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锁斗制造工艺设计


锁斗制造工艺设计
一. 背景介绍
锁斗在煤化工行业用的比较多,特别是在一些加压的粉煤/煤渣气力输送系统中应用, 其主要的作用是在起到一个压力缓冲容器的作用, 一般安装在常压容器和加压容器之间。 锁 渣系统主要有渣罐、锁渣阀、排渣阀、渣罐和冲洗水罐组成,锁渣阀一般有两个,排渣阀一 个。煤粉贮存在煤粉贮仓中,当煤粉锁斗处于常压状态时,关闭煤粉锁斗的下阀,打开煤粉

锁斗的上阀,使煤粉贮仓的煤粉自流进入煤粉锁斗,料满后关闭上阀,通入高压氮气加压后 打开下阀使煤粉自流进入煤粉给料仓中,卸完后关闭下阀,排出氮气降至常压,再循环上述 过程。锁斗也可用于收集渣,通过下阀来实现间断排渣。 锁斗由接管法兰、衬筒、锥体、筒体、椭圆封头及连接组件组成。其主要作用是将气化 炉燃尽的煤灰冷却,粉碎处理后排出,是一部连续运转的疲劳设备。它主要应用于煤化工制 气,特别是在一些加压的粉煤/煤渣气力输送系统中应用。 锁斗控制包括卸压--清洗--排渣--充压--集渣等过程。涉及渣水工艺联锁、渣池搅拌器联 锁、碳洗塔给料泵联锁、灰水泵联锁等。落入激冷室底部的固态熔渣,经破渣机破碎后进人 锁斗系统 (锁渣系统) 锁斗系统设置了一套复杂的自动循环控制系统, , 用于定期收集炉渣。 在排渣时锁斗和气化炉隔离锁斗循环分为减压、清洗、排渣、充压四部分,每个循环约 30 分钟,保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。 国内对此设备的设计,制造与检验已具有一定的经验和业绩。

二. 设计条件
材质:16MnR 容器类别:二类 最高工作压力:4.8MPa 设计压力:4.8MPa 工作介质:汽化炉渣/黑水 设计温度:260℃ 产品编号:Ⅱ2957——00 腐蚀裕度:5mm 焊接接头系数:1.0 设计基本风压:400Pa 地震烈度:6 全容积:46 m 3 充装系数:1.0 安全阀开启压力:4.8Mpa 液压试验压力:7.38MPa(卧放)7.30Mpa (立放)

三. 制造所遵循的规范
1.《钢制压力容器》GB150——1998 2.《压力容器安全技术监察规程》99 版 3.《钢制塔式容器》JB/T4710—2005 4.《塔器设计技术规定》HG 20652——1998 5.《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709—2000 6.《钢制化工容器制造技术要求》HG20584——1998 7.《压力容器涂敷与运输包装》JB/T4711—2003 8.《压力容器用钢焊条订货技术条件》JB/T4747—2002

四.筒体制造工艺的设计
4.1. 筒体制造工艺简明流程图 材检——喷丸——探伤——号料——气割——刨坡口——坡口探伤——压头——卷板—— 装焊——退火——校圆——打磨——探伤——装焊——炉外消氢——打磨——最 终探伤——组装

4.2.锁斗筒体制造工艺过程卡片 4.2.锁斗筒体制造工艺过程卡片
工序号 工序名称 工艺要求及工序图

1

材检

2 3 4

喷丸 探伤 号料

5 6 7 8 9 10

气割 刨坡口 探伤 压头 卷板 装焊

11 12 13

退火 校圆 打磨

14

探伤

15 16 17

装焊 炉外消氢 打磨

18

探伤

1 钢板除应符合 GB6654《压力容器用钢板》 的有关规定外,尚应符合 3311-00JT 中的有 关要求。 2 质证齐全、标记清楚。 1 钢板单面喷丸,彻底除锈。 1 对钢板进行 100%UT 检测,按 JB/T4730.3-20 05 及 3311-00JT 中的有关要求执行。 1 号出筒体的下料线,筒体的下料尺寸为: L=3400mm。 2 号筒体的纵向焊接接头试板一对 1 按线气割下料并清理熔渣。 1 按图纸要求刨筒节纵、环缝坡口 1 坡口表面 100%MT 检查,按 JB/T4730.4-200 5 中一级合格。 1 用大型油压机压头 1 用日本三辊卷板机进行冷卷。 1 组装纵向焊接接头并进行尺寸检查错边量< 1mm. 2 焊接详见焊接工艺说明书。 3 纵向焊接接头试板一对 4 焊接接头取样做化学成分分析,其结果应符 合 4.1.4 的规定。 1 进行退火热处理,执行热处理工艺。 2 带筒体纵向焊接接头试板一对。 1 筒体进行冷校圆,椭圆度<3mm. 1 对坡口表面进行打磨清理。 2 处理干净坡口表面的锈质。 3 仔细检查直到合格为止。 1 对焊接接头进行 100%RT 检测,按 JB/T4730 .2-2005 中二级合格。 2 焊接接头进行 100%UT 检测,按 JB/T4730.3 -2005 中一级合格。 3 焊接接头表面进行 100%MT 检测,按 JB/T4 730.4-2005 中一级合格。 1 组装筒体与管箱侧法兰环缝,焊接详见焊接 工艺说明书。 1 用环形加热装置进行炉外消氢执行热处理 工艺。 1 对焊接接头表面进行打磨,内表面与母材 平齐,外表面焊缝加强金属高<2mm,焊缝表 面 不允许存在咬肉、裂纹、气孔、弧坑、 夹渣等缺陷。 1 对焊接接头进行 100%RT 检测,按 JB/T4730 .2-2005 中二级合格。

2 焊接接头进行 100%UT 检测,按 JB/T4730.3 -2005 中一级合格。 3 焊接接头表面进行 100%MT 检测,按 JB/T4 730.4-2005 中一级合格

4.3.筒体工艺设计 4.3.筒体工艺设计 4.3.1 选材
(1)压力容器的选材原理 1.具有足够的强度,塑性,韧性和稳定性。 2.具有良好的冷热加工性和焊接性能。 3.在有腐蚀性介质的设备必须有良好的耐蚀性和抗氢性。 4.在高温状态使用的设备要有良好的热稳定性。 5.在低温状态下使用的设备要考虑有良好的韧性。 (2)筒体选材 压力容器材料的种类: 碳钢, 1. 低合金钢; 不锈钢; 特殊材料: 2. 3. ①复合材料 (16MnR+316L) ; ②刚镍合金;③超级双向不锈钢;④哈氏合金(NiMo:78% 20%合金) 常用材料:常用复合材料:16MnR+0Gr18Ni9,A:按形状分:钢板、棒料、管状、铸件、锻 件 B:按成分分:碳素钢:20 号钢 20R Q235;低合金钢:16MnR、16MnDR、09MnNiDR、 15CrMoR、16Mn 锻件、20MnMo 锻件;高合金钢:0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti 锁斗是煤气化装置重要设备之一,主要起储存和排放炉渣的作用,是一台承受循环 载荷的压力容器。按其载荷性质设备遵循压力容器应力分析设计规范进行设计和制造, 该设备分析设计采用国家标准,材料宜采用 16MnR。 锁斗内的工作介质为气化炉渣/黑水,含有硫化氢,氯离子,硫酸根离子等腐蚀性介质,锁斗 循环水中的氯离子浓度确实最高,这股水应该与激冷室黑水和洗涤塔黑水的水质差不多, 因此具有强腐蚀性,因此需要在锁斗内堆焊 6mm 厚的不锈钢材料以满足防腐蚀要求,因 此国内采用低合金钢锻件 16MnR.

4.3.2 材检
4.3.2.1 化学成分分析 (1)化学成分如下表所示(查表 3.4 16Mn 专业用钢的化学成分/% 【Ⅰ】) 钢号 16MnR C <0. 2 Si 0.20~0.6 0 Mn 1.20~1.6 0 P <=0.03 5 S <=0.03 5

化学成分: 钒 V:0.02%~0.15% ;铌 Nb:0.015%~0.060% 钛 Ti:0.02%~0.20% 物理性质:综合力学性能好,焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好,C、D、E 级钢具 有良好的低温韧性。 4.3.2.2 力学性能和工艺性能 (查表 3.5 16Mn 专业用钢的力学性能 【Ⅰ】)℃

钢号

板厚 /mm 60~110

状态

σs / Mpa >=265

σb/ Mpa 450-590

δ 5/% >=18

弯曲 180 度 d=3a

温度 /℃ 室温

冲击功 Akv/J >=27 横向

时效 冲击 ----

16MnR

热轧或 热处理

4.3.2.3 试验温度 牌号 钢板厚 度 mm >60~100 200℃ 250℃ 300℃ 350℃ 400℃ 450℃ 500℃

16MnR 高温规定的残余 应力 Map

225

205

185

175

165

155

4.3.2.4 室温弯曲试验: 4.3.2.4 室温弯曲试验:d=3a,弯曲 180℃,无裂纹 弯曲 ℃ 4.3.3 材料要求 a.16Mn 之类的低合金钢大都采用正火工艺,细化晶粒,均匀组织。 b. 该材质正火之后一般不需要回火,大件最好回下火, 回火温度以下 50 度左右,可以 去疲劳,提高寿命。 c. 16Mn 锻件和钢板的材料力学性能总体上差不多,但低温冲击和疲劳性能差异较大 d.正火处理:1.≤250℃装炉,升温≤180℃/h,5 小时;2. 900℃保温 4 小时;3. 空冷。 注:筒体钢板使用状态为正火+回火处理,钢板生产商必须以试板进行正火+回火 +模拟焊后热处理其各项性能均满足本技术条件的要求。 e.钢板应按 JB/T4730.3-2005 进行超声检测,必须进行 100%扫查,验收标准为 I 级。

4.3.4 划线
4.3.4.1. 筒体的展开计算 a.已知筒体高度 H、公称直径 Dg、中性层直径 Dm、壁厚δ,计算时以中性层为基准。 b.分析确定零件展开后图形的形状及所求的几何参数,圆柱形筒体展开后为矩形,所 求的几何参数分别为长和宽。则 L=πDm=π(Dg+δ); h=H c.筒体公称直径 Dg, Dg 选取 3400 ㎜ L=π(3400+90)= 10964.16 ㎜ H=3400 ㎜ 4.3.4.2.号料 4.3.4.2.号料 工程上把零件展开图画在板料上的过程, 该过程中主要注意两个方面的问题: 全面考虑各道 工序的加工余量;考虑划线的技术要求。 a.加工余量 加工余量主要包括变形余量,机加工余量,切割余量,焊焊接工艺余量等。由于实际加工 制造方法,设备,工艺过程等内容不尽相同,因此加工余量的最后确定是比较复杂的,要根 据实际情况来确定。 筒节卷制伸长量,与被卷材质,厚板,卷制直径大小,卷制次数,加热等条件有关。边缘 加工余量包括焊接坡口余量,主要考虑内容为机加工(切屑加工)余量和热加工切割余量。 焊接坡口余量主要考虑坡口间隙,坡口间隙的大小主要有破口形式,焊接工艺,焊接方法等 因素来确定。焊缝的收缩量,弯曲变形量等受多种因素影响,在划线时若能准确的考虑由于 焊接变形所产生的各种焊接余量是十分困难的,因此查表取近似值。 筒节卷制伸长量 冷卷伸长量较小,通常忽略,约 7~8 ㎜ 焊缝收缩量 对接接头双边焊,3~4 ㎜

焊缝坡口间隙 边缘机加工双边余量 切割余量 划线公差 展开尺寸

单 U 型坡口,2~3 ㎜ 根据加工长度,查表 10 ㎜ 钢板切割加工,查表 14 ㎜ 保证产品符合国家制造标准,取 1 ㎜ 10967.16 ㎜

b.划线技术要求 实际用料线尺寸=展开尺寸-卷制伸长量+焊缝收缩量-焊缝坡口间隙+边缘加工余量 =10964.16-7+3-3+10=10967.16 ㎜ 切割下料线尺寸=实际用料尺寸+切割余量+划线公差 =10967.16+14+1= 10982.16 ㎜。 c.合理排料 (1)充分利用原材料,边角余料,使材料利用率达到 90%以上。 (2)零件排料要考虑到切割方便、可行。例如,剪板机下料必须是贯通的直线等。 (3)筒节下料时注意保证筒节的卷制方向应与钢板的轧制方向一致 (4)排料必须符合国家标准规定,充分利用原材料。 (5)在钢板上划线下料,规格 L=10983×1715,10983×1715,并号试板一对 600×120× 101 ㎜

4.3.5 下料
下料的加工方法分析及选用 常用的切割方法有机械切割、氧气切割和等离子切割。 机械切割操作简单, 成本低, 但其生产效率低, 切口精度差, 而且不适合用于切割太厚、 形状较复杂的钢板,它只适用于切割矩形或棒料。 等离子切割机的特点是切割速度快、 切缝狭窄、 切口平整、 热影响区小、 工件变形度低、 操作简单,并且具有显著的节能效果。它是用于任何材料的切割,但是它的成本太高。 气割是用可燃气体与氧气混合燃烧的预热火焰, 将金属加热到燃烧点, 并在氧气射流中 剧烈燃烧而将金属分开的加工方法。 可燃气体与氧气的混合及切割氧的喷射是利用割炬来完 成的。气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气等。氧炔焰气割过程是:预热一 燃烧一吹渣。并不是所有金属都能被气割,只有符合下列条件的金属才能被气割: (1)金属能同氧剧烈反应,并放出足够的热量。 (2)金属导热性不应太高。 (3)金属燃烧点要低于它的熔点。 (4)金属氧化物的熔点要低于金属本身的熔点。 (5)生成的氧化物应该易于流动。 与机械切割相比较,气割的最大优点是设备简单操作灵活、方便,适应性强,它可以在 任意位置,任何方向切割任意形状和任意厚度的工件, 生产效率高、切口质量也相当好, 有些焊接坡口可一次直接用切割方法切割出来, 切割后直接进行焊接。 气体火焰切割的精度 和效率大幅度提高,依据以上分析,筒体钢板切割选用氧气切割。

4.3.6 筒节弯卷
4.3.6.1.筒节弯卷成形分析 4.3.6.1.筒节弯卷成形分析 筒节的弯卷成形时用钢板在卷板机上弯卷而成形的。 根据钢板的材质、 厚度、 弯曲半径、 卷板机的形式和卷板能力,实际生产中筒节的弯卷基本上可分为冷卷和热卷。 筒体选用材料 16MnR 锻件

筒节的最小冷弯半径计算公式 筒节实际壁厚 允许最小冷弯半径的最大值 筒节内径

Rmin=10δ(双向拉伸) 90mm Rmin=10δ=900 ㎜ D=3400 ㎜

即筒节的实际半径 D/2 大于允许的最小冷弯半径 Rmin, 可以冷弯卷制。 因为 D/2=1700mm> Rmin=900mm,所以采用冷卷成型。 冷卷成形通常是指在室温下的弯卷成形,不需要加热设备,不产生氧化皮,操作工艺简单且 方便操作,费用低。 4.3.6.2.成形设备的选择 4.3.6.2.成形设备的选择 卷板机有三辊卷板机、四辊卷板机和立式卷板机,其中对称式三辊卷板机的主要特点 如下: (1)与其他类型卷板机相比,其构造简单,价格便宜,应用很普遍。 (2) 被卷钢板两端各有一段无法弯卷而产生直边, 直边长度大约为两个下辊中心距的一半。 直边的产生使筒节不能完成整圆,也不利于校圆、组对、焊接等工序的进行。因此在卷板之 前通常将钢板两端进行预弯曲。

4.3.6.3.筒节弯卷的设计和计算 4.3.6.3.筒节弯卷的设计和计算 1)直边预弯 1 X$ 预弯是筒节成型的一个关键工序, 制造完成预弯模具后将下料钢板放在油压机上进行预弯 工序。为了保证预弯曲率的一致性,在钢板两端进行每隔 50mm 划线工作,每次压机的下 压点均落在线上,而且保证每次的压力大小均等。预弯成型后预制样板进行检查,间隙保 证小于 0.5m

2)直边预留 留一部分直边,此方法浪费直边部分钢材,而且工艺麻烦,适用于单台装备制造或筒节制 造精度要求较高的情况。所以通常采用第一种的方案,直直边预弯。 3)筒节弯卷的回弹估算 弯卷钢板在辊子压力下既有塑性弯曲,又有弹性弯曲,故钢板卸载后,会有一定的弹性 回复,即回弹。筒节在热弯卷时,回弹量很小,不予考虑。只要掌握好筒节的下料尺寸, 使弯卷钢板两端面刚好闭合即可,直至钢板温度下降到 500℃以下为止。但是,在冷弯卷 时,钢材的强度越大,回弹量越大。为了尽量控制回弹量,冷弯卷时要过卷。同时,在最 终成行前进行一次退火处理。 a.冷卷回弹量的计算 筒节回弹前的内径 Dn1 可按下式估算: Dn1=(1- 2Koσs/E)Dn/1+K1σSDn1/Eδ b.过卷量△l 可按下式计算:

△ l=π(Dn-Dn1)/2
式中

Dn——筒节内径,3400mm
σs—— 钢材屈服极限,MPa

E——钢材弹性模量,MPa K1——钢板界面形状系数,矩形 K1=1.5 δ——钢板厚度,90mm
Ko——钢材相对强化模数,16MnR 钢材的 Ko=5.8 查阅标准,得σs=345MPa,E=200GPa. 根据设计数据,筒节回弹前的内径 Dn1={(1-2×5.8×345)×0.000005/(1+1.5×345×Dn1)}÷(200000×90)×3400 得 Dn1=3664.1 mm

过卷量△l=π(Dn-Dn1)/2=3.14×(4000-3664.1)/2 =527.5 mm 3)筒节弯卷成形 预弯工序结束后即采用对称式三辊卷板机进行筒节的成型工序。 为保证卷圆的质量及椭圆度 指标,按照工艺要求规定卷板机下压成型的次数在 6 次以上,保证椭圆度在 5mm 以内。 4.3.7 装焊纵缝 4.3.7.1 焊接方法: 焊接方法: ①手工电弧焊,手工电弧焊适合于各种不规则形状,各种焊接位置的焊接。手弧焊是主 要根据焊件厚度,破口形式,焊缝位置等选择焊接工艺参数。在保证焊接质量的前提下,应 尽可能采用大直径焊条和大电流焊接,以提高生产效率。 ②16Mn 自动焊方法是埋弧自动焊,电渣焊,CO2 气体保护焊等。埋弧自动焊由于具有熔 敷率高,大溶深以及机械自动化操作的优点,适合于大型焊接结构的制造,广泛应用,多用 于平焊和平角焊位置,电渣焊焊缝及热影响区过热,晶粒粗化,焊后要进行热处理。 焊接基本金属为低合金钢 16MnR,筒体规格φ3400×90 mm,所要求的焊工资格代号 SAW-1G(K)-07/09,焊接方法为埋弧自动焊,焊接姿势为平焊,焊丝直径为 4.0mm,焊接电流: 正:700~720,反:720~740,焊接电压:36-38V;焊接速度:0.6cm/s;焊接顺序:先正焊, 在反焊;焊接材料为 E50(点焊),焊丝牌号 H08MnA,焊剂 SJ507.(查表 3.19 接埋弧焊工艺参数【Ⅰ】) 4.3.7.2 坡口的形式 当压力容器板厚超过一定厚度是, 为保证压力容器的焊缝全部焊透而无缺陷, 应将钢板 接头处开各种形状的坡口。 这些坡口的尺寸和形状取决于被焊材料和采用的焊接方法。 常用 的对接接头形式:a.直边对接,用于不开坡口的单面焊或背面双面焊;b.单面 V 形坡口,用 于单面焊或背面清根的双面焊; c.不对称 X 形坡口, 用于手工电弧焊封底的埋弧自动焊或双 面埋弧自动焊;d.对称 X 形坡口,用于双面手工电弧焊或埋弧自动焊;e.单面 U 形坡口,用 于背面手工电弧焊封底的埋弧自动焊或正面手工氩弧焊封底的埋弧自动焊;f.双 U 形坡口, 用于双面埋弧自动焊或双面手工电弧焊; g.单面双 V 形坡口, 用于手工电弧焊或手工氩弧焊 封底的埋弧自动焊。 根据两个筒体筒节的厚度 90mm 和 110mm,查表 11.21 对称双 U 形对接坡口【Ⅰ】 焊接方法 坡口及焊缝尺寸/mm 坡口角 /° δ 埋弧自动 焊 40-60 95-160 b 0-2 0-2 P 7-9 7-9 R 10-11 10-11 E 23-33 32-43 C=c1 29-39 38-49 H=h1 0-3 0-3 α 10-14 8-12 钢板拼焊缝、 筒节纵焊缝 适用范围 16Mn 钢对

手工电弧 焊

30-90 95-150

0-2 0-2

1-3 1-3

6 - 7 6-7

14-20 17-22

20-46 23-28

0-3 0-3

6-8 4-6

结论:对于 90mm 厚的筒节采用手工电弧焊,而对于 110mm 厚的筒节采用埋弧自动焊。 焊缝的形状见 CAD 图纸。 4.3.7.3 焊接工艺 : 预热温度≥120℃,层间温度控制在(120--250)℃,后热温度及时间(600--650)℃ ×2hr 回火,坡口加工方法为机加工坡口,清理焊口:焊前检查坡口、组装间隙是否符合要 求,定位焊是否牢固, 焊缝周围不得有油污、锈物。清除油锈,清根方法为碳弧气刨并打磨, 焊缝外形要求为焊缝与母材圆滑过渡,e≤2,并打磨平齐。焊丝牌号:H08MnA,焊剂牌号: HJ250,焊后采用回火热处理,并进行 100%UT、RT、MT 检测,分别按 JB/T4760.3-2005 中Ⅰ级 合格、JB/T4760.2-2005 中Ⅱ级合格、JB/T4760.2-2005 中Ⅰ级合格。 4.3.8 装焊环缝 4.3.8.1 焊接方法 由于两个筒节的壁厚不一样,所以厚壁筒节与薄壁焊接时,需要将厚壁削平一个过渡 部分,削平的角度为 5°-10°。根据两个筒体筒节的厚度 90mm 和 110mm,查表 11.22 U-V 形组合对接坡口【Ⅰ】,其焊缝的尺寸见下图,形状见 CAD 图纸。
坡口及焊缝尺寸/mm 焊接方法 δ b P H R E c C1 H=h1 α1 α 坡口角度/° 适 用 范 围 手工电弧焊 封底 的埋弧自动 焊 双面手工 电弧焊 30-60 65-90 95-130 130-200 30-60 65-90 0-2 0-2 0-2 0-2 0-2 0-2 2-4 2-4 2-4 2-4 1-3 1-3 9-11 9-11 9-11 9-11 9-11 9-11 10-11 9-11 10-11 10-11 6-7 6-7 23-34 32-40 34-48 39-51 15-21 19-22 26-40 38-46 40-54 45-57 21-27 25-28 16-20 16-20 16-20 16-20 16-20 16-20 0-3 0-3 0-3 0-3 0-3 0-3 8-1 6-10 6-8 5-6 6-8 4-6 70-75 70-75 70-75 70-75 70-75 70-75 筒 节 环 缝

结论:根据壁厚 90mm,采用手工电弧焊封底的埋弧自动焊。 4.3.8.2 坡口形式 当压力容器板厚超过一定厚度是,为保证压力容器的焊缝全部焊透而无缺陷,应将 钢板接头处开各种形状的坡口。这些坡口的尺寸和形状取决于被焊材料和采用的焊接方法。 常用的对接接头形式: a.直边对接, 用于不开坡口的单面焊或背面双面焊; b.单面 V 形坡口, 用于单面焊或背面清根的双面焊; c.不对称 X 形坡口, 用于手工电弧焊封底的埋弧自动焊或 双面埋弧自动焊;d.对称 X 形坡口,用于双面手工电弧焊或埋弧自动焊;e.单面 U 形坡口, 用于背面手工电弧焊封底的埋弧自动焊或正面手工氩弧焊封底的埋弧自动焊;f.双 U 形坡 口,用于双面埋弧自动焊或双面手工电弧焊;g.单面双 V 形坡口,用于手工电弧焊或手工氩 弧焊封底的埋弧自动焊。

查书【Ⅰ】表 11.22 ,根据适用范围选择适合筒体环缝的 U-V 形组合对接坡口 4.3.8.3 焊接工艺 查表 3.25 低合金钢焊接结构预热,层温,后热和焊后热处理的规范 【Ⅰ】 预热温度≥150℃,层间温度不限,后热温度不需要,坡口加工方法为机加工坡口, 清理焊口: 焊前检查坡口、 组装间隙是否符合要求, 定位焊是否牢固, 焊缝周围不得有油污、 锈物。 清除油锈, 清根方法为碳弧气刨并打磨, 焊缝外形要求为焊缝与母材圆滑过渡, e≤2, 并打磨平齐。手工电弧焊焊条牌号为 J506 或 J507,焊后采用 600-650℃回火热处理,保温 2.4h,并进行 100%UT、RT、MT 检测,分别按 JB/T4760.3-2005 中Ⅰ级合格、JB/T4760.2-2005 中Ⅱ级合格、JB/T4760.2-2005 中Ⅰ级合格。 4.3.9 筒体内壁堆焊 4.3.9.1 堆焊原理 石油化工行业的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器及核电站的厚壁压力容器等内 表面均需大面积堆焊耐高温, 抗氧及硫化氢等腐蚀的不锈钢衬里。 带极电渣堆焊是利用导电 熔渣的电阻热熔化堆焊材料和母材的,除引线阶段外,整个堆焊过程应设有电弧产生。堆焊 技术可以改变零件表面的化学成分和组织结构, 强化机械零件表面或修复磨损和崩裂部分, 为材料表面改性,完善其性能,延长零件的使用寿命,具有重要的经济价值. 常用的工艺方法有:手工电弧堆焊、振动电弧堆焊、氧-乙炔焰堆焊、等离子堆焊等。 几种堆焊方法特点比较 堆焊方法 埋弧堆焊 4.5~11.3 多丝 11.3~27.2 单带极 12 ~ 36 多带极 22 ~ 68 等离子弧堆焊 3.6 自动送丝 0.5~3.6 双热丝 13~27 熔化极气体自保护电弧堆焊 10~40 0.9~5.4 5~15 5~15 手工送丝 5~15 0.5~ 8~15 10~20 15~25 单丝 稀释率(%) 30~60 熔敷速度

带极电渣堆焊

10~14

15~75

为了最有效地发挥堆焊层的作用, 希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、 较高的熔敷速度 和优良的堆焊层性能.带极电渣堆焊技术具有比带极埋弧难焊更高的生产效率、更低的稀释 率和良好的焊缝成形等优点,得到迅速发展和较普遍的应用。 4.3.9.2 工艺参数的控制 影响带极电渣堆焊质量的工艺参数最主要的有焊接电压、 电流和焊接速度, 其次还有干 伸长,焊剂层厚度,焊道间搭接量、焊接位置等。 ①控制焊接电压,当电压太低,有带极粘连母材的倾向。电压太高,电弧现象明显增加,熔 池不稳定,飞溅也增大,推荐的焊接电压可在 20~30V 之间优选。 ②焊接电流增加,焊道的熔深、熔宽、堆高均增加,而稀释率略有下降,但电流过大,飞溅 会增加。 不同宽度的带极应选择不同的焊接电流, 对φ75mm×0.4mm 的带极, 电流可在 1000~ 1300A 之间优选。 ③ 随着焊接速度的增加,焊道的熔宽和堆高减小,熔深和稀释率增加,焊速过高,会使电 弧发生率增加,为控制一定的稀释率,保证堆焊层性能,焊接速度一般控制在 15~17cm/ min。 ④ 带极电渣堆焊时,母材倾角会影响稀释率和焊道成形,采用水平位置或稍带坡度(1?~ 2?)的上坡焊为宜。 ⑤ 带极电渣堆焊热输入较高,故一般用于堆焊 50~200mm 的厚壁工件。 4.3.9.3 优缺点及应用范围 带极电渣堆焊与带极埋弧堆焊相比: 1)熔敷效率高,在中等电流下,比埋弧焊高 50%; 2)熔深浅而均匀,母材稀释率低,可控制在 10%以下,单层堆焊即可满足性能要求。 3)堆焊层成形良好,不易有夹渣等缺陷,表面质量优良,需机械加工,省料省时。 4)带极中合金元素烧损和不利元素增量极少,堆焊层的塑性和韧性高于埋弧难焊。 5)接头熔合区性能优于带极埋弧堆焊。 由于带极电渣堆焊上述优点,在加氢反应器、煤气工程热壁交换炉、核电站设备中压力 容器的内表面大面积堆焊中均得到了广泛应用。 4.3.9.4 堆焊工艺设计 表-筒体内壁堆焊工艺要求
钢材的屈服强度/Map 钢号 预热条件及温度 层温 后热处理 电弧焊 电渣焊

345

16Mn

δ>32 预 热>100℃

不限

不需要

600-650℃回 火

900-930 正 火 600-630 回 火

基本金属 焊丝 预热温度 层间温度

16MnR 309L+347 ≥5℃ (100-250)℃ (5-100)℃

焊接方法 焊剂 坡口加工及清理 后热温度及时间

带极埋弧堆焊+带极电渣堆焊 SJ304、SJ-15B 清理待堆焊面 (250-300)×2hr(过渡层)

焊后热处理

SR

无损探伤检查

UT、MT

表二 筒体内壁对焊焊接规范 位置 焊接方法 焊材牌号 直径 电源种 类及极 性 过 渡 层 表层 带极埋弧 堆焊 带极电渣 堆焊 309L+ SJ304 347+ SJ-15B 75×0.4 75×0.4 直流反 接 直流反 接 1000-1050 26-28 ≥9 900-1100 26-28 ≥9 焊接电流 A 焊 接 电 压V 焊接速度 ㎜/min

1)过渡层堆焊后进行 100%PT 检测,按 JB/T4730.5-2005 中Ⅰ级合格。 2)表层进行 100%PT 检测,按 JB/T4730.5-2005 中Ⅰ级合格 3)焊层及熔合面进行 100%UT,符合Ⅱ1572-00-JT 中的有关要求 4)堆焊层进行厚度检测,符合图纸要求。 焊后进行 SR 消除应力热处理,具体方法和参数 筒体的制造过程完成,待总装

五、筒体接管设计
5.1 接管的工艺流程

加热设备 热电偶加热 加热温度 675℃(+15℃-10℃) 序号 工序名称 工艺要求

装炉温度 <400℃ 均热后保温时间 3H

加热速度 ≤50℃/H 冷却方式 ≤60℃/H 冷至 400℃停机 负责人签字

1

材检

材检一般包括对材料的外观,实物与质量证明书, 炉批号,化学成分,力学性能的全面核实和综合实 验等,综合以上选用材料为 Q235-B 钢板,除应满 足 GB150{钢制管壳式换热器}Ⅰ级进行制造检验和 验收, 并接受国家质监局颁发的{压力容器安全技术 检查规程}监督 将材检的板材进行初车。 超声波检测,对于的薄板(小于 6mm)采用板波检测, 对于中厚板(6mm-60mm 之间)和厚板(大于 60mm) 采用纵波进行检测,钢板须按 JB/T4730.3-2005 的要 求逐张进行超声波检测,合格等级为Ⅰ级. 立车加工接管坡口符合图样要求 100%磁粉检测,利用表面或者近表面而缺陷的工件 被磁化后产生的漏磁场.首先进行表面准备;然后磁 化,施加磁粉;检查;最后退磁,清洗.随着被检工件的 不同,检测工序的不同,具体的过程也不相同.最后按 照 JB 47304-2005 评价, Ⅰ级为合格. 筒体的堆焊分为两层,第一层就是过渡层,通常堆焊 309L,堆焊是需要进行预热,焊后需要进行中间消除 应力或者消氢处理. 为了使焊缝熔池金属在结晶和冷却过程中吸收空 气中的氢给扩散出来,又称"扩氢",是防治延迟裂 纹的产生而导致的脆性断裂, 温度一般为 300-400 度,时间为 2 小时,如果在焊接完成后立即进行消 除应力热处理时,可不单独进行消氢处理。 立车加工接管坡口符合图样要求 渗透检测焊缝,渗透检测可以工件及焊缝表面开口 的裂纹,疏松,针孔等缺陷,工作原理简明易懂,不限 尺寸,设备简单,成本低,使用方便. 焊缝 100%PT 检 测,按 JB/4730.2-2005Ⅱ级验收. 堆焊的第二层就是面层,一般采用焊条电弧堆焊或 者采用二氧化碳药芯自动堆焊(质量较好).应该在最 终热处理后进行堆焊,这样可以减少应力腐蚀 对工件进行化学检测,取样进行化学成分分析,按 工件要求进行验收。 立车加工接管法兰 伤 1.焊缝 100%MT 检测,按 JB/4730.4-2005Ⅰ级验收.

2

初车

3

探伤 UT

4

立车

5

探伤 MT

6

堆焊过度 层

7

炉外消氢

8

立车

9

探伤 PT

10

堆焊面层

11 12 13

CT 立车 探

PT.CT.MT

2.焊缝 100%CT 检测,按 JB/4730.3-2005Ⅰ级验收. 3.焊缝 100%PT 检测,按 JB/4730.2-2005Ⅱ级验收. 4.取样进行化学成分分析 划线直接决定了零件成形后的尺寸和几何形状精 度,对以后的组队和焊接工序都有很大的影响, 划线 完成后, 接下来就是将划线展开图画在板料上,号料 时不仅考虑展开尺寸,同时还要考虑各个加工工序 的加工余量,还有要考虑划线的技术要求. 渗透检测可以工件及焊缝表面开口的裂纹,疏松,针 孔等缺陷,工作原理简明易懂,不限尺寸,设备简单, 成 本 低 , 使 用 方 便 , 焊 缝 100%PT 检 测 , 按 JB/4730.2-2005Ⅱ级验收. 根据钢板厚度选用刀具,并按照规定进行钻孔工艺 规范

14

划线号料

15

探伤 PT

16

钻孔

5.2 接管与筒体焊接设计
在压力容器的设计, 制造中会经常遇到角接接头问题。 根据角接接头的重要性和传递 载荷的大小可把焊接接头分为主要角接接头和辅助角接接头。 主要角接接头以某种方式承受 着全部载荷,如果焊缝破坏,所以说主要角接接头必须和其连接的结构具有相同的强度,设 计成连续的全焊透形式。由于焊接接头的特殊结构,制造时大多采用单面焊,角接接头的几 何尺寸较复杂,位于不连续部位。焊后难以进行射线及超声波检测。在设计角接接头应该遵 循这样原则:重要的焊接接头尽量避免采用角接头,即使采用也应保证其尽量全焊透,对于 疲劳容器或高压等重要设备中接管与筒体的连接应尽可能的采用交接结构, 而且尽量采用双 面焊交接接头,同时为了保证焊透,应先焊一面,背面清根在焊,而且焊接各层间的夹渣应 该清净,如果不能采用双面焊时,应该采取类似于双面焊的单面焊。如氩弧焊打底加手工焊 盖面的工艺就满足要求, 对于需预热的钢种, 接管与壳体的焊接应选用从设备外侧施焊的单 面焊,要求全焊透时刻采用带垫板的结构。 工艺要求:采用氩弧焊打底加手工焊,手工焊平焊;焊前预热>100℃焊条直径 5-6mm(表 2.9 板厚与焊条直径的关系【Ⅱ】);碱性焊条,直流电源 35-40A;坡口形式角接 头表面应该修成圆弧形,与壳体表面形成圆滑过渡;焊接角度:由于壁厚不相等,所以焊条 与管子的角度尽量小;接管与筒体的焊接采用角接的形式,由于壁厚为 90mm,所以角接采用 两个。 (3)焊后检测 采用磁粉检测或渗透检测,进行外观检测

六、结束语
为期两周的课程设计已经接近尾声,回顾整个过程,我组 3 名同学在老师的指导下, 取得了可喜的成绩,课程设计作为《 过程设备制造与检测》课程的重要环节,使理论与实 践更加接近,加深了理论知识的理解,强化了生产实习中的感性认识。

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情, 如何去做一件事情,又如何完成一件事情。在设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互 探讨,相互学习,相互监督。学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容,学会了理解,也 学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,着是我们迈向社会,从事职业工 作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”,通过这次课程设计,我深深体会到这句千古 名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳 健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础. 本次课程设计主要是制造与检测,我们应用焊接工艺、检测方法等方面的知识;制造 阶段运用了卡片、设备等方面的知识。会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中 发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。通过此次设计,使我们基本掌握了锁 斗加工过程分析、工艺文件的编制的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备 等等。 总的来说, 这次设计, 使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了 一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力,为以后的设计工作打下了 较好的基础。 由于能力所限,设计中还有许多不足之处,恳请各位老师、同学们批评指正!

七、参考文献: 参考文献:
【Ⅰ】 《低合金钢焊接及工程应用》 李亚江 王娟 【Ⅱ】《焊接与切割操作技能 》 社 【Ⅲ】 《过程设备制造与检测》 【Ⅳ】 《焊接连续冷却转变图》 邹广华 刘强 王宗杰 编著 编著 化学工业出版社 化学工业出版社 刘鹏 编著 化学工业出版社 化学工业出版


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