过程设备制造与检测课程设计指导书三.docx

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1、6. 循环氢分液灌制造工艺设计实例6.1 循环氢分液灌封头制造工艺介绍封头的总体生产工艺过程（工艺流程） 封头的强度计算-材料的净化-矫形-划线-切割及边缘加工: 经上述一系列工序后，得到一处理后的圆形封头板坯板坯加热-热冲压-封头边缘余量的切割及封头开孔表2-3 封头生产工艺过程序号工序名称工序说明1准备原材料检验、打砂净化、超声波探伤、标志移植、气割下料、刨削拼板接缝直边2车预组合并在大型立车上夹紧，车削外圆边缘坡度；3刨刨床上精加工拼接焊缝坡口；坡口表面100%MT，JB/T4730.4中级合格；4组对拼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检验，包括焊缝的PT、X光射

2、线探伤以及焊缝及热影响区的硬度试验；打磨焊缝与母材齐平。5热冲压碳素钢，低合金钢/Do1000.5用热冲压成形6检测、加工测定成形后球壳各部位实测厚度焊缝及热影响区内外表面MT；正火+回火（带焊接试板），试板机械性能试验、精加工环向端面续表2-37车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8组对、焊接与接管组对焊条点焊固定（预热）预热（200），焊接9加工加工环向焊接坡口。10组对上封头与筒体组对焊接封头制造的准备 1） 钢板的复检 钢板的检测是为了检验钢材是否符合相关标准，相关技术要求，质量标准和等级标准主要检查以下几个方面：钢号、化学成分、力学性能、表面和内部缺陷等。钢材的缺

3、陷主要有表面和内部缺陷两种。检验成品钢的表面缺陷是指检验其在运输中是否受损，出现严重损伤划痕、沙眼、裂纹等，一般为可见的缺陷。检查所入钢材的内部缺陷是指检查内部是否存在沙眼、气孔、夹渣、裂纹、麻点、疏松等缺陷，一般用超声波探伤。原材料复验：外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，有时可委托钢厂进行，其中超声波探伤结果按ZBJ74003-88压力容器用钢板超声波探伤规定的质量分级，应不低于级。2） 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

4、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：a) 清除焊缝两边缘的油污和铁锈物，以保证焊接质量。b) 为下道工序做准备，即是下道工序的工艺要求。c) 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。3） 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

5、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。4） 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

6、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。a) 封头的展开计算：因为该筒体主要受内压作用，所以采用封头厚度按内压计算公式为=pcDi/(4t-pc) （1-1）查碳素钢和低合金钢钢锻件许用应力知t=185Map查钢制压力容器焊接接头系数表，采用双面焊对接接头和相当于双面焊的对接接头，焊接接头系数：=1.0封头为半球形封头，计算公式为：=pcDi/(4t-pc) =15.21625.712/（41851-15.2） =68.19mm腐蚀余量：C2=6mm设计厚度：d=+C2=68.19+6=76.19mm，小于封头的厚度为78mm，满足条件，根据钢材规格，选择封头名义厚度为80mm。

7、由于球形封头属于不可展的零件，但生产中冲压加工或旋压加工是毛坯料展开后的图形都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可,采用经验法进行计算。Do=KDm+2h （1-2）Do包括了加工余量的展开直径；K为经验系数Dm中性层直径H封头的直边高经查表，由球形封头a：b=1，所以K取1.42，由总图可知， Dm=2*1625.17+80=3331.42 mm, h=0 ，因此 Do=1.42*3331.42=4730.62mm。所以，内径1625.17*2=3250.34mm半球形封头整体展开尺寸为直径4730.62mm，厚度80mm，还要注意考虑加工余量和减薄量。由标准钢板的规格限制以及展开计

8、算可以得知，需要三块钢板， 因此采用拼焊缝技术。右封头过渡层堆焊完毕检验合格后整体做消除应力热处理。b) 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： 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。查资料知：焊缝坡口间隙双U型坡口，02边缘机加工双边余量根据加工长度，查表10切割余量钢板切割加工，查表14焊缝收缩量对接接头双边焊，34划线公差保证产品符合国家制造标准，取1但由于此精致反应器的上部球形封头最终下部切削量大，所以不考虑加工余

9、量。最终确定毛坯外径为4760mm。 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。 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。5）切割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）。a) 气割的实质是金属在氧气中的燃烧过程，它利用可燃气体和氧气混合燃烧的火焰，预热被切割金属表面，并使其成活化状态，然后送进高纯度、高

10、速度的切割氧流，使金属在氧气中燃烧生成金属氧化物熔渣，并放出大量的热量，借助这些燃烧热和高温熔化的热传导不断加热切割金属，直至工件底部同时借助高速氧流把燃烧生成的氧化物熔渣吹除，再由被切割工件与割炬相对移动形成切缝。b) 等离子切割技术是通过一束细长、高温且高速的流体的加热和冲击切割。故它不受物性限制，能切割任何材料，可切金属也可切非金属；利用等离子体，既有高温(1800030000K),又有冲力的特性，来熔断材料的技术称等离子切割。由于等离子切割的成本是目前设备制造用到的几种切割方法中最贵的一种，主要用于气割无法应用的不锈钢、铝、铜等工件。6) 边缘加工边缘加工是将工件的端面或边缘加工成符合

11、工艺要求的形状和尺寸的加工工艺，对下料后的主要目的是：a）消除前道工序加工所产生的加工硬化和热影响区。b）根据工艺要求完成坡口加工。c）消除装配、焊接工件边缘或自由边的各种缺陷，以提高结构的整体质量。d）提高结构的表面质量，也可以为产品的后期制作创造条件。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。7) 封头的拼接设计由于直径很大，材料尺寸不够，所以必须采用拼接钢板，然后进行整体冲压。压力容器拼板缝一般都是在平板状态下完成的，焊接条件比较好，焊接坡口采用双u型

12、。由于厚度为80mm，封头拼缝宜采用焊条电弧焊+埋弧自动焊组合，拼接焊缝的位置应符合有关标准的要求，即拼缝距封头中心不得大于1/4公称直径，拼接焊缝可预先经无损检测合格，这可避免冲压过程中坯料从焊缝拼接处撕裂的可能，坯料余缝高如有碍成形质量，在成形钱可打磨至与母材平齐，必要时应做表面检测。流程如下：a) 备料原材料检验喷砂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b) 拼接组对焊接（组对时在特制的装有预热装置的场地上进行）预热温度20030检验：包括焊缝的PT、RT检测以及焊缝和热影响区的硬度试验加热冲压测定成形后各部位实际厚度焊

13、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、找正在球壳壁安装远红外电加热及保护层通电加热，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c) 焊接后处理堆焊层表面PT（抽查30%面积）UT检测（也抽查30%，以烙带搭接为主）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（包括焊条电弧焊堆焊）d) 检测铁素体测定100%PT100%UT测量堆焊层厚度加工环向坡口所有坡口的碳钢部分进行MT清洗坡口表面

14、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 8) 焊接操作我们常用的焊接方法有：手工焊、氩弧焊、埋弧焊。a）手工自动焊的最大优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝，尤其适用于操作不变的场合和短小焊缝的焊接；对焊接金属的最大厚度没有限制，在狭窄空间焊接的场合比较方便使用；与气体保护焊相比不受到风的 影响，在大多数天气情况下都可以进行。不适合焊接厚度小于1.5mm的薄板，频繁的更换焊条也增加了缺陷的产生，每根焊条都不能被充分利用。b）埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量好、劳动条件好等特点；焊剂层对焊缝金属的保护好，节约钢材

15、和电能。但是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的环焊缝。c）气体保护焊具有保护效果好、电弧稳定、热量集中等特点。综合考虑，由于进行的是双面焊接，手工电弧焊设备简单，操作方便，适应全位置焊接的特点，因而内面采用手工电弧焊。而外面为加大熔深，提高生产效率，采用埋弧焊。最终确定焊接方法为：手工电弧焊+埋弧焊。这里采用手工焊+动埋弧焊组合，拼板装配好后，先用手工电弧焊点焊，点焊长25mm，间隔100mm，用5mm的J507点焊，直流反接，电流280A。点焊后采用埋弧自动焊焊接外侧，焊接材料用6mm的H08MnA，焊剂采用HJ431，直流反接，采用多层焊，第一层焊时范围要小些，以防止焊后变形

16、，外侧焊完后用碳弧气刨清根，之后才用埋弧焊焊接内侧，焊接参数见表2-4表2-4 焊接参数表焊接位置焊接电压（V）焊接电流（A）焊接速度（cm/min）正面30-32350-40026-28背面30-32350-40030-32封头上的所有拼接焊缝为A类焊缝，受力最大，要求不论是单面焊还是双面焊，应全部焊透。焊接结束后采用100%的RT检测，级合格。d) 焊接工艺原材料入库原材料复验-外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，有时可委托钢厂进行，其中超声波探伤结果按ZBJ74003-88压力容器用钢板超声波探伤规定的质量分级，应不低于级。划线及标记钢印标记、板材矫平、划线、钢印移植下料

17、对于直边用剪切；曲线边用气割；对于不锈钢和有色金属，气割用等离子弧；对于特厚板材，若剪切困难则用气割。边缘加工用刨边机加工双U形坡口。用机加工方法进行边缘加工或开坡口，其中牛头刨和龙门刨进行直线加工, 用立车或大型普通车床进行圆弧轮廓加工；用刨边机刨边和开坡口。 核对坯料的几何尺寸拼接修平焊缝压浅牒形热压成形修整并去氧化皮无损探伤边缘加工及坡口孔加工e) 坯料的拼接采用三张板拼成一个封头毛坯，当封头由两块或由左右对称的三块钢板拼焊而成时，焊缝至封头中心的距离 eDg/4。选择钢板规格：5000180080,5000200080具体排料如拼接图2-1所示。经一系列工序后，得到一处理后的圆形封头板

18、坯。 图2-1 封头拼接方式 图2-2 封头拼接焊接拼接坡口及焊接顺序如图2-2所示，坡口加工使用龙门刨。为了防止焊接变形，应按图中顺序号14进行反翻身焊接。焊接顺序2时要挑焊根。预热200，采用自动埋弧焊，焊丝H08MnA、焊剂HJ431。按焊接工艺加工拼缝坡口形式，坡口形式如图2-2，焊后及时消氢处理，300350,2h。100%UT、100%MT，一级合格。封头内表面焊缝修磨与母材平齐，外表面修磨圆滑。f) 板坯加热和热处理该材料最佳热冲压温度为920950，温度低于920要停止冲压，否则容易引起材料的脆化。热冲压后，封头要进行正火回火处理，焊接试板母材试板同炉热处理。检查内容：测厚75

19、；拼接焊缝：100%RT，JB/T4730-2005级； 100%UT，JB/T4730-2005 I级； 封头外表面及焊缝100%MT, JB/T4730-2005 I级；母材试板检验（化学成分和力学性能检验）；焊接试板检查（保留一半，待整体热处理后再检查），按JB4744-2000进行常温拉伸试验、高温拉伸试验、冷弯试验、热影响区的硬度值HB240。图2-3 热冲压加热示意-1 廓加工；用刨边机刨边和开坡口；图对于有缺陷的位置要进行修复，修复完成之后要再进行X-射线检测。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、冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热时热处理的重要工

20、序之一。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。 成形工艺设计及相关计算 板坯加热1）封头冲压时，板坯塑性变形很大，且为厚壁高压封头，/Do100=80/4370.62100=1.690.5故用热冲压。选择方法参见表3-1表3-1 冲压方法选择冲压状态碳素钢，低合金钢合金钢，不锈钢冷冲压/Do1000.5/Do1000.7热冲压/Do1000.5/Do1000.72）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。毛坯热冲压的加热温度的选择，从降低冲压力和有利于钢板变形

21、考虑，加热温度可高些，但是温度过高会使钢材的晶粒显著成长，甚至形成过热组织，是钢材的塑性和韧性降低，严重时会产生过烧组织，毛坯冲压可能发生碎裂，因此合理选择加热温度是很有必要的按照常用封头材料的加热规范表可以得知,如表3-2所示表3-2 常用封头材料的加热规范封头热成形加热装炉温度加热速度/H加热温度均热后保温时间冷却方式850200950+/-2030分钟出炉冲压3） 冲压加工常用的润滑剂 润滑剂选取石墨粉+水4） 冲压过程：将封头毛坯对中放在下模上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边钢将毛坯的边缘压紧。接着上模空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，

22、对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成形。对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将包在上模上的封头脱下，并将封头从下模支座下取出，冲压过程即告结束。设备选用及模具设计计算冲压力 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(Do-Dw) bt （3-1）C压边力影响系数，无压边力C=1，有压边力C=1.2K封头形状影响系数，球形封头K=1.4-1.6D0封头外径，mmDw筒节外径，mm对于球形封头，压边条件的计算：采用压边圈是毛坯料只能在压边圈与下模之间滑动，可以防止折皱的产生，而且在有压边圈产生的摩擦力作用下

23、，增加了经向拉应力，也有利于防止封头鼓包的尝试。因此，确定在什么条件下需要采用压边圈是关系到封头质量好坏的重要因素。采用压边圈的条件主要决定与Do，Dn，与的关系条件如下公式 DoDn（1415） （3-2） Do： 毛坯内径，4730.62mm； Dn： 封头内径，3250.35mm ；： 钢板厚度，80mm DoDn=4730.623250.35=1480.27（1415）*80=（11201200）mm因此需采用压边圈，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SA516Cr70，厚度80mm,170时抗拉强度b为245MPaP=CK(Do-Dw) bt （

24、3-3）P=1.21.53.144730.62-（3200+902）90165=113t，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150t的水压机。模具设计1）上模（冲头）其结构及主要设计参数模直径Dsm根据封头内径和热冲压的收缩率或冷冲压的回弹率计算，主材为2.25Cr-1Mo取=0.9%。Dsm= Dn（1）=1625.172（10.9%）=2957.813542.87 mm选取3252mm上模曲面部分高度Hsm=hn(1+)= (1625.17-288) (10.9%)=1216.821457.515mm选取1450mm上模直边高度H0H1封头高度修边余量，一

25、般为15-40mm,取H1=20 mmH2卸料板厚度，一般为40-80mm，取H2=50 mmH3保险余量，一般为40-100mm，取H3=50mm所以，H= h1+ H1+ H2+ H3=0+20+50+50=120 mm上模上部分直径Dsm、Dsm、=Dsm+(2-3) mm=2959.813544.87 mm选取3250mm上模壁厚当水压机吨位小于等于400 t时，=30-40 mm，取=35 mm2）下模（冲环）其结构及主要设计参数上下模间隙a,附加值z热冲压时，z=（0.1-0.2）=0.1880=14.4mm，球形封头取较大值。a=+ z=80+14.4=94.4 mm下模内径Dx

26、mDxm= Dsm+2a+ Sm （3-4）Sm下模制造公差，取Sm=2 mmDxm=（2957.813542.87）+294.4 +2=（3148.613733.67）mm下模圆角半径r根据经验选取，采用压边圈时r=(2-3) *（mm）=280=160 mm下模直边高度h1h1=（40-70）mm，取h1=50 mm下模总高度hh=（100-250）mm，取h=200 mm下模外径D1D1= Dxm+（200-400）mm=（3348.614133.67）mm下模座外径D应大于毛坯直径D0，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（510

27、）mm3） 压边圈结构及设计参数主要尺寸如下：内径Dn、= Dxm+（50-80）（mm）=（3198.613813.67）mm厚度、=70-120 mm，取、=80 mm，外径Dw、=D（下模座外径）4370.62mm封头冲压及其应力分析、典型缺陷分析 应力分析加氢反应器上部半球形封头采用厚板在100t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。将毛坯对中放在下模（冲环）上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边缸将毛坯的边缘压紧，接着上模（冲头）空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛

28、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，即材料承受三向应力状态。处于下模圆角部分的材料，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

29、隙的部分金属材料，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。典型缺陷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 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。 2） 褶皱 冲压时板坯周围的压缩量最大，其值为L=（Dp-Dm） （3-4）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

30、、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。 封头边缘余量的切割及封头开孔1） 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

31、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。2） 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

32、孔可以用手工气割或机械化气割。设计封头与筒体的焊接结构，接管焊接结构 封头与筒体的组合焊缝如图所示由于焊接厚度为80mm，因而需要开坡口，由于厚度比较厚，若开V形坡口的话，产生加大的开口，一方面会浪费很多的焊条，而且焊接较费时间；若开U形坡口的话，可减小开口，而且U形坡口有利于焊剂的流入，同时可以减小焊接应力，减少裂纹的产生。因而最终选择U形坡口，形式如图4-1。焊条的选择 焊条的选择主要是考虑焊缝的实用性和施焊的工艺性，焊条选择的主要原则有以下几点： 图4-1 封头与筒体焊接 图4-2 封头与接管焊接封头与筒体焊接1) 根据被焊金属材料的类型，选择相应的焊条种类的大类。如焊接母材是普通低合金

33、钢时，选用结构钢类型的焊条。2) 根据母材的性能，选用与其性能相同的焊条，或选择熔敷金属与母材化学成分相同的焊条，以保证母材性能与焊缝相同。3) 选择焊条时还考虑工艺方面，主要是操作方便，易获得优良焊缝。从价格考虑，在满足性能及施工要求的前提下，尽量选用熔敷率高、价格低的焊条，从而提高效率，降低成本。4）药芯焊丝国内应用尚不普遍，活性焊丝主要用于气体保护焊，故选择实芯焊丝。用的低合金焊丝有一下三类：低锰焊丝（如H08A）：常配合高锰焊剂，用于低碳钢和强度较低的低合金钢焊接中锰焊丝（如H08MnA）：主要用于低合金钢焊接，并可配低锰焊剂焊接低碳钢。高锰焊丝（如H10Mn2）: 用于低合金钢焊接5

34、) 焊剂的选择：配合适当的焊丝，可焊接多种低合金钢，可用于多层焊、双面单道焊、多丝焊及窄间隙埋弧焊。配合H10MnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢（16Mn）结构，故选择焊剂SJ101，根据焊接工艺要求选择焊条J507。 工艺要求工艺确定1) 预热温度的确定：为保证母材的材质不受影响而且具有很好的焊接性能，选择预热温度130。2）坡口加工：为不影响焊接质量，在施焊前应清除坡口以及母材两侧表面20mm范围内的氧化物、油污、熔渣以及其他有害物。3) 层间温度：100-250。4) 清根方法：碳弧气爆并打磨。5) 焊后热处理焊后热处理的目的是：a) 松弛焊接应力b) 稳定结构形状和尺寸c) 改善

35、母材、焊接接头和结构件的性能。工艺顺序1） 坡口清理2） 预热：装配点焊预热：内面焊条电弧焊预热：外面埋弧焊3） 焊后热处理 焊接规范1） 内面焊接焊条电弧焊2） 确定焊条直径：由被焊接材料选择焊条直径为5mm3） 焊接电流的确定：查表取200A-270A4） 焊接电压的确定：手工电弧焊，焊接电压选择22V-30V，其电压主要有电弧长度决定，电弧长则电压高，反之则低。电弧过长则不稳定，熔深浅，熔宽增加，易产生咬边等缺陷，同时空气易侵入，易产生气孔，飞溅严重，浪费焊条、电能、效率低。生产中尽量采用短弧焊接，电弧长度一般为2-6mm。5）焊速v的确定：18cm/min6）电源种类及极性的确定：直流

36、反接焊接特性表见表4-1表4-1 焊接特性表焊条牌号及焊丝焊剂焊丝直径（mm）电源种类及极性焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度（cm/min）J507H10MnSi+SJ1015直流反接400-120032-3622其工艺顺序是：清理坡口上的油污和水迹、铁锈等，氩弧焊封底，预热焊条焊至30mm，预热手工焊至44mm，停止预热手工焊，最后预热埋弧自动焊外口焊满，具体如下：1) 清理坡口上的油污和水迹、铁锈等2) 组对、点焊, 3) 氩弧焊打底顺序14) 预热100150，焊条电弧焊外口顺序2至30；5) 用风镐敲击焊道消除应力；6) 重新预热到100150，焊条电弧焊顺序3至44；7) 停止预

37、热，内壁焊条电弧焊顺序4、5，里口焊满8) 预热100150，外口埋弧自动焊焊顺6焊满封头与接管的焊接采用图4-2所示的“插入加强焊接式结构”，单v形坡口，接管与壳体或球封头只有一处固定，其余可以自由伸长，温度波动引起的应力变化不大。这种结构要求焊缝应有足够的强度。焊接工作量稍大且要求较高，坡口加工较困难，但其可靠性高，已被大量采用，经过多年的实际运行，效果良好。 接管焊接工艺1) 清理坡口堆焊表面2) 预热1003) 焊条电弧焊焊接坡口过渡层 44) 焊后消应力处理(随下封头一起处理)5) 组对接管、点焊6) 焊条电弧焊打底焊，再焊其余各层，面层圆滑过渡7）焊后热处理：a) 热件入炉或出炉时

38、的温度不得超过400，但对厚度差较大、结构复杂、尺寸稳定性要求较高、残余应力值要求较低的被加热件，其入炉或出炉时的炉内温度一般不宜超过300。b) 升温至400后，加热升温区温度不得超过5000/s/h,且不得超过200 /h，最小可为50/h。c) 升温时加热区内最高温度与最低温度只差不宜超过65。d) 保温期间应控制加热区气氛，防止焊件表面过度氧化。e)焊件按第一步炉温出炉后应在静止空气中继续冷却 8) 检测发现设备的缺陷，消除不稳定因数，消除隐患，保证设备在运行中的可靠性。常用的检测方法有射线检测、超声波检测以及磁粉检测。缺陷的评定应严格按照国家标准。6.2 循环氢分液灌球形封头制造工艺

39、介绍封头总体生产工艺过程球形封头成形工序见表2-1表2-1 球形封头成形工序序号工序名称工序说明1准备原材料检验、打砂净化、超声波探伤、标志移植、气割下料、刨削拼板接缝直边2车预组合并在大型立车上夹紧，车削外圆边缘坡度；3刨刨床上精加工拼接焊缝坡口；坡口表面100%MT，JB/T4730.4中级合格；4组对拼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检验，包括焊缝的PT、X光射线探伤以及焊缝及热影响区的硬度试验）； 打磨焊缝与母材齐平。5热冲压6检测、加工测定成形后球壳各部位实测厚度焊缝及热影响区内外表面MT正火+回火（带焊接试板），试板机械性能试验、精加工环向端面7车在立车上加

40、工人孔开孔与人孔法兰的焊接坡口，检验坡口合格8组对、焊接与人孔法兰锻件组对焊条点焊固定（预热）预热（200）焊接，焊接15加工加工环向焊接坡口。16组对上封头与筒体组对焊接 坯料准备材料的选择：本设计要求的材料为SA516Cr70(HIC)，该型号为美国标准，跟国内的Q345R的性能很接近。根据2008年9月1日实施的GB 713-2008锅炉和压力容器用钢板的新分类，16Mng和16MnR、19Mng合并为Q345R。Q345R是普通低合金钢,是锅炉压力容器常用钢材，交货状态分：热轧或正火，属低合金钢。性能与Q345(16Mn)的（16mm钢板的屈服强度大于345Mpa）性能相近，抗拉强度为

41、（510-640）之间，伸长率大于21%，零度V型冲击功大于34J。Q345R工艺参考标准GB713-2008。牌号表示方法：低合金高强度结构钢的牌号用屈服强度值“屈”字和压力容器“容”字的汉语拼音首位字母 表示。例如：Q345R。Q“屈”汉语拼音首位字母。345屈服强度值。R：“容”汉语拼音首位字母。规格：厚度宽度长度：（8300）（15004020）（500018800） 主要用途：用锅炉容器和精密部件制造。材料的进厂入库检测 封头结构材料SA516Cr70(HIC)，按技术要求符合GB681501998及还应满足1865-JT中的有关要求。钢板进行硬度检测，HB225质证齐全，标记清楚。

42、二次改造通知单的规定验收合格后，应按企业标准入库存放。材料表面的净化钢板的表面净化是钢板预处理一个步骤，运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。表面净化的方法大体分两类：机械法和化学法。化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法主要有砂轮打磨、喷沙、喷丸处理。本钢板选用喷沙作为表面净化的处理方式，除去铁锈和氧化皮。用喷砂法做表面净化，所得钢板质量好，且效率高，但是，粉尘太大，所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作。需要注意的是，近年来钢板出厂时，大都会喷一层防护漆，来避免它的腐蚀，防护漆不影响以后的加工和焊接，此时，表面净化这一工序就可省略。此处采用GYX-3M钢材预处理装置。利用

43、抛丸机械除锈的先进大型机械设备，钢材经此处理，并经喷保护底漆，烘干处理等工序后，即可保证钢材在生产和使用过程中不在生锈，有不影响机械加工和焊接质量。矫形钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另

44、外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形就是使钢材或工仵在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的。矫形的方法按操作方法的不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。本设计中，钢材为SA516Cr70(HIC)，板厚为78mm。选用