加热炉汽化冷却用汽包的制作工艺及工装设计毕业设计论文.docx

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1、目 录引 言31 产品介绍61.1 产品结构分析61.2 母材性能分析71.3 母材焊接性分析82 产品制造工艺设计112.1 产品制作工艺流程图112.2 筒体制作工艺122.3 封头的制作工艺202.4 孔加工232.5 装配焊接工艺232.6 焊后检验333 20吨自调式焊接滚轮架的设计363.1 结构设计363.2 传动方式设计363.3 焊接滚轮架主要技术参数373.4 电动机的选择373.5 使用及维护38致 谢39参考文献40 摘 要本设计的主要内容为加热炉汽化冷却用汽包的制作工艺及工装设计。根据压力容器的分类标准，此贮罐属于类容器，其制造、检验和验收符合GB1502011之规定

2、。本文在讨论16MnR焊接性的基础上，详细制定了汽包的制作工艺并设计了自调式焊接滚轮架。16MnR钢是制造压力容器的专用钢。16MnR的硫、磷和碳含量低，抗拉强度、延伸率、冲击韧性高。因此，16MnR的力学性能和工艺性能良好，焊接性优良，一般不会因焊接而出现严重的硬化组织或淬硬组织，除环境温度很低或钢板厚度很大时，冷裂纹倾向较大以外，不易产生其它种类的裂纹。产品制作工艺说明书中，简要分析了汽包的构成、各部分的材料及力学性能和制作使用要求；详细论述了该容器的装配焊接工艺；对产品易出质量问题的环节进行了分析说明，并提出了一定的解决方案。结合本产品的技术要求，采用无损探伤和水压试验进行检验。最后，为

3、了防止产品生锈需对产品进行涂饰。说明书中还对汽包生产制作过程中所用的自调式焊接滚轮架进行了设计。对自调式焊接滚轮架的设计的功能、用途、结构也进行了扼要的说明。关键词：压力容器；汽包；焊接工艺；工装卡AbstractThe main contents of the design for the use of evaporative cooling steam heating equipment design and production process. According to the classification standard of pressure vessels, the tank

4、container,belongs to the manufacture of inspection and acceptance, conforms to the provisions 2011. Based on the discussion 16MnR weldability, on the basis of the detailed process of drum set for the design and the debugger welding roller.16MnR steel is made of special steel pressure vessel. The 16M

5、nR sulphur, phosphorus, and carbon content is low, tensile strength and elongation, impact toughness. Therefore, the mechanical properties and 16MnR process performance is good, good weldability, general wont because of welding and severe atherosclerosis organization or hardening organization, excep

6、t for very low temperature environment or plate thickness is very big, the cold cracks tend to produce larger than that of other types of crack.Product craft instruction, briefly analyzed the drum, each part of materials and making use of mechanical properties and requirements, The detailed discussi

7、on on the container assembly welding technics; For product quality problem is that the link is analyzed, and puts forward some solutions. Combined with the product technical requirements, use NDT hydrostatic test and inspection. Finally, in order to prevent rusting of products should be prevented.Th

8、e specifications of production process USES steam from the elements of the welding roller-sting design. To indicate the design of roller-sting welding structure, function and purpose are briefly described also.Keywords:Pressure vessel; Drum;Welding technology;Fixtures.引 言汽包（亦称锅筒）是自然循环锅炉中最重要的受压元件，主要用

9、于进行汽水分离、向循环回路供水、蒸汽清洗、锅内加药和连续排污。根据本次设计的工作状况，选定汽包筒体制作的具体工艺流程，从而根据加工工艺条件，以确定汽包筒体制作的焊接方法，根据工艺结构尺寸结合已知条件，进一步分析判断具体的焊接性分析以及焊接注意事项，最后对于产品进行检验与成形处理。同时还了解了相关焊接滚轮架的工装设计与计算，深入的认知了工装部分的传动方式，与其应用在实际生产中的原理与方法。18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括瓦特的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8MPa左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个

10、盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉，后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火(烟气)在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了

11、锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，直水管锅炉的压力和容量都受到限制。二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。开始是采用多汽包式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及汽包内部汽、水分离元件的改进，汽包数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降

12、管路中因受热情况不同，造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉，40年代开始应用辅助循环锅炉。辅助循环锅炉又称强制循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉中没有汽包，给水由给水泵送入省煤器，经水冷壁和过热器等蒸发受热面，变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小或不用汽包，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐

13、趋成熟。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27MPa压力配1300MW发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)早年的锅壳锅炉采用固定炉排，多燃用优质煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。1 产品介

14、绍1.1 产品结构分析本文设计的汽包是由筒体、封头、法兰、接管及支座组成。本产品的容器长9542mm，筒体外径1632mm，筒体板厚16mm，母材16MnR钢。制造完成后进行水压试验不得有渗漏。产品的结构如图1所示。图1加热炉汽化用冷却汽包结构简图1法兰；2封头；3筒体 ；4支座；5接管1）法兰 按其所连接的部分分为管法兰和容器法兰。用于管边接和密封的法兰叫管法兰；用于容器顶盖与筒体连接的法兰叫容器法兰。法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来。2）封头 根据几何形状的不同，压力容器封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种，其中凸形封头使用最多。凸形封头包括球形封头和椭圆形封头。本次设

15、计为椭圆形封头。3）筒体 筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料所需要的大部分压力空间。筒体一般用钢板卷制或压制（压成两块半圆或数块弧形板），由于本次设计的筒体直径较小，所以用钢板卷制可以完成。4）支座 压力容器靠支座支承并固定在基础上。支座主要有鞍式支座、耳式支座等。本次设计为鞍式支座。为了保证采气安全性，要求对支座中的对接焊缝进行局部或全部的射线检测。5）接管与开孔 由于工艺要求和检修时的需要，需要在筒体和封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、物料进出接管、流量计等接管开孔。筒体与封头开设孔后，开孔部位的强度被削弱，应进行补强。上述五部分即构成一台压力容器的外壳。1.2 母材性能分

16、析1.2.1 母材化学成分产品主要原料使用16MnR钢板，16MnR（Q345D）是一种专门制造压力容器的低合金高强钢，在国内应用相当广泛。它具有良好的综合力学性能、焊接性能、低温冲击性。其质量稳定，硫、磷含量略低于16Mn钢。16MnR以锰为主要合金元素，以热轧状态交货，某些厚板需经正火热处理。16MnR钢在热轧状态下具有较高的强度和韧性及良好的焊接性。硅的质量分数超过0.6%对韧性不利，使韧脆转变温度提高。碳的质量分数超过0.2%和锰的质量分数超过1.6%，焊接时易出现裂纹，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬组织。16MnR的化学成分如表1所示。表1 16MnR钢的化学成分钢号化学成分（质量

17、分数）（%）16MnRCSiMnSP0.200.200.601.201.600.0350.0351.2.2母材力学性能分析16MnR钢是屈服强度为345MPa的压力容器专用钢板。它有良好的综合力学性能，它的焊接性在低合金钢中还是较好,其力学性能如表2所示。 表2 16MnR钢的力学性能钢号板厚/mm热处理状态力学性能冲击性能屈服强度s/MPa抗拉强度b/MPa伸长率 5（%）弯曲180温度/冲击功Akv/J16MnR616热轧34551065521d=2a室温27 （横向）1.3 母材焊接性分析本产品所采用的材质是16MnR ，它的焊接特点是焊缝及热影响区具有不同程度的淬硬倾向。在焊接时，各种

18、冷却速度下都可能在热影响区形成马氏体组织，钢中碳和合金元素的含量越高，热影响区的淬硬倾向就越大。因此，在拟定焊接工艺时，应以防止接头各区马氏体组织和冷裂纹形成及防止热影响区淬硬变脆为依据出发。所以根据母材的焊接性分析，焊缝可能会出现以下几种问题：1）热裂纹热裂纹都是沿着焊缝金属中树状结晶的交界处发生并发展的。最常见的情况是在焊缝中间沿焊缝长度方向开裂，有时在焊缝内部分布两个树枝状晶粒之间。 产生热裂纹的原因就是焊缝中有液态间层存在，和结晶过程中焊缝受到拉应力的作用。存在液态间层是发生热裂纹的根本原因，而拉应力是热裂纹的必要条件。近缝区的金属同样加热到很高温度（稍低于熔点），如果近缝区母材的晶界

19、有杂质或低熔点共晶存在，在电弧热作用下熔化，于晶界处形成液态间层，冷却过程中出现的拉应力就会使近缝区产生热裂纹。如果16MnR钢,碳有严重偏析，钢板各部分的含碳量相差很大，从0.160.245，因此在焊角焊缝时可能出现热裂纹，在这种情况下，就要从工艺上设法减少熔合比，在焊接材料上可以采用低碳焊丝和含硅较低的焊剂，以此降低焊缝中的含碳量提高焊缝中的含锰量，解决了热裂纹的问题。2）冷裂纹 冷裂纹是焊接16MnR钢时的一个主要问题。从材料本身考虑,淬硬组织是引起冷裂纹的决定性因素。因此,焊接时能否形成对氢致裂纹敏感的淬硬组织是评定材料焊接性的一重要指标。16MnR只有在较快冷却速度下，才可能形成富碳

20、的贝氏体和马氏体，以至诱发冷裂纹。冷裂纹的影响因素：碳当量：淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。通常碳当量越高，冷裂敏感性越大。热影响区最高硬度：热影响区最高硬度是评定钢材淬硬倾向和冷裂纹敏感性的一个简便的办法。最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。碳当量增大时，热影响区淬硬倾向随之提高，但并非始终保持线性关系。因此，当碳当量减小且降低冷却速度时，有利于热影响区淬硬和冷裂纹倾向。3）热影响区脆化粗晶区脆化：被加热到1200以上的热影响区过热区可能产生粗晶区脆化，韧性明显降低。这是由于热轧钢焊接时，采用过大的焊接热输入，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低韧性；

21、焊接热输入过小，粗晶区中马氏体组织所占比例增大而降低韧性，这在焊接碳含量偏高的热轧钢时较明显。热应变脆化：一般认为200400时热应变脆化最为明显。当焊前已经存在缺口时，会使亚临界热影响区的热应变脆化更为严重。熔合区易于产生热应变脆化与此区域常存在缺口性质的缺陷和不利组织有关。16MnR钢经6001h退火处理后，韧性大幅度提高，热应变脆化倾向明显减小。但是实际生产中由于此现象是暂态的所以不做过多的考虑。2 产品制造工艺设计焊接结构零件的加工是为焊接结构制造的核心工序、装配、焊接做好必要的准备。了解和掌握零件加工的内容、各种工艺方法、特点和要求，对保证零件的加工质量是十分重要的。汽包选用的材料为

22、16MnR，根据材料的性能以及各部件的特殊要求制作工艺流程。2.1 产品制作工艺流程图2.1.1筒体的制作工艺流程图汽包的筒体由4个筒节构成，壳体的制作工艺如图2所示。钢板复检预处理 划线下料 边缘加工钢板卷制 焊接检验矫 圆焊 接纵缝装配钢板预弯 复检尺寸图2 筒体制作工艺流程图2.1.2封头的制作工艺流程图汽包筒体有两个封头，它们的制作工艺相同，如图3所示。钢板复检预处理 划线下料 加热封头的冲压 二次切割图3 封头制作工艺流程图2.1.3总装配焊接工艺流程图各部件制作完成后，进行整体的装配，根据各个部件的位置装配特点，制作工艺如图4所示。筒节间的装配焊接封头与筒节的装配焊接附件装配焊接

23、喷漆处理水压试验焊接检验消除应力热处理图4 总装配工艺流程图2.2 筒体制作工艺2.2.1钢板复检 本设计选用的金属材料是16MnR钢板。在使用前应对钢板进行必要的化学成分复检，还要进行力学性能复检，包括拉伸试验，弯曲试验，脆性试验，断裂试验等。同时也要对材料的表面质量和材料的几何尺寸进行复检。复检后各试验数据满足表2要求、几何尺寸与图纸一致、表面无裂纹无气孔等缺陷及为合格，方能进行下一步的生产加工。 2.2.2钢板的矫正1) 钢材的矫正的原理与目的钢材在搬运和贮存中难免会产生凹凸不平、弯曲、扭曲等变形现象。这种变形如果不予矫正，就会妨碍到后续的划线、下料和切割工作的正常运行，也影响下料的几何

24、尺寸精度和装配焊接的质量。为此在焊接结构制造之前，必须对钢材进行矫正。所谓矫正就是在外力的作用下给钢板施加一个与原来变形相反的力，以消除弯曲、扭曲、皱折、表面不平等变形，从而获得正确形状的过程。矫正的基本原理是钢板在外力作用下经过多次反复变形，使短金属纤维拉长。2）钢材矫正的方法及使用设备具体的矫正方法按操作方法的不同可分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正三种。本设计选用国产4200mm 9辊式中厚板矫平机。其工作原理如图5所示。图5 多辊矫平机工作原理图其设备4200mm 9辊式中厚板矫平机的技术条件如表3所示。表3 4200mm X9辊式中厚板矫平机技术条件厚度/mm840矫直速度/ms-10

25、.30.8宽度/mm15004000辊数/个辊距/mm9360长度/mm400018000辊径/mm辊长/mm（有效长）3204200温度/600800上横梁开口度/mm240屈服极限/MPa18147支承辊列数/个辊数/个27=142.2.3钢材的预处理由于钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮等都会影响产品的质量。因此，在进行材料划线、下料之前必须先进行表面预处理。工业生产中常用的机械除锈法包括：风动或电动砂轮、钢丝刷、喷丸、喷沙等。其中喷丸是目前工厂应用较多的大面积净化方法之一。本次设计选用的喷丸设备是GYX-2M型钢材预处理装置技术参数见表4。它既可以用于钢板的表面处理，也可用于结构部件的表面处

26、理。该装置进行钢材预处理的工艺过程为：电磁吊上料辊道输送预热喷丸清理丸料喷漆烘干轨道输送出料。以达到钢板表面无铁锈，适合钢板加工焊接等操作。表4 GYX-2M型钢材预处理装置技术参数技术特性参数性GYX-2M预处理钢材规格（mm）钢板宽10003000 厚6600 长240012000焊件输送速度v/m.minV=23处理质量除锈等级SIS05 5900Sn2（A，B）涂膜等级1525外形尺寸（长/mm宽/mm高/mm）62000250007230设备总重/t1002.2.4毛坯尺寸计算及划线、下料1）毛坯尺寸计算在划线、下料之前应先选取制作壳体钢板的尺寸规格。由于壳体为圆柱形回转体，划线前要

27、进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，一般按中径展开。筒体的展开公式： （2-1）式中：L为壳体毛坯展开长度（mm）；Dg为容器公称直径（mm）；为容器壁厚（mm）；S1加工余量(mm)；S2修边余量（mm）。将数据带入（2-1）公式得：L=3.14（1600+16）+10+60=5144mm 壳体的展开长度就是选用板材的长度，根据钢板规格及考虑加工余量，选用钢板长度为6000mm。根据筒体的总长度选择板材数量和每块板材的宽度，筒体总长8000mm，由于考虑到设计中法兰、接管的位置选取四块板材进行拼板，宽度分别为1600mm、2100mm、3000mm和1800mm。由于轧制等原因，钢板边

28、缘处厚度不均匀，影响焊接质量。因此，下料时每边需预留出修边余量约30mm。根据以上计算，选择制作筒节的板材为：16mm6000mm1600mm一块16mm6000mm2100mm一块16mm6000mm3000mm一块16mm6000mm1800mm一块通过相应的计算可得各筒体展开毛坯尺寸如图5所示。图5 筒体展开图 (注：图中实线为选板尺寸，虚线为毛坯料尺寸。)2）划线、下料钢板尺寸选定后，先在板材上进行划线，然后下料。下料采用氧-乙炔火焰切割，火焰切割通常称为气割，它是利用可燃气体乙炔与氧气混合燃烧产生的火焰流（通常被称为预热火焰），将被切割的金属材料加热到其燃烧温度，然后喷射高速氧流（称

29、为切割氧），使割缝处被加热到燃点的金属发生剧烈燃烧，并吹除掉燃烧后产生的氧化物，从而把金属分割开来。气割的主要特点是：设备简单、生产率高、成本低。特别适用于切割厚度较大的或形状较复杂的零件的坯料。采用的设备是WKQ型数控切割机，技术参数见表5。表5 WKQ型数控切割机技术参数技术参数型号WKQ跨距/m6m(有效跨距47 m)轨道长/m20 m割炬2只(可对称和同形切割)切割厚度/mm(通过调整割嘴和火焰来实现)6100 mm切割速度/mm/min50l 200 mmmin驱动方式双边驱动(使切割机运行平稳)控制系统MTCIM 控制机并配备了自动高度控制系统和喷水冷却系统2.2.5边缘加工所谓边

30、缘加工是将工件的边缘或端面加工成符合工艺要求的形状和尺寸精度的加工工序。对下料后的零件进行边缘加工，主要是为了：1）消除前道工序加工所产生的加工硬化层和热影响区；2）消除装配、焊接工件边缘或自由边的各类缺陷，以提高结构的整体质量；3）提高结构的表面质量，也可为产品的后期制作创造条件。本次设计选用B81050A型刨边机进行边缘加工。本设计选用B8160A/1型刨边机进行边缘加工，其技术参数见表6。表6 B8160A/1型刨边机技术参数产品名称刨边机型号B8160A/1最大刨削尺寸长宽(mm)600080最大牵引力(t)6刀架数及回转角调整范围2个,25工作精度-直线度(mm)0.1电机功率(kw

31、) 主电机功率(交流)18.5净重30外形尺寸：长宽高(mm)12275375036902.2.6 筒体的卷制1）卷板机的工作原理卷制成形是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形连续、操作简便、快速、均匀。在焊接结构制造中，弯曲及成形加工占有相当大的比例。利用金属材料的塑性变形、将毛坯弯曲成一定曲率、一定角度形成所需形状工件的加工工艺称为弯曲。壳体的弯卷过程是钢板的弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生的塑性变形沿钢板厚度方向是变化的。其外圆周受拉应力伸长，内圆周受压应力缩短，中间层由于不受任何力保持不变。本设计选用对称式三辊卷板机，其型号为 Wn-163200。其技术参数见下表7

32、。表7 Wn-163200对称式三辊卷板机技术参数产品名称对称式三辊卷板机型号Wn163200卷板最大规格时最小弯曲直径(mm) 850电机功率(KW)44重量(t)16.8356外形尺寸：长宽高(mm)677017351940对称式三辊卷板机其原理如图6所示。图6 三辊卷板机卷制钢板1- 上辊；2-下辊；3-钢板2）卷制工艺预弯 a 预弯原理：用对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段长度，由于没有接触上辊不发生弯曲，称为剩余直边。工艺上把平板开始弯曲的最小臂叫做理论剩余直边，其大小与设备及其弯曲形式有关。为了避免板料从辊筒间脱出，实际剩余直边常比理论值大。 b预弯方法：本产品钢板厚

33、度为16mm，可采用卷板机预弯的方法进行预弯，利用卷板机预弯的工作原理如图7所示。模板厚度取32mm，其曲率半径小于被弯曲钢板的曲率半径800mm，这样既可以不致增加卷板机的负担，免于损坏机床，又可以保证钢板的预弯曲率。预弯的长度应大于两下辊中心距的一半，可取(6-20)，通常为140200mm，本设计取170mm。图7 胎板预弯工作原理图对中板料预弯之后，放入卷板机上下辊之间进行滚卷前必须使板料的母线与辊的轴线平行，使板料的纵向中心线与辊的轴线保持相互垂直，也就是对中。其目的是防止钢板在滚卷过程中产生扭斜。本设计用倾斜进料对中的方法进行对中，具体方法如图8所示。图8 倾斜进料对中方法示意图卷

34、圆 钢板对中后，即可用上辊压住板料并使之产生一定弯曲，开动机床进行滚卷。每滚卷一个行程，便适当下调上辊一次，使用与筒节曲率相同的样板测量，这样经过多次滚卷制止与样板曲率完全吻合就可将板料弯曲成所要求的曲率。可依据冷卷时不得超过材料允许的最大变形率，板料不致打滑，且不超过设备的额定功率两个原则来确定上辊的调节次数和每次调节量的大小。当卷制达到要求曲率时，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。矫圆 工件进行点装和纵缝焊接后，还要进行矫圆。矫圆是在原卷板机上进行的，矫圆可按以下三步进行：a工件放入卷板机上、下辊之间后，根据经验或计算将上辊调到所需的最大矫正曲率的位置，进行加载

35、。b使工件在矫正曲率下多次滚卷，并着重于焊缝区的滚卷，使曲率均匀一致。经测量，与样板曲率一致时为止。c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，至此整个钢板的卷制过程结束。3)卷板的质量控制卷制筒体常见缺陷及控制措施：在卷制接近曲率要求时，要逐渐调整下压量使之逐步展开；当出现过卷时，可用大锤锤击筒身的一侧边缘使直径扩展，以消除过卷；当产生鼓腰时，增加下辊的刚性或在鼓腰处加垫块一起滚卷；检查坯料尺寸和形状、认真对中。2.3 封头的制作工艺封头制作的钢材复检、预处理与筒节的钢材复检、预处理工艺相同。下面介绍封头的制作工艺。2.3.1封头坯料的计算在划线下料前应先对封头的坯料进行计算。因

36、为封头在压制成形过程中，封头在曲率半径最小处变薄，为了保证其最薄处与容器壁厚相同，所选的毛坯料厚度比容器壁厚度厚约10%，即18mm厚的毛坯料板。封头的展开公式： （2-2）式中：K 影响系数1.2； 容器壁厚（mm）；Dg公称直径（mm）； h封头直边高度（mm）；100二次切割余量（mm）。将数据带入公式2-2得：DP=1.2（1600+16）+250+100=2140mm。根据以上计算，封头坯料采用16mm2150mm2150mm两块板材，如图9所示。图9 椭圆封头的结构形式2.3.2封头的冲压1）坯料加热在封头冲压过程中，板料的变形很大，若在冷态下冲压，不仅需要较大功率的压力机，而且会

37、使成形后的封头产生严重的冷作硬化，甚至形成裂纹。为保证封头的质量，提高材料的变形能力，多采用热冲压。热冲压时钢板的加热温度在9501100之间，终压温度在1000，取决于坯料出炉装料过程的时间长短、压力机的能力大小、过高温度对材料性能的影响等因素。2）压延力计算 （2-3） 式中：e压边力影响系数，有压边时e=1.2；K封头形状影响系数，椭圆形封头K=1.2；坯料直径（mm）；材料的高温抗拉强度（MPa）；S坯料板厚（mm）；公称直径（mm）。代入数据：F=1.21.23.14（2150-1600）186268583.04 (N)=270(T)3）冲压设备冲压设备可采用大型四立柱式水压机或油压

38、机。一般300t压力机可冲压直径为1m左右的封头；500800t压力机可冲压直径为2m以上的封头；1000t压力机中、低压容器所需封头均可冲压。根据冲压力，本设计选用600吨四柱式油压机来压制封头。整体封头的压延过程，无论是否采用压边圈，一般在接近大曲率部位，封头壁厚都要变薄。尤其本次是椭圆形封头，它在曲率半径最小处变薄最大。影响封头壁厚变化的因素有：材料的性能、封头的形状；下冲模圆角半径越大，变薄量越小；上下冲模之间的间隙小，则变薄严重。润滑情况好，则减薄小；加热温度高，变薄量大；压边力大，则变薄严重。因此要控制热压封头的减薄量，必须全面考虑上述各因素。4）压边圈的用途 从上述分析可知，压制

39、时如果不用压力圈，而封头毛坯壁较薄，则材料在切向应力的作用下，会失去稳定，形成皱纹和鼓包，严重时会造成废品。采用压边圈不仅增加了材料的稳定性，而且在由压边圈产生的摩擦力的作用下增加了径向应力，从而使材料有较好的变形材料。压制时，影响封头皱褶、鼓包的因素很多，主要有以下几个方面：毛坯直径的大小及其壁厚；加热温度的高低；封头材料在成形温度下的塑性；毛坯加热的均匀性；毛坯是否有拼焊错的大小；模具间隙的大小以及间隙的均匀性；下冲环圆角半径的大小及模具表面状况和润滑情况。5）影响封头成形质量的主要因素影响封头壁厚变化的因素很多，归纳起来，大致有下列几方面：材料的性能； 封头的形状；下冲模圆角半径越大，变

40、薄量越小；上下冲模间的间隙小，则变薄严重；润滑情况好，则减薄小；加热温度越高，变薄量大；压边力大，则变薄严重。2.3.3二次切割封头在制作过程中为了防止因压偏而造成产品的报废，在下料的时候留出余量8mm，封头冲压完成之后需将多余部分切掉。把冲压好的封头放在焊接回转台上，找出封头的中心，将封头定位进行二次划线，然后进行切割，并开出坡口。2.4 孔加工制孔是焊接结构制造中，实现构件间螺栓连接及满足制造工艺需要的辅助加工工序和手段。尤其是容器结构，要在筒体和封头上的物料进出口、接管及液位计等都需要制孔。所以制孔是焊接结构生产不可缺少的生产工序。按制孔工序的先后和质量要求的不同，可分为：对孔位置和质量

41、要求不高的预置孔；变形加工后制孔，如压力容器接管、人孔的制孔；装焊后进行的二次号料制孔。2.5 装配焊接工艺在焊接结构制造中，装配和焊接是两道重要工序，它们占全部加工时间的3070%，装配和焊接对焊接产品质量影响极大，因此在焊接结构生产中，正确地设计、选用各种工装夹具将工件准确定位并夹紧，用各种变位机械实现焊件、焊机或焊工位置改变的机械化、自动化，可大大缩短装配、焊接时间，保证产品的装配精度和焊接质量，充分发挥焊接设备能力，扩大其使用范围。2.5.1壳体纵缝装配焊接筒节卷制完成后，进行纵焊缝的装配焊接。筒节的装配可在焊接滚轮架上进行。装配时经常采用各种夹具来保证质量。在罐体的设计中采用吊车来调

42、整筒体轴向和周向错边。采用吊车保证纵缝边缘平齐，且沿整个长度方向上间隙均匀一致后，可进行定位焊。 间隙不均匀的处理方法如图10。图10 间隙不均匀的调整方法1）定位焊 为了固定焊件的相对位置和防止变形，需要对焊件进行定位焊。定位焊采用焊条电弧焊。定位焊的相关参考数据见表8。表8 16MnR相关定位焊参考数据焊件厚度/mm定位焊间距/mm定位焊缝长度/mm焊点高度/mm16200210304024定位焊焊接工艺参数的选择 因定位焊为断续焊，焊件温度比正常焊接时要低，热量不足容易产生未焊透，故电流应比正常焊接电流大。定位焊后应尽快焊接，避免中途停顿和间隔时间过长。其工艺参数如表9所示。表9 焊条电

43、弧焊接工艺参数焊接材料焊条直径(mm)焊接电流(A)电流种类E50164170190直流反接 焊接设备选用焊机型号ZXG-3002）纵缝的焊接 为防止纵缝装配后在吊运和存放过程中筒节产生变形而影响它的圆度，可在筒内焊上临时支撑。纵缝焊接时要备有焊接试板。纵缝的焊接顺序是先内后外。筒体的内、外纵缝焊接时，分别将焊机置于筒体内、外端的钢轨道上，由焊机自动行走进行焊接。其焊接工艺如下：焊前准备： a 坡口加工 本筒体壁厚为16mm，开双面X形坡口，其坡口形式如图11所示。选用刨边机加工坡口，当坡口处有残留渣迹和残余变形时，要用砂轮打磨平滑和矫正平齐。b 清理 在焊接前应清除待焊部位及其周围的油锈和污

44、物等杂质。可采用机械法，如用磨光机。图11 壳体纵缝坡口示意图c 引弧板和收弧板的配备 施焊以前要配备引弧板和收弧板，板的厚度和化学成分要与母材一致，板的长度不得小于150mm，宽度不得小于50mm。d 焊接材料的烘干 焊剂需在300400下烘干2小时；焊条在400450下烘干2小时。焊接工艺参数 定位焊后，需检查装配及定位焊接质量。采用焊条电弧焊封底，焊接前应用碳弧气刨清理焊根然后用埋弧焊进行焊接。其工艺参数如表10所示。表10 埋弧焊焊接工艺参数焊层焊接材料焊丝直径(mm)焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度(m/h)焊丝干伸长度（mm）外侧H10MnSiHJ350555060035404

45、540内侧60065035404540所有焊接工艺参数均需经焊接工艺评定试验后确定，既根据有关技术标准规定焊接试板，并从焊成试板中取出拉伸、弯曲、冲击等试样，测试试样是否具备所要求的性能。焊后检验a 外观检验，焊缝要宽而均匀，余高1.52mm。b该产品经100%X射线探伤达到JB/T4730.22005承压设备无损检测标准II级为合格品。2.5.2 筒体间环缝装配焊接1）筒体间环缝的装配调椭圆度方法 如图12所示，为千斤顶法，将千斤顶和顶杆置于最大短轴上，施力后短轴扩大，长轴缩短，椭圆得以调整。图12千斤顶法调椭圆度卧装的方法是在装配架上进行，筒体在滚轮架和辊筒架上装配。对接装配时，将两筒节置于装置上紧靠