第七章弯管部分教材课件.ppt

《第七章弯管部分教材课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章弯管部分教材课件.ppt（92页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第3节 管子的弯曲,基本要求1.掌握管子弯曲时的应力分析和变形量计算；2.掌握弯管缺陷产生的主要影响因素；3.熟悉常用弯管的方法；4.了解管件制造的技术要求和相关标准。,第三节 管子的弯曲 3.1 管子弯曲应力分析和变形量计算3.1.1应力和变形分析（自由弯曲）, 管子外侧壁,管子在弯矩M作用下，轴线外侧管壁受拉应力； 随着变形率的增大，拉力逐渐增大，管壁可能减薄、严重时可产生微裂纹；,管子内侧壁,严重时可使管壁失稳产生内折皱,受压应力作用，管壁可能增厚,管子横截面变形,在Nl与N2作用下，管子横截面变形； 自由弯曲时，变形将近似为椭圆形；,半圆槽内弯曲，内侧基本上保持半圆形,外侧变扁。, 影

2、响弯管缺陷产生的主要因素 a 相对弯曲半径R/dw ，它表示弯曲程度。 由：变形率dw/(2R) 100 管子外径dw越大，弯曲半径R越小，内、外侧的变形率越大。,b 相对弯曲壁厚/dw 表示弯曲横截面的稳定性； 壁厚越小，管子直径越大，弯曲横截面的稳定性越差，越容易失稳。,实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式是控制管子的弯曲半径。 弯曲半径有关规定，对一般受压10MPa的管子，如换热器U形弯管段的弯曲半径R 2dw；,常用换热器的最小弯曲半径Rmin如下表：,3.1.2 管子变形率的控制,3.2弯管方法 冷弯和热弯； 有芯和无芯弯管； 手工和机械弯管等多种方法。,冷弯和热弯 主要考虑变形的

3、难易程度及防止缺陷产生，直径较大（dw108)、厚壁较大的管等用热弯。有芯和无芯弯管 主要考虑弯管后的形状、尺寸及防止缺陷产生。手工和机械弯管 效率，质量，能力。,3.3 控制缺陷的几种典型方法 反变形法 弯管过程 管子安装在弯管机中，并用夹头加紧。随着主动扇形轮的旋转，在扇形轮槽内弯管。,注意：压紧辊具有反变形槽，在弯管前使管子先产生一个预变形（弯曲实际变形方向相反）。,e在012mm间调整。,反变形轮槽结构,扇形轮,槽宽Bdw,安装间隙 12mm,反变形槽的设计,有芯弯管法 适用于: 直径较大的管子弯曲。 特点,管子随扇形轮转动弯曲,芯棒固定,圆柱式芯棒 特点：形状简单，应用广泛。,芯棒直

4、径:取d=(90)dn;通常比管内径小0.51.5mm；,长度:L=(35) d,芯棒伸入弯管区的距离e,热弯的加热及热弯的特点加热温度碳钢 9501000低合金钢 1050188型不锈钢11001200加热方法中频加热,3.4 管件制造的技术要求 以换热管设计、制造为例。 换热管的拼接须符合下列要求。 同一根换热管，对接焊缝数量不得超过下列规定：直管一条或U形管两条。 最短管长不得小于300mm。 U形管段(包括至少50mm直管段)的范围内不得有拼接焊缝。 对口错边量应不超过管子壁厚的15%，且不大于0.5mm。,对接后，焊接接头进行通球检查，以钢球通过为合格。通球直径选取（mm）换热管外径

5、dw dw25 25dw40 dw40钢球直径 0.75dn 0.8dn 0.85dn 对接焊接接头应作焊接工艺评定。,对接焊接接头应进行射线检测 抽查数量应不少于接头总数的10%，且不少于一条，以GB3323一87的级为合格。 如有一条不合格时，应加倍抽查；再出现不合格时，应100%检查。对接后的换热管，应逐根做液压试验，试验压力为设计压力的两倍。,壳体制造技术要求 GB151-89钢制管壳式换热器中，对圆筒壳体制造的有关技术要求如下： 用板材卷制时，内径允许偏差可通过外圆周长加以控制。 外圆周长允许上偏差为10mm，下偏差为零。,3.5 壳体制造要求与管子管板的连接,断面圆度要求 圆筒同一

6、断面上，最大直径与最小直径之差e1200mm时，其值不大于7mm。 圆筒直线度允许偏差： 为圆筒总长L/1000；且L6000mm时，其值不大于4.5mm； L6000mm时，其值不大于8mm。,管子与管板连接 连接方式有：胀接、焊接和胀焊连接。,胀接过程： 胀管器插入到需要胀接的管口内； 加机械力或液压力，使管端胀大产生塑性变形，管板孔产生弹性变形； 退出胀管器，管板孔弹性变形恢复，使管子与管板孔接触表面上产生很大的挤压力并紧密结合； 达到了密封又能抗拉脱力。,胀接：,前胀后，管子直径增大，管板孔直径增大。,胀接前管板,胀接前管子,胀管率 就是管子、管板的变形率；就要控制合理的胀管率，保证胀

7、接质量。胀管率的计算 推荐两种计算方法： 管子内径增大率K； 管子壁厚减薄率W。,计算胀管率需要测量的数据,测量管板孔径D,测量胀接前管子外径dw,测量胀接前管子内径d1,测量胀接后的管子内径 d2,计算胀管率的公式,管子内径增大率 K=(d2dl)(Ddw) D 100%管子壁厚减薄率 W=(d2dl)(Ddw) 2 100%,胀管率的合理值 它与胀接接头的形式、管子的规格及材质、 管板尺寸、材质等有关，不宜做统一要求。 例如： 20钢，252.5mm钢管胀接 取内径增大率 K=0.8%1.6%, 相当于壁厚减薄率W=4%8%。 若管子直径大、管壁薄，胀管率取小值; 管子直径小,管壁厚，胀管

8、率取大值。,过胀 a 胀管率过大,它可能使管子壁厚减薄量过大，硬化现象严重，甚至产生裂纹； b 还可能使管板产生塑性变形，使胀接强度下降。 c 过胀后很难修复。,注意:,欠胀 胀管率过小,不能保证必要的连接强度和密封性。,直径不大、管壁厚度不大的管子； 管板材料的力学性能 (如硬度)应比管子材料的高，当管子产生塑性变形时，管板仍处于弹性变形阶段，以保证胀接的强度； 故相同材料不宜胀接。,胀接应用及特点：,胀接后管子与管板孔的间隙比焊接的小，提高管端的耐腐蚀性； 胀接的强度和密封性不如焊接； 胀接不适合管程和壳程温差较大的场合，胀接强度下降； 胀接表面要求清洁，管板孔表面粗糙度值不大于12.5m

9、。,胀接增强方法：,管板孔内开槽；,管端翻边；,端部坡口,端部坡口,开槽位置,管端伸出长度,适用于管板厚25mm的胀接形式,端部坡口,端部坡口,两槽位置,管端伸出长度,局部未胀接,适用于管板厚25mm的胀接形式,端部坡口,端部坡口,两槽位置,管端伸出长度,局部贴胀接,适用于厚管板及避免间隙腐蚀的胀接形式,主要特点 对不能胀接的管子与管板，可以采用焊接连接；如管子与管板材料相同、小直径厚壁管、大直径管及管程和壳程介质温差较大的场合等， 焊接的强度较高、密封性好； 管子与管板连接采用的自动脉冲钨极氩弧焊、效率高、质量好； 但焊接连接的管子与管板孔的间隙较大，容易产生间隙腐蚀。,应用比较广泛。,焊接

10、：,强度低,强度高,减小焊接应力,焊接形式：,适宜于高温、高压下工作的换热器。胀焊工艺： 先焊后胀，应用较广泛，要防后胀出现裂纹； 先胀后焊，间隙小。,胀焊连接同时具备了胀接和焊接的优点。,胀焊：,第六节 高压容器制造,高压容器制造及结构型式,单层结构型式,多层结构型式,以单层卷焊式为主,热套式,扁平钢带倾角错绕式,层板包扎式,单层容器和多层容器制造工艺比较,单层容器制造工艺过程简单、生产效率较高。 多层容器工艺过程较复杂,工序较多,生产周期长。,单层容器使用钢板相对较厚,而厚钢板的轧制比较困难,抗脆裂性能比薄板差,质量不易保证,价格昂贵。 多层容器所用钢板相对较薄,质量均匀易保证,抗脆裂性好

11、。,多层容器的安全性高 即使个别层板存在缺陷,也不容易延展至其他层板，不会产生瞬时的脆性破坏, 。 另外,多层容器钻有透气孔,可以排出层间气体,若内筒发生腐蚀破坏,介质由透气孔泄出易于发现。,由于层间间隙, 导热性小得多,高温工作时热应力大。,层板间隙的存在,环焊缝处必然存在缺口的应力集中,为提高厚壁筒的承载能力,在内壁面产生预压缩应力,达到均化应力沿壁厚分布的目的。 多层也采用内层预紧，改善受力。,没有深的纵焊缝,但它的深环焊缝难于进行热处理。,单层厚壁容器在内压作用下,筒体沿壁厚方向的应力分布很不均匀,筒体内壁面应力大、外壁面应力小,随着简体外直径和内直径之比的增大,这种不均匀性更为突出。

12、,分段热套合 利用热套法套合成几段多层筒节、再焊环缝制成整体容器。 这种方法技术成熟,应用较广泛。,1、有两种热套形式 段热套合 、 整体热套合。,一、热套式容器,下料,筒节各层板成型,筒节各层板焊接并加工,三层分段热套合容器(氨合成塔）工艺过程如下：,热套。 外层加热，把内层套入,再热套,筒节成形并加工环坡口,筒节间焊接,筒体与封头焊接, 整体热套合 如图是双层箍式容器。,然后分段热套外筒,先焊好内筒全长,顶塞,底塞,外筒之间(轴向)不焊接，容器轴向力完全由内筒承受。 整体套合不方便,特点:,层数增多,可以减薄各层圆筒的厚度,提高抗脆性断裂能力； 但会影响筒壁的传热,增加制造的复杂性,费用高

13、； 以3层较普遍，层数一般不超过5层,通常各层厚度相同更为方便。,对腐蚀性介质，内筒采用耐腐蚀的材料。,2、热套层数要求,过盈量取套合直径的0.1% 0.2%。,4、每个套合圆筒上，必须钻泄放孔。,3、过盈量的选择,1、制造工艺(1)制造内筒 板厚为1225mm，若有防腐要求，可选用不锈钢板或钛板； 制造工艺大致同单层容器，但要加工焊缝表面。层板加工 预先将层板弯卷成瓦片状,层板厚612mm,国外层板已选1220mm 。,二、层板包扎式高压容器,将预弯的瓦片状层板，放在内筒上 ，用钢丝绳拉紧、点固并焊接纵缝。 (注意纵缝位置要预先安排好，不能重叠或太近) 修磨焊缝，准备下层的包扎。,每层层板包

14、扎后需要进行松动面积检查。 GB150中规定，对内径不大于100Omm的容器,每一松动部位： 沿环向长度不得超过Dn的30%； 沿轴向长度不得超过600mm; 对于内径大于100Omm的容器,每一松动的部位： 沿环向长度不得超过300mm； 沿轴向长度不得超过600mm。,每个多层筒节上必须钻泄放孔。,多层包扎式尿素合成塔筒体制造工艺介绍,目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多，有800mm、1000mm、1250mm、1400mm、1500mm、1600mm、1800mm、2100mm、2200mm、2650mm、2800mm等，适用于年产4万吨、8万吨、11万吨、12万吨、16万吨、21万吨

15、和52万吨的尿素生产装置。 尿素合成塔的操作压力根据不同的工艺也不尽相同，主要有21MPa和16MPa两种系列，操作温度均小于200。,由于尿素合成塔是一种典型的耐压、耐较高温度和耐强烈腐蚀的反应器； 制造质量的优劣直接影响到正常运行，甚至影响到整个尿素生产装置的安全可靠性。 制造厂必须严格按国家标准和相应的工程标准进行设计、选材、制造和验收，制造竣工后进行认真的质量评议，得到行业专家的认可后才能出厂交付使用。,高压筒体 承受着高压、高温和强腐蚀介质的作用。其组合形式主要有以下几种类单层外壳、复合板不锈钢衬里层;热套多层壳体，热套内层不锈钢衬里层;多层多层包扎焊接壳体，包扎不锈钢内层;外层多层

16、包扎焊接壳体，内筒热套不锈钢衬里。,经过多年的实践和比较，目前用得最多的，最可靠的结构形式有： 以不锈钢作为内筒，外层直接包扎焊接多层层板。 以南京化工机械厂尿素合成塔制造工艺为例（公称直径15001850mm)，简介其筒体的制造。,在制造上，具有许多优点： 不需要大型复杂机械 国内许多压力容器生产厂家都可以制造； 层板逐层焊接 各层纵焊缝不重合，相互不影响； 逐层纵缝在圆周上均匀分布 收缩应力均匀，筒体圆周几何度均匀。,衬里受紧压 内筒工作应力大大降低，甚至为压应力，应力腐蚀的可能性降低；衬里焊缝在塔外焊接 便于进行RT检测和PT检测，有缺陷时返修方便，可充分保证主焊缝的质量。, 设置一层过

17、渡层(盲板) 盲层板的纵焊缝间断焊、不焊透； 盲层板的内壁也开出纵横交错的沟槽，作为检漏通道。 在强度计算时，衬里层、盲层板均不计入。 层板不接触介质，因此主要考虑强度方面。,内筒制造,内筒材料：耐腐蚀，选用厚度为810mm的316L不锈钢。 内筒的制造工艺过程是:材料复验、准备、下料（详细） 等离子弧切割下料按内筒中径展开计算，加焊后收缩量等；下料时必须严格控制板材对角线之差1mm；刨边刨出内筒纵焊缝坡口；卷圆冷卷成形； 必须在专用的卷板机上进行。 避免卷制过程中压出麻点、划伤以及铁离子污染。,组对焊接 应控制对口错边量1.5 mm，并严格按焊接工艺施焊；探伤 焊缝100%RT检验，按JB4

18、730-1994中的I级要求；热处理: 作消除焊接应力热处理；焊缝内外表面磨平，并校圆；尺寸检查 检验员测量内筒周长（两端及中间部分共3处），换算成直径，记录于表中，作为盲板层下料的依据；,探伤 纵缝作UT复探和PT检验，按JB4730-1994中的I级要求；大车 筒节两端加工平，并以一端作为基准端，作好标记；划线 划内筒检漏孔线，并将检漏孔中心线延长到内筒端面，作出标记，以备层板包扎用； 待热套。,制造过程注意事项:卷圆、矫圆内筒时必须在专用的卷板机上进行。 避免卷制过程中压出麻点、划伤以及铁离子污染。制造场地和环境清洁 避免铁素体污染和磕碰划伤，否则会影响不锈钢的耐蚀性能。打磨用含有橡胶氧

19、化铝的砂轮，打磨时间不应太长，避免造成回火色。不能用普通的粉笔当做记号笔在不锈钢上乱写乱画。标记移植用的记号笔应采用不含氧离子、硫化物的颜料。,盲层板制造 盲层板主要是保护内筒，只要求可焊性，采用Q235。厚度68mm 结构特点 在盲层板内壁要加工出纵向和环向榴若干条。的深为2.5mm，宽6mm。 盲层板是在平板状态时开槽，要在专用的工装上进行。 纵向槽深度应适当控制。过深了、在育层板卷制成圆后会有棱角出现，不利于将来的层板包扎。 盲板筒体卷制,盲板层纵缝焊接,注:预热温度:100; 层间温度150。,盲板层纵缝焊接表4-4 盲板层纵缝焊接工序,盲板与不锈钢内筒的热套工艺：,层板的制造 材料1

20、6MnR，厚度812mm； 层板筒体瓦片（23片）焊接而成。 层板可分为两等分，三等分，四等分。其中两等分的模具设计稍显麻烦，冲压性能差；四等分会导致焊缝增多，增加工作量。所以，采用三等分比较合适。 包扎层瓦片冲压制作,层板制造工艺过程,包扎工艺,焊缝位置的设计 多层包扎筒体能够有效防止单壁容器中，焊缝裂纹缺陷扩展到整个筒壁的情况，但是如果焊缝相错角度设计不合理，同样会影响其强度。 最佳的焊缝相错角度时通过计算得来的。 计算得：当n=9时，焊缝相错角度48,最后一层HB,层板纵缝焊接,检漏系统,筒体组对环缝焊接 注:预热温度:100; 层间温度150; 保护气体种类Ar(99.99%);,端面

21、封焊,环缝焊接,材料的选择（下封头） 19Mn6钢是德国钢种，与16MnR钢属于同一类碳锰钢，其含碳量高于16MnR，故焊接性略差于16MnR。 19Mn6化学成分,19Mn6 正火温度 890950 消应力退火温度 520580 ,封头的展开计算 封头内径Dg=1866mm =89mm。 中性层直径Dm=Dg+=1955mm 利用等面积法计算： Da= 2765mm加工余量计算 边缘加工余量，加工厚度大于25mm时，边缘加工余量为5mm ；焊接变形量，取3mm；修边余量取12mm；钢板氧气切割加工余量为10mm；焊缝坡口间隙，取1mm,划线 实际用料线尺寸=封头展开直径焊接变形量-焊缝坡口间

22、隙+修边余量 =2765+3-1+12=2779mm 切割下料尺寸=实际用料线尺寸+边缘加工余量+划线公差（近似取为6mm ） =2779+5+6=2790mm,冷、热冲压的选择 采用热冲压。 加热温度 1050 终压温度850 加热曲线如下图,压边圈的采用条件 封头冲压后一般最大减薄量为1415%，所以为保证冲压后封头的尺寸有： （115%）=89 有=104.7mm 所以取封头毛胚厚度为105mm DoDn = 2790-1850 = 940mm 14= 1260 DoDn 14不用压边圈。,冲压力的计算 上模具的设计 下模具的设计,冲压工序 1号料、标记移植、氧气切割。 2车削外圆边缘坡度。,3模具安装调试。 4材料加热。 5进行第一次冲压。 6加热工件并更换下模具，进行第二次冲压。 7加热工件并更换下模具，进行最后一次冲压。 8对封头进行正火处理 9对封头内外表面进行喷砂处理。10对内外表面做100%PT(JB4730-2005级)+100%UT (JB4730-2005级),下封头成型后的加工工序,