材料成型及控制工程焊接方向说明书.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流材料成型及控制工程焊接方向说明书.精品文档.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 2.1.1 产品图样

2、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

3、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 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。

4、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 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

5、（ 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 Ni 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

6、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

7、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 MnS 比也越高。含碳量不超过 0.2%，MnS 小于 30，其液化裂纹敏感性大。 故避免这类裂纹的关键在于控制 C 和 S 的含量，保证高的 MnS 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。

8、 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： 热影响去内凡是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

9、， 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，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

10、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

11、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 WCF-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

12、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 一端与底板表面平齐。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，若试棒未断，而采用“断裂准则” ，应增加载荷第 5

13、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规范进行试验，如表 2-4 所 示。表 2-4 不同热处理规范对接头强度的影响 热处理 规范 b (MPa) 656 671 焊 态 6202 小时 退火 647 651 6102 小时 退火 647 647 线能量 1719 kJcm 备 注 试验得

14、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达到母材回火温度(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 气体保护焊的规范参数包括电源极性、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

15、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1.01.6mm 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20mm 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

16、-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 2022 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

17、 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。 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

18、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

19、，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 试验结果表明，焊缝金属的-40却贝冲击值可以达到规 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，

20、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，即使采用了 大的线能量，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

21、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 640660，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

22、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、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

23、、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、 喷漆等表面处理。 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表面, 利用 钢丸对金属表面的冲击作用使零件表面硬化。钢丸冲击金属表面:第一使零件表面 生成 0.1-0.4mm 深的硬化层, 增加零件表面对塑性变形和断裂的

24、抵抗能力,并使表 层产生压应力,提高其疲劳强度;第二使零件表面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

25、-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

26、 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：随时用卡样板测量，看是否达到曲率要求， 不

27、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。当卷制达到曲率要求时，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 5-5 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

28、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/V 焊丝 焊接速 度 m/h 电 流 极 性 直 流 反 接 焊后退火温度：600

29、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焊缝射线探伤标准达到级为合格。 10制孔：须在筒体上开 1 个50mm 的孔。先要进行划线、打标记来确定孔 中心的位置。将筒节

30、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 Di4（H-h） DNDi 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：a8mm 直边高度：h63mm 封头总深度：H26

31、3mm 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。

32、综上，在原材料上划一直径为 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

33、法兰为例进行设计研究。 按 HG/T 2059220635-2009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 凸 出部 分 高 度

34、 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 11501200，终锻温度

35、800850，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。

36、15.二次检验：对法兰进行表面检验，法兰的表面应光滑，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、

37、型号。 2.预处理：清除管表面杂质。 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背面而形成切口，从而达到切割的目的。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，使其达到标准要求； 6.清理：表面清洗，使其表面不得有油污等杂质；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

38、 3091-2008 进行拉伸、弯曲、盛水试漏试验。 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 150.1 150.4-2010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-

39、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

40、 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，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

41、焊接是局部加热和局部冷却成型过程，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，避免焊缝的十字交叉，避免其应力集中，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

42、取锤击法，能在金属表面层内产生局部双 第 20 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达到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，以避免擦伤密封面。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

43、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/m

44、in 焊丝 直径 /mm 单边 V型 8 25 1.2 80 120 10 15 H08Mn2MoA 0.4 气体保护焊焊 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 2

45、2 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

46、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 4730.2-2005 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。 7.1 表面检验 表面检验主要是坡口、焊缝余高、焊缝表面质量检验等。 （1）焊接坡口：不得有裂纹、分层、夹渣等。 （2）焊缝余高：余高 02.0m

47、m。 （3）焊缝表面质量：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 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）焊缝表面质量检查 （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，

48、被磁化后的工件上若不存在缺陷， 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，并在工件表面形成漏磁场，从而指出缺陷。 其一般程序如下： （1）预处理:清除工件表面的油污等杂质。 （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，

49、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