材料成型控制工程(焊接)課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　本次課程設(shè)計主要是尾氣回收塔外殼的焊接生產(chǎn)工藝設(shè)計，包括材料的焊接性分析、焊接工藝方案分析及工藝評定、確定焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝流程、確定產(chǎn)品外殼主要零件的加工工藝及檢驗、繪制焊接結(jié)構(gòu)簡圖、確定部件的裝焊工藝等。</p><p>　　通過設(shè)計，初步掌握根據(jù)產(chǎn)品圖樣及技術(shù)要求制定焊接工藝規(guī)程的方法、焊接工藝

2、設(shè)計的步驟，提高分析焊接生產(chǎn)實際問題、解決問題的能力。</p><p>　　2 焊接生產(chǎn)工藝性分析</p><p>　　2.1 焊接結(jié)構(gòu)工藝性審查</p><p>　　2.1.1 產(chǎn)品圖樣結(jié)構(gòu)審查</p><p>　　此次設(shè)計的設(shè)備為尾氣回收塔殼體，筒體直徑800mm，容器總長9292mm，壁厚8mm。由圖2-1可知：筒體之間通過容器法

3、蘭螺栓連接，筒體左端接橢圓形封頭，筒體上有接管，筒體右端連接件整體參與固定。</p><p>　　圖2-1尾氣回收塔殼體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　主要加工手段為焊接，此外還采用沖壓、卷彎、機(jī)加工等輔助工藝。焊接方法采用CO2氣體保護(hù)焊，接頭形式為對接、角接。</p><p>　　2.1.2 產(chǎn)品技術(shù)特性及檢驗要求</p><p>　　尾氣

4、回收塔殼體技術(shù)特性如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 尾氣回收塔殼體技術(shù)特性表</p><p>　　本設(shè)備按NB/T 47003-2009《鋼制焊接常壓容器》和HG 20652-1998《塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行制造、試驗及驗收。焊縫進(jìn)行X射線局部無損探傷，探傷長度分別不少于縱縫長度的10%，質(zhì)量評定按JB/T 4730.2-2005《承壓設(shè)備射線檢測》達(dá)到Ⅱ級為合格。角焊縫按

5、JB/T 4730.1-2005進(jìn)行磁粉探傷。塔節(jié)兩端法蘭密封面與筒體軸線應(yīng)垂直，偏差不大于1mm。塔體總裝后彎曲度小于2/1000塔高，且總彎曲度小于8mm。設(shè)備制造完成后進(jìn)行盛水試漏。</p><p>　　2.2 母材的焊接工藝性分析</p><p>　　2.2.1 WCF-62的特性</p><p>　　WCF-62屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，這類鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上

6、添加少量的合金元素進(jìn)行冶煉而成。它與普通的碳錳鋼相比較，不僅強(qiáng)度高，而且焊接性能優(yōu)良，可作為低溫壓力容器用鋼 (尤其適用于大型球形儲罐)。</p><p>　　該鋼通過降低含碳、硫、磷量(C≤0．09 %)和Pcm值(Pcm≤O．02％)，并有效地利用低碳范圍內(nèi)硼和其它合金元素的淬透性效果，可以確保所希望的強(qiáng)度（610～725MPa）和低溫韌性（-40℃，≥40）。母材原始狀態(tài)為調(diào)質(zhì)狀態(tài)，其回火溫度約為640～6

7、60℃。其化學(xué)成分和力學(xué)性能見表2-2和表2-3所示： </p><p>　　表2-2 WCF-62的化學(xué)成分（GB 713-2008）</p><p>　　表2-3 WCF-62的力學(xué)性能（GB 713-2008）</p><p>　　2.2.2 WCF-62的焊接性分析</p><p>　?、倮淞鸭y及影響因素 冷裂紋的形成是淬硬組

8、織、拘束應(yīng)力及擴(kuò)散氫三種因素綜合作用的結(jié)果。從材料本身來考慮，淬硬組織是引起冷裂紋的決定性因素。對于WCF-62鋼來說，因其在低碳的基礎(chǔ)上通過加入多種提高淬透性的合金元素，保證獲得強(qiáng)度高、韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體的混合組織。特點是馬氏體含量低，所以它的開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點較高，緩慢冷卻，則生成的馬氏體還能來得及進(jìn)行一次“自回火”處理。</p><p>　　②熱裂紋及其影響因素 這類鋼作為高強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)用

9、鋼，因此含碳量限制得較低，在合金成分的設(shè)計上也都考慮到了焊接性的要求。</p><p>　?、墼贌崃鸭y及其影響因素 母材中引起再熱裂紋的合金元素主要是Mo、V。其中，V的影響最大，Mo次之，而且當(dāng)二者同時加入時就更嚴(yán)重。因此，在焊接時要注意再熱裂紋的問題。 </p><p>　?、軣嵊绊憛^(qū)液化裂紋及其影響因素 對液化裂紋而言，通常是含碳量越高，要求Mn／S比也越高。含碳

10、量不超過0.2%，Mn／S小于30，其液化裂紋敏感性大。故避免這類裂紋的關(guān)鍵在于控制C和S的含量，保證高的Mn／S比。此外，工藝因素對液化裂紋的形成也起著很大的作用，首先是線能量。線能量越大，晶粒長得越大，晶界熔化越嚴(yán)重，而且液態(tài)晶間層存在的時間也越長，液化裂紋產(chǎn)生的傾向也越大。因此，從工藝上可以采取小線能量的焊接方法、控制熔池形狀、減少凹度等措施。</p><p>　?、轃嵊绊憛^(qū)的性能變化 母材中由于含有較多

11、的固氮元素，因此熱影響區(qū)中不會產(chǎn)生明顯的熱應(yīng)變脆化，其中過熱區(qū)的脆化是主要問題。</p><p>　?。?）過熱區(qū)的脆化：引起脆化的原因除了奧氏體的晶粒粗化引起的脆化外，主要原因是由于上貝氏體和M-A組元的形成。</p><p>　?。?）焊接熱影響區(qū)的軟化：熱影響去內(nèi)凡是加熱溫度高于母材回火溫度至Ac1的區(qū)域，由于碳化物的積聚長大而使鋼材軟化。此外，軟化的程度和軟化去的寬度與焊接工藝也有

12、很大關(guān)系。對于WCF62鋼而言，其強(qiáng)度級別不太高，但制定其焊接工藝時必須考慮這一問題。</p><p>　　2.3 WCF-62焊接工藝要點</p><p>　　2.3.1 焊接方法和焊接材料的選擇</p><p>　　①焊接方法的選擇 母材的含碳量低，因此淬火后的組織是強(qiáng)度和韌性都較高的低碳馬氏體和貝氏體，這對焊接非常有利。在焊接這類鋼時要注意兩個基本問題：

13、一是要求在馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度不能太快，使馬氏體能有“自回火”作用，以免冷裂紋的產(chǎn)生；二是要在800～500℃之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界速度。 </p><p>　　WCF-62的σs低于980 Mpa，因此熔化極氣體保護(hù)焊、手弧焊、埋弧焊和鎢極氬弧焊等都能采用。本次設(shè)計采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行對接焊縫和角焊縫的焊接。</p><p>　?、诤附硬牧系倪x擇 選擇焊接材

14、料時必須考慮兩方面的問題：一是不能有裂紋等焊接缺陷產(chǎn)生；二是能滿足使用性能要求。選擇焊接材料的依據(jù)是保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材匹配。WCF-62鋼選用H08Mn2MoA焊絲比較合適。</p><p>　　2.3.2 接頭與坡口型式設(shè)計</p><p>　　焊縫布置與接頭的應(yīng)力集中程度都對接頭質(zhì)量有明顯的影響。合理的接頭設(shè)計應(yīng)使應(yīng)力集中系數(shù)盡可能的小，且具有好的可焊性，

15、便于焊后檢驗。</p><p>　　一般來說，對接焊縫比角焊縫更合理。同時便于進(jìn)行射線或超聲波探傷，坡口形式以U形為佳，單邊V形也可采用。但必須在工藝規(guī)程中注明要求兩個坡口面必須完全焊透。為了降低焊接應(yīng)力，可采用雙V或雙U坡口。無論采用何種形式的接頭或坡口，都必須要求焊縫與母材交界處平滑過渡。</p><p>　　本次設(shè)計，殼體厚度小于22mm，開Y形坡口。</p><

16、p>　　低合金結(jié)構(gòu)鋼的坡口可用刨邊機(jī)加工坡口。回收塔殼體厚度小于100mm，不需要預(yù)熱。</p><p>　　坡口型式如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 坡口型式</p><p>　　2.4 母材的焊接性試驗</p><p>　　對WCF-62鋼的焊性進(jìn)行試驗，可用以下幾種方法來衡量該鋼的焊接性。</p>

17、<p>　　2.4.1 插銷試驗</p><p>　　采用插銷試驗方法，可以定量測定低合金鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性。插銷試件和底板尺寸分別如圖2-3和圖2-4所示。</p><p>　　圖 2-3 插銷試棒的形狀尺寸</p><p>　　圖2-4 底板的形狀尺寸 </p><p>　　將被焊鋼材加工

18、成圓柱形的插銷試棒，沿軋制方向取樣并注明插銷在厚度方向上的位置。試棒上端附近有環(huán)形缺口。將插銷試棒插入底板相應(yīng)的孔中，使帶缺口一端與底板表面平齊。用選定的焊接輸入進(jìn)行堆焊（垂直底板縱向，并通過插銷頂端中心），焊道長度100-150mm。為獲得焊接熱循環(huán)有關(guān)參數(shù)（t8/5等），應(yīng)事先將熱電偶旱在底板焊道下的盲孔中，其深度應(yīng)與插銷試棒的缺口處一致，測點最高溫度不低于1100℃。當(dāng)焊道冷至150-100℃時，給試棒逐漸加載，規(guī)定載荷應(yīng)在1mi

19、n內(nèi)加載完畢，此時試棒的溫度不應(yīng)低于100℃。</p><p>　　載荷保持16h或24h后卸載，若試棒未斷，而采用“斷裂準(zhǔn)則”，應(yīng)增加載荷重復(fù)上述試驗，直至試棒發(fā)生斷裂，然后降低約10Mpa的載荷，而試棒未發(fā)生斷裂，此值即為“斷裂準(zhǔn)則”的“臨界應(yīng)力”。</p><p>　　2.4.2 接頭機(jī)械性能試驗</p><p>　　考慮到WCF-62鋼焊后要進(jìn)行消除應(yīng)力退

20、火處理，而退火后其接頭的強(qiáng)度是否能滿足與母材等強(qiáng)性的要求，這就需要選擇不同熱處理規(guī)范進(jìn)行試驗，如表2-4所示。</p><p>　　表2-4 不同熱處理規(guī)范對接頭強(qiáng)度的影響</p><p>　　試驗得出WCF-62鋼配用H08Mn2MoA焊絲接頭強(qiáng)度可滿足與母材強(qiáng)度相匹配的等強(qiáng)性要求，即使焊后熱處理溫度達(dá)到母材回火溫度(640℃)時， 接頭強(qiáng)度仍不低于607MPa，最高可達(dá)647MPa。

21、</p><p>　　3 焊接工藝性評定</p><p>　　3.1 焊接試件的制備</p><p>　　采用刨邊機(jī)進(jìn)行坡口加工。清除坡口附近的水、油污、銹漬等雜質(zhì)。</p><p>　?。?）對接焊縫試件的制備 采用Y形坡口，坡口型式如圖2-2所示。采用CO2氣體保護(hù)焊，CO2氣體保護(hù)焊的規(guī)范參數(shù)包括電源極性、焊絲直徑、電弧電壓、焊接

22、電流、氣體流量等。 </p><p>　　(一)電源極性   CO2氣體保護(hù)焊焊接一般材料時，采用直流反接；在進(jìn)行高速焊接、堆焊和鑄鐵補(bǔ)焊時，應(yīng)采用直流正接。 (二)焊絲直徑   二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊絲直徑一般可根據(jù)板厚選擇?；厥账んw厚度8mm，可選Ф1.0～Ф1.6mm的焊絲。 (三)電弧電壓和焊接電流  對于一定直徑的焊絲來說

23、，在二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊中，采用較低的電弧電壓，較小的焊接電流焊接時，焊絲熔化所形成的熔滴把母材和焊絲連接起來，呈短路狀態(tài)稱為短路過渡。大多數(shù)CO2氣體保護(hù)焊工藝都采用短路過渡焊接。當(dāng)電弧電壓較高、焊接電流較大時，熔滴呈小顆粒飛落稱為顆粒過渡。Ф1．6或Ф2．0mm的焊絲自動焊接中厚板時，常采用這種過渡。 </p><p>　　綜上所述，其焊接工藝參數(shù)如表3-1所示。<

24、;/p><p>　　表3-1 CO2氣體保護(hù)焊工藝參數(shù) </p><p>　?。?）角接焊縫試件的制備 采用CO2氣體保護(hù)焊焊接，如圖3-1所示。其工藝參數(shù)見表3-2。</p><p>　　表3-2 CO2氣體保護(hù)焊工藝參數(shù)</p><p>　　圖3-1 角接試件及坡口設(shè)計</p><p>　　3.2 焊接試件

25、試驗方法</p><p>　　3.2.1 拉伸試驗</p><p>　　金屬拉伸實驗是測定金屬材料力學(xué)性能的一個最基本的實驗，是了解材料力學(xué)性能最全面，最方便的實驗。按GB/T 228-2002規(guī)定對試件進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 拉伸試件</p><p>　　3.2.2 沖擊試驗</p&g

26、t;<p>　　將試樣置于低溫槽的均溫區(qū)冷卻到-40℃后，保溫足夠長的一段時間，然后將試樣取出進(jìn)行沖擊試驗。使用液體冷卻介質(zhì)，保溫時間不得少于5min。試樣移出冷卻介質(zhì)至打斷的時間不超過5s，如超過5s則應(yīng)將試樣放回冷卻介質(zhì)重新冷卻，保溫，再進(jìn)行試驗。</p><p>　　采用擺錘沖擊試驗，其示意圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 擺錘沖擊試驗</p

27、><p>　　3.2.3 彎曲試驗</p><p>　　將試件放在實驗機(jī)帶滾動軸的支座上，用規(guī)定的彎心直徑壓頭將試件彎曲到要求的角度，彎曲試件的中心應(yīng)對準(zhǔn)焊縫中心，當(dāng)彎曲到規(guī)定角度后，焊縫拉伸面沿試件寬度方向上所允許出現(xiàn)的裂紋或缺陷不大于1.5，沿試件長度方向上為不大于3mm。試件如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 彎曲試件 </p>

28、<p>　　3.3 工藝評定試驗分析</p><p>　?。?）無損探傷 試驗試板焊后經(jīng)射線探傷，均末發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。</p><p>　　（2）接頭力學(xué)性能 根據(jù)接頭力學(xué)性能試驗的結(jié)果，其接頭強(qiáng)度、塑性均能滿足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。</p><p>　?。?）接頭沖擊韌性 試驗結(jié)果表明，焊縫金屬的-40℃卻貝沖擊值可以達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，熱影響區(qū)-40℃卻貝沖擊

29、值比規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值要高得多，其沖擊值完全可以滿足WCF-62鋼的標(biāo)準(zhǔn)。熔合線的沖擊值所反映的是焊縫或熱影響區(qū)的沖擊韌性?？梢哉J(rèn)為，只要是熱影響區(qū)尤其是焊縫金屬的沖擊韌性解決好了，熔合線的沖擊韌性應(yīng)該能獲得較為滿意的結(jié)果。</p><p>　?。?）根據(jù)試驗可以看出，焊接接頭無淬硬組織。接頭的硬度分布是正常的。調(diào)質(zhì)鋼焊接后，如不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，則熱影響區(qū)的軟化將成為調(diào)質(zhì)鋼焊接的一個重要問題， 而WCF-62鋼的焊接接

30、頭并無軟化現(xiàn)象。</p><p>　　3.4 焊接工藝參數(shù)的選擇</p><p>　　從防止冷裂紋出發(fā)，要求冷卻速度慢為佳，但對防止脆化來說，卻要求冷卻較快為好，因此應(yīng)該確定兼顧兩者的冷卻速度范圍。這個范圍的上限取決于不產(chǎn)生冷裂紋，下限取決于熱影響區(qū)不出現(xiàn)脆化的混合組織。但在焊接厚板時，即使采用了大的線能量，冷卻速度往往還是超過了它的上限，這就必須通過預(yù)熱來使冷卻速度降到低于不出現(xiàn)裂紋的極

31、限值。因此，正確選擇線能量和預(yù)熱這兩個參數(shù)使保證不出現(xiàn)裂紋和脆化的關(guān)鍵。</p><p>　　①焊接線能量 如果焊接線能量較大，使得熱影響區(qū)的晶粒粗大，則焊縫中的柱狀晶也粗大，焊接線能量大，必然會引起結(jié)晶時的冷卻速度較慢，最高加熱溫度Tm升高和Ac3以上停留的時間長，從而導(dǎo)致焊縫金屬的晶粒就更粗大。線能量較小，焊速過快，焊工操作困難，而且易產(chǎn)生夾渣等焊接缺陷，所以焊接線能量一般應(yīng)以8～12kJ/cm為宜。<

32、;/p><p>　?、陬A(yù)熱溫度 預(yù)熱主要希望它能降低馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，通過馬氏體的自回火作用來提高抗裂性能。由于殼體厚度僅8mm，所選用的鋼板厚度為8mm，所以不需要預(yù)熱。</p><p>　?、酆负鬅崽幚恚嚎紤]到WCF-62 鋼調(diào)質(zhì)時的回火溫度為640～660℃，所以焊后退火處理溫度，只能是600℃左右。在此溫度范圍內(nèi)，焊縫-40℃沖擊韌性是可以滿足所規(guī)定的要求的。</p>

33、;<p>　　4 工藝方案的選擇</p><p>　　本次設(shè)計的尾氣回收塔殼體，其主體部分由封頭、三段筒體和圓筒形裙座采用法蘭連接組成，封頭和筒體上連接有接管，接管與法蘭連接。由此可以確定其制造工藝方案如下：</p><p>　　1.根據(jù)圖樣技術(shù)要求分別制造各個零部件，可采用鍛、焊、機(jī)加工等手段，零件制造完成后，需要進(jìn)行尺寸、質(zhì)量等檢驗。</p><p&

34、gt;　　2.根據(jù)圖樣要求進(jìn)行裝焊，可以采用必要的裝配夾具等。裝焊完成后，需要進(jìn)行無損檢驗，可以采用射線探傷、磁粉探傷等。</p><p>　　3.殼體制造結(jié)束后，需要按要求盛水試漏。</p><p>　　5 主要零件的加工制造</p><p>　　5.1 筒節(jié)的制造</p><p>　　筒節(jié)的制造工藝流程如下：</p>&

35、lt;p>　　1. 鋼板復(fù)檢：對鋼板進(jìn)行復(fù)檢，內(nèi)容包括鋼的化學(xué)成分、各種力學(xué)性能、表面缺陷及外形尺寸（主要是厚度）的檢驗。一般采用抽檢法，抽檢的百分比15%。</p><p>　　2.預(yù)處理：復(fù)檢合格后對鋼板進(jìn)行矯正，原理如圖5-1所示。矯正后對鋼板</p><p>　　圖5-1 七輥矯平機(jī)矯正原理</p><p>　　進(jìn)行噴丸、噴漆等表面處理。原理：將淬硬

36、鋼丸(一般應(yīng)用錳鋼丸,直徑為0.8-1.2mm,硬度為HRC47-50),以壓縮空氣噴出或離心式噴丸機(jī)借離心力甩到金屬表面, 利用鋼丸對金屬表面的沖擊作用使零件表面硬化。鋼丸沖擊金屬表面:第一使零件表面生成0.1-0.4mm 深的硬化層, 增加零件表面對塑性變形和斷裂的抵抗能力,并使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力,提高其疲勞強(qiáng)度;第二使零件表面上的缺陷和由于機(jī)械加工所帶來的損傷減少, 從而降低應(yīng)力集中。</p><p>　　3.

37、劃線：劃線前應(yīng)展開，可采用計算展開法。具體展開公式如下：</p><p>　　L=π（Dg+δ）+S</p><p>　　式中 L---筒節(jié)毛坯展開長度（mm）</p><p>　　Dg---容器公稱直徑（mm）</p><p>　　δ---容器壁厚（mm）</p><p>　　S---加工余量（包括切割余量、刨邊余

38、量和焊接收縮量等）（mm），如兩側(cè)均需刨邊，則取10～15mm。</p><p>　　筒體展開后，其實就是一塊矩形金屬板。毛坯寬度為筒節(jié)的長度，其大小取決于原材料的寬度和容器上焊縫的分布情況（焊縫不允許十字交叉）。注意，毛坯實際寬度也要包括加工余量S。</p><p>　　經(jīng)查閱資料及計算，如圖5-2所示，取劃線尺寸為2547×2158（長度×寬度）的坯料。</p

39、><p>　　圖5-2 下料尺寸示意圖</p><p>　　4.下料：采用QH11剪板機(jī)下料。</p><p>　　5.邊緣加工：采用刨邊機(jī)進(jìn)行鋼板的直線邊緣加工和開坡口，加工精度高，坡口尺寸準(zhǔn)確。坡口型式及加工尺寸如圖2-2所示。</p><p>　　6.卷制：采用對稱式三輥卷板機(jī)來卷制鋼板。</p><p>　　（1

40、）預(yù)彎 采用對稱式三輥卷板機(jī)彎卷鋼板時，鋼板兩端各有一平直段無法彎卷。為使鋼板都能彎曲成同一曲率，在卷板前要先將其兩端彎曲成所需要的曲率，稱為預(yù)彎。</p><p>　　本次設(shè)計利用壓力機(jī)預(yù)彎。受模具長度限制，板料的壓彎需逐段進(jìn)行，且在壓制過程中需要隨時用樣板檢查曲率半徑的大小，以保證成形尺寸滿足要求。如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 利用壓彎機(jī)預(yù)彎</p>

41、<p>　?。?）對中 板料預(yù)彎后，放入卷板機(jī)上下輥之間進(jìn)行輥卷前必須使板料的母材與輥的軸線平行，使板料的縱向中心線與輥的軸線保持相互垂直，即對中，其目的是防止鋼板在滾卷過程中產(chǎn)生扭斜變形。</p><p>　?。?）卷圓 鋼板對中后，即可用上輥壓住板料并使之產(chǎn)生一定彎曲，開動機(jī)床進(jìn)行滾卷。</p><p>　　每滾卷一次行程，便適當(dāng)下調(diào)上輥一次，這樣經(jīng)過多次滾卷就可

42、將板料彎曲成所要求的曲率。在滾卷過程中要注意：隨時用卡樣板測量，看是否達(dá)到曲率要求，不可過卷量太多，因為過卷要比曲率不足難以修正，且易使金屬性能變壞。在冷卷時要考慮到回彈的影響，必須施加一定的過卷量。當(dāng)卷制達(dá)到曲率要求時，還應(yīng)在此曲率下多卷幾次，以使其變形均勻和釋放內(nèi)應(yīng)力，減少回彈。WCF-62鋼回彈量較大，需要在最終成形之前進(jìn)行一次退火。卷板機(jī)輥子的位置關(guān)系如圖5-4所示。</p><p>　　圖5-4 三

43、輥卷板機(jī)輥子的位置關(guān)系</p><p>　　7．縱縫裝焊：筒節(jié)的裝配一般在V形鐵或焊接滾輪上進(jìn)行。帶Ⅱ鐵的螺旋壓緊器和斜楔式壓緊器可以防止錯邊，螺旋拉緊器可以調(diào)整間隙。如圖5-5所示。</p><p>　　a．帶Ⅱ鐵的螺旋壓緊器 b．螺旋拉緊器</p><p><b>　　C．斜楔式壓緊器</b></p&g

44、t;<p>　　圖5-5 輔助夾具</p><p>　　通過采用夾具保證縱縫邊緣齊整，且沿著整個長度方向上間隙均勻一致后，可進(jìn)行定位焊。定位焊時，焊點要有一定尺寸，且焊點間距300mm。</p><p>　　筒節(jié)縱縫采用CO2氣體保護(hù)焊焊接，坡口形式與尺寸見圖2-2，采用NBC-160 CO2半自動焊機(jī)，其焊接工藝參數(shù)見表5-1：</p><p>　

45、　表5-1 筒節(jié)縱縫焊接工藝參數(shù)</p><p>　　焊后退火溫度：600℃左右</p><p>　　其焊接工藝卡見附錄一。</p><p>　　8．矯圓：焊接結(jié)束后，在卷板機(jī)上進(jìn)行矯圓，大致可分三個步驟。</p><p>　?。?）工件放入卷板機(jī)上輥之后，根據(jù)計算，將上輥調(diào)至所需要的最大矯正曲率的位置進(jìn)行加載。</p>&l

46、t;p>　?。?）使工件在矯正曲率下多次滾卷，并著重于焊縫區(qū)的矯正，使圓筒曲率均勻一致。經(jīng)測量，直到合乎要求為止。</p><p>　?。?）逐漸卸除載荷，并使工件在逐漸卸除載荷的過程中多次滾卷。</p><p>　　9．無損檢驗：焊縫進(jìn)行X射線局部無損探傷，探傷長度分別不少于縱環(huán)焊縫長度的10%，質(zhì)量評定按JB4730.2-2005《焊縫射線探傷標(biāo)準(zhǔn)》達(dá)到Ⅱ級為合格。</p&

47、gt;<p>　　10．制孔：須在筒體上開1個Ф50mm的孔。先要進(jìn)行劃線、打標(biāo)記來確定孔中心的位置。將筒節(jié)置于V形鐵上固定，在筒體上已標(biāo)記的孔中心位置分別沿筒體徑向和周向劃出接管的尺寸和位置線。仔細(xì)檢查核對孔的大小、方位后開孔，選用型號為Z3080搖臂鉆床鉆出。</p><p>　　5.2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的制造</p><p>　　按JB/T 4746-2002《鋼制壓力

48、容器用封頭》，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭由半個橢球和一個高度為h的圓柱形短節(jié)（封頭直邊部分）構(gòu)成，如圖5-6所示。其型式參數(shù)關(guān)系為：</p><p><b>　　Di＝4（H-h）</b></p><p><b>　　DN＝Di</b></p><p>　　圖5-6 橢圓形封頭</p><p><b&g

49、t;　　封頭外形尺寸如下：</b></p><p>　　公稱直徑：DN＝800mm</p><p>　　封頭壁厚：δa＝8mm</p><p>　　直邊高度：h＝63mm</p><p>　　封頭總深度：H＝263mm</p><p><b>　　封頭制造工藝如下：</b></p

50、><p>　　1.鋼材復(fù)檢：復(fù)檢材料成分、規(guī)格、牌號。</p><p>　　2.預(yù)處理：矯正，噴丸處理。</p><p>　　3.劃線：橢圓形封頭毛坯尺寸的計算：</p><p>　　式中： P—封頭橢圓部分的半周長</p><p><b>　　a—橢圓的長半軸</b></p><

51、p><b>　　b—橢圓的短半軸。</b></p><p>　　由于a=400mm，b=200mm，得出P=980.5mm。</p><p>　　考慮加工余量后，封頭毛坯直徑可按下式計算：</p><p>　　D0=P+2hk0+2S</p><p>　　式中：—封頭沖擊成形是的拉伸系數(shù)，取k0=1</p&g

52、t;<p>　　S—封頭邊緣加工余量</p><p><b>　　h—直邊高度</b></p><p>　　可求得D0=1116.5mm。</p><p>　　綜上，在原材料上劃一直徑為1116.5mm的圓。</p><p>　　4.下料：采用等離子弧切割下料。</p><p>　　

53、5.熱沖壓：先加熱至1000℃，再1000t水壓機(jī)壓制成形并預(yù)留直邊加工余量。</p><p>　　6.二次劃線：量取直邊高度63mm劃線，同時對Ф150mm的孔劃線。</p><p>　　7.切割：LGK8等離子弧切割機(jī)切出63mm直邊。</p><p>　　8.鉆孔：先用Z3080搖臂鉆床鉆出Ф20mm的孔?？孜恢萌鐖D5-7所示。 </p>&l

54、t;p>　　圖5-7 孔位置示意圖</p><p>　　9.擴(kuò)孔：用CWC-200擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔至Ф150mm。</p><p>　　10.檢驗：按圖樣要求檢查其尺寸、質(zhì)量等。</p><p>　　其加工工藝過程卡見附錄二。</p><p>　　5.3 管法蘭的制造</p><p>　　以靠近封頭的公稱直徑為50

55、mm的法蘭為例進(jìn)行設(shè)計研究。</p><p>　　按HG/T 20592~20635-2009《鋼制管法蘭.墊片.緊固件》，殼體上的管法蘭為全平面帶頸平焊法蘭，公稱通徑為50mm和150mm，公稱壓力為0.9MPa，材料為WCF-62，零件形狀尺寸見圖5-8。</p><p>　　圖5-8 全平面帶頸平焊法蘭</p><p>　　其具體參數(shù)如表5-2所示。<

56、/p><p>　　表5-2 帶頸平焊管法蘭（HG/T 20592~20635-2009）參數(shù)</p><p>　　管法蘭制造工藝如下：</p><p>　　1.材料復(fù)檢、預(yù)處理:與筒體基本一致。</p><p>　　2.下料：采用GB4235鋸床，從φ100mm的圓鋼上鋸取長81mm的一段。</p><p>　　3.鐓粗

57、：始鍛溫度1150～1200℃，終鍛溫度800～850℃，使直徑達(dá)φ160±2mm，厚度達(dá)30±2mm。</p><p>　　4.墊環(huán)局部鐓粗：始鍛溫度1150～1200℃，終鍛溫度800～850℃，使法蘭盤直徑達(dá)φ180±2mm，厚度達(dá)25±2mm。</p><p>　　5.熱處理: 對其進(jìn)行600～650℃回火，保溫4h,空冷，以恢復(fù)組織。<

58、;/p><p><b>　　6.滾圓修整。</b></p><p>　　7.鉆孔：用Z3080搖臂鉆床鉆出φ50mm孔。</p><p>　　8.一次檢驗：檢驗鍛造后尺寸是否在允許范圍，是否存在夾層等內(nèi)部缺陷。</p><p>　　9.粗銑：X5032銑床粗銑兩端面各留余量1mm。</p><p>　

59、　10.劃線：在已銑好的大端面上，畫出φ18通孔位置線，并用樣沖做好標(biāo)記。</p><p>　　11.鉆孔：用Z3080搖臂鉆床鉆φ18螺栓孔。</p><p>　　12.精銑：銑床精銑兩端面，不再留余量。</p><p>　　13.精車：CA6140車床精車柱面，不再留余量。</p><p>　　14. CA6140普通車床修銳邊。<

60、/p><p>　　15.二次檢驗：對法蘭進(jìn)行表面檢驗，法蘭的表面應(yīng)光滑，不得有裂紋及其它降低法蘭強(qiáng)度或連接可靠性的缺陷。</p><p>　　5.4 接管的制造</p><p>　　取連接上述法蘭與對應(yīng)筒體的尺寸為φ50×3.5mm（內(nèi)徑×壁厚）的接管為研究對象，進(jìn)行接管設(shè)計研究。</p><p>　　采用與母材相同材質(zhì)的無

61、縫鋼管。尺寸與法蘭公稱直徑相匹配，按GB/T8162-2008，其具體參數(shù)如表5-3所示。</p><p>　　表5-3 接管參數(shù)(GB/T8162-2008)</p><p>　　其制造工藝過程如下：</p><p>　　1.鋼管復(fù)檢：檢查鋼管材質(zhì)、圓度、型號。</p><p>　　2.預(yù)處理：清除管表面雜質(zhì)。</p>&

62、lt;p>　　3.劃線：在鋼管上按需要長度劃線</p><p>　　4.下料：采用等離子弧切割切出相應(yīng)長度鋼管。利用等離子弧的熱能實現(xiàn)被切割材熔化的方法稱等離子弧切割，它是利用高速、高溫和高能的等離子體來迅速加熱熔化被切割的材料，并借助內(nèi)部或外部的高速氣流。將熔化的材料排開，直至等離子氣流束穿透工件背面而形成切口，從而達(dá)到切割的目的。如圖5-9所示。</p><p>　　圖5-9

63、等離子弧切割</p><p>　　5.車加工：在車床上加工切割斷面，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；</p><p>　　6.清理：表面清洗，使其表面不得有油污等雜質(zhì)；</p><p>　　7.檢驗：另取相同鋼管，按GB/T 3091-2008進(jìn)行拉伸、彎曲、盛水試漏試驗。</p><p>　　5.5 支座的制造</p><p>

64、　　設(shè)備采用圓筒形裙座支承，其基本結(jié)構(gòu)如圖5-10所示，按GB 150.1～150.4-2010《固定式壓力容器》和JB-T4710-2005《鋼制塔式容器》進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　圖5-10 圓筒形裙座</p><p>　　裙座結(jié)構(gòu)的筒體部分、接管部分和法蘭部分的制造工藝過程不再詳述，重點對底板和地腳螺栓座的制造工藝進(jìn)行設(shè)計研究。</p><p>　?。?/p>

65、1） 底板制造工藝過程：鋼材復(fù)檢→預(yù)處理→劃線、標(biāo)記→下料〔φ1120×16mm（直徑×厚度）〕→鉆孔→制螺栓孔</p><p>　　（2） 地腳螺栓座的制造工藝過程 其結(jié)構(gòu)如圖5-11所示，其主要結(jié)構(gòu)為壓板、圓筒和兩塊筋板。地腳螺栓座尺寸見表5-4。 </p><p>　　圖5-11 地腳螺栓座結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　表5-4

66、地腳螺栓座尺寸表(JB-T4710-2005)</p><p>　　圓筒制造工藝過程：同筒節(jié)制造工藝過程。</p><p>　　壓板制造工藝過程：鋼材復(fù)檢→預(yù)處理→劃線、標(biāo)記→下料→鉆孔→制螺栓孔</p><p>　　筋板制造工藝過程：鋼材復(fù)檢→預(yù)處理→劃線→下料</p><p>　?。?）局部裝焊工藝過程 按圖5-11所示，將底板、壓板、

67、筋板裝配→點固→焊接（CO2氣體保護(hù)焊）→檢驗</p><p>　　6 各部件的裝焊工藝</p><p>　　裝配焊接就是將已加工好的零件按圖樣規(guī)定的相互位置加以固定組裝成零部件或結(jié)構(gòu)，并焊接成形的過程。采取分部件裝配，在裝配過程中，允許偏差值要小于2mm。</p><p>　　在夾具上定好位置的工件，必須進(jìn)行夾緊，否則無法保證它的既定位置，即始終使工件的定位基準(zhǔn)

68、與工件的定位元件緊密接觸。為此，夾緊所需的力應(yīng)能克服操作過程在紅產(chǎn)生的各種力，如工件的重力、慣性力、因控制焊接變形而產(chǎn)生的拘束力等。夾緊力應(yīng)該指向定位基準(zhǔn)，而且其指向應(yīng)有利于減少夾緊力，通過傳動機(jī)構(gòu)而使夾緊元件與工件受壓面直接接觸而完成夾緊。</p><p>　　在焊接過程中，由于焊接是局部加熱和局部冷卻成型過程，局部區(qū)域各部分金屬處于從液態(tài)到塑性狀態(tài)在到彈性狀態(tài)的不同狀態(tài)，并隨熱源的變化而變化。其在焊接受熱的過

69、程中，受熱大的部分，在隨后的冷卻過程中會產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，使其在焊接后產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)變，這是焊接應(yīng)力變形的根本原因。</p><p>　　在工藝設(shè)計中要采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈケM量減少焊接應(yīng)力和變形。減少變形措施有：(1)設(shè)計時，避免焊縫的十字交叉，避免其應(yīng)力集中，保持較好的焊接操作可適性。(2)焊接前采取預(yù)熱，減緩其冷卻速度過大而產(chǎn)生較大的應(yīng)力。焊接采取了合理的焊接順序和方向，調(diào)整了其應(yīng)力分布。裝焊過程中采取了降低

70、焊縫拘束度的工藝措施，補(bǔ)償焊縫的縮量。（3）焊后采取錘擊法，能在金屬表面層內(nèi)產(chǎn)生局部雙向塑性延展，補(bǔ)償焊縫區(qū)的不協(xié)調(diào)應(yīng)變達(dá)到釋放焊接殘余應(yīng)力的目的。</p><p>　　6.1 筒體、封頭與法蘭的裝焊</p><p>　　筒體與封頭的連接采用加有密封圈的法蘭進(jìn)行連接。筒體、封頭分別與法蘭連接，焊縫為環(huán)焊縫,焊后進(jìn)行法蘭間的裝配。</p><p>　　封頭與法蘭的裝

71、配、焊接都在小型變位器上進(jìn)行，禁止將法蘭密封面與裝配平臺接觸，以避免擦傷密封面。其焊接接頭均屬于角接頭，坡口形式及尺寸見圖3-1，裝焊示意圖如圖6-1所示：</p><p>　　圖6-1 法蘭與封頭、法蘭與筒體的裝焊示意圖</p><p>　　焊接方法采用CO2氣體保護(hù)焊，其焊接工藝參數(shù)見表3-2。</p><p>　　焊縫附近的油污等雜質(zhì)要清理干凈。需要在夾具上

72、采用剛性固定，限制角變形。焊后對焊縫進(jìn)行磁粉探傷。</p><p>　　6.2 筒體與接管的裝焊</p><p>　?。?）劃線 如圖6-2所示。</p><p>　　圖6-2 筒體與接管裝焊法蘭劃線示意圖</p><p>　?。?）裝配 按定位線找正位置進(jìn)行裝配。接管與筒體的垂直度，可用直角尺測量校正。</p>

73、<p>　?。?）焊接 先實施定位焊，應(yīng)使焊接點對稱分布，使工件準(zhǔn)確定位。然后采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，坡口形式及尺寸見圖3-1，焊接工藝參數(shù)見表6-1，裝焊示意圖如圖6-3所示。</p><p>　　表6-1 CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝參數(shù)</p><p>　　圖6-3 裝焊示意圖</p><p>　　（4）檢驗 檢查工件的位置、尺寸精度是

74、否符合技術(shù)要求。對焊縫進(jìn)行磁粉探傷。</p><p>　　6.3 封頭與接管的裝焊</p><p>　　封頭與接管的焊接接頭是角接接頭，采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，其焊接工藝參數(shù)見表6-1，其坡口形狀及尺寸見圖3-1，裝焊示意圖如圖6-4。</p><p>　　圖6-4 封頭與接管裝焊示意圖</p><p>　　其裝配同接管與筒體的裝配

75、工藝。</p><p>　　6.4 接管與法蘭的裝焊</p><p>　　裝配在焊接變位器上進(jìn)行，它可以將焊件各種位置的焊縫調(diào)整到易焊位置施焊。接管與管法蘭的連接采用對口焊形式，如圖6-4所示。</p><p>　　圖6-4 接管與法蘭裝焊示意圖</p><p>　　采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)見表6-1，坡口形狀及尺寸見圖

76、3-1。焊縫附近的油污等雜質(zhì)要清理干凈，焊接過程穩(wěn)定。</p><p>　　6.5 支座與筒體的裝焊</p><p>　　其裝焊工藝過程類似筒體與封頭的裝焊工藝過程，坡口形式及尺寸見圖3-1，采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接工藝參數(shù)見表3-2。</p><p><b>　　7 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗</b></p><p>　　本設(shè)

77、備按NB/T 47003-2009《鋼制焊接常壓容器》和HG 20652-1998《塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行制造、試驗及驗收。焊縫進(jìn)行X射線局部無損探傷，探傷長度分別不少于縱環(huán)焊縫長度的10%，質(zhì)量評定按JB/T 4730.2-2005《承壓設(shè)備射線檢測》達(dá)到Ⅱ級為合格。角焊縫按JB/T 4730.1-2005進(jìn)行磁粉探傷。塔節(jié)兩端法蘭密封面與筒體軸線應(yīng)垂直，偏差不大于1mm。塔體總裝后彎曲度小于2/1000塔高，且總彎曲度小于8mm。設(shè)

78、備制造完成后進(jìn)行盛水試漏。</p><p><b>　　7.1 表面檢驗</b></p><p>　　表面檢驗主要是坡口、焊縫余高、焊縫表面質(zhì)量檢驗等。</p><p>　　（1）焊接坡口：不得有裂紋、分層、夾渣等。</p><p>　?。?）焊縫余高：余高0～2.0mm。</p><p>　　

79、（3）焊縫表面質(zhì)量：不得有裂紋、飛濺物等。</p><p><b>　　7.2 無損檢驗</b></p><p>　　7.2.1 X射線探傷</p><p>　　X射線探傷是利用X射線可穿透物質(zhì)和在物質(zhì)中有衰減的特性來發(fā)現(xiàn)缺陷。它適用于檢查焊件內(nèi)部的缺陷。對氣孔、夾渣等體積性缺陷，具有較高的檢測靈敏度。</p><p&g

80、t;<b>　　其一般程序如下：</b></p><p>　?。?）焊縫表面質(zhì)量檢查</p><p>　?。?）核對實物與委托單項目</p><p>　　（3）機(jī)器預(yù)熱畫草圖</p><p>　?。?）貼片、貼標(biāo)、屏蔽散射線</p><p>　?。?）對位選焦距并開機(jī)透照</p>&

81、lt;p><b>　?。?）膠片處理</b></p><p>　　（7）底片評定并簽發(fā)檢驗報告</p><p>　?。?）底片及資料存檔。</p><p>　　7.2.2 磁粉探傷</p><p>　　磁粉探傷是利用外加磁場對工件進(jìn)行磁化，被磁化后的工件上若不存在缺陷，則它各部位的磁特性基本一致，而存在裂紋、氣孔

82、或非金屬物夾渣等缺陷時，由于它們會在工件上造成氣隙或不導(dǎo)磁的間隙，使缺陷部位的磁阻大大增加，工件內(nèi)磁力線的正常傳播遭到阻隔，根據(jù)磁連續(xù)性原理，這時磁化場的磁力線就被迫改變路徑而逸出工件，并在工件表面形成漏磁場，從而指出缺陷。</p><p><b>　　其一般程序如下：</b></p><p>　?。?）預(yù)處理:清除工件表面的油污等雜質(zhì)。</p><

83、;p>　?。?）磁化:選用適當(dāng)?shù)拇呕椒ê痛呕娏鳎油娫?，對焊件進(jìn)行磁化。</p><p>　?。?）采用濕法來施加磁粉，靈敏度較高。</p><p>　?。?）觀察記錄：在暗室等暗處用紫外燈進(jìn)行觀察。</p><p>　　7.3 盛水試漏檢驗</p><p>　　盛水試驗時應(yīng)先將設(shè)備焊接接頭外表清除干凈，使之干燥，盛水試驗持續(xù)時

84、間不少于1h，試驗中焊接接頭應(yīng)無滲漏，否則補(bǔ)焊后重新試驗，直至合格。</p><p><b>　　8 總結(jié)</b></p><p>　?。?）通過此次課程設(shè)計，加深了對壓力容器外殼制造工藝的理解，為進(jìn)一步參與焊接工藝方案制定大有幫助。</p><p>　　（2）加強(qiáng)了對書本知識的理解，進(jìn)一步提高了查閱資料，解決問題的能力。</p>

85、<p>　?。?）通過此次設(shè)計，提高了聯(lián)系實際，分析問題并解決問題的能力，為以后工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］趙熹華.焊接檢驗.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010 </p><p>　?。?］田錫唐. 焊接結(jié)構(gòu).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1982 </p>

86、;<p>　　［3］陳裕川.焊接工藝評定手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 </p><p>　　［4］中國焊接協(xié)會編.焊接標(biāo)準(zhǔn)匯編.北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1997</p><p>　?。?］天津大學(xué),中國石油化工總公司第四建設(shè)公司.工程焊接冶金學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993</p><p>　?。?］王非.化工壓力容器設(shè)計-方法、問題和

87、要點.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2009</p><p>　　［7］王永達(dá),謝仕柜.低合金鋼焊接基本數(shù)據(jù)手冊.北京：冶金工業(yè)出版社，1998</p><p>　　［8］張京山,張灝.金屬及合金材料手冊.北京：金盾出版社，2005</p><p>　?。?］周振豐. 焊接冶金學(xué)（金屬焊接性）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997</p><p>　?。?0

88、］ 白培康,李志勇,丁京濱,劉斌. 材料連接技術(shù).北京： 國防工業(yè)出版，2007 </p><p>　?。?1］李亞江,王娟.焊接原理及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009</p><p>　?。?2］周浩森. 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及設(shè)備.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 </p><p>　　［13］宗培言.焊接結(jié)構(gòu)制造技術(shù)與裝備.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010</p