺评定、确定焊接结构生产工艺流程、确定产品外壳主要零件的加工工艺及检验、绘制焊接结构简图、确定部件的装焊工艺等。通过设计，初步掌握根据产品图样及技术要求制定焊接工艺规程的方法、焊接工艺设计的步骤，提高分析焊接生产实际问题、解决问题的能力。2 焊接生产工艺性分析2.1 焊接结构工艺性审查产品图样结构审查此次设计的设备为尾气回收塔壳体，筒体直径800mm，容器总长9292mm，壁厚8mm。由图2-1 可知：筒体之间通过容
2、器法兰螺栓连接，筒体左端接椭圆形封头，筒体上有接管， 筒体右端连接件整体参与固定。图 2-1 尾气回收塔壳体结构图主要加工手段为焊接，此外还采用冲压、卷弯、机加工等辅助工艺。焊接方法采用CO2 气体保护焊，接头形式为对接、角接。2.1.2 产品技术特性及检验要求尾气回收塔壳体技术特性如表2-1 所示：表2-1 尾气回收塔壳体技术特性表设计压力 常压设计温度 常温物料名称 碳化尾氨、 母 液第 1 页 共 26 页 物料特 性 刺激性焊缝系数0.7 试验压力 盛水试漏 容量 / m3 4.5 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书本设备按NB/T 47003-2009钢制焊接常压容器和HG 206
3、52-1998塔器设计技术规定进行制造、试验及验收。焊缝进行X 射线局部无损探伤，探伤长度分别不少于纵缝长度的10%，质量评定按JB/T 4730.2-2005 承压设备射线检测达到级为合格。角焊缝按JB/T 4730.1-2005 进行磁粉探伤。塔节两端法兰密封面与筒体轴线应垂直，偏差不大于1mm。塔体总装后弯曲度小于2/1000 塔高，且总弯曲度小于8mm。设备制造完成后进行盛水试漏。2.2 母材的焊接工艺性分析2.2.1 WCF-62 的特性WCF-62 属于低合金结构钢， 这类钢是在碳素钢的基础上添加少量的合金元素进行冶炼而成。它与普通的碳锰钢相比较，不仅强度高，而且焊接性能优良，可作
4、为低温压力容器用钢(尤其适用于大型球形储罐)。 该钢通过降低含碳、硫、磷量 (C009 %)和 Pcm 值(PcmO02)，并有效地利用低碳范围内硼和其它合金元素的淬透性效果，可以确保所希望的强度610 725MPa和低温韧性 -40， 40 。母材原始状态为调质状态，其回火温度约为640660。其化学成分和力学性能见表2-2 和表2-3 所示：WCF- 的化学成分 713-2008 表 2-2 WCF-62 的化学成分 GB 713-2008 化学成分质量分数 %C 0.09 Mn 1.1 1.5 Si 0.15 0.35 Mo 0.3 V 0.02 0.06 S 0.02 p 0.03 N
5、i 0.5 Cr 0.3 WCF- 的力学性能713-2008表2-3 WCF-62 的力学性能GB 713-2008 力学性能s (MPa) 490 b (MPa) 610 725 (mm) 16 50 (%) 18 AKV (J ) 横向-40 C ,40 o 2.2.2 WCF-62 的焊接性分析冷裂纹的形成是淬硬组织、拘束应力及扩散氢三种因素第2 页共 26 页 冷裂纹及影响因素材料成型及控制工程焊接课程设计说明书综合作用的结果。从材料本身来考虑，淬硬组织是引起冷裂纹的决定性因素。对于WCF-62 钢来说，因其在低碳的基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素，保证获得强度高、韧性好的低碳
6、马氏体和部分下贝氏体的混合组织。特点是马氏体含量低，所以它的开始转变温度Ms 点较高， 缓慢冷却， 则生成的马氏体还能来得及进行一次“自回火”处理。热裂纹及其影响因素这类钢作为高强度的焊接结构用钢，因此含碳量限制得较低， 在合金成分的设计上也都考虑到了焊接性的要求。再热裂纹及其影响因素母材中引起再热裂纹的合金元素主要是Mo 、V。其 中，V 的影响最大， Mo 次之，而且当二者同时加入时就更严重。因此， 在焊接时要注意再热裂纹的问题。热影响区液化裂纹及其影响因素对液化裂纹而言，通常是含碳量越高，要 求 Mn S 比也越高。 含碳量不超过0.2%，Mn S 小于30，其液化裂纹敏感性大。故防止这
7、类裂纹的关键在于控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页C 和 S 的含量，保证高的Mn S 比。此外，工艺因素对液化裂纹的形成也起着很大的作用，首先是线能量。线能量越大，晶粒长得越大，晶界熔化越严重，而且液态晶间层存在的时间也越长，液化裂纹产生的倾向也越大。因此，从工艺上可以采取小线能量的焊接方法、控制熔池形状、减少凹度等措施。热影响区的性能变化母材中由于含有较多的固氮元素，因此热影响区中不会产生明显的热应变脆化，其中过热区的脆化是主要问题。1过热区的脆化： 引起脆化的原因除了奥氏体的晶粒粗化引起的脆化外，主要原因是
8、由于上贝氏体和M-A 组元的形成。2 焊接热影响区的软化：热影响去内但凡加热温度高于母材回火温度至Ac1 的区域，由于碳化物的积聚长大而使钢材软化。此外，软化的程度和软化去的宽度与焊接工艺也有很大关系。对于WCF62 钢而言，其强度级别不太高，但制定其焊接工艺时必须考虑这一问题。WCF2.3 WCF-62 焊接工艺要点2.3.1 焊接方法和焊接材料的选择母材的含碳量低，因此淬火后的组织是强度和韧性都较高焊接方法的选择的低碳马氏体和贝氏体，这对焊接非常有利。在焊接这类钢时要注意两个基本问题：第 3 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接 课程设计说明书一是要求在马氏体转变时的冷却速度不能太快，
9、使马氏体能有“自回火”作用，以免冷裂纹的产生；二是要在800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。WCF-62 的 s 低于980 Mpa，因此熔化极气体保护焊、手弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊等都能采用。本次设计采用CO2 气体保护焊进行对接焊缝和角焊缝的焊接。焊接材料的选择选择焊接材料时必须考虑两方面的问题：一是不能有裂纹等焊接缺陷产生；二是能满足使用性能要求。选择焊接材料的依据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材匹配。WCF-62 钢选用 H08Mn2MoA 焊丝比较合适。2.3.2 接头与坡口型式设计焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明显的影响。合理的接头设
10、计应使应力集中系数尽可能的小，且具有好的可焊性，便于焊后检验。一般来说，对接焊缝比角焊缝更合理。同时便于进行射线或超声波探伤， 坡口形式以U 形为佳， 单边V 形也可采用。 但必须在工艺规程中注明要求两个坡口面必须完全焊透。 为了降低焊接应力，可采用双V 或双U 坡口。 无论采用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。本次设计，壳体厚度小于22mm，开Y 形坡口。低合金结构钢的坡口可用刨边机加工坡口。回收塔壳体厚度小于100mm，不需要预热。坡口型式如图2-2 所示。图 2-2 坡口型式2.4 母材的焊接性试验第4 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书对 W
11、CF-62 钢的焊性进行试验，可用以下几种方法来衡量该钢的焊接性。2.4.1 插销试验采用插销试验方法，可以定量测定低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性。插销试件和底板尺寸分别如图2-3 和图 2-4 所示。图 2-3 插销试棒的形状尺寸图 2-4 底板的形状尺寸将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，沿轧制方向取样并注明插销在厚度方向上的位置。 试棒上端附近有环形缺口。将插销试棒插入底板相应的孔中，使带缺口一端与底板外表平齐。用选定的焊接输入进行堆焊垂直底板纵向，并通过插销顶端中心，焊道长度100-150mm。为获得焊接热循环有关参数t8/5 等，应事先将热电偶旱在底板焊道下的盲孔中，其深度应与插销试
12、棒的缺口处一致，测点最高温度不低于1100。当焊道冷至150-100时，给试棒逐渐加载，规定载荷应在1min 内加载完毕，此时试棒的温度不应低于100。载荷保持16h 或 24h 后卸载，假设试棒未断，而采用“断裂准则”，应增加载荷第5 页 共 26 页材料成型及控制工程焊接课程设计说明书重复上述试验，直至试棒发生断裂，然后降低约10Mpa 的载荷， 而试棒未发生断裂，此值即为 “断裂准则” 的 “临界应力”。 2.4.2 接头机械性能试验考虑到WCF-62 钢焊后要进行消除应力退火处理，而退火后其接头的强度是否能满足与母材等强性的要求，这就需要选择不同热处理标准进行试验，如表2-4 所 示。
13、表2-4 不同热处理标准对接头强度的影响热处理标准b (MPa) 656 671 焊 态620 2 小时退火 647 651 610 2 小时 退火647 647 线能量1719 kJcm 备 注精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页试验得出WCF-62 钢配用H08Mn2MoA 焊丝接头强度可满足与母材强度相匹配的等强性要求，即使焊后热处理温度到达母材回火温度(640 )时，接头强度仍不低于 607MPa，最高可达647MPa。 3 焊接工艺性评定3.1 焊接试件的制备采用刨边机进行坡口加工。清除坡口附近的水、油污、锈
14、渍等杂质。1对接焊缝试件的制备采用 Y 形坡口，坡口型式如图2-2 所示。采用 CO2 气体保护焊， CO2 气体保护焊的标准参数包括电源极性、焊丝直径、电弧电压、焊接电流、气体流量等。(一)电源极性CO2 气体保护焊焊接一般材料时，采用直流反接；在进行高速焊接、堆焊和铸铁补焊时，应采用直流正接。(二)焊丝直径二氧化碳气体保护焊的焊丝直径一般可根据板厚选择。回收塔壳体厚度8mm，可选 1.0 1.6mm 的焊丝。(三)电弧电压和焊接电流对于一定直径的焊丝来说，在二氧化碳气体保护焊中，采用较低的电弧电压，较小的焊接电流焊接时，焊丝熔化所形成的熔滴把母材和焊丝连接起来，呈短路状态称为短路过渡。大多
15、数CO2 气体保护焊工艺都采用 短路过渡焊接。 当电弧电压较高、焊接电流较大时，熔滴呈小颗粒飞落称为颗粒过第 6 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书渡。 16 或 2 0mm 的焊丝自动焊接中厚板时，常采用这种过渡。综上所述，其焊接工艺参数如表3-1 所示。表3-1 板厚/mm 坡口形式气体流量 L/min 焊丝直径 /mm 8 Y 型 2325 1.2 130 150 20 22 H08Mn2MoA 22 CO2 气体保护焊工艺参数焊接电流/A 焊接电压/V 焊丝 焊接速 度 m/h 电 流 极 性 直 流 反 接 2 角接焊缝试件的制备参数见表3-2。 采用 CO2 气
16、体保护焊焊接，如图 3-1 所示。 其工艺表 3-2 CO2 气体保护焊工艺参数坡口形式气体 流量L/min 焊 丝直 径/mm 单 边V型23 25 1.2 120 140 13 15 H08Mn2MoA 20 焊接电流/A 焊接电压/V 焊丝焊接速度 m/h 电 流 极 性 直 流 反接 图 3-1 角接试件及坡口设计3.2 焊接试件试验方法第 7 页共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书3.2.1 拉伸试验金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。按GB/T 228-2002 规定对试件进行拉伸强度试验，如图 3-2 所示。
17、图 3-2 拉伸试件3.2.2 冲击试验将试样置于低温槽的均温区冷却到-40后， 保温足够长的一段时间，然后将试样取出进行冲击试验。使用液体冷却介质，保温时间不得少于5min。试样移出冷却介质至打断的时间不超过 5s，如超过5s 则应将试样放回冷却介质重新冷却，保温，再进行试验。采用摆锤冲击试验，其示意图如图3-3 所示。图 3-3 摆锤冲击试验第 8 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书3.2.3 弯曲试验将试件放在实验机带滚动轴的支座上，用规定的弯心直径压头将试件弯曲到要求的角度，弯曲试件的中心应对准焊缝中心，当弯曲到规定角度后，焊缝拉伸面沿试件宽度方向上所允许出现的裂纹
18、或缺陷不大于1.5，沿试件长度方向上为不大于3mm。试件如图3-4 所示。 图 3-4 弯曲试件3.3 工艺评定试验分析 1无损探伤试验试板焊后经射线探伤，均末发现焊接缺陷。根据接头力学性能试验的结果，其接头强度、塑性均能2接头力学性能满足规定的标准值。3接头冲击韧性试验结果说明，焊缝金属的-40却贝冲击值可以到达规定标准，热影响区-40却贝冲击值比规定的标准值要高得多，其冲击值完全可以满足WCF-62 钢的标准。 熔合线的冲击值所反映的是焊缝或热影响区的冲击韧性。可以认为，只要是热影响区尤其是焊缝金属的冲击韧性解决好了，熔合线的冲击韧性应该能获得较为满意的结果。4根据试验可以看出，焊接接头无
19、淬硬组织。接头的硬度分布是正常的。调质钢焊接后，如不再进行调质处理，则热影响区的软化将成为调质钢焊接的一个重要问题，而 WCF-62 钢的焊接接头并无软化现象。焊接工艺参数的选择3.4 焊接工艺参数的选择从防止冷裂纹出发，要求冷却速度慢为佳，但对防止脆化来说，却要求冷却较快为好，因此应该确定兼顾两者的冷却速度范围。 这个范围的上限取决于不产生冷第9 页 共 26 页 材料成型及控制工程 焊接课程设计说明书裂纹， 下限取决于热影响区不出现脆化的混合组织。但在焊接厚板时，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页即使采用了大的线
20、能量，冷却速度往往还是超过了它的上限，这就必须通过预热来使冷却速度降到低于不出现裂纹的极限值。因此，正确选择线能量和预热这两个参数使保证不出现裂纹和脆化的关键。焊接线能量如果焊接线能量较大，使得热影响区的晶粒粗大，则焊缝中的柱状晶也粗大，焊接线能量大，必然会引起结晶时的冷却速度较慢，最高加热温度 Tm 升高和Ac3 以上停留的时间长，从而导致焊缝金属的晶粒就更粗大。线能量较小， 焊速过快， 焊工操作困难， 而且易产生夹渣等焊接缺陷，所以焊接线能量一般应以812kJ/cm 为宜。预热温度预热主要希望它能降低马氏体转变时的冷却速度，通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性能。由于壳体厚度仅8mm，所选用
21、的钢板厚度为8mm，所以不需要预热。焊后热处理：考虑到WCF-62 钢调质时的回火温度为640 660，所以焊后退火处理温度， 只能是600左右。 在此温度范围内， 焊缝 -40冲击韧性是可以满足所规定的要求的。4 工艺方案的选择本次设计的尾气回收塔壳体，其主体部分由封头、三段筒体和圆筒形裙座采用法兰连接组成，封头和筒体上连接有接管，接管与法兰连接。由此可以确定其制造工艺方案如下：1.根据图样技术要求分别制造各个零部件，可采用锻、焊、机加工等手段，零件制造完成后，需要进行尺寸、质量等检验。2.根据图样要求进行装焊， 可以采用必要的装配夹具等。装焊完成后， 需要进行无损检验， 可以采用射线探伤、
22、磁粉探伤等。3.壳体制造结束后，需要按要求盛水试漏。5 主要零件的加工制造5.1 筒节的制造筒节的制造工艺流程如下：1. 钢板复检：对钢板进行复检，内容包括钢的化学成分、各种力学性能、 表第10 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接 课程设计说明书面缺陷及外形尺寸主要是厚度的检验。一般采用抽检法，抽检的百分比15%。 2.预处理：复检合格后对钢板进行矫正，原理如图5-1 所示。矫正后对钢板图 5-1 七辊矫平机矫正原理进行喷丸、 喷漆等外表处理。原理： 将淬硬钢丸 (一般应用锰钢丸,直径为0.8-1.2mm, 硬度为HRC47-50), 以压缩空气喷出或离心式喷丸机借离心力甩到金属外表,
23、利用钢丸对金属外表的冲击作用使零件外表硬化。钢丸冲击金属外表:第一使零件外表生成0.1-0.4mm 深的硬化层 , 增加零件外表对塑性变形和断裂的抵抗能力,并使表层产生压应力,提高其疲劳强度 ;第二使零件外表上的缺陷和由于机械加工所带来的损伤减少 , 从而降低应力集中。3.划线：划线前应展开，可采用计算展开法。具体展开公式如下：L= Dg+ +S 式中L- 筒节毛坯展开长度mm Dg- 容器公称直径mm -容器壁厚 mm S-加工余量包括切割余量、刨边余量和焊接收缩量等mm ，如两侧均需刨边， 则取 1015mm。 筒体展开后，其实就是一块矩形金属板。毛坯宽度为筒节的长度，其大小取决于原材料的
24、宽度和容器上焊缝的分布情况焊缝不允许十字交叉。注意，毛坯实际宽度也要包括加工余量S。 经查阅资料及计算，如图5-2 所示，取划线尺寸为25472158长度宽度的坯料。第11 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书图5-2 下料尺寸示意图4.下料：采用QH11 剪板机下料。5.边缘加工：采用刨边机进行钢板的直线边缘加工和开坡口，加工精度高，坡口尺寸准确。坡口型式及加工尺寸如图2-2 所示。 6.卷制：采用对称式三辊卷板机来卷制钢板。1预弯采用对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法弯卷。为使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要先将其两端弯曲成所需要的曲率，称为预弯。本次
25、设计利用压力机预弯。受模具长度限制，板料的压弯需逐段进行，且在压制过程中需要随时用样板检查曲率半径的大小，以保证成形尺寸满足要求。如图5-3 所示。图 5-3 利用压弯机预弯2对中板料预弯后，放入卷板机上下辊之间进行辊卷前必须使板料的母材与辊的轴线平行，使板料的纵向中心线与辊的轴线保持相互垂直，即对中，其目的是防止钢板在滚卷过程中产生扭斜变形。3卷圆床进行滚卷。第12 页 共 26 页 钢板对中后，即可用上辊压住板料并使之产生一定弯曲， 开动机材料成型及控制工程焊接课程设计说明书每滚卷一次行程，便适当下调上辊一次，这样经过多次滚卷就可将板料弯曲成所要求的曲率。在滚卷过程中要注意：随精选学习资料
26、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页时用卡样板测量，看是否到达曲率要求，不可过卷量太多，因为过卷要比曲率不足难以修正，且易使金属性能变坏。在冷卷时要考虑到回弹的影响，必须施加一定的过卷量。当卷制到达曲率要求时，还应在此曲率下多卷几次，以使其变形均匀和释放内应力，减少回弹。WCF-62 钢回弹量较大，需要在最终成形之前进行一次退火。卷板机辊子的位置关系如图5-4 所示。图 5-4 三辊卷板机辊子的位置关系7纵缝装焊：筒节的装配一般在V 形铁或焊接滚轮上进行。带铁的螺旋压紧器和斜楔式压紧器可以防止错边，螺旋拉紧器可以调整间隙。如图5-
27、5 所示。a带铁的螺旋压紧器b螺旋拉紧器C斜楔式压紧器图5-5 辅助夹具第 13 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接 课程设计说明书通过采用夹具保证纵缝边缘齐整，且沿着整个长度方向上间隙均匀一致后，可进行定位焊。定位焊时，焊点要有一定尺寸，且焊点间距300mm。 筒节纵缝采用CO2 气体保护焊焊接，坡口形式与尺寸见图2-2， 采用NBC-160 CO2 半自动焊机， 其焊接工艺参数见表5-1： 表 5-1 筒节纵缝焊接工艺参数板厚/mm 坡口形式 气体流量 L/min 焊丝直径/mm 8 Y 型 2325 1.2 140 160 1820 H08Mn2MoA 22 焊接电流/A 焊接电压
28、/V 焊丝焊接速度m/h 电 流 极 性 直 流 反 接 焊后退火温度： 600左右其焊接工艺卡见附录一。8矫圆：焊接结束后，在卷板机上进行矫圆，大致可分三个步骤。 1工件放入卷板机上辊之后，根据计算，将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载。2使工件在矫正曲率下多次滚卷，并着重于焊缝区的矫正，使圆筒曲率均匀一致。经测量，直到合乎要求为止。3逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐卸除载荷的过程中多次滚卷。9无损检验：焊缝进行X 射线局部无损探伤，探伤长度分别不少于纵环焊缝长度的10%，质量评定按JB4730.2-2005焊缝射线探伤标准到达级为合格。10制孔：须在筒体上开1 个50mm 的孔。先要进
29、行划线、打标记来确定孔中心的位置。将筒节置于V 形铁上固定，在筒体上已标记的孔中心位置分别沿筒体径向和周向划出接管的尺寸和位置线。仔细检查核对孔的大小、方位后开孔，选用型号为Z3080 摇臂钻床钻出。5.2 标准椭圆形封头的制造按 JB/T 4746-2002 钢制压力容器用封头，标准椭圆形封头由半个椭球和一个高度为h 的圆柱形短节封头直边部分构成，如图5-6 所示。其型式参数关系为：第14 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书Di4H-h DN Di 图 5-6 椭圆形封头封头外形尺寸如下：公称直径： DN800mm 封头壁厚： a 8mm 直边高度：h63mm 封头总深度
30、：H 263mm 封头制造工艺如下：1.钢材复检：复检材料成分、规格、牌号。2.预处理：矫正，喷丸处理。3.划线：椭圆形封头毛坯尺寸的计算：P= 1 2(a 2 + b 2 ) ? (a ? b) 2 2 4 式中：P封头椭圆部分的半周长a椭圆的长半轴b椭圆的短半轴。由于a=400mm，b=200mm，得出P=980.5mm。 考虑加工余量后，封头毛坯直径可按下式计算：D0=P+2hk0+2S 式中：k 0 封头冲击成形是的拉伸系数，取k0=1 S封头边缘加工余量h直边高度第15 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接 课程设计说明书可求得D0=1116.5mm。 综上，在原材料上划一直径为
31、1116.5mm 的圆。 4.下料：采用等离子弧切割下料。5.热冲压： 先加热至1000，再 1000t 水压机压制成形并预留直边加工余量。6.二次划线：量取直边高度63mm 划线，同时对150mm 的孔划线。7.切割：LGK8 等离子弧切割机切出63mm 直边。8.钻孔： 先用Z3080 摇臂钻床钻出20mm 的孔。孔位置如图5-7 所示。图 5-7 孔位置示意图9.扩孔：用CWC-200 扩孔机扩孔至150mm。 10.检验：按图样要求检查其尺寸、质量等。其加工工艺过程卡见附录二。5.3 管法兰的制造以靠近封头的公称直径为50mm 的法兰为例进行设计研究。按HG/T 2059220635-
32、2009钢制管法兰 .垫片 .紧固件，壳体上的管法兰为全平面带颈平焊法兰，公称通径为50mm 和 150mm，公称压力为0.9MPa，材料为WCF-62 ，零件形状尺寸见图5-8。 图 5-8 全平面带颈平焊法兰第 16 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书其具体参数如表5-2 所示。 带颈平焊管法兰 2059220635-2009 表 5-2 带精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页颈平焊管法兰 HG/T 2059220635-2009 参数公称 直 径 管 外径子 壁厚外径螺孔中心圆直径法 连 接
33、凸 出部分 高度 直 厚度兰(毫米 ) 螺 栓 孔 径 重量螺 数量栓 规 格 焊 焊 缝 的 直 角 边 焊 缝 离 法 兰 面 距 离 DN dH S D D1 f b d Kg n 直径长度M16 55 K H 缝 50 57 3.5 160 125 3 18 18 2.09 4 4 5 管法兰制造工艺如下：1.材料复检、预处理:与筒体基本一致。2.下料：采用GB4235 锯床，从 100mm 的圆钢上锯取长81mm 的一段。3.镦粗：始锻温度11501200，终锻温度800850，使直径达 1602mm， 厚度达302mm。 4.垫环局部镦粗：始锻温度1150 1200，终锻温度 80
34、0850，使法兰盘直径达 1802mm，厚度达252mm。 5.热处理 : 对其进行600650回火，保温4h,空冷，以恢复组织。6.滚圆修整。7.钻孔：用Z3080 摇臂钻床钻出 50mm 孔。8.一次检验：检验锻造后尺寸是否在允许范围，是否存在夹层等内部缺陷。 9.粗铣： X5032 铣床粗铣两端面各留余量1mm。 10.划线：在已铣好的大端面上，画出 18 通孔位置线， 并用样冲做好标记。11.钻孔：用 Z3080 摇臂钻床钻 18 螺栓孔。 12.精铣： 铣床精铣两端面，不再留余量。13.精车： CA6140 车床精车柱面， 不再留余量。14. CA6140 普通车床修锐边。15.二次
35、检验：对法兰进行外表检验，法兰的外表应光滑，不得有裂纹及其它降低法兰强度或连接可靠性的缺陷。第17 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书5.4 接管的制造取连接上述法兰与对应筒体的尺寸为503.5mm内径壁厚的接管为研究对象，进行接管设计研究。采用与母材相同材质的无缝钢管。尺寸与法兰公称直径相匹配，按 GB/T8162-2008 ， 其具体参数如表5-3 所示。表 5-3 内径 /mm 壁厚 /mm 理论重量 /(Kg/m) 接管参数 (GB/T8162-2008) 接管参数50 3.5 4.62 其制造工艺过程如下：1.钢管复检：检查钢管材质、圆度、型号。2.预处理：清除管
36、外表杂质。3.划线：在钢管上按需要长度划线4.下料：采用等离子弧切割切出相应长度钢管。利用等离子弧的热能实现被切割材熔化的方法称等离子弧切割，它是利用高速、高温和高能的等离子体来迅速加热熔化被切割的材料，并借助内部或外部的高速气流。将熔化的材料排开，直至等离子气流束穿透工件反面而形成切口，从而到达切割的目的。如图5-9 所示。图 5-9 等离子弧切割5.车加工：在车床上加工切割断面，使其到达标准要求；6.清理：外表清洗，使其外表不得有油污等杂质；第18 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书7.检验：另取相同钢管，按GB/T 3091-2008 进行拉伸、弯曲、盛水试漏试验。
37、5.5 支座的制造设备采用圆筒形裙座支承，其基本结构如图5-10 所示，按 GB 150.1150.4-2010固定式压力容器和JB-T4710-2005钢制塔式容器进行设计。图 5-10 圆筒形裙座裙座结构的筒体部分、接管部分和法兰部分的制造工艺过程不再详述，重点对底板和地脚螺栓座的制造工艺进行设计研究。1 底板制造工艺过程：钢材复检预处理划线、标记下料1120 16mm直径厚度钻孔制螺栓孔2 地脚螺栓座的制造工艺过程其结构如图5-11 所示，其主要结构为压板、圆筒和两块筋板。地脚螺栓座尺寸见表5-4。 图 5-11 地脚螺栓座结构图第 19 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计
38、说明书地脚螺栓座尺寸表(JB-T4710-2005 表 5-4 地脚螺栓座尺寸表(JB-T4710-2005) 螺 栓 规格 M27 200 60 50 170 (200) 75 12 18 12 140 110 60 30 43 50 Lk B C A(D) L3 G c z L1 L5 L4 d2 d3 d4 3 圆筒制造工艺过程：同筒节制造工艺过程。 压板制造工艺过程：钢材复检预处理划线、标记下料钻孔制螺栓孔筋板制造工艺过程：钢材复检预处理划线下料3局部装焊工艺过程按图5-11 所示，将底板、压板、筋板装配点固焊接 CO2 气体保护焊检验6 各部件的装焊工艺装配焊接就是将已加工好的零件按
39、图样规定的相互位置加以固定组装成零部件或结构，并焊接成形的过程。采取分部件装配，在装配过程中，允许偏差值要小于 2mm。 在夹具上定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法保证它的既定位置，即始终使工件的定位基准与工件的定位元件紧密接触。为此，夹紧所需的力应能克服操作过程在红产生的各种力，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页如工件的重力、惯性力、因控制焊接变形而产生的拘束力等。夹紧力应该指向定位基准，而且其指向应有利于减少夹紧力，通过传动机构而使夹紧元件与工件受压面直接接触而完成夹紧。在焊接过程中， 由于焊接是局部加热和局
40、部冷却成型过程，局部区域各部分金属处于从液态到塑性状态在到弹性状态的不同状态，并随热源的变化而变化。其在焊接受热的过程中，受热大的部分，在随后的冷却过程中会产生较大的焊接应力，使其在焊接后产生较大的焊接应变，这是焊接应力变形的根本原因。在工艺设计中要采用适当的方法去尽量减少焊接应力和变形。减少变形措施有：(1)设计时，防止焊缝的十字交叉，防止其应力集中，保持较好的焊接操作可适性。 (2)焊接前采取预热，减缓其冷却速度过大而产生较大的应力。焊接采取了合理的焊接顺序和方向，调整了其应力分布。装焊过程中采取了降低焊缝拘束度的工艺措施，补偿焊缝的缩量。3焊后采取锤击法，能在金属外表层内产生局部双第 2
41、0 页 共 26 页 材料成型及控制工程 焊接课程设计说明书向塑性延展，补偿焊缝区的不协调应变到达释放焊接残余应力的目的。筒体、6.1 筒体、封头与法兰的装焊筒体与封头的连接采用加有密封圈的法兰进行连接。筒体、 封头分别与法兰连接，焊缝为环焊缝 ,焊后进行法兰间的装配。封头与法兰的装配、焊接都在小型变位器上进行，禁止将法兰密封面与装配平台接触，以防止擦伤密封面。其焊接接头均属于角接头，坡口形式及尺寸见图3-1， 装焊示意图如图6-1 所示：图 6-1 法兰与封头、法兰与筒体的装焊示意图焊接方法采用CO2 气体保护焊，其焊接工艺参数见表3-2。 焊缝附近的油污等杂质要清理干净。需要在夹具上采用刚
42、性固定，限制角变形。焊后对焊缝进行磁粉探伤。6.2 筒体与接管的装焊1 划线如图 6-2 所示。 图 6-2 筒体与接管装焊法兰划线示意图2装配校正。 3焊接按定位线找正位置进行装配。接管与筒体的垂直度，可用直角尺测量 先实施定位焊，应使焊接点对称分布，使工件准确定位。然后采用CO2 气体保护焊进行焊接，坡口形式及尺寸见图3-1，焊接工艺参数见表6-1，装焊示第21 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书意图如图6-3 所示。表6-1 坡口形式气体流 量 L/min 焊丝直径 /mm 单边 V 型 8 25 1.2 80 120 10 15 H08Mn2MoA 0.4 气体保护
43、焊焊CO2 气体保护焊焊接工艺参数焊接电流/A 焊接电压/V 焊丝 焊接速度m/min 电 流 极 性 直 流 反 接 图 6-3 装焊示意图4检验检查工件的位置、尺寸精度是否符合技术要求。对焊缝进行磁粉探伤。6.3 封头与接管的装焊封头与接管的焊接接头是角接接头，采用CO2 气体保护焊进行焊接，其焊接工艺参数见表6-1，其坡口形状及尺寸见图3-1，装焊示意图如图6-4。 图 6-4 封头与接管装焊示意图其装配同接管与筒体的装配工艺。第 22 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书6.4 接管与法兰的装焊装配在焊接变位器上进行，它可以将焊件各种位置的焊缝调整到易焊位置施 焊。接
44、管与管法兰的连接采用对口焊形式，如图6-4 所示。图 6-4 接管与法兰装焊示意图采用CO2 气体保护焊进行焊接，焊接工艺参数见表6-1，坡口形状及尺寸见图3-1。焊缝附近的油污等杂质要清理干净，焊接过程稳定。6.5 支座与筒体的装焊其装焊工艺过程类似筒体与封头的装焊工艺过程，坡口形式及尺寸见图3-1， 采用CO2 气体保护焊，焊接工艺参数见表3-2。 7 产品质量检验本设备按NB/T 47003-2009 钢制焊接常压容器和 HG 20652-1998塔器设计技术规定进行制造、试验及验收。焊缝进行X 射线局部无损探伤， 探伤长度分别不少于纵环焊缝长度的10%， 质量评定按JB/T 4730.
45、2-2005 承压设备射线检测到达级为合格。角焊缝按JB/T 4730.1-2005 进行磁粉探伤。塔节两端法兰密封面与筒体轴线应垂直，偏差不大于1mm。塔体总装后弯曲度小于2/1000 塔高，且 总弯曲度小于8mm。设备制造完成后进行盛水试漏。7.1 外表检验外表检验主要是坡口、焊缝余高、焊缝外表质量检验等。1焊接坡口：不得有裂纹、分层、夹渣等。2焊缝余高：余高02.0mm。3焊缝外表质量：不得有裂纹、飞溅物等。7.2 无损检验 7.2.1 X 射线探伤第23 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书X 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
46、 - - - -第 7 页，共 8 页射线探伤是利用X 射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷。它适用于检查焊件内部的缺陷。对气孔、夹渣等体积性缺陷，具有较高的检测灵敏度。其一般程序如下： 1焊缝外表质量检查2核对实物与委托单项目3机器预热画草图4贴片、贴标、屏蔽散射线5对位选焦距并开机透照6胶片处理7底片评定并签发检验报告8底片及资料存档。7.2.2 磁粉探伤磁粉探伤是利用外加磁场对工件进行磁化，被磁化后的工件上假设不存在缺陷，则它各部位的磁特性基本一致，而存在裂纹、气孔或非金属物夹渣等缺陷时，由于它们会在工件上造成气隙或不导磁的间隙，使缺陷部位的磁阻大大增加，工件内磁力线的正常传播
47、遭到阻隔，根据磁连续性原理，这时磁化场的磁力线就被迫改变路径而逸出工件， 并在工件外表形成漏磁场，从而指出缺陷。其一般程序如下： 1预处理 :清除工件外表的油污等杂质。2磁化 :选用适当的磁化方法和磁化电流，接通电源，对焊件进行磁化。3采用湿法来施加磁粉，灵敏度较高。4观察记录：在暗室等暗处用紫外灯进行观察。7.3 盛水试漏检验盛水试验时应先将设备焊接接头外表清除干净，使之干燥，盛水试验持续时间不少于1h，试验中焊接接头应无渗漏，否则补焊后重新试验，直至合格。8 总结 1通过此次课程设计，加深了对压力容器外壳制造工艺的理解，为进一步参与焊接工艺方案制定大有帮助。2加强了对书本知识的理解， 进一
48、步提高了查阅资料，解决问题的能力。第 24 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书3通过此次设计，提高了联系实际，分析问题并解决问题的能力，为以后工作打下良好的基础。第 25 页 共 26 页 材料成型及控制工程焊接课程设计说明书参 考 文 献1赵熹华 .焊接检验 .北京： 机械工业出版社，2010 2田锡唐 . 焊接结构 .北京：机械工业出版社,1982 3陈裕川 .焊接工艺评定手册. 北京：机械工业出版社， 2000 4中国焊接协会编.焊接标准汇编.北京 : 中国标准出版社,1997 5天津大学,中国石油化工总公司第四建设公司.工程焊接冶金学.北京：机械工业出版社， 199
49、3 6王非 .化工压力容器设计-方法、问题和要点.北京：化学工业出版社2009 7王永达 ,谢仕柜.低合金钢焊接基本数据手册.北京： 冶金工业出版社，1998 8张京山 ,张灏 .金属及合金材料手册 .北京：金盾出版社，2005 9周振丰 . 焊接冶金学金属焊接性.北京：机械工业出版社 ,1997 10 白培康 ,李志勇 ,丁京滨 ,刘斌 . 材料连接技术.北京： 国防工业出版，2007 11李亚江 ,王娟 .焊接原理及应用.北京：化学工业出版社,2009 12周浩森 . 焊接结构生产及设备.北京：机械工业出版社，1998 13宗培言 .焊接结构制造技术与装备.北京：机械工业出版社,2010 14 董大勤 ,袁凤隐 .压力容器与化工设备实用手册.北京：化学工业出版， 1997 15梁启涵 . 焊接检验 .北京：机械工业出版社,1998 第 26 页 共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页