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压力容器封头制造工艺指导


普通高等学校“十一五”国家级规划教材

过程设备制造与检测 ——压力容器封头制造工艺设计指导
陕西科技大学 机电过控系 编著 审

化学工业出版社 教材出版中心

第一章. 封头制造通用工艺规程
1 范围
1.1 本规程规定了椭圆形封头下料、拼板、焊接、成形、检验等的方法和要求。 1.2

本规程规定 Q345R 材料制椭圆形封头的制造。

2 总则
封头的制造除符合本规程的规定外,还应遵守国家颁布的有关法令、法规、 标准、和其它相应规程和图样及专用工艺文件的要求。

3 材料
3.1 封头用材料应符合相应材料标准的规定,并附有钢板生产单位的钢材质量证 明书和确认标记。 3.2 制造一、二类及无类压力容器的封头的材料质量证明书项目齐全,实物标志 清楚,可不复验。若材料质量证明书项目不齐全或齐全但实物标志不清楚者,必 须复验合格。 3.3 三类压力容器的封头的材料必须质量证明书项目齐全,并与实物标志相符, 且经本公司复验合格。

4 制造检验流程
4.1 封头制造检验流程见图 4--1。 4.2 下料 4.2.1 封头尽量下整体料,如需拼接时,封头各种不相交的拼焊焊缝中心线间距 离至少应为封头钢材厚度的 3 倍,且不小于 100 ㎜。当封头由瓣片和顶圆板拼接 制成时,接头方向只允许是径向和环向的,中心顶圆板直径应小于 1/2DN。 4.2.2 封头瓣片和顶圆板应用整板制造,不得拼接。 4.2.3 封头按展开尺寸(外协成形封头下料尺寸按外协厂家要求)划线,采用机 械加工、等离子切割或氧乙炔焰气割等方法进行下料和切割坡口,切割后必 须去净割瘤、飞溅、毛刺及氧化层,并用砂轮打磨呈金属光泽,坡口表面不得有 裂纹、分层、夹渣等缺陷。 Q345R 钢材经火焰气割的坡口表面,应进行磁粉或渗透检测。

图 4-1 4.3 拼接 4.3.1 封头拼接坡口型式及尺寸按专用焊接工艺,坡口表面应平整、光滑。 4.3.2 封头拼接时,对口错边量不得大于钢板厚度的 10%,且不大于 1mm,复合 钢板的对口错边量不得大于钢板复层厚度的 30%,且不大于 1mm,棱角度应不大 于 0.1δ n+1 且不大于 2mm(δ n 为名义厚度)。 4.3.3 封头拼焊前,须将焊缝两侧各 30mm 范围内的氧化物、油污、锈蚀等杂物 彻底清除干净。 采用手工电弧焊方法施焊的焊缝两侧各 150mm 范围内应涂刷石灰 水,以防止飞溅沾附在钢板上。 4.3.4 焊接规范按专用焊接工艺进行。 4.3.5 封头拼接板在成形前应清除焊瘤、焊渣、飞溅物,椭圆形的拼接焊缝、锥 形封头过渡部分的拼接焊缝内外表面在成形前应将焊缝余高打磨至与母材平齐。 拼接焊接接头表面不得有裂纹、咬边、气孔、弧坑和飞溅物。 4.3.6 拼接接头外观检查合格后, 按有关规定打上焊工钢印对低温压力容器和采 用疲劳分析设计的封头,不得打钢印。 4.3.7 封头在成形前,可根据实际情况进行必要的无损检测(射线或超声),以作 为工序间的质量控制。 4.4 成形 4.4.1 依据封头的类型、规格、材质,可采用冲压、旋压和卷制等方法成形。 4.4.2 采用冲压成形的 Q345R 的封头,一般应采用热压 4.4.4 封头压制时,其模具应分别按冷成形选取;模具的规格应与被压的封头一 致,模具的表面不得有毛刺或硬块。 4.4.4.3 压边时凹模及压边圈的工作表面应保证光洁。 4.4.4.4 对热冲压封头使用中性火焰或电炉加热;封头坯料装炉时,板材要垫起, 防止局部发烧。 4.4.4.5 升温 随炉升温,升温温度按表 4-2。 4.4.4.6 保温 保温时间:M=δ ?k 分/min(δ =板厚,k=1 分/min)。 4.4.4.7 压制前应清除坯料氧化皮,并将有材质钢印标记的一面朝外。 4.4.4.8 压制时使坯料在模具上放正,其偏心值不应大于 3mm。 4.4.4.10 模具需润滑,润滑剂的配方可参考表 4-3。 表 4-2 热压封头加热和停压温度 材料 Q345R

加热温度 ℃ 保温时间 分 始压温度 ℃ 停压温度 ℃ 注:*压后应尽快冷却。

960~1050 按 板 材 厚 度 ,每 分 钟 1 ㎜ 计 算 930~1000 ≥800

表 4-3 模具润滑剂配方 碳素钢、低合金钢 石墨粉 40﹪+机油 60﹪ 4.4.4.11 封头压形后,标记产品工号、件号、直径、厚度。 4.4.5 成形封头端部应切边,作为尺寸形状检测的测量基准,封头不允许毛边交 货,端部坡口型式和尺寸由技术部门在图样和技术附件中规定。 4.4.5.1 成形后的封头应置于坡口切割机上找正,划出直边位置线,并打上洋冲眼 (低温钢设备除外), 对于不锈钢封头及其有特殊要求的设备,应在线外留 3-5mm 机加余量。 4.4.5.2 Q345R 应采用机械加工或火焰气割法切除直边的多余部分和切出端部坡 口, 若采用火焰气割法切割除直边的多余部分并割出端部坡口时,须用手砂轮修 磨坡口至呈金属光泽。 4.4.5.3 采用机加时 先在背面点焊装卡支脚(支脚材料与母材一致)。加工完毕后, 应去掉装卡支脚,并将焊瘤、焊渣飞溅等打磨干净,并对合金钢、不锈钢封头的 打磨处进行着色检查。 4.4.6 外协压制的封头,检验部门应对外协封头的几何尺寸和形状、最小成形厚 度、无损检测等按本规程及相应的封头标准要求进行检查和复验。 4.6 检验 4.6.1 外协压制的封头,检验部门应对外协封头的几何尺寸和形状、最小成形厚 度、无损检测等按本规程及相应的封头标准要求进行检查和复验。 4.6.2 椭圆形封头的直边倾斜度应符合表 4-4 的规定。测量封头直边倾斜度时, 不应计入直边增厚部分。 表 4-4 mm 直边高度 倾斜度 h 向外 向内 25 ≤1.5 ≤1.0 40 ≤2.5 ≤1.5 其它 6%h,且不大于 5 4%h,且不大于 3 4.6.3 封头直径和外圆周长公差应符合表 4-5 的规定。 4.6.4 封头切边后,在直边部分实测等距离分布的四个内直径,以实测最大值与 最小值之差作为圆度公差,圆度公差应不大于 0.5%Di,且不大于 25mm,且δ s <12mm 时,应不大于 0.8%Di,且不大于 25mm。 4.6.5 封头切边后,在封头端面任意两直径位置上放置直尺或拉紧钢丝,在直尺 或钢丝交叉处测量封头总深度(高度) ,封头总深度(高度)公差为(-0.2~0.6) Di。 4.6.6 用弦长相当于封头内直径的间隙样板,检查封头内表面的形状公差,如 图 4-2 示。检查时应使样板垂直于待测表面,可避开焊缝进行测量。椭圆形、碟

形、球冠形封头内表面的形状公差应符合以下要求: a) 样板与封头内表面间的最大间隙:外凸不得大于 1.25% Di,,内凹不 得大于 0.625% Di; 表 4-5 封头主要尺寸允许偏差 ㎜ 钢材厚度 公称直径 直径公差 δ s 外圆周长公差 DN Δ Di 1600≤DN<3000 10≤δ s<22 -3~+4 -9~+12

b) 样板轮廓曲线线性尺寸的极限偏差按 GB/T1804—2000 中 m 级的规定。

样板 封头

Δ

3 ≥4Di Di±Δ Di
图3 图4

4.6.8 椭圆形封头的直边部分不得存在纵向皱折。直边高度公差为(-5~10)%h 4.6.9 对于按规则设计的封头,成形封头实测的最小厚度不得小于封头名义厚度 减去钢板厚度负偏差 C1(即δ min≥δ -C1), 若图样标注了封头成形后的最小厚度, 则成形封头实测的最小厚度不得小于图样标注的封头成形后的最小厚度。 对于按 分析设计的封头,则成形封头实测的最小厚度不得小于封头设计厚度。 4.6.9.1 沿封头端面圆周 0?、90?、180?、270?四个方位,用超声波测厚仪、卡 钳、或千分卡尺在厚度的必测部位检测成形封头的最小厚度。 4.6.9.2 成形封头厚度的必测部位按图 4-3 所示。 4.6.10 无损检测 4.6.10.1 封头成形后,椭圆形封头的全部拼接焊接接头应采用图样或订货技术 协议中规定的方法和合格级别按 JB4730-2005 进行 100%射线或超声检测。 4.6.10.2 按规则设计的折边锥形封头 A、B 类焊接接头,应按 GB150—1998 的 有关规定,采用图样或订货技术协议中规定的方法和合格级别按 JB4730-2005 进行 100%或局部射线或超声检测,当采用局部无损检测时,检测部位必须包括 过渡段部位的焊接接头。 按分析设计的折边锥形封头 A、B 类焊接接头,应采用图样或订货技术协议 中规定的方法按 JB4730-2005 进行 100%射线或超声检测,射线检测Ⅱ级、超声 检测Ⅰ级为合格。 4.6.10.3 凡符合下列条件之一者,应采用图样或订货技术协议中规定的方法按 JB4730-2005 进行 100%磁粉或渗透检测,检测结果Ⅰ级为合格。

a)封头堆焊表面; b)复合钢板制封头的复合层焊接接头; 4.7 封头的油漆、包装和运输及出厂质量证明文件应符合有关标准的规定。
1 适用范围 本规则规定了板制封头的下料、锥形封头用锥体卷制、拼缝对接与焊接、封头压制、 热处理、表面质量检查、尺寸形状检查、焊缝无损检测、焊缝返修、母材修磨及补焊、 矫形、试板评定、不锈钢与有色金属制封头的其它要求及封头质量证明书等要求。 本规则适用于单层焊接压力容器、常压容器的整板或拼板(包括不锈钢复合板)采 用冲压、旋压及卷制成形的碳素钢、低合金钢、高合金钢及有色金属等材料的封头。 本规则中的封头包括椭圆形、碟形、球冠形封头、折边平底封头和折边锥形封头。 2 引用标准 GB 150—2011 GB 151—1999 GB/T 1804—2000 JB/T 4730.2—2005 JB/T 4730.3—2005 JB/T 4730.4—2005 JB/T 4730.5—2005 NB/T47016—2011 GB/T25198—2010 YDHM-GY-002 YDHM-GY-007 YDHM-GY-016 TSG R0004-2009 3 总则 压力容器封头的制造除应符合本工艺守则的要求外,还应遵守国家有关法令、法规、规 章、 国家规则、行业规则及设计图样和工艺文件的规定。 4 下料 4.1 按YDHM-GY-002规定进行下料、加工拼缝坡口。封头的毛坯厚度应按工艺规定考 虑工艺减薄量, 以确保封头成形后的实测厚度符合要求. 4.2 椭圆形、碟形、球冠形封头、折边平底封头采用整板制作时,周边打磨、去除毛刺, 压力容器 管壳式换热器 一般公差 线性尺寸的未注公差 承压设备无损检测 第 2 部分:射线检测 承压设备无损检测 第 3 部分:超声检测 承压设备无损检测 第 4 部分:磁粉检测 承压设备无损检测 第 5 部分:渗透检测 承压设备产品焊接试件的力学性能检验 压力容器封头 下料和坡口加工工艺守则 焊缝返修工艺守则 不锈钢酸洗钝化工艺守则 固定式压力容器安全技术监察规程

对旋压和冷压的封头,应按6.9条修磨周边,然后送外协压制(材料标记应朝下,以使压 制时材料标记朝外)。 4.3 椭圆形、碟形、球冠形封头、折边平底封头采用拼板制作时,按第6条进行拼接。 4.4 折边锥形封头采用拼板制作时,卷制前的平板拼接按第6条进行。 5 锥体卷(压)制 5.l 板边预弯(压头) 5.1.l 板边预弯时应使有标记的一面朝外,纵焊缝坡口朝向应符合要求。 5.1.2 板边预弯用卷板机或外协进行(公司30mm卷板机最大预弯能力为钢板厚度δ s= 24mm),预弯弧长不小于350mm,模板曲率半径应与锥体各部曲率半径一致。预弯后用样 板检查,最大间隙不大于2mm。 5.2 当锥体板边不便作预弯时,两头放直边余量250~300mm,并打样冲眼标记线,两头 卷圆一部分后,沿标记线割去直边余量,有坡口者一并割出。 5.3 锥体卷(压)制成形后,用样板检查,最大间隙不大于2mm。 5.4 锥体纵缝按第6条进行对接,有产品焊接试板者一并施焊。 5.5 钢制锥体纵缝焊接后,在卷板机上矫圆,并按以下要求检查锥体的圆度及焊缝处的 棱角度: a) 承受内压的锥体,同一断面上最大内径与最小内径之差e,应不大于该断面设 计内直径 Di的1%,且不大于25mm(按JB/T 4735制造时为不大于30mm); b) 承受外压的锥体及真空容器的锥体,其圆度用内弓形样板或外弓形样板测量, 样板弦长及测量的最大允许间隙e按工艺文件规定(具体数值按GB 150中的 10.2.3.12条选取)。 c) 因焊接在环向形成的棱角E,用弦长等于1/6Di且不小于300mm的内样板或外 样板检查,其E值不得大于(δ s/l0+2) mm且不大于5mm。 5.6 钢制热卷锥体热卷后的实测厚度不得小于名义厚度δ n减去钢板厚度负偏差 C1所

得值与封头冲压(或扳边)厚度减薄量之和。 5.7 锥体分段卷(压)制时,其环缝的对接按第6条进行。 5.8 锥体母线的直线度 △l≤2L/1000(L为锥体母线长度),最小值可为 3mm。 5.9 冷成形或中温成形的锥体的钢材厚度符合以下条件者应进行焊后消应力热处理: a)碳素钢、Q345R的钢材厚度δ s不小于3%Di(Di为封头大端内径,下同); b)其他低合金钢的钢材厚度 δ s不小于 2.5%Di。 5.10 高合金钢锥体冷成形或中温成形后,一般不进行热处理。

5.11 有色金属锥体成形后的热处理按图样、工艺文件规定。 6 对接与焊接 6.l 坡口表面要求 a) 坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷。 b) 规则抗拉强度下限值 σ b>540 MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢材经火焰(包括 等离子体)切割的坡口表面应进行磁粉或渗透检测。 c) 施焊前,焊接接头表面的氧化物、油污、熔渣及其他有害杂质清除干净,清除的 范围(以离坡口或板边缘计)不得小于20mm。 6.2 按工艺要求进行对接和焊接(必要时应按焊接工艺规定进行预热),有产品焊接试 板者一并施焊,钢制封头焊缝对口错边量 b≤0.1δ s且不大于 1.5mm,复合钢板拼接焊 缝对口错边量 b不大于钢板复层厚度的30%且不大于 1.0mm ,有色金属封头焊缝对口错 边量按工艺文件和有关规则执行。 6.3 椭圆形、碟形、球冠形封头、折边平底封头的内表面拼焊焊缝,以及影响成形质 量的外表面拼焊焊缝,在成形前应将焊缝余高打磨至与母材齐平。 6.4 折边锥形封头成形前,应将过渡部分的内外表面的焊缝余高打磨至与母材齐平。

6.5 钢制封头未打磨的焊缝余高,应符合GB 150第10章表10-3的规定,有色金属制封头 未打磨的焊缝余高,应符合其相关规则的规定。 6.6 拼接焊接接头表面不得有裂纹、未焊透、未熔合、未填满、夹渣、咬边、气孔、、 弧坑等缺陷和飞溅物。 6.7 焊后,清除焊缝上的熔渣和两侧的飞溅物。对板厚大于等于6mm的碳素钢、低合金

钢封头,在规定的位置打焊工代号钢印;对低温容器封头、高合金钢封头、有色金属封 头及板厚小于6mm的碳素钢、低合金钢封头,则焊工代号作书面记录,而禁止在封头上打 钢印。 6.8 压制前,对接焊缝如需进行无损检测,应按工艺文件的规定进行: 6.9 旋压封头及冷冲压封头的坯料周边应修磨圆滑,棱角倒钝或磨成圆角,周边不得有 裂纹、分层、夹渣等缺陷。 7 封头压制(外协) 7.1 封头按图样、工艺要求进行外协压制(冷冲压、热冲压、冷旋压、热旋压等)。 7.2 封头压制时,其材料标记应朝外。 7.3 封头热压时,其热加工规范应符合表1规定。必要时,应出具热压加热实测自控记 录曲线图。 表1 封头热压热加工规范

材料牌号 Q235-B Q245R Q345R Q370R 18 MnMoNbR、13 MnNiMoR 16MnDR 14Cr1MoR、 12Cr2Mo1R、 15CrMoR、 12Cr1MoVR 0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti 00Cr19Ni10、00Cr19Ni13Mo3 0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2 L2、LF2、LF21 TA2、 TA3、 TC4 低加温型 高温型

工件温度,℃ 900~1050 900~1050 950~1050 950~1050 950~1050 950~1050 900~1000 950~1100 950~1100 950~1100 350~450 200~350 600~800

保温时间 min/mm 1 1 1 1.5 1.5 1 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1 1

始压温度 ℃ 900~1050 900~1050 950~1050 950~1050 950~1050 950~1050 900~1000 950~1100 950~1100 950~1100 350~450 200~350 600~800

加工终止温 度℃ ≥750 ≥750 ≥850 ≥850 ≥800 ≥850 ≥750 ≥850 ≥850 ≥850 ≥250 ≥100 ≥500

7.4 对热成形的封头,当工艺规定制备焊接试板或母材热处理试板时,其试板应与封头 热压时一并加热、出炉冷却。 7.5 端面坡口加工 7.5.l 封头端部应切边后交货。端面坡口的形状、尺寸按图样、工艺文件规定控制。 7.5.2 对碳素钢、低合金钢封头,其端面、坡口可采取自动切割机切割(切割后应经砂轮 打磨),对小直径和薄壁封头,其坡口可在车床上加工。 7.5.3 对高合金钢、有色金属封头,其端面、坡口在车床上加工,或采用自动切割机切 割后打磨去除热影响区。 7.6 封头压制单位应确保封头压制成形后, 封头的实测厚度及其它必要的指标符合工艺 文件的要求,并提供真实的实测记录。 8 封头热处理 8.1 对压制后需热处理的封头,根据供需双方约定,可由封头压制单位(封头外购时为 封头制造单位)进行相应的热处理。 8.2 封头的热处理方法由设计和工艺规定确定,并符合《容规》、GB 150、GB 151 等规范、 规则的规定。 8.3 除符合以下要求外,冷成形的椭圆形与碟形封头应进行热处理: a) 当封头制造单位确保冷成形的材料性能符合设计、 使用要求时, 可不进行热处理; b) 除图样另有规定外,冷成形的奥氏体不锈钢制椭圆形、碟形封头可不热处理。

8.2 封头压制后需热处理时,其热处理规范应按图样、工艺规定进行,并出具热处理实 测自控记录曲线图。 8.3 热处理时,当工艺规定制备焊接试板或母材热处理试板时,其试板应与封头同炉热 处理。当钢板的供货与使用状态一致时,则热成形封头在热成形过程中不得破坏供货时 的热处理状态,否则应重新进行热处理。 9 封头表面质量检查 9.1 封头表面应光滑,无过烧、过热迹象,不得有裂纹和影响使用的机械损伤和腐蚀等 缺陷。封头表面的严重尖锐伤痕允许进行修磨,使修磨范围内的斜度不超过 1:3。封头外 观用肉眼检查,必要时用磁粉、渗透等方法进行表面无损检测。 9.2 封头成形前打磨的拼焊焊缝表面,在封头成形后,当符合下列所有条件时,可低于 相邻母材表面: a) 焊缝部位的最小厚度应符合表2规定; b) 焊缝表面不得低于母材表面0.5mm以上。 10 封头形状、尺寸检查 10.1 钢制椭圆形、碟形、折边锥形及球冠形封头的尺寸、形状应符合表2~表4的要求。 10.1.1 以外圆周长为对接基准时,封头外圆周长的公差应符合表3的要求,以内直径为对 接基准时,封头内直径的公差应符合表4的要求。 10.1.2 封头切边后,在封头端面直径方向拉一根钢丝或放一直角尺,用直角尺的一直角

边与拉紧的钢丝或直尺重合,另一直角边与封头接触,在直边部位测量直角尺与封头间的 最大距离即为封头的直边倾斜度。测量封头直边倾斜度时,不应计入直边增厚部分。 10.1.3 封头切边后,在直边部分实测等距离分布的四个内直径,以实测最大值与实测最

小值之差作为圆度公差。 10.1.4 用弦长相当于封头内直径的间隙内样板,检查封头内表面的形状公差。检查时应

使样板垂直于待检表面,允许避开焊缝进行测量。内样板轮廓曲线线性尺寸的极限偏差按 GB/T 1804中的m级的规定。 10.1.4 沿封头端面圆周 0°、90°、180°、270°四个方位,用超声波测厚仪、卡钳或千 分 卡 尺 , 在 厚 度 的 必 测 部 位 ( 按 GB/T25198 中 的 图 5 、 6 、 7 ) 检 测 成 形 封 头 的 厚 度 。 表 mm 2 封 头 尺 寸 、 形 状 要 求

允差 项目 直径允 差△Di

内直径 300≤ DN≤6000

外圆周长为对接基准 以内直径为对接基准

(按表 3) (按表4) 当δ S/Di≥0.005 时, e≤0.5% Di,且不大于 25 当δ S/Di<0.005 且δ S<12 时, e≤0.8% Di,且不大于 25 外凸≤1.25% Di, 内凹≤0.625% Di +10% h -5% h (-0.2~+0.6)% Di 不允许存在 不小于图样的规定值 不小于名义厚度δ n 减去钢板厚度负偏差 C1, 或不于设计图样标注的封头成形后的最小厚度 直边高度 h=25 向外倾斜≤1.5 向外倾斜≤2.5 向外倾斜≤6% h, 且不大于5 ±2.5° ±1.5 不大于封头大端公称直径的 1%且不大于 20 不小于封头板厚的 0.7 倍 +4 -2 +4 -2 +5 -3 向内倾斜≤1.0 向内倾斜≤1.5 向内倾斜≤4% h, 且不大于3

圆度公差(最大最小内直径之差) e≤ 形状偏差允值(内样板检查) (注 1) 直边高度允差△h2 封头全高允差△h 直边部分的纵向皱折深度 过渡段转角内半径 (碟形、折边锥形封头) 最小壁厚(注 2)

直边倾斜度

直边高度 h=40 直边高度 h: 其它

端面坡口角度允差 端面坡口钝边允差 锥形封头两端中心线偏移 封头人孔扳边处厚度 封头 人孔 尺寸 允差 椭圆形长短轴 a、b 圆形直径d 扳边高度

表 3 mm 公称直径 DN 300≤ DN≤600

封 头外 圆周 长公 差 ( 以外 圆周 长为对 接 基准 ) 钢材厚度δ S 2≤δ S<4 4≤δ S<6 6≤δ S<16 4≤δ S<6 6≤δ S<10 外圆周长公差 -4~+4 -6~+6 -9~+9 -6~+6 -9~+9

600≤ DN<1000

1000≤ DN<1600

1600≤ DN<3000

3000≤ DN<4000 4000≤ DN<5000 5000≤ DN≤6000

10≤δ S<22 6≤δ S<10 10≤δ S<22 22≤δ S<40 6≤δ S<10 10≤δ S<22 22≤δ S<60 10≤δ S<22 22≤δ S<60 12≤δ S<22 22≤δ S<60 16≤δ S≤60

-9~+12 -9~+9 -9~+12 -12~+18 -9~+9 -9~+12 -12~+18 -9~+12 -12~+18 -9~+12 -12~+18 -12~+18

表 4 封头内直径公差(以内直径为对接基准) 公称直径 DN 300≤ DN≤600 钢材厚度δ
S

mm 外圆周长公差 -1.5~+1.5 -2~+2 -3~+3 -2~+2 -3~+3 -3~+4 -3~+3 -3~+4 -4~+6 -3~+3 -3~+4 -4~+6 -3~+4 -4~+6 -3~+4 -4~+6 -4~+6

600≤ DN<1000

1000≤ DN<1600

1600≤ DN<3000

3000≤ DN<4000 4000≤ DN<5000 5000≤ DN≤6000

2≤δ S<4 4≤δ S<6 6≤δ S<16 4≤δ S<6 6≤δ S<10 10≤δ S<22 6≤δ S<10 10≤δ S<22 22≤δ S<40 6≤δ S<10 10≤δ S<22 22≤δ S<60 10≤δ S<22 22≤δ S<60 12≤δ S<22 22≤δ S<60 16≤δ S≤60

10.2 平底圆管板(封头)底面平面度的允差按表 5 的规定。 表 5 平底圆管板(封头)底面平面度允差 公称直径 DN 1000mm 内平面度≤ 整个面内平面度≤ 3 4 5 ≤ 1000 >1000~ 1500 >1500~ 1800 3 6 7 8 >1800~ 2200 mm >2200~ 2500 >2500

10.3 其它钢制封头的尺寸、形状检查应符合图样设计要求及相关规则要求 10.4 有色金属制封头的尺寸、形状检查应符合图样设计要求及相关规则要求。

11 焊缝无损检测 11.l 钢制压力容器用椭圆形、 碟形、 球冠形封头, 在压制成形后, 焊缝应按JB/T 4730.2 作100% 射线检测,或按JB/T 4730.3作100% 超声波检测,合格级别与所在容器壳体相 应的对接接头一致(或按设计图样和订货技术协议规定)。受《容规》管辖的压力容器 用封头应100% 射线检测。 11.2 钢制压力容器用锥形封头在压制成形后,焊缝按图样或技术协议规定的方法作

100%或局部射线(JB/T 4730.2)或超声波检测(JB/T 4730.3),合格级别与所在容器 壳体相应的对接接头一致, 其中受压制变形的部位的焊缝应作100%射线检测或超声波检 测。 11.3 格。 11.4 规则抗拉强度下限值σ b>540MPa的高强度钢及及Cr-Mo低合金钢板制旋压封头,其 复合钢板制封头的复合层焊接接头应按JB/T4730.5进行100%渗透检测,Ⅰ级合

拼焊焊接接头的内外表面应进行100%磁粉检测(按JB/T4730.4)或100%渗透检测(按 JB/T4730.5),Ⅰ级合格。 11.5 有色金属封头在压制成形后,其焊缝的无损检测应符合相应规则、图样、工艺的

规定(受《容规》管辖的压力容器用椭圆形、碟形、球冠形封头压制后,焊缝应作100% 射线检测)。 12 焊缝返修 12.1 封头焊缝的返修按YDHM-GY-007的规定进行。 12.2 封头焊缝返修后按规则、规范和图样、工艺的要求进行无损检测,其合格等级按原焊 缝的要求。 13 母材表面修磨及焊补 13.1 钢制封头母材表面严重的尖锐伤痕、深度超过钢板负偏差之半的划痕、轧痕、麻点、 氧化皮脱落后的粗糙等局部缺陷以及任何裂纹、结疤、折叠、压入氧化皮、夹杂、焊疤、打 弧弧坑、飞溅等均应予以打磨清除,并使修磨范围内的斜度不大于 1:3,修磨深度不大于 钢板厚度 δ s 的 5%且不大于 2mm,否则应予以焊补。当图样标注了封头的成品最小厚度, 则修磨处的最小厚度不小于封头成品最小厚度。 对于复合钢板制的封头, 其复层侧的修磨深 度不得大于复层厚度的 30%,且不大于 1 mm。 13.2 除10.l条规定外,钢制封头母材表面的超标缺陷按以下规定进行焊补: a)焊补前,缺陷应予彻底清除,缺陷清除后的凹坑必要时可用渗透或磁粉检测方法 进行检查,凹坑的形状应适宜于焊接; b)焊补应选择在封头热处理前进行; c) 返修过程应按返修工艺文件的要求执行,焊接应符合焊接工艺文件的规

定; d)补焊焊缝余高一般凸出钢材表面 1.5~2mm,然后打磨至与母材平齐,焊 缝不得存在咬边; 13.3 钢制封头修磨及焊补后的无损检测 13.3.1 补焊深度大于 4mm 者,补焊后应作射线检测,合格级别与封头拼接接头要求相同; 13.3.2 规则抗拉强度下限值σ b>540MPa的高强度钢及Cr-Mo低合金钢的缺陷修磨或焊补 表面应作100%磁粉(按JB/T4730.4)或渗透检测(按JB/T4730.5),Ⅰ级合格。 13.4 有色金属封头的修磨及焊补应符合有关规则及工艺文件的规定。 14 矫形 14.1 冷作矫形 14.1.l 冷作矫形应使用千斤顶、平锤、锲铁、垫块、胎具等器具进行,禁止 用锤子直接敲打变形部位。 14.1.2 矫形完成后,应拆去矫形工具。封头组装时,禁止使用矫形工具作强力 组装。 14.l.3 冷作矫形不适用于变形剧烈部位的矫形。

14.2 加热矫形 14.2.l 矫形温度参照表1规定。 14.2.2 加热矫形应符合以下规定: a)加热到规定温度范围后,应均热一段时间( l~1.5min/mm),然后进行矫形。工件 温度低于加工终止温度时应停止矫形。如仍需矫形,则应重新加 热。同一部位热矫形加热次数一般不得超过3次; b)矫形应使用平锤、垫块、胎具等作过渡,禁止用锤子直接敲打变形部位; c)矫形时,应防止矫形过度、钢板变薄、氧化严重、材质恶化等现象出现; d)必要时,热矫形后应作热处理,具体按工艺规定。 15 试板评定 15.1 母材热处理试板力学性能应符合板材规则的规定; 15.2 承压设备产品焊接试件力学性能应符合NB/T47016的规定; 15.3 有色金属压力容器产品焊接试件力学性能应符合《容规》、有关规则 或设计图样的规定: 15.4 试板的抗晶间腐蚀性能应符合图样的规定。 16 不锈钢与有色金属制封头的其它要求 16.1 不锈钢和有色金属制封头的制造,必须有专用的制造车间,不得与黑色金属制品 混杂进行,工作场所要保持清洁、干燥、严格控制灰尘,必须严格控制表面机械损伤和 飞溅物。

16.2 铝及铝合金制封头 16.2.1 母材和焊接接头的腐蚀试验,应符合专门的技术条件和设计要求。 16.2.2 接触腐蚀介质的表面,不应有机械损伤和飞溅物。 16.2.3 焊接接头的坡口面应采用机械方法加工,表面应光洁平整,在焊接前 应做专门的清洗。 16.3 钛及钛合金制封头 16.3.1 焊接接头的坡口面必须采用机械方法加工。 16.3.2 焊接材料必须进行除氢和严格的清洁处理。 16.3.3 承担焊接接头组对的操作人员,必须戴洁净的手套,不得触摸坡口及其两侧附 近区域,严禁用铁器敲打钛材表面。 16.3.4 焊件组对清洗完成后,应立即进行焊接。 16.3.5 焊接用氩气和氦气的纯度不应低于99.99%,露点不应高于零下50℃。 16.3.6 钛材焊接前,应对坡口及两侧25mm范围内进行严格的机械清理和脱 脂处理。在焊接过程中,应采取措施防止坡口受到污染。 16.3.7 应采取有效措施避免在焊接时造成钢与钛互熔。当图样有要求时,应 做铁污染试验。 16.3.8 在焊接过程中,每焊完一道,都必须进行焊层表面颜色检查,焊缝及热影响区 的表面颜色应呈银白色或金黄色。对表面颜色不合格的,应全除去,然后重焊。表面颜 色检查应参照有关规则的规定。 16.3.9 必须采用惰性气体双面保护电弧焊接或等离子焊接。 16.3.10 焊后的焊缝表面不得有咬边、气孔、弧坑和裂纹等缺陷。 16.4 铜及铜合金制封头 16.4.1 焊接接头的坡口及两侧附近区域,应进行认真清理,露出金属光泽,并应及时 施焊。 16.4.2 若采用氢—氧—焰或氧—乙炔焰焊接,应满足以下要求: a) 采用退火状态铜材; b) 采用瓶装乙炔气,并应控制乙炔气的纯度; c) 根据材料和焊接工艺,焊前应预热到规定的温度范围; d) 多层焊接时,在焊接过程中,应连续完成,不宜中断; e) 在焊条或被焊接接头上,应涂有适当的焊剂; f) 铜基材料应采用中性到微氧化性火焰,铜镍合金应采用中性到微还原性火焰; g) 焊接环境温度一般不应低于0℃,否则应进行预热;

h) 纯铜不应采用氢—氧焰焊接,可采用气体保护焊或等离子焊接。 16.5 镍及镍合金制封头 16.5.1 材料的切割应采用剪切、机械加工或合适的热切割方法(如等离子切 割)。热切割之后,在使用或焊接前应用打磨、切削或其它机械方法将切割边缘的污染 区去除; 16.5.2 镍材焊接时,应对坡口及两侧 25mm 范围内区域进行严格的机械清理, 彻底清除油污和一切含硫杂物,用清洗剂进行清洗后及时施焊。中间焊道表面的氧化物 应用砂轮打磨清除,直至露出金属光泽。 16.5.3 在焊接过各地中,应严格控制焊接线能量和层间温度。层间温度一般不应高于 150℃。 16.5.4 焊后的焊缝表面不得有咬边、气孔、弧坑和裂纹等缺陷。焊缝及热影响区的表 面颜色应呈银白色或浅黄色。 16.5.5 热成形或热处理后,应彻底清除工件上的油污、油漆及润滑剂等一切含硫或含 铅的污染物。加热炉的气氛中应严格控制含硫理。加热用煤气或天然 气的含硫量应小于0.57g/m ,燃料油的含硫量应小于0.57%,不得用焦炭或煤加热。 16.6 表面酸洗、钝化处理 16.6.1 奥氏体不锈钢封头热压后,表面应作酸洗、钝化处理,具体按YDHM-GY-016进行. 16.6.2 有色金属封头热压后,表面应作酸洗、钝化处理,配方及操作按有关 工艺。 17 封头产品质量证明书 17.1 封头压制单位(外购封头时为封头制造单位)必须具有相应封头制造资质。 17.2 封头压制(制造)完成后,应出具封头产品质量证明书,产品质量证明书应符合《容 规》的规定。封头压制(制造)单位应至少提供 2 份封头产品质量证明书(1 份供压力容器 制造单位存挡,1 份由压力容器制造单位转发压力容器用户)
3

第二章 压力容器封头制造论文 第一章 封头的介绍
封头作为常压及承压容器中不可或缺的零部件, 广泛用于制药、 食品、 化工、 生物、水处理、环保、电力、锅炉压力容器等领域。由于应用面广泛,封头现在 在市场的需求量也是供不应求的,正因如此,封头的市场竞争也是相当的激烈, 所以各个封头制造厂家都在发展自己的加工特点。 比如: 昆山的福鼎拥有大封头 分片成型技术, 南通中集的大型封头旋压成型技术, 还有就是我们企业的薄壁封 头的加工成型技术。 当然还有封头行业的领军企业——北海封头, 他们则是以强 硬的质量品质,成为封头行业的佼佼者。

1.1 定义
封头顾名思义, 就是容器的两端的端盖, 所以一般都是用于与各种筒体配对, 组成压力容器。

1.2 种类
封头种类繁多, 按用途可分为承压封头和常压封头, 按形状可分为椭圆封头, 蝶形封头,球冠形封头,半球形封头,弓形封头,平底形封头,锥形封头等。而 椭圆封头根据内径,外径又可以分为 EHA 和 EHB,蝶形封头根据内总高的算法不 同,分为 DHA 和 DHB。 (图见附录 1)

1.3 用途
封头是压力容器的重要受压元件之一, 它不但直接影响容器的制造质量和成 本,而且影响生产装置的安全长期运行。例如有反应压力容器,换热压力容器, 分离压力容器,储存压力容器等。

第二章 封头制作的加工工艺
以材质为 0Cr18Ni9,φ 1700mmEHA 标准椭圆内径封头为例;见图 2-1 根据客户订单需要确定封头的材质,内外直径,直边高度,是否按标准封头 尺寸进行制作,如是非标封头则要确定封头的 R 和 r,以及特殊的直边高度;另 外还需确定客户订做的封头是否需要进行热处理,拍片(RT)以及监检等特殊技 术要求。确定完毕,制定工艺流转卡,并且注明特殊工艺要求。 φ 1600—φ 1900mm 的封头是唯一三种需要进行冲压,压鼓,旋压三道工序的 封头。

图 2-1

φ 1700mm 椭圆封头成型图

φ 1700mm 封头与其他封头相比不仅仅需要是单单的冲压,或是压鼓,旋压,而 是需要先经过冲压的初步成型, 然后还要经过压鼓整体成型,最后经过旋压的最 后成型 。
[1]

2.1 下料工序
根据工艺流转卡,φ 1700mm 的封头下料尺寸为φ 2050mm;通常下料的板材 的标准宽度只有 1500,2000,2200mm 等, 为了节省材料, 我们大多选用宽度 1500mm 的板材进行下料。由于宽度不够,所以通常需要下两块料,最后进行拼接。小的 那块拼接板,称为接头。 在下料前需要在原板材上切取试样,需要对试样进行,物理性能测试和化学 元素含量的测试, 因为物理性能决定封头的减薄率, 化学元素含量决定焊接质量, 0Cr18Ni9 中物理性能和化学元素含量见表 2-1、表 2-2。
[2]

并且要符合新容规(固定式压力容器安全技术监察规程)中规定的用于压力 容器的材料 P≤0.03%,S≤0.02%
[3]

表 2-1 力学性能数值表 力学性能(不小于) 规定非比例延伸强 度 205 抗拉强 度 515 断后 伸长 率 40 硬度值(不大于) HBW 201 HRB 92 HV 210

表 2-2 毛坯化学元素含量表(不大于) C 0.08 Si 0.75 Mn 2 P 0.45 S 0.03 Ni 8-10.5 Cr 18-20

2.1.1 下料操作 下料是封头制作的首道工序, 下料下的好不好是一个封头质量最后是否过关 的前提。 在下料的同时也要考虑到怎么样排列下料才会使用料最省,达到成本最 低,并且在切割圆片的时候要考虑下料圆片公差-5~+5mm。 盛博封头主要加工的是不锈钢封头和碳钢封头,其切割的工具是不同的,不 锈钢切割的时候用的是等离子切割,而碳钢则是用乙炔气割,如果是比较薄的碳 钢也是可以用等离子切割的, 而切割圆片的圆规,则是根据要切割的半径调节圆 规上的活动扣来确定切割半径。 2.1.2 下料作业标准 (1)根据工艺卡对照实物,确认工艺流转卡(包括公务下达的排料图)的要 求,材料规格确认是否与实物一致。 (2)确认板材厚度,材质,以及表面质量是否符合要求。 (3)材料入库检查时,每张钢板应该配有相应的材料质量保证书,这是钢板 的检验数据,是钢板合格使用有确实的依据。 (4)根据工艺流转卡(或排料图)选择需要的材料。 (5)根据工艺卡确认下料直径,下料尺寸公差标准为±5,标记中心后画线下 料。
[1]

(6)下料完成后将产品的指令号,单位号,形状,材质,炉批号,用油漆笔 移植在同张板表面,如果有半圆,在半圆上也要移植同样内容,最后由检验员确 认。 (7)根据工艺卡要求将在圆片压外的一面打上钢印,钢印内容为炉批号和材 料牌号,如有特别指示按照要求打钢印,并将钢印内容拓印,以便复查,操作者 要在拓印纸上签名。
[3]

(8)圆片在切割时,如圆片有一定的熔渣和飞溅物,一定要打磨干净彻底, 否则在以后圆片搬运过程中相互摩擦容易给钢板表面带来划伤。 (9)圆片四周有缺口时,如果缺口深 5mm 以上,则以缺口为中心向两端 30mm 的范围打磨去除,一定要打磨光滑,缺口在 5mm 以上且坡口可以去除时,应提交 焊接班补焊后打磨, 如果坡口无法去除缺口, 需要和客户进行联系, 商量后解决。 (10)将切割好的圆片表面异物清除后,要按圆片(半圆片)单件号顺序堆放 整齐,随工艺卡一起流转到下道工序,由下道工序检验员或班长确认。

2.2 焊接工序
2.2.1 焊接操作 我们厂常用的焊接方法有:手工焊、氩弧焊、埋弧焊。 (1)手工焊主要用于碳钢 3-6mm 板材的焊接。 (2)埋弧焊以 8mm 以上碳钢不锈钢板材的的焊接为主。 (3)氩弧焊以 3-6mm 不锈钢的焊接为主。 常用的不锈钢焊丝有 ER304 和 ER316L 等,碳钢常用焊丝以 J422 和 J507 等 和低温焊材 J426 和 J427。焊剂碳钢常用的是 HJ431,不锈钢常用的是 HJ260,。 由于焊丝焊剂易受潮,平时将焊丝焊剂储存在红外线电子烘干机内,焊剂 HJ431 以及 HJ260 的烘干温度为 250-300℃。焊丝 J422 以及 J350 的烘干温度分 别为 150℃和 300℃ 焊接工序是完全按照《焊接工艺》执行的,板材的厚度决定了焊接时需要单 面焊或者双面焊,在焊接结束后要对焊缝进行 RT 探伤(X 射线)判断有没有气 孔,裂纹等缺陷,如发现以上缺陷,要进行返修,直至拍片过关。 2.2.2 焊接作业标准

(1)焊接工序接到工艺流转卡后,确认工艺流转卡和实物的材质,数量, 单件号,规格,大小片的指令号等是否一致,圆片周围是否有杂物,圆片上的飞 溅物是否去除干净,如没有处理干净,就要用砂轮打磨干净。 (2)有无焊接试板,坡口切割质量能否达到要求,材料表面有无明显缺陷, 如发现异常要及时反应。 (3)根据《焊接工艺卡》的规定检查焊接坡口形式及尺寸是否符合。 (4)每侧坡口面打磨,对接错边量不大于 10%板厚,且不大于 1.5mm。 (5)点固 第一层焊缝终端处电焊长度不小于 50mm,收弧板规格应为

150*150mm 且一面具有 R 的圆弧,组队后的圆片应在 8 小时内焊接,否则须用火 焰烘去坡口内的水分。 (6)焊工持《焊接工艺》与《焊接记录》领取焊材,焊材二级库处进行登 记,领用的焊剂现场放量不得超过 4 小时,否则要放回烘箱继续进行重新烘干。 (7)预热 a、板厚不小于 30mm 的碳钢,低合金钢,预热温度按《焊接工

艺卡》《焊接技术标准》的规定进行。 、 b、预热范围宽度不小于 4mm 且不小于 100mm。 c、在焊接过程中任何时候坡口处温度不得低于规定的预热温度。 d、当焊件温度低于 0℃(任意板厚)时必须预热到 15℃以上才能进行焊接。 (8)焊接 a、焊接前必须对焊接设备进行检查,检查正常后方可施焊。

b、按《焊接工艺》的要求焊接,同时填写焊接记录 c、焊接规范,焊接层数须符合《焊接工艺》的要求,焊接时不得采用大电 流,少层数。 (9)清根 a、不锈钢清根前,坡口两侧各 300mm 范围内,涂防飞溅涂料。

b、采用碳弧气刨清根时,应按要求选用碳棒直径。 c、清根后,砂轮打磨清理坡口及两侧存在着渗碳层,氧化物,熔渣等杂物。 打磨宽度:手工焊、锈、氧化物 20mm 以上,油污 30mm 以上,自动焊,锈,氧化 物 25mm、油污 50mm 坡口内侧打磨要求,碳钢,低合金钢δ n≤10mm 的焊缝,其 两端各 300mm 范围内渗碳层必须彻底清除,其余部分允许清除 50%以上。其他有 色金属必须彻底清除。
[3]

d、清根后,复合钢 Cr-Mo 钢,手工焊及板厚δ n≥30mm 的焊缝应进行 PT 检

查。 (10) 焊接过程中缺陷返修 返修焊工由焊接班长指令返修经验丰富的焊工

担任。补焊过程中应杜绝粘焊现象,否则经打磨后再补焊,下列缺陷必须清除后 方才继续焊接,①焊偏②裂纹③凹坑④气孔 a、焊缝不得低于母材。 b、不得有咬边现象。 c、不去除余高的焊缝。其表面不得有裂纹、气孔、弧坑、咬边和夹渣等缺 陷,并不得保留有熔渣和飞溅物。 d、去除余高的焊缝 PT 检查不得有任何缺陷显示。 e、如有缺陷①碳钢,低合金钢返修程序:砂轮或碳弧气刨打磨清理→PT 检 查→砂轮机打磨出焊接坡口→焊接→PT 检查,不锈钢返修程序:砂轮或碳弧气 刨打磨清理→PT 检查(δ n≥2mm 时需要)→砂轮机打磨出焊接坡口→焊接→PT 检查。
[4]

(12)焊接内部返修,返修程序:缺陷定位→缺陷去除→PT 检查→焊接→ 去除焊缝余高→PT 检查。
[5]

(13)参照 RT 底片,RT 人员与焊工一同在焊缝上确定缺陷位置,将含下列 要求时采用 UT 确定缺陷位置, 一次返修δ n≥30mm 时采用 UT 确定缺陷位置, 二、 三次返修δ n≥20mm 采用 UT 确定缺陷部位, 定位后由 RT 班标出缺陷位置和深 UT 度(标定侧须为缺陷深度≤1/2 侧) 。 (14) 焊接完毕后由检验员或班长确认后,在工艺卡上签上姓名并连同实物 一起流转至下道工序,由下道工序责任人认可才可以。

2.3 冲压工序
2.3.1 冲压操作 冲压操作是中小型封头成型的重要操作。同样冲压也是封头的开裂,减薄出 现最多的工序段。 2.3.2 冲压机的构成 (1)主缸 主要用于连接模头,是封头成型的必要部件。 (2)边缸 用于压住上模圈,固定住上下模圈中的封头圆片。是防止封头在 压制过程中折皱,鼓包的重要部件。

(3) 溢流阀 用于控制控制压机的整体压力,防止圆片在压制过程中发生撕 裂。 (4)冲压阀 在压力过大时,冲压阀会对压力进行缓解,达到压力平均的作 用。 除此之外,油路板、电机、油路板、储油箱、操作台、底座等都是冲压机的 组成部分。 2.3.3 冲压的操作步骤 (1)首先承接了下料工序的流转卡后,找到对应下好的圆片。 (2)对照工艺流转卡上的工艺要求,换上对应的一套模具,且用量具确定 所选用的模具尺寸和要压制的圆片尺寸吻合。 (3)将圆片装夹在上下模圈内,并且确定模头的中心点与圆片中心点在一 条直线上。 (4)操作上模圈以及模头的相对运动,进行试压,根据控制杆的反弹力度 判断压力大小,从而调节压力大小。 (5)试压结束,压紧圆片,进行冲压。 2.3.4 冲压作业标准 (1)对照任务单,确认实物与工艺卡是否一致,根据工艺卡确认被加工工 件的数量,材质、规格、炉批号等要素,同时检查圆片端部有无裂纹,毛刺,打 磨是否符合要求,圆片是否有倒角,是否正面朝上等,有特殊要求时,发现问题 则及时联络。 (2)根据工艺卡正确选用模具,检查模具表面情况,发现伤痕和严重拉伤 必须打磨,同时须清理模具表面的锈蚀等污物。 (3)根据工艺卡要求的尺寸,形状、材质、直边高等情况进行压制。 (4)要求温冲(根据板材性质加热到一定温度,然后进行冲压的工艺)时, 须准备烘枪、煤气、氧气、冲旋结合的封头则须准备相应的样板,双面贴膜的则 要将圆片边缘正反两面约 200-300mm 范围内的模板去除,并清除薄膜表面的杂 物。
[6]

(5)安装上下模具,视情况加入模具垫块,对圆片的内外表面涂润滑油, 涂抹范围为顶端向里 200-300mm,涂抹应均匀,上下模具等都要涂匀。

(6)冲压第一枚封头时,吊出封头,用样板检查断面形状,同时检查有无 鼓包,以及有无减薄,并检查表面有无划伤,箍印等,如无上述异常则可以继续 冲压,封头成型后,封头表面如有划伤则及时打磨,并确认最小板厚,确认是否 有划伤,拉伤,曲皮,桔皮,鼓包,皱折,箍印等不良现象。 (7)封头如有鼓包皱折等现象应连同工艺卡一起流转至返修工序。 (8)每只封头应能看清指令号,单件号,材质,否则要重新移植,每个规 格产品经检验后, 随工艺卡 (要签上姓名) 一起转至下道工序, 由下道工序确认。

2.4 压鼓工序
2.4.1 压鼓操作 压鼓工序和冲压工序是同一步骤的工序,冲压工序范围φ 159-φ 1900mm 而 压鼓工序的范围是φ 1600-φ 4800mm。与冲压不同的是压鼓大多只是把封头大体 成型,最终成型则是由旋压完成,冲压如果不经客户的特殊要求,最终成型步骤 则是不需要的。φ 1600-φ 1900mm 的封头这两道工序则是都需要的。 2.4.2 压鼓机的构成 (1)主油缸 装有上模头是压鼓执行的只要部件。 (2)支撑座 固定下模头与上模头的中心在一条直线上。 (3)支撑架Ⅰ 装有滚动轮,调节圆片前后位置。 (4)支撑架Ⅱ 装有滚动轮,旋转圆片。 除此之外,还有液压系统,电机,油泵,储油箱,以及控制台。 2.4.3 压鼓机操作步骤 (1) 首先承接了下料工序的流转卡后,找到对应下好的圆片。 (2) 对照工艺流转卡上的工艺要求,换上对应的一套模具,且用量具确定所 选用的模具尺寸和要压制的圆片尺寸吻合。 (3) 与冲压机不同的是压鼓则不是从原片中心开始压制, 而是从圆片的边缘 开始,只要将模头和圆片对齐就行。 (4) 压制过程中是不断通过控制旋转轮的旋转带动圆片旋转, 按照一定的顺 序进行压制。 (5) 在压制完成后, 用已准备好的模板进行比对。如果有偏差再进行进一步 的调整。

2.4.4 压鼓作业标准 (1)模具对产品质量和能否顺利压鼓成型至关重要。因此要求操作者必须 根据加工情况选用适合的模具以及适时调整垫板。 (2)操作者接到工艺卡后,仔细看清工艺卡,根据工艺卡核对实物,确认 该实物的指令号,单件号,材质。数量,炉批号等。根据工艺卡选用模具。 (3)对于 EHA,EHB 形状的封头采用 0.82*D 的标准选用,对于 DHB,PSH,MD 等特殊品应根据工艺卡要求选用模具,但原则上按 P*0.82/1.15 或 P*0.82/1.2 的标准选用。
[1]

(4)压制前须仔细检查圆片的质量,无焊缝圆片端部是否光滑,有无缺口, 表面有无切割的熔渣和缺陷。 (5)有焊缝的圆片除仔细检查圆片端部等缺陷外,同时须检查焊缝打磨是 否高于母材,焊缝两端是否有焊接飞溅物,焊缝端部打磨是否光滑,有无裂纹缺 口。 (6)需两张或两张以上叠加压制时,应将每片的结合面擦拭干净,根据情 况必须时,委托焊接班将圆片焊接在一起压制。 (7)检测圆片的厚度(最厚,最薄,是否和工艺卡一致,测量圆片尺寸是 否和工艺卡要求一致。 (8)压制前必须清除内外表面一切杂物,以防有麻点出现。 (9)对于一般的不锈钢材料(5mm 以上的板材)则应用特氟龙板包扎上模 具并将下模具表面打磨光滑 (必要时下模具也要特氟龙板包扎)以确保工件表面 质量,同时压制过程中要绝对避免杂物进入模具和半成品。
[6]

(10)压制过程中,当圆片出一定 R 形状时,必须用相应的 R 的样板测量, 压制过程中应视工件的变形程度来调整压力。 (11)压制完毕后,测量板厚,测量弧长。检查表面质量,检查端部及焊缝 端部是否光滑(必要时打磨出礼) 。 (12)把检查过的半成品随工艺卡流转至下道工序(并签上操作者的姓名) 由下道工序确认接受认可后方可。

2.5 旋压工序
2.5.1 旋压操作

旋压工序是压鼓后的封头成型工序,主要针对大型封头 r 和直边的形成。 2.5.2 旋压机的构成 (1)成型轮 连接相应的模具,旋压时在封头内侧,模具顶端与半成型封头 R 与直边相切处相切。 (2)托轮 型轮相切。 (3)底座 用于固定封头,且底部可以根据封头大小前后移动,封头安装时 要使底座的中心与封头的中心在一条直线上。 (4)中心杆 用于固定封头,且中心和底座的中心在一条直线上。 除此之外还有电机,电路板,连接轴,以及控制台。 2.5.3 旋压的操作步骤 (1)承接压鼓工序的流转卡,根据流转卡确定要旋压的相应的封头。 (2)根据封头的直径,选择相对应的上下模具。 (3)装夹封头,确保封头的中心点和底座中心点在一条直线上。 (4)先调节成型轮与封头相切,然后根据成型轮的位置调节托轮。 (5)在旋压的过程中要观察成型轮与托轮的相对位置,且不断用模板就行 比对。直到 r 达到要求为止。 2.5.4 旋压作业标准 (1)旋压轮的材料为轴承钢或球墨铸铁,模具对产品质量和能否旋压成型 密切相关,因此操作者必须根据加工情况选用合适的模具,同时,由于模具的形 状及表面状况对工件的质量有很大的影响,因此,在加工前以及加工过程中必须 对模具进行充分的点检。 (2)根据工艺卡的要求,确认圆片,压鼓或予压后半成品的指令号,规格, 材质,数量是否相符,并检查表面质量及端部有无缺陷,发现异常时及时与上道 工序联络,并及时处理。 (3)检查半成品的端部是否光滑,有无缺口,裂纹,表面有无切割或焊接 熔渣,同时须检查焊缝打磨是否高于母材,焊缝两端是否有飞溅物,焊缝端部打 磨是否光滑,有无裂纹等。
[7]

同样也是连接和成型轮一样的模具,旋压时在封头外侧,与成

(4)压鼓或予压后的本成品,须检查有无折边,开裂,裂纹等不利于旋压加 工的缺陷。

(5)工件为不锈钢时,应通过予酸洗等方法进行去污处理。 (6)根据工艺卡选用模具, 一般小圆弧 r 的尺寸要求作为内部轮的选用依据。 (7)根据不同的材质, 板厚及钢板的反弹情况,选用略小于圆弧 r 的内部轮。 (8)对于特殊要求的产品, 须按其形状要求设计内部轮,确认模具表面情况, 做好抛光打磨处理。 (9)旋压加工时,为防止造成划伤和提高加工性能,需适用润滑剂(黄油) 防止加工过程中发热造成封头的表面出现热裂纹和划伤,也能延长模具的寿命。 (10)旋压成型过程中,应视工件成型情况及时的进行压力调整。 (11)加工成型后,应对尺寸,形状,板厚,表面质量等进行检查,确认。 (12)成型的产品要随工艺卡一起流转至下道工序 (在工艺卡上签上自己的姓 名)由下道工序的检验员或班长检验确认后方可。

2.6 坡口工序
2.6.1 坡口要点 (1)坡口工序是一个封头各项数据(包括周长、内总高)达到 JB/T4746 标准的关键工序。
[1]

(2)坡口是为了在封头和筒体拼接的时候,使焊接更加彻底。 (3)坡口主要的切割工序和下料工序工具一样,都是利用等离子切割。 (4)切割时,根据流转卡上的工艺要求,确定坡口的类型(内坡口、外坡 口、X 型坡口)以及确定坡口的角度。 (5)坡口前要对封头涂抹飞溅剂。 (6)坡口时先进行试坡,然后量角器量取角度,确定在公差范围内,调整 后,进行整坡。 2.6.2 坡口作业标准 (1)根据工艺卡找到实物,确认指令号,规格,材质,炉批号,数量等并 检查工件是否有鼓包,裂纹,分层,皱折等缺陷,以及是否失圆,发现问题及时 联络,处理,对于板厚 8mm 以上,宜先修失圆后坡口,6mm 以下时,用工装板压 正再坡口。 (2)不锈钢封头,应在坡口前封头内壁涂抹飞溅剂,防止坡口时,熔渣喷

到封头内壁上。 (3)封头吊到坡口机上之前,先确认封头的重量,根据重量选用适当吊具, 检查吊具是否安全。 (4)封头吊到坡口机上后,调整坡口旋转台丝杆,用撬杆调整中心位置, 转动转台,是否对准中心。 (5)坡口前,根据工艺卡要求的高度和高度公差划出坡口高度线,用直尺 确认高度线,坡内坡时,应先坡平坡口,然后再坡内坡口。 (6)外坡口或内坡口角度应控制在±2.5 的公差。 (7)坡口完毕后,应检查封头的周长,高度,直边,角度等,如有不合格, 转至返修工序返修。 (8)合格的封头将熔渣等打磨去除并清理封头内部的熔渣,随流转卡一起 流转至下道工序(并签上自己的姓名)由下道工序检验员确认方可。

2.7 研磨工序
在坡口后,坡口段会出现氧化皮,折皱等缺陷,研磨就是为了加工坡口,使 坡口更加光洁。 研磨则是由气压机和研磨机组成。 2.7.1 空气压缩机操作步骤 1、 准备 (1)检查油位,润滑油应在油位计的上下限之间。 (2)打开放油口,螺塞及球阀,将停机后沉在油气罐最下方的冷凝水排出, 直到润滑油流出时立刻关闭。 (3)用手转动主机数转,确认主机转动轻松皮带传动机,检查皮带张紧力 是否合适。 (4)接通电源,检查显示器显示各参数是否正常,运行压缩机的其它周边 设备。 2、 起动 (1)打开输气口阀门,按“NO”按钮,压缩机进入启动程序。 (2)检查系统排气压力是否正常,排气温度是否保持在 70-105℃之间。 3、 运行 观察压缩机是否有渗漏,异常声响和振动,若有异常立即停机。

4、 停机 (1)按“OFF”按钮压缩机进入正常停机程序,延时 30 秒后,压缩机停止 运行。 (2)关闭输气口阀门切断外接电源。 (3)非紧急情况下,静止使用“紧急停止按钮”停机。 2.7.2 研磨机操作步骤 1、首先将研磨机的固定架距离调节和封头直径相对应。 2、然后用气缸夹紧封头外表面。转动封头,查看调速器中转速显示。 3、先试磨,根据表面光洁情况调节转速,最终达到最佳效果。 2.7.3 研磨作业标准 1、根据工艺卡要求,确认实物的数量,规格,材质,炉批号等,并检查封 头是否有鼓包,裂纹,翻边,周长,高度等问题,如发现问题及时联络处理解决 2、接通自动研磨机,打开旋转台电源,打来压缩空气阀。 3、将研磨机空转确认震动,声音是否正常,旋转台空转,确认是否正常。 4、根据封头的重量选用适当的吊具,将封头水平的放置在旋转台上。 5、压缩空气压力设定在 0.6-0.7Mpa,封头板厚为 6mm 以下时,工作表压力 设定为 0.1 左右,板厚为 8mm 以下时,工作表压力设定 0.3-0.4Mpa,总之板厚越 厚,工作表要越大,反之越小。 6、研磨前必须穿戴好劳保用品,周围禁止无关人员靠近,将研磨机及支撑 杆吊在封头上。 7、看清工艺卡上的坡口形式和角度,然后设定研磨角度,打开旋转台电源 开关,打开研磨机开关,研磨 5-8 周后,用角度器量坡口角度。 8、研磨结束后,清扫封头内异物,确认研磨结果,角度无误后,然后测量 封头的周长,高度,直边高,断面形状,等无误方可。 9、工作完毕后,将产品和工艺卡,一起流转至下道工序(并签上自己的姓 名)由下道工序检验员检验合格方可。

2.8 酸洗工序
酸洗是为了能够将成型封头表面的焊渣、熔渣、油污、氧化皮等污物清洗干

净的一道工序。 2.8.1 酸洗操作步骤 (1)根据工艺流转卡,确定所要进行酸洗的封头。 (2)工作时,戴好劳保物品,将酸液均匀涂满封头外表面,进行初步清洗。 (3)结束后,大量使用大量清水进行冲洗。在表面形成一层钝化膜。 (4)检查污物是否处理干净,不符合要求的封头,要及时进行返工。 2.8.2 酸洗作业标准 (1)根据工艺卡与实物对照确认材质,数量,炉批号,指令号,单件号, 检查有无鼓包,裂纹等缺陷。 (2)穿戴好劳保用品,配置好酸洗液,将配制好的酸洗液均匀的涂在封头 上。 (3)酸洗过程中不得有明显的腐蚀痕迹 (4)氧化皮彻底去除,焊缝热影响区域及热加工封头表面不得有氧化色。 (5)焊缝飞溅物和熔渣要彻底去除。 (6)表面不得有颜色不均匀的痕迹,表面不得有碳钢的微粒,碳钢锈色。 (7)钝化膜无光无色,要有一点反的膜厚。 (8)热处理工件表面会产生黑色氧化层,因此应反复酸洗几次方能去除 (9)复合板封头在酸洗过程中,应采用有效的保护措施,防止碳钢层被腐 蚀。 (10)酸洗完毕后。要让封头快速风干,封头内不得有剩余酸液,风干后, 随同流转卡一起流转到下道工序 (并签上自己的姓名)由下道工序检验员检验合 格后方可。

2.9 热处理工序
热处理在封头制造中占有非常重要的地位, 它是一种利用加热和冷却固态金 属的方法来改变封头的内部组织,从而达到改善其性能的工艺方法。 2.9.1 热处理的分类 完全退火 等温退火 球化退火

普通热处理

退火 正火 淬火 回火 表面淬火

扩散退火 去应力退火

热处理 表面热处理 化学热处理

盛博封头主要采用的是去应力退火。设备包括电退火炉和普通退火炉。 去应力退火又称低温退火,它是将钢加热到某一温度(一般为 500-600℃) 保持一定时间后缓慢冷却的工艺方法。 去应力退火过程中不发生组织的转变,其目的是为了消除由于形变加工,机 械加工、铸造、热处理、焊接等所产生的残余应力。 2.9.2 热处理操作步骤 (1)首先根据流转卡确认需要进行去应力退火的封头。 (2)将封头均匀排布在退火炉中,根据《热处理工艺》要求,将温度加热 到指定温度,进行保温(根据封头厚度不同,保温时间不同) 。 (3)确定保温时间结束之后,放置封头使其自然冷却。 热处理规程如下图 2-3 所示

温度 T t1 T2

T1

S1

S2 T3

图 2-3 热处理规程
其中: T1 进炉最低温度(0C) t1 保温时间 T2 保温温度(0C)

时间 t

(h)

T3 出炉最高温度(0C) S1 升温速度 S2 降温速度(0C/h) 2.9.3 热处理作业标准

(0C/h)

(1)依照中国锅炉压力容器压力管道标准及法律法规,本公司的热处理技 术条件做出规定,并作为制定热处理工艺的依据。
[8]

(2)根据工艺卡找到实物,核对实物的单件号,指令号,数量,材质,炉 批号并检查封头有无开裂,裂纹,鼓包,皱折等现象。 (3)铝及其合金,铜及其合金等有色金属及其合金与非铁金属及其合金要 求使用电器炉加热。 (4)加热前对不锈钢及其复合板去除油锈并吹干,加热前非铁金属及其合 金去除油锈并吹干,对 Ni 含量高的合金及其复合板去除油锈并吹干。 (5)进炉前将复合板的复合层朝下。 (6)热处理要求采用整体热处理,炉内各处温度要求控制在 50℃以内。 (7)热电偶放置要能够正确反映热处理炉内的温度。 (8)出炉时应采用 3 只吊钩或 3 只以上吊钩,以免封头变形。 (9)装炉后要做好放置图,以防加热后表面氧化皮脱落造成标记遗失。 (10)对于一些易变性的薄壁大直径封头,要采取相应的变形措施,以防变 形。 (11)根据工艺要求,选择正确的热处理类型和工艺参数。 (12)被加热的封头入炉或出炉时的炉内温度不得高于 400℃(奥氏体不锈 钢除外) 。 (13)碳素钢不锈钢和非铁基金属及其合金不得同炉热处理 (14)检查封头上得指令号,单件号,炉批号,材质,等标记,如有遗失, 根据工艺卡重新移植。 (15) 出炉后要及时填写热处理报告和记录,交审核人员审核合格后才可流 转 (16)检查完毕后,在工艺卡上签上自己的姓名,并同工艺卡核对后方可流 转,并由下道工序认可。

2.10 抛光工序

2.10.1 抛光工序操作步骤 (1)按流转卡的工艺要求,确定需要抛光的封头。 (2)将封头旋转台,确定水平,夹紧封头。 (3)抛光从边缘向中心,或从中心向边缘;根据封头直径的大小确定横梁 上,下的速度及工作台前、后移动速度。 (4)检查抛光情况,适当进行返工。 2.10.2 抛光作业标准 (1)根据工艺卡和实物确认产品的指令号,规格,材质,炉批号,数量等, 并检查工件是否有鼓包,裂纹,分层等缺陷,以及是否失圆,发现问题及时 联络,处理,检查外观,确定是否需要手工处理,在抛光前的封头做好吊钩 记号。 (2)根据抛光的要求,选用使用的抛光片,及必要的辅助工具。 (3)确认封头的重量,根据重量选用适当的吊具,并检查吊具是否安全。 (4)将封头吊到工作台上,调整中心,同时要保证封头的上口基本处于水平 (0-5 偏离) 。 (5)抛光时人要在现场,注意抛光情况,特别是抛圆心时,转速要快,从 中心向外抛时,压力要一点点的加大,从边向中心抛光时,压力要一点点减小, 在抛薄壁封头时,应根据情况安装防震轮,同时注意机械在工作中有无异常。 (6)抛光完毕后,检查封头有无缺陷,并进行必要的联络处理。 (7)把抛光好的封头用包膜包装好,在工艺卡上签上自己的姓名,连同封 头和工艺卡一起流转入库,并由下道检验认可才行。

第三章 封头制造缺陷
在封头制造过程中,缺陷也是时常出现,例如麻点,划伤,鼓包,变形,橘 皮现象,焊缝棱角度突变等。
[9]

(1)麻点:麻点现象可能是由于本身板材表面的就有麻点,也有可能是在冲 压,压鼓,旋压各个工序中,模头处理不干净引起的。 解决办法: 比较轻的麻点现象, 可以利用打磨处理, 超过 0.2mm 就要进行补焊, 补焊后,打磨赶紧。

(2)划伤:主要是在搬运过程中,操作不当引起的。例如:吊钩划痕,叉车 划痕。 解决方法: 首先在吊钩和叉车与封头接触面垫保护膜, 出现划伤后, 进行打磨, 严重的进行补焊,划伤面积超过 25%要整体处理。 (3)鼓包:由于压边模压边力过小,也有可能材质厚薄不均匀引起的。 解决方法:利用专业的鼓包修整机,修正不了就需要用旋压修正,一点一点修 正。 (4)变形:由于圆片的大块与接头本身的实际厚度不一致,冲压冲边力不均 匀或热处理时,冷热不均与引起的。 解决方发: 可以利用热胀冷缩原理, 对变形封头进行加热, 然后用水迅速冷却, 或者是可以用旋压修正。 (5)橘皮现象:大多数的橘皮现象出于板材本身有分层现象,然而肉眼是观 察不出来的,只能是在冲压,压鼓工序中,橘皮现象才能被发现。 解决方法:比较浅的橘皮现象,可以经过细微的打磨处理干净,比较深的,则 需要进行补焊,补焊后再打磨。 (6)减薄率:成型封头的厚度均匀可以避免应力集中,增加封头的使用周期, 根据制造工艺确定加工裕量
[10]

,以确保凸形封头和热卷筒节成形后的厚度不小

于该部件的名义厚度减去钢板负偏差。

第四章 来料加工
4.1 来料加工意义 来料加工是我厂扩展业务的一项重要途径。很多小厂因为设备或者技术 上的缺陷,就把手头的业务转交给我们厂制作,从中赚取差价。同样,来料 加工虽然不是我们自己的材料,但是重视度是很高的。因为在封头制作工程 中,万一来料加工的圆片发生撕裂等质量事故时,我厂所需赔偿的不仅仅是 一块圆片那么简单,更多的是信誉,和消极方面的影响。 4.2 来料加工作业标准 (1)来料板材必须有正规的材质证明书,而且板材要有明显的喷码或 明显的标记移植

(2)来料板材的厚度必须能够达到所做产品的工艺要求 (3)复验材质证明书中 P,S,C,Cr,含量。 (4)来料圆片表面要保持清洁,不得有飞溅物,毛刺和其它污物。 (5)圆片的外圆应切割平整,并经打磨光洁。不得有缺口,凹槽,毛 刺等缺陷。 (6)圆片应平整。在一米范围内变形量不大于 30mm。 (7)冲压加工圆片的内表面焊缝和压边圈区的外表面的焊缝要打磨与 母材平齐。 (8)折边加工的锥形封头的上口失圆度不大于 1.25%Di。 (9)上口的不平度大于 20mm。 (10)焊接部位的锥形封头不能实变,棱角度不能超标。 (11)钢印标记应避开折边或小 r 过渡区。 (12)焊接接头经用户 RT(射线)检查达Ⅱ级

第五章 总结
盛博封头的制作是完全围绕工艺流转卡进行制作的,根据封头的尺寸, 例如φ 1700mmEHA 标准椭圆内径封头,制定相应的工艺卡(见附录 2) ,做出 相对应的工序,以及成型封头的各项尺寸公差(外周公差,最小厚度,直径 公差,断面形状,失圆度,总高公差等) 。在制作过程中,各种缺陷也是不 可避免的(麻点、划伤、鼓包、变形,橘皮等),只要我们严把质量关,正确 对待好每一次封头的质量问题,我想,封头市场的大门会越来越宽阔的。

第六章 致谢
在几个月的学习中,我的社会知识和技术知识在不断的增长。这一切和 我的指导老师是分不开的,他们总是能在我最困难的时候,及时的给我指引 方向,仔细的给我解释,直到我明白。虽然不是在学校了,但是老师任然把 我们当成在校生一样呵护,关心,在毕业的事情给予我们指导,更是在毕业 论文上给我们讲解每一点要求和注意点,论文的最后完成和我们的指导老师

是分不开的。

参考文献
[1]JB4746-2002 《钢制压力容器用封头》[S].

[2] GB/T4237-1992 《不锈钢热轧钢板》[S]. [3] TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》[S]北京.玥实出版 社.2009. [4] 王英. 《简述我厂压力容器制造过程》 《科技信息》 .2009 年.568-575 [A]. [C] 页. [5] JB4735-1995 [6] JB4732-1995 [7] GB150-1998 《钢制焊接常压压力容器用封头》[S]. 《分析设计钢制压力容器用封头》[S]. 《钢制压力容器用封头》[S].

[8] 王兴衍、 龚敬文. 《压力容器制造的质量控制》 《甘肃科技纵横》 [A]. [C].2009 年第 38 卷第 2 期.54-55 页. [9] 杜文强.《预防压力容器事故》[A].《特种设备与作业》[C]. 2009 年 96-97 页. [10] 杨莉.《封头设计中给出最小厚度的必要性》[A].《设计与计算》[C]. 2009 年第二期 28-30 页.

第三章 过程设备制造与检测封头制造工艺设计实例介绍

《过程装备制造与检测》

课程设计说明书

题目:

尿素合成塔制造工艺及其检测 ——球形封头的制造与检测

学生姓名: 学 号:

院 (系) : 专 业:

指导教师: 2011 年 07 月 05 日

陕西科技大学 课程设计成绩考核表

课程设计名称: 专业:

尿素合成塔制造工艺及其检测
班级: 学号: 姓名

下表由指导教师按实际情况进行填写: 考核内容 设计方案 说明书 图纸、程序、计算、作品等的完成质量 创新与发挥情况 答辩(口试)情况 出勤率 所占比例 15% 15% 30% 10% 20% 10% 得分

指导教师 评语

总评成绩 成绩与等级 对应表 优 90-100 良 80-89

评定等级 中等 70-79 及格 60-69 不及格 59分以下

指导教师签字:

教研室主任签字:

20







陕 西 科 技 大 学
过程装备制造与检测 课程设计任务书
学院 专业 班级 学生:

题目:尿素合成塔制造工艺及其检测 ---------球形封头的制造与检测 课程设计从 2011 年 6 月 15 日起到 2011 年 7 月 6 日

1、 课程设计的内容和要求 (包括原始数据、 技术要求、 工作要求等) : 1.原始数据: 设备的原始图及主要尺寸, 部件图, 零件图, 技术特性、 技术要求、材料种类等。 2.技术要求:要有运用标准,规范,手册,图册等有关技术资料的能 力。 3.工作要求: 6 人一组,做尿素合成塔的制造与检测,我主要负责封头的制造与检 测。通过现场实习一套典型设备结构及制造工艺,分析绘制该设备较 详细的设备图、部件图和局部图,分析制定该设备整体制造工艺及各 部件详细制造工艺。 *总图量为一张 A0 设备图,多张 A2 或 A3 部件图,多张零件图及多张 制造工装图,并绘制加工工序图(如零件展开图、焊接坡口设计图、 冲压半成品形状图) ,所有图纸均为计算机绘制。 *设计计算说明书一份

*课程设计完成后进行答辩 2、具体任务: 1.结合现场实习和查阅相关资料,进行设备的总体结构图分析,技术 要求分析,金属材料性能分析、结构工艺性分析。 2.用 AutoCAD 或电子版绘制设备的总体结构图 3. 确定尿素合成塔封头过程设备的生产流程;预处理方法和工艺; 正确的进行零件的展开计算、拼接设计;部件图,零件图,及绘制加 工工序图。 4.封头成型工艺设计及相关计算、设备选用等; 。 5. 进行模具成型工艺设计、相关计算、设备选用等 6. 部分焊接工艺设计及工艺参数选用; 7.正确的选择零件制造过程中的检测方法及工艺; 8.编写说明书。 3、课程设计工作进度计划: 6 月 15 日——20 日 对尿素合成塔总体结构图进行分析, 了解其结构工艺 小组分配任务, 每个人具体负责一部分结构设计制造

6 月 21 日——25 日 6 月 26 日——30 日 6 月 30 日——7 月 3 日 7 月 4 日——6 日

查阅相关资料对其结构工艺进行设计计算 ; 电子版打印说明书并用 AutoCAD 绘制相关零件图等;

完善说明书,图纸等并准备课设答辩。

球形封头制造过程:
一 整体结构分析
1、 尿素合成塔筒体由碳素钢外层和不锈钢内层组成。其组合形式可以是多 种多样的,主要有以下几种类型: ① ② ③ ④ ⑤ 单层外壳,松衬不锈钢衬里层; 单层外壳,爆炸衬里不锈钢层; 热套多层壳体,热套内层不锈钢或松衬不锈钢衬里层; 多层包扎焊接壳体,松衬不锈钢衬里层; 以不锈钢作为内筒外层直接包扎焊接碳钢多层层板;

但经过比较,目前用的最多的,最可靠的结构形式是以不锈钢作为内筒外层 直接包扎焊接碳钢多层层板。 以不锈钢衬里作为内筒的多层包扎焊接式筒体的优点是: ① ② ③ 制造工艺简单 衬里层与外壳碳钢层得贴紧度高 在操作压力下不锈钢内筒由多层包扎产生的压应力与内压引起的拉应

力相互抵消,使内筒应力大大降低,甚至为压应力,降低了应力腐蚀的可能性。 ④ 内筒的不锈钢衬里纵焊缝可以在塔外制作,并进行 RT 检测和内外侧 PT

检测,有缺陷时返修方便且彻底,可充分保证主焊缝的质量 为了保证不锈钢衬里层外壁在焊接外层碳钢时免受污染和产生低碳马氏体, 位于不锈钢和层板之间设置一层过渡层(通常叫盲板) 。

图(2)

盲板层得纵焊缝不全焊透,只间断焊,且根部有一窄垫板,使焊缝可与内 筒隔离。 焊道表面不高于盲板外圆,以便作为将来的检漏通道。在盲板层得内壁也 开出纵横交错的沟槽,作为检漏通道。 2、 上、下封头结构 尿素合成塔上下封头可以采用整体锻件加工而成,也可采用厚板冲压成 形。从节约材料和改善受力状况考虑,采用半球形封头。 由于要与介质接触的材料要为耐腐蚀材料,因此,球形封头采用复合层球 形封头。内层为 316L 不锈钢,外层为 16MnR。 3、 筒体材料 筒体内层为 316L 不锈钢,外层为 16MnR。 由于尿素介质对普通碳钢的年腐蚀率高达 2000mm,所以在尿素生产装置 中与尿素介质接触的设备不允许采用碳钢的。 采用在尿素合成反应器中加入氧气的方法,可以使不锈钢得到连续钝化, 因此,尿素合成塔内部可以采用比较廉价的奥氏体 CrNiMo 不锈钢。 316L 不锈钢为低碳 316,可以减少碳化铬晶间析出,减轻晶间腐蚀。 16MnR 是屈服强度 350MPa 的普通低合金高强度钢,具有良好的综合力学 性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性、 因此,选用内层为 316L 不锈钢,外层为 16MnR, 316L 不锈钢和 16MnR 力学性能

材料 316L 16MnR

氮含量% 0.06

屈服强度 MPa 220 510-655

抗拉强度 MPa 520 ≥345

伸长率% 45

316L 化学成分 化学 成分 316L C% ≤0.0 3 Si% Mn% P% ≤0.0 3 S% ≤0.0 45 Cr% 16~ 18 Ni% 13.5 ~16 Mo% 2.2~ 3 N%

≤1

≤2

≤0.2

16MnR 化学成分 化学成 分

C%

Si% 0.2~ 0.55

Mn% 1.2~ 1.6

P%

S%

≤0.2

≤0.03

≤0.02

二.坯料准备 1.材料的净化
原材料在轧制以后以及运输和库存期间,表面常产生铁锈和氧化皮,粘上油污 和泥土。经过划线、切割成型、焊接等工序后,工件表面会粘上铁渣,产生伤痕, 焊缝及近缝区会产生氧化膜。这些污物的存在,讲影响设备制造质量,所以必须 净化。在设备制造中净化主要有以下目的: (1)清除焊缝两边缘的油污和铁锈物,以保证焊接质量。 (2)为下道工序做准备,即是下道工序的工艺要求。 (3)保持设备的耐腐蚀性。 常用的净化方法有:手工净化、机械净化、化学净化和火焰净化四种。

封头原坯料采用机械净化中的喷砂机除锈。 喷砂是大面积去除铁锈和氧化膜的 先进方法。 它是利用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动的砂粒冲击工件表 面而打落铁锈和氧化膜的方法。这种方法主要用于碳素钢和低合金钢的表面除 锈。

2.矫形
设备制造所用的钢板、型钢、钢管等,在运输和存放过程中,会产生弯曲、 波浪变形或者扭曲变形。这些变形直接影响了划线、切割、弯卷和装配等工序的 尺寸精度,从而影响了设备的制造质量,有可能造成误差超差而成为废品,所以 当材料的变形超过允许范围时必须进行矫正处理。 矫正处理的实质是调整弯曲件“中性层”两侧的纤维长度。最后使全部纤维等 长。调整过程中,可以中性层为准,使长者缩短,短者伸长,最后达到与中性层 等长。 如对弯曲的钢板和型钢施以适当的反向弯曲使之矫形。另外一种方法是以 长者为主, 把其余的纤维都拉长而达到矫形目的的拉伸法矫形。主要用于断面较 小的管材和线材,如有色金属管拉直,但要注意其延伸率。 常用的矫正方法有手工矫形、机械矫形和火焰加热矫形三种。

3.划线
划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查 线等、划线工序通常包括对零件的展开计算,号料和打标记等一系列操作。

(1)

封头的展开计算

将零件的空间曲面展成平面称为展图,是划线的主要工作环节。 球形封头毛坯尺寸计算,根据面积法进行计算: 相关尺寸:内径 d=2080mm; 外径 Da=2080+2?98=2276mm h2=0.5Da-s=0.5?2276-98=1040mm 直边段 h1=98mm 展开直径 D0=(2d2+4d(h1+S))0.5 =3222.53mm ,取 D0=3500mm S ——球形封头边缘机械加工余量,取 S=5mm 所以,内径 2080mm 半球形封头整体展开尺寸为直径 3500mm,厚度 98mm,来料板 宽 2100mm,长度 2400mm,故两张板可拼接成一个封头毛坯。 =(2?21782+4?2178?103)0.5 厚度 s=8+90(过渡层+耐蚀层)

上下封头材料:SA516-70+316Lmod,重量 5750kg 上下封头过渡层堆焊完毕检验合格后整体做消除应力热处理。 (2)

号料

将展开图正式画在钢板上的作业称为号料,号料时应注意以下问题: ① 划线余量 展开得到的尺寸称 A 展,划线时还应考虑以后加工过程的加工余量,故划线尺 寸 A 划为 A 划=A 展+△割+△加+△收 式中△割——切割余量,与切割方法有关,一般为 2-3mm; △加——边缘加工余量,与加工方法有关,一般为 5mm; △ ② 排样 样板或零件在钢材上如何排列对钢材的利用率影响很大,应尽可能紧凑的排 列,充分利用钢板。 ③ 打标记 划线完成后,为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等,在切割线、刨 边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼,用油漆标明标号、产品工号和材料 标记移植等,以指导切割,成型,组焊等后续工序的进行。
收——

焊缝收缩量,与材料、焊接方法、工件长度、焊缝长度等有关。

4.切割及边缘加工
按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯,该工序称为切割,常用方法 有机械切割(锯床、圆盘剪板机等) ,热切割(氧气切割、等离子切割等) 。 边缘加工:首先,按照划线切割余量,消除切割时边缘可能产生的加工硬化、 裂纹、热影响区及其他切割缺陷;其次,根据图样规定,加工各种形式,尺寸的 坡口,通常加工方法有手工加工,机械加工,热切割加工。

经上述一系列工序后,得到一处理后的圆形封头板坯。

三.板坯加热
封头冲压时,板坯塑性变形很大,且为厚壁高压封头,故用热冲压,冲压前, 把板坯加热至始锻温度,放在压力机上冲压,到终锻温度时停止冲压,封头毛坯 加工工艺如曲线所示。

四.设备选用及模具设计
(1) 计算冲压力

计算冲压力时影响因素较多, 且冲压过程是变化的较复杂,目前计算冲压力常用 下面公式: P=CK∏ (D0-Dw)S§ C——压边力影响系数,无压边力 C=1,有压边力 C=1.2; K——封头形状影响系数,球形封头 K=1.4-1.6; D0——封头外径,mm Dw——筒节外径,mm 对于球形封头,压边条件 D0-Dn≥(14-15)S,因为 3500-2080=14.49S,故应采用 压边圈, 且该封头材料为复合钢板, 无论其厚度如何, 冲压时都必须采用压边圈, 以防止复板起皱,故取 C=1.2,球形封头取 K=1.5,查《化工设备用钢》表 9-19, 封头材料 SA516-70+316Lmod,厚度 98mm,750℃时抗拉强度§为 520MPa P=CK∏ (D0-Dw)S§=1.2?1.5?3.14?【3500-(2080+98?2) 】?98? 520=352.5t 封头的冲压成型通常是在 50-8000t 水压机或油压机上进行,此处选择 352.5t 的水压机。

(2)模具设计

? 上模(冲头)其结构及主要设计参数

① 模直径 Dsm
根据封头内径和热冲压的收缩率 φ 或冷冲压的回弹率 φ 计算,材料为不锈钢 (SA516-70+316Lmod) ,取 φ=0.5 Dsm= Dn(1±φ)=2080(1±0.5)=1040-3120 mm ②上模曲面部分高度 Hsm=hn(1+φ)=h2(1+φ)=1040(1±0.5)=520-1560 mm ③上模直边高度 H0 H1—封头高度修边余量,一般为 15-40mm,取 H1=20 mm H2—卸料板厚度,一般为 40-80mm,取 H2=50 mm H3—保险余量,一般为 40-100mm,取 H3=50mm 所以,H= h1+ H1+ H2+ H3=98+20+50+50=218 mm ④ 上模上部分直径 Dsm、 Dsm、=Dsm+(2-3) mm=1042-3123 mm ⑤ 上模壁厚 S 当水压机吨位小于等于 400 t 时,S=30-40 mm,取 S=35 mm

? 下模(冲环)其结构及主要设计参数
① 上下模间隙 a,附加值 z——热冲压时,z=(0.1-0.2)S=0.18?98=17.64 mm, 球形封头取较大值。 a=S+ z=98+17.64=115.64 mm ②下模内径 Dxm Dxm= Dsm+2a+ Sm Sm——下模制造公差,取 Sm=2 mm Dxm=(1040-3120)+2?115.64+2=(1273.28-3353.28)mm ③下模圆角半径 r 根据经验选取,采用压边圈时,r=(2-3)S(mm)=2?98=196 mm ④下模直边高度 h1 h1=(40-70)mm,取 h1=50 mm ⑤下模总高度 h h=(100-250)mm,取 h=200 mm ⑥下模外径 D1 D1= Dxm+(200-400)mm=(1473.28-3753.28)mm

⑦下模座
外径 D 应大于毛坯直径 D0, (3500 mm) ,高度 H= h+(60-100)mm

下口内径 D2 应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径 Dxm 大(5-10)mm

? 压边圈结构及设计参数
主要尺寸如下:内径 Dn、= Dxm+(50-80) (mm)=(1323.28-3433.28mm 厚度 S、=70-120 mm,取 S、=80 mm,外径 Dw、=D(下模座外径)﹥3500mm

五.封头冲压及其应力分析、典型缺陷分析
? 尿素合成塔上下半球形封头均采用厚板在 352.5t 水压机上整体冲压成 形,关键条件是有合适吨位、开档、行程的水压机和相应的工装模具, 高温加热炉以及合理的冲压工艺。如附图所示,将毛坯 4 对中放在下模 5(冲环)上,然后开动水压机使活动横梁 1 空程向下,当压边圈 2 与毛 坯接触后,开动压边缸将毛坯的边缘压紧,接着上模(冲头)3 空程下 降,当与毛坯接触时,开动主缸使上模向下冲压,对毛坯进行拉伸,至 毛坯完全通过下模后,封头便冲压成形。最后开动提升缸和回程缸,将 上模和压边圈向上提起,与此同时用脱模装置 6 将包在上模上的封头脱 下,并将封头从下模支座中取出,冲压过程即告结束。 ? 封头的冲压过程属于拉延过程,在冲压过程中各部分的应力状态和变形 情况都不同,处于压边圈下部分的毛坯边缘 A 部分,由于封头的下压力 使其经受径向拉伸应力,并向中心流动,坯料外直径减小;边缘金属沿 切向收缩,产生切向压缩应力,会使毛坯边缘丧失稳定而产生褶皱;常 用压边圈将边缘压紧,则在板厚方向又产生压应力,即 A 部分材料承受 三向应力状态。处于下模圆角 B 部分的材料,除受到径向拉伸应力和切 向压缩应力外,还受到弯曲而产生弯曲应力。在冲头与下模空隙的 C 部 分金属材料,仍受径向拉伸应力和切向压缩应力,而板厚方向不受力, 处于自由状态;封头底部 D 处的金属材料,径向和切向都受到拉应力, 有较小的伸长,所以壁厚略有减薄。

? 封头冲压时常出现的缺陷有拉薄、褶皱和鼓包等,其影响 因素很多,简要分析如下:

①拉薄 ②褶皱

碳钢封头冲压后, 其壁厚会产生不等程度的变化球形封头深

度大,底部拉伸减薄最多。 冲压时板坯周围的压缩量最大,其值为

△L=∏(Dp-Dm)

式中 Dp——坯料直径;Dm——封头中径。 封头越深,毛坯直径越大,周围缩短量也越大,周向缩短产生两个结果, 一个是工件周边区的厚度和径向长度均有所增加,另一个是过分的压应变 使板料产生失稳而褶皱。板热加热不均、搬运和夹持不当造成坯料不平, 也会造成褶皱。

③鼓包

产生原因与褶皱类似, 但主要影响因素是拼接焊缝余量的大小

以及冲压工艺方面的原因,如加热不均匀,压边力太小或不均匀、封头与 下模间隙太大以及下模圆角太大等。 为了防止封头冲压时产生缺陷,必须采用下列措施:板坯加热均匀;

保持适当而均匀的压边力;选定合适的下模圆角半径;降低模 具(包括压边圈)表面的粗糙程度;合理润滑以及在大批量冲 压封头时应适当冷却模具。

六.封头边缘余量的切割
用封头切割机来切割封头的边缘余量,工作过程如下:封头置于转盘上并随之 转动;机架上装有割枪固定设备,装有弹簧使滚轮紧靠在封头外侧,以控制割嘴 与封头之间间隙不会随封头椭圆变化而影响切割。 放置封头时,一定要注意放正,让转盘的回转轴尽量和封头的回转轴重合,割 前应按照封头的规格、 直边尺寸划好切割线,并检查保证割距在整个圆周上正冲 切割线。

七.封头开孔
为了连接接管和人孔, 在封头上要开孔, 这些孔可以先划好线然后用气割切出。 首先在封头上找孔中心, 划好中心线并用色漆写上中心线编号,按图纸画出接管 的孔, 在中心和圆周上打冲印, 然后切出孔, 同时切出焊接坡口。 装接管或人孔、 手孔的孔中心位置的允许偏差为±10 mm。对直径在 150 以下的孔,其偏差为 -0.5-1.5 mm;直径在 150-300 mm 之间,偏差为-0.5-2.0mm;直径在 300 mm 以 上,偏差为-0.5-3.0 mm,开孔可以用手工气割或机械化气割。

八.尿素合成塔封头制造详细工艺流程(包括检测)
? 下部半球形封头制造过程:
原材料检验→喷砂→UT 检测→标准移植→气割下料→刨削拼接坡口→预组合并 在大型立车上夹紧→车削外圆边缘坡度→在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口→

组对焊接(组对时在特制的装有预热装置的场地上进行) 预热温度 200℃±30℃→检验,包括焊缝的 PT,RT 检测以及焊缝及热影响区的 硬度试验→加热→冲压→测定成形后球壳各部位实际厚度→焊缝及热影响区内 外表面 MT→整个球面进行 UT→正火+回火(带焊接试板)→试板力学性能试验→ 精加工环向端面→球壳内壁用砂轮打磨光滑呈金属光泽→清洗内表面→在专用 的焊接变位器上夹紧,找正→在球壳外壁安装远红外电加热及保温层→通电预 热,使球壳温度≥100℃→进行第一层(过渡层)带极板堆焊和球底中心部位的 焊条、电弧堆焊→打磨焊接接头部分→堆焊层表面 PT(抽查 30﹪面积)→UT 检 测(也抽查 30﹪,以焊带搭接处为主)→消除应力热处理→表面清洗,不得有 油污等影响继续堆焊质量的杂物→堆焊第二层(耐蚀层)不锈钢(包括焊条电弧 堆焊)→铁素体测定 100﹪PT→100﹪UT→测量堆焊层厚度→加工环向焊接坡口 →镗制底部和侧面物料接管焊接坡口→所有坡口的碳钢部分进行 MT→清洗坡口 表面 (用酒精擦洗除去油污) →组对接管→球壳接管周围适当预热→焊接→焊接 铁素体测定→焊缝表面 PT→与筒体组对焊接

? 上封头球壳的制造工艺过程在球壳冲压成形部分与下封头相 同,以后工序如下:
上封头球壳冲压成形并经正火+回火处理,力学性能试验合格后→在立车上加工 人孔开孔与人孔法兰的焊接坡口→检验坡口合格后→与人孔法兰锻件组对→点 焊固定(预热)→预热(≥150℃)焊接→UT、MT→硬度检查→直线加速器 RT 检测(有条件厂家)→组对两个吊耳→局部预热≥150℃→焊接吊耳→焊满后表 面打磨→MT、 UT→消除应力热处理→UT、 MT→硬度检查→球壳内壁打磨光滑呈金 属光泽→清洗干净→堆焊不锈钢 (堆焊程序与下封头相同)→堆焊人孔衬里过渡 层→精加工人孔内圆及人孔密封面镶环槽→组对人孔内圆衬里和密封底镶环→ 焊接→焊接铁素体检查→焊接表面 PT→精加工人孔密封面→螺栓孔加工→检验

九.封头成形后热处理及其检测 ? 热处理
奥氏体不锈钢封头在冷压后不需要进行热处理,但在热压后一定要进行热处 理。

冲压后进行热处理的温度为 870~900 摄氏度,应该是材料的正火热处理。 不锈钢封头的热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。 大体来 说,它可以保证和提高工件的各种性能 ,如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯 的组织和应力状态,以利于进行各种冷、热加工。 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程,有时只有加热和冷却两个过 程。这些过程互相衔接,不可间断。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理 的加热方法很多,最早是采用木炭和煤作为热源,进而应用液体和气体燃料。电 的应用使加热易于控制,且无环境污染。利用这些热源可以直接加热,也可以通 过熔融的盐或金属,以至浮动粒子进行间接加热。 整体热处理是对工件整体加热,然后以适当的速度冷却,以改变其整体力学性 能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本 工艺。 加热和冷却过程中,不锈钢封头由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致,形 成温差,就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力,即热应力。在热应力的作用 下,由于表层开始温度低于心部,收缩也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时,由 于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。 即在热应力的作 用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度,材料成分和热处 理工艺等因素的影响。当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却过程中在热 应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大,最后形成的残余应力就愈大。 另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,因比 容的增大会伴随工件体积的膨胀,工件各部位先后相变,造成体积长大不一致而 产生组织应力。不锈钢封头组织应力变化的最终结果是表层受拉应力,心部受压 应力,恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度,形 状, 材料的化学成分等因素有关。只不过热应力在组织转变以前就已经产生了不 锈钢封头,而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在整个冷却过程中,热应力 与组织应力综合作用的结果,就是工件中实际存在的应力。这两种应力综合作用 的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。就其 发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作 用方向相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加,两个应力应有一个

占主导因素,热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉,表面受压。组织应 力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉。

? 无损检测
封头是主要受压元件应进行 100%探伤,即 100%RT,100%UT 检测。 对该整体冲压成形的半球形封头对接焊缝可进行局部射线或超声检测。

参考文献
《压力容器制造和修理》——《压力容器实用技术丛书》编写委员会 编 《化工机械制造技术》——朱方鸣,王志斌 编著 《过程装备与制造检测》——邹广华,刘强 编著 《过程设备设计》——郑津洋,董其伍,桑之富 主编


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