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1、第二篇 过程设备制造工艺（10学时),第六章 设备零件的主要制造工序 第七章 设备的组对与装配 第八章 焊接工艺基础 第九章 化工设备的焊接,第六章 设备零件的主要制造工序,6.1 化工设备的分类及加工特点 6.2 原材料的准备 6.3 钢材的切割及边缘加工 6.4 钢材的塑性变形及弯曲 6.5 封头的成型,第一节 化工设备的分类及工加特点,一.化工设备及其零件的分类和制造,按设备结构特点和制造工艺分类,容器设备,组合式设备,中小型容器 如计量槽，干燥箱等大型容器 如球罐，槽车等高压容器 反应器，气瓶等,塔 如洗涤塔，精馏塔等,直管换热器 弯管换热器,管式设备,内部分隔的设备 如分离器，螺旋板
2、式换热器，过滤器等,化工设备的组成,容器可拆和不可拆零件：接管、人孔、视镜，支座、平台扶梯等,1、原材料准备 2、划线 3、切割4、成型 5、边缘加工,设备零件的主要制造工序,二 化工设备的制造特点,1、制造过程的主要工艺顺序基本是固定的（固定性）2、制造大都属于单件和小批量生产（多样性）3、零部件的通用性及批量大4、化工设备零件的几何尺寸和形位精度要求不是很严格 5、制造过程中有国家标准的强制要求（法规性）,第二节 原材料的准备,一.原材料的验收与管理,原材料的实际质量是否符合标准是保证设备制造质量的基础，故必须严格验收才能投产。忽视这项工作将带来极大的危害。验收内容：化学成分分析，机械性能
3、试验，金相检验，化学性能试验，探伤，制造工艺性试验，其他。材料的保管与发放也很重要，应避免因保管不当(如焊条受潮)而降低质量，或因制度不严而造成错乱。一个取得设备制造权的工厂，都必须具有相应的检验设备、技术人员和管理规章。,工件材料（钢材，锻件，铸件等）焊接材料（焊丝，焊条，焊剂等）,手工净化,用于焊口的局部净化，除锈和氧化膜。工具：钢刷，挫刀，刮刀，砂纸等。特点：灵活，效率低。,钢材表面的清洁程度对设备制造质量有影响，有时甚至有决定性影响。（净化过程涉及设备制造的全工艺过程）净化对象主要是油、锈、氧化膜。净化方法有手工、机械、化学及火焰四类。,二.钢材的净化,机械净化,工具：电动钢刷，电动砂
4、轮，喷砂机等电动钢刷是一个盘形钢刷，由电动机带动旋转，手工操纵，常用于焊口除锈。电动砂轮与电动钢刷结构类似。由于它有磨削作用，故清理质量较高，不但用于除锈，还可磨光焊口、磨平焊缝和磨去毛刺等。,钢铁酸洗除锈：可以除去金属表面的氧化皮、锈蚀物，焊缝上残留的熔渣等污物。多用盐酸，速度快、效率高，不产生氢脆，表面状态好，其配制洗液比硫酸安全，经济。影响酸洗除锈效果的主要因素有钢铁种类、锈蚀程度及酸的种类、浓度、温度和时间(参见表6一2)。金属表面除油：主要是利用油脂能溶于有机溶剂，能发生皂化反应等特性，将金属表面上的油污除掉。有机溶剂除油：是一种普遍采用的方法。所用溶剂要求溶解力强、不易着火、毒性小
5、、便于操作、挥发慢。常用溶剂有汽油、石油溶剂、松节油、丙乙酮、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等。除油时一般采用浸渍法，此外还有蒸汽法和超声波法，其速度快、质量好。碱液除油：借助碱的化学作用，清除金属表面的油脂和轻微锈蚀。主要适用于黑色金属如钢、铸铁和不溶于碱液的金属如镍、铜等。乳化除油：利用能促使两种互不相溶的液体如油和水，形成稳定乳浊液的物质(乳化剂)来除去表面油脂及其他污物。在室温下比碱液效率高。乳化除油液主要由有机溶剂、乳化剂、混合溶剂、表面活性剂组成。,金属表面的氧化、磷化和钝化：将清洁后的金属表面经化学作用，形成保护性薄膜以提高防腐能力和增加金属与漆膜的附着力的方法，即氧化、磷化、钝化
6、处理。氧化处理：金属表面与氧或氧化剂作用，形成保护性的氧化膜，防止金属被进一步腐蚀。I.磷化处理：用锰、锌、镉的正磷酸盐溶液处理金属，使表面生成一层不溶性磷酸盐保护膜的过程称金属的磷化处理。此薄膜可提高金属的耐腐蚀性和绝缘性，并能作为油漆的良好底层。钝化处理：金属与铬酸盐作用，生成三价或六价铬化层，该铬化层具有一定的耐腐蚀性，多用于不锈钢、铝等金属。,火焰净化,火焰净化可以除油去锈。火焰可以烧掉油脂，但常留下烧不净的“碳灰”。在火焰加热和其后的冷却过程中，由于锈和金属的膨胀量不同，故彼此产生滑移，导致锈与金属分离，再用钢刷刷净。,净化工序不都在设备材料加工前进行，有时在临焊之前，有的在设备制作
7、完之后还要进行，如铝设备、不锈钢设备。,钢材由于轧制中不均匀的加热冷却，运输中的冲撞，储存时的不正确堆放而存在变形。制造过程中也会产生某些不需要的变形，如剪切或热切下来的窄板，以及作为半成品或成品的焊接件也常有超过要求的变形。最主要的是弯曲变形，对于小断面的型钢有时还存在扭转变形。矫正弯曲变形的实质是调整弯曲件“中性层”两侧的“纤维长度”，最后使纤维等长。矫形以及弯卷、成型等作业均要使材料发生塑性变形，故塑性变形的特征是分析这些作业的重要依据。,三.钢材的矫形,图6-2 拉伸时的应力应变曲线,为使分析变形问题简化，可把图中的虚线简化成一条折线。在弹性阶段的斜率E称弹性模量。在塑性强化阶段SN线
8、的斜率D称强化模数。D值大小表示材料强化效果的高低，它也是材料的一种固有物性参数，受材料成分影响较大。,矫正方法有机械矫正和火焰矫正法矫形。,图6-1 钢板、型钢供货的平面度、弯曲度技术要求,图6-2 一般钢材的变形，允许偏差,图6-3 机械矫正方法及适用范围,火焰矫正,图6-2 火焰矫正示意图,矫正原理：火焰矫正是用可燃气体的火焰加热被矫正的变形部位(通常加热金属纤维较长的部位)，被加热部位的金属受热膨胀，但又受到周围冷金属的阻碍产生压应力。当达到其屈服强度时，被加热部位产生塑性变形。冷却时虽然该部位也受周围冷金属的阻碍产生拉应力，但温度已下降，此时的屈服强度也已升高，变形很小。所以，从加热
9、到冷却过程中，被加热部位的金属纤维，总的来说是缩短了，因而实现了矫正的目的。火焰矫正的加热温度，大约控制在600左右。适用范围：最适于在锅炉制造过程中因组装、焊接、运输等因素引起的变形，因为这些变形已一般不可能再采用机械矫正方法进行矫正。,四.划线,划线是在原材料或经初加工的坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等，并打上(或写上)必要的标志、符号。划线工通常包括对零件的展开计算、放样和打标记。划线前应先确定坯料尺寸。坯料尺寸由零件展开尺寸和各种加工余量组成。确定零件展开尺寸的方法如下：作图法：用几何制图法将零件展开成平面图形。计算法：按展开原理或压(拉)延变形前后面积不变原则推导出计算
10、公式。试验法：通过试验公式决定形状较复杂零件的坯料，简单、方便。综合法：对计算过于复杂的零件，可对不同部位分别采用作图法、计算法，有时尚需用试验法配合验证。划线直接决定零件成型后的尺寸和几何形状精度，并影响到以后的组对焊接工序，对节约原材料有重要意义。,一.展图,把零件坯料的空间曲面(筒体、封头等）展成平面称为展图，这是划线工作的主要环节。展图依据：可展面：只有相邻两素线可构成一平面者(如柱面、锥面)才是可展的。可展面能精确确定展开后的图形和尺寸。不可展面：凡是由曲线构成的曲面(如球面，椭圆封头)是不可展的，在由直线构成的曲面中若相邻两素线不在同一平面内者(如螺旋面)也是不可展的，不可展面则只
11、能用近似方法展开。.中性尺寸：板材弯曲时尺寸不变的称中性尺寸，即平均厚度上的尺寸。展图时按中性尺寸计算，但对不可展面，尤其是厚板，按中性尺寸计算的结果有误差，要适当修正。.近似展图：对不可展面近似展图的主要根据有两条。一条是数学上的近似作图法，即用切线或割线构成的折线可代替曲线，用切面或割面构成的折面可代替曲面。只要折线或折面的分段尺寸足够小就能达到必要的精度。此法的通用性极强。另一条是利用某些塑性变形的假定作为展图的依据。例如，假定变形过程中某弧长不变称为等弧长法，面积不变称等面积法，体积不变称等体积法。锻件毛坯尺寸的计算普遍采用等体积法。,零件的展开计算,二.号料,工程上把零件展开图画在板
12、料上的过程称为号料(放样)。加工余量 筒节卷制伸长量：与被卷材质、板厚、卷制直径大小、卷制次数、加热等条件有关。钢板冷卷伸长量较小，通常忽略，约7-8mm 钢板热卷伸长量较大，不容忽略，用经验公式可估算伸长量 热卷筒节展开后长度l的计算公式为,边缘加工余量：包括焊接坡口余量，主要考虑内容为机加工(切削加工)余量和 热切割加工余量。边缘机加工余量，边缘加工余量与加工长度关系，钢板切割加工余量见表。焊缝变形量：对于尺寸要求严格的焊接结构件，划线时要考虑焊缝变形量(焊缝收缩量)。参见表。焊缝的收缩量、弯曲变形等受多种因素影响产生的各种焊接余量是十分困难的，因此表均为近似值。对一些简单结构在自由状态下
13、进行电弧焊接时，也可以对焊缝收缩量等变形进行大致估算。单层焊对接接头焊缝纵向收缩量为划线技术要求 加工余量与尺寸线之间的关系：在实际生产中经常划出零件展开图形的实际用料线和切割下料线。筒体(节划线如下：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 切割下料线尺寸实际用料线尺寸切割余量+划线公差,划线公差：目前划线尚无统一标准，各制造单位根据具体情况制定内部要求，来保证产品符合国家制造标准。例。合理排料：充分利用原材料、边角余料，使材料利用率达到90%以上。零件排料要考虑到切割方便、可行。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。认真设计焊缝位置。在划线下
14、料的同时，基本上也就确定了焊缝位置。,图6-3 筒节的划线及公差要求,焊缝位置的设计：焊缝不仅是承压和耐腐蚀的薄弱区域，而且焊缝过多，过长会增加制造成本和检验工时等。因此，应尽量从整体和局部全面考虑减少焊缝数量、缩短焊缝长度，并将焊缝设计在较合理的位置上。由于钢板尺寸的限制，展开零件必须拼焊时，拼接焊缝应满足以下要求：封头、管板的拼接焊缝数量，公称直径不大于2200rnm时，拼接焊缝不多于1条；大于2200mm时拼接焊缝不多于2条。封头各种不相交的拼焊焊缝中心线间距至少应为封头钢材厚度的3倍，且不小于100mm。封头由成形的瓣片和顶圆板拼制成时，焊缝方向只允许是径向和环向的。锅炉炉胆、锅壳的每
15、节筒节，其纵向焊缝数量，公称直径不大于1800mm时，拼接焊缝不多于2条；大于1800mm时拼接焊缝不多于3条。筒体、锅壳等元件的拼接焊缝，每节筒体纵向焊缝中心线间的弧长不应小于300mm；相邻筒体纵向焊缝以及封头(或管板)拼接焊缝与筒体纵向焊缝应互相错开，且两焊缝中心间的弧长不得小于100mm，如图。最短筒节长度不应小于300mm。当焊缝需要进行探伤检验时，要使检验能方便可行。例如，需要进行超声波检验时，在焊缝两侧要留有适当的探头操作移动范围和空间。,三.标记和标记移植,在钢板划线时对制造受压元件的材料应有确认的标记（如打上冲眼、涂上标号），如原有确认标记被截掉或材料分成几块，应于材料切割前
16、完成标记移植工作，以保证材料及加工尺寸的准确、清晰，而有利于后续工序顺利进行，且有利于材料的管理、待查和核准。对有防腐要求的不锈钢以及复合钢板制容器，不得在防腐蚀面采用硬印作为材料的确认标记。,从号料过的钢材上把需要的坯料割取下来的工序称为切割，也称下料。用于设备制造的切制方法分成机械切割和热切割两类。,剪切：是将剪刀压入工件中使剪切应力超过材料抗剪强度而达到剪断的目的。这种方法效率高，切口精度高，只要材料硬度适当，尺寸在剪床技术性能范围内均可适用，但切口附近23mm内的金属有明显的硬化现象，对于重要设备应把硬化区加工掉。剪床按剪切刀刃形状分成直线和圆两种。两直线刀刃平行的称平口剪，剪切过程沿
17、刀刃长度同时进行，故剪切力大且冲击性强，只适宜剪短料，被剪下来的条料变形较小。两直线刀刃成一角度的称斜口剪，剪切过程沿刀刃长度逐步进行，故剪切力比平口剪在相同厚度工件时要小，冲击性降低，可剪较宽较厚的板料，但在剪窄条时板条会发生弯曲甚至扭弯。刀刃为圆形的称圆盘剪，主要用于薄板，切口可以任意长，当数对圆盘刀按需要的距离排列时可一次同时剪若干相应宽度的长条料。锯切：属于切削加工，设备制造中主要是管件采用锯切，如砂轮锯、圆盘锯。,第三节 钢材的切割及边缘加工,一.机械切割,氧气切割：简称气割，也称火焰切割，因为切割时需要一个预热火焰，但只有火焰并达不到切割目的，关键是高速纯氧气流。,氧气切割原理：预
18、热：把切口处金属(表层)加热至燃点氧化：切割纯氧流2从喷嘴中心喷出成一细柱状，把已达到燃点的金属氧化燃烧成氧化物，称为渣。吹渣：氧化物处于高温且是液态，故被高速氧气流吹走，从而将未氧化的金属暴露在氧气流下。前进：新暴露出来的金属主要受前面金属的氧化热作用而升温至燃点，继续被氧流氧化燃烧，成渣、被吹走，直至整个厚度金属 被氧化吹通止。,图6-4 纯氧切割示意图1喷嘴；2切割氧；3预热焰；4渣,二.热切割,切割条件：金属的熔点必须高于金属氧化物的熔点，这样才能使氧化过程不断进行。金属的熔点必须高于金属的燃点，这样才能保证在固态下切割，切口才能为气流准确控制以达到较高的精度。如果金属熔点低于燃点，则
19、会在氧化燃烧之前自行流动，切口难于控制。金属的氧化潜热大，导热系数低，这样切割时生成热量多且散失少，因而预热速度快，预热深度大、故切速快、切割厚度大。能满足以上条件的金属主要是含碳量小于0.7%的碳素钢，绝大部份低碳低合金钢。切割特点：1）设备简单 2）切口质量好 3）切割厚度大 4）切割形状和位置灵活 5）节省材料应用范围：碳刚和低合金钢,等离子切割：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。它不受物性限制，可切金属也可切非金属。,图6-5 等离子体发生图,等离子体产生方法：压缩电弧，迫使电弧收 细，电流密度增加，热 量更加集中，因而温度 显著升高，最后导
20、至全 部电离而成等离子体。通过喷嘴燃烧的电弧受到三种压缩作用:机械压缩 热压缩 磁压缩 经压缩电弧得到的等离子体是一束细长、高温且有较高流速的流体，其温度分布如图，等离子体的功率主要由电流确定，冲刷力则决定于气流速度。,等离子切割特点：能切割任何材料是其最突出的特点，因为高温、大功率、强冲剧 力；切割工作量不大；切口精度和光洁度都不及气割，且切口较 宽；它基本上不能离开专门的切割场地，但在割枪所及的范围内 仍不受工件形状、切口形状及空问位置的限制。等离子切割的应用：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，特别是厚板和曲线切口。,电弧气刨：利用电弧热
21、使金属熔化，在其自重作用下流走，从而达到切割目的的方法称电弧切割；为提高切割速度和精度，在电弧周围或后面通入一股高速气流，如压缩空气，使融化金属迅速流走，同时还使电弧温度升高，不但有利于提高切速，而且未熔化的金属清楚可见，能准确加热，从而也提高了切口精度，称此为电弧一空气切割，此法可以切断，也可以只切去一层，又称为电弧气刨，简称气刨。应用：在焊缝返修、铲根、刨平焊缝余高、除毛刺等作业；有时也用它来开坡日，特别是曲面上的坡口和平面上的曲线坡口。条件较差的地方作为气割以外的补充手段，用于切不锈钢等较薄的工件。,图6-6 a电弧切割 b电弧气刨,三.边缘加工,作用：组对前切除毛坯的多余金属，并根据焊
22、接需要加工适当形状的坡口。边缘加工对零件的精度有重要作用：1)可以为组对焊接提供良好的条件。对于结构钢当切割边缘有微裂纹、渗碳、淬火、硬化等缺陷时，需要用切削加工的方法去掉，否则它们可能成为结构脆裂的起源，特别是对于低温设备和动载设备更应注意。2)利用坡口的大小来改变焊缝中工件金属和焊条金属的比例，是控制焊缝化学成分的一种辅助手段。边缘加工方法主要是切削加工、气割和气刨、风铲。刨边机是设备制造厂内专用于加工平板直边上的坡口的机床。由切削加工得到的坡口质量很好。气割坡口常结合下料进行。气刨主要用于加工不规则形状的坡口，如相贯线上的坡口，尤其是气割也难于加工的地方。凡是热切割的坡口要考虑表面用手工
23、砂轮打磨光洁。,第四节 钢材的塑性变形及弯曲,模弯：坯料在一定长度上在定型曲面模具作用下而同时弯曲。需要专门的模具。滚弯：坏料在通用的工具(多为滚轮)作用下逐点连续弯曲。,筒节的弯卷成型1.冷卷成型的特点,钢板弯卷的变形率、临界变形率,(单向拉伸，如钢板卷制),(双向拉伸，如筒体折边，冷压封头),变形率的大小对金属再结晶后晶粒的大小影响很大。金属材料冷弯后产生粗大再结晶晶粒的变形率，称为金属的临界变形率。钢材的理论临界变形率范围为5%10%，钢板的实际变形率。应该小于理论临界变形率。,由上式可以看出，钢板越厚、筒节的弯卷半径越小，则变形率越大。变形率的大小对金属再结晶后晶粒的大小影响很大。金属
24、材料冷弯后产生粗大再结晶晶粒的变形率，称为金属的临界变形率。钢材的理论临界变形率范围为5%10%，钢板的实际变形率应该小于理论临界变形率，否则粗大的再结晶晶粒将会降低后续加工工序(如热切割、焊接等)的力学性能。,最小冷弯半径,在冷卷成形过程中随着变形率的增大，即塑性变形增大，在金属内部晶格发生严重歪扭和畸变，金属的强度、硬度上升，而塑性、韧性下降，称为冷加工硬化。冷加工硬化产生的组织使变形抗力增加，成形的动力消耗增加，影响成形质量。,用最小冷弯半径Rmin代替可得：碳素钢、16MnR（单向拉伸）（双向拉伸）其它低合金钢,热卷成型的特点钢板在再结晶温度以上的弯卷称为热卷(热变形)，在再结晶温度以
25、下的弯卷称为冷卷(冷变形)。钢板加热到500600进行的弯卷，由于是在钢材的再结晶温度以下，因此其实质仍属于冷卷，但它具备热卷的一些特点。金属的再结晶温度Tz，与金属熔点T。之间的关系为热卷可以防止冷加工硬化的产生、塑性和韧性大为提高，不产生内应力，减轻卷板机工作负担。应控制合适的加热温度。应控制适当的加热速度。,在保证钢材表里温差不太大，膨胀均匀的前提下，加热速度越快越好。只有导热性较差的高碳钢和高合金钢或截面尺寸较大的工件，因其产生裂纹的可能性较大，此时需要低温预热或在600以下缓慢加热。对于一般低碳钢或合金钢板，在任何温度范围内都可以快速加热。热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，操
26、作麻烦，钢板减薄严重。对于厚板或小直径筒节通常采用热卷。当卷板时变形率超过要求、卷板机功率不能满足要求时，都需采用热卷。,1.对称式三辊卷板机,卷板机及弯卷工艺,图6-7 a对称式三辊卷板机工作原理,工作原理图：上辊1可以上下移动，以适应各种弯曲半径和厚度的需要，同时对钢板施加一定的弯曲压力。两个下辊2为主动辊，对称于上辊轴线排列，并由电动机经减速机构带动，以同速同向转动。工作时将钢板置于上、下辊之间，然后上辊向下移动，使钢板被压弯达到一定程度。接着启动两个下辊转动，借助于辊子与钢板之间的摩擦力带动板料送进，上棍随之转动。通常一次弯卷很难达到所要求的变形程度，此时可将上辊再下压一定距离，两下辊
27、同时反向转动，使钢板继续弯卷，这样经过几次反复，可将钢板弯卷成一定弯曲平径的筒节。,卷板机的可调参量与弯曲半径的关系,对称式三辊卷板机的特点：构造简单、价格便宜，应用很普遍。对卷板两端头各有一段直边不能弯曲，需要对直边进行处理。,图6-7 b弯曲终了时三辊的位置,钢板的直边与处理方法,直边：对称三辊卷板机上钢板的最大塑性弯曲发生在上辊接触处，即两下辊支点的中 央，因而在钢板两端约为两下辊距一半的长度上曲率不足，称之为直边。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。,图6-7 直边的处理,对钢板进行预弯曲常用两种方法:1.用其它压力机，并配合一定曲率半径的模具进行预弯，
28、如图c所示；2.在卷板机上，用刚性足够、曲率一定的模板压垫进行预弯，如图d所示。另外可采用简易逐一压弯法预弯或预留直边量，待卷圆后切除直边，如图e，f所示。上述方法不仅需要辅助设备如压力机、模具等，并多增加一道工序，而且浪费金属，故不太理想，特别是厚钢板更为突出，故又出现了可以省去预弯工序的其它类型的卷板机。,2.其它型式的卷板机,图6-8 下辊垂直移动三辊卷板机,卷板时将钢板置于上下辊之间，见图a，左下辊升起，预弯左板边，见图b，左辊回原位，启动两个下辊旋转，使钢板移至图c位置，再升起右辊，预弯右板边，如图d此时同对称式三辊卷板机一样，把钢板弯卷成无直边的圆筒，如图e所示。,下辊垂直移动三辊
29、卷板机,不对称式三辊卷板机,图6-8 不对称式三辊卷板机,上辊1(主动辊)装在下辊2的上面(有时下辊2也为主动辊)，电动机经变速器带动其旋转。旁辊3装在下辊2的一侧。下辊可在垂直方向进行调节，调节量的大小约等于卷板的最大厚度。旁辊可沿A向调节。下辊与旁辊间的调节可用电动或手动操作。卷板时，先将钢板置于上、下辊之间，使其前端进人旁辊并摆正。然后升起下辊将钢板紧压在上、下辊之间，如图a所示。再升起旁辊，预弯右板边，如图b所示。旁辊回原位，启动上、下辊，使钢板移至图c位置。再升起旁辊，预弯左板边，如图d所示。最后启动电机带动上、下辊旋转，使钢板弯卷成形，如图e所示。这种卷板机不仅可卷圆筒节，由于旁辊
30、两端可分别调节，故也可弯卷锥形筒体。,对称式四辊卷板机,图6-9 对称式四辊卷板机,上辊1为主动辊，下辊3可垂直上、下移动调节，两侧辊2是辅助辊，其位置也可以调节。卷板时，将钢板端头置于1,3辊之间并找正，升起下辊3将钢板压紧，如图a所示。然后升起左侧辊对板边预弯，如图b所示。预弯后适当减小压力防止钢板碾薄)，启动上辊旋转，此时构成一个不对称式三辊卷板机对钢板弯卷。随后升起右侧辊托住钢板，当钢板卷至另一端时，上辊停止转动，将下辊向上适当加大压力，同时将右侧辊上升一定距离，弯曲直边，再适当减小一下辊压力，并启动上辊旋转，又形成一个不对称式的三辊卷板机，连续弯卷几次直到卷成需要的筒节为止，如图C所
31、示。这种卷板机的最大优点是一次安装卷完一个圆筒，而不留直边，故加工性能较先进。但其结构复杂，辊轴多用贵重合金钢制造，加工要求严格，造价高。近年来，随着各种新型三辊卷板机的出现，四辊卷板机己有逐渐被取代的趋势。,立式卷板机,图6-10 立式卷板机,图a中轧辊1为主动辊，两个侧支柱2可沿机器中心线0-0平行移动，其间的距离还可调节，压紧轮3可前、后调节。弯卷时，钢板放人辊1和柱2之间，压紧轮3靠液压力始终将钢板紧压在辊1上，两侧支柱2朝辊1方向推进将钢板局部压弯。然后支柱2退回原位，驱动辊1使钢板移动一定距离，两侧支柱2再向前将钢板压弯。这样依次重复动作，将钢板压弯成圆形筒节。,特点：1.问歇地、
32、分级地将钢板压弯成筒节，压弯力强，钢板一次通过便弯卷成形；2.热卷厚钢板时，氧化皮不会落人辊筒与钢板之间，因而可避免表面产生压坑等缺陷；3.卷大直径薄壁筒节时，不会因钢板的刚度不足而下塌;4.缺点是弯卷过程中钢板与地面摩擦，薄壁大直径筒节有拉成上、下圆弧不一致的可能。,3.卷板工艺,卷前准备：首先要调准辊轴轴线，确保平行，否则会使两侧的实际压下量不等，造成筒节两侧弯曲半径不等形成锥度。,图6-11 几种卷圆缺陷,卷圆操作：钢板放入滚圆机时要保证放正，筒节的素线与辊轴的素线要平行，否则卷成的筒节端部边缘不是平面内的圆，而是一条螺线，称为错口。,实际操作中并不是用计算压量的方法来控制滚弯半径，而是
33、用一个薄铁板制成的内样板去检验已卷出部分的实际R值，再定下一步的压下量。为测量准确，样板弧长不能太短，检查时中心露光表示已卷圆过度，两端露光表明滚圆不足。一般总压下量要分几次完成，尤其是板厚接近卷板机最大厚度时。操作中要注意避免卷圆过渡，因为卷板机自身无法矫回。,4.卷板机的主要工作参数,卷板机的工作能力和卷制范围由卷板机的技术性能和主要工作参数来决定。几种卷板机的主要参数见下表：,表6-5 几种卷板机的主要参数,卷板机可卷制的最小圆筒直径的计算：,卷板机的上辊直径,卷板机的主要工作参数是根据某一材料(通常为低碳钢)在常温下，按一定的板厚、板宽等卷制条件来设计的。当使用条件与设计条件不同时，如
34、冷卷、热卷、板宽改变、弯卷曲率改变等，可以进行计算以扩大使用。,5.卷板机的扩大使用,只改变钢板材料的计算,冷卷,热卷,只改变钢板材料的计算,图6-12 卷板机板宽改变时的几何关系,弯卷条件为冷卷，且,改变弯曲半径的计算（冷卷）,图6-13 卷板机弯曲半径改变时的几何关系,6.筒节弯卷的回弹估算,图6-13 冷弯卷的过卷,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。筒节在冷弯卷时，回弹量较大，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，如图。同时，在最终成形前进行一次退火处理。,筒节回弹前的
35、内径；过卷量,7.筒节弯卷的工艺减薄量,表6-6 不同弯卷工艺下筒节的减薄量,封头的成型（冲压成形、旋压成形和爆炸成形）,1.封头的冲压成型,冷、热冲压条件：a常温下塑性较好的材料，可采用冷冲压；对于热塑性较好的材料，可以采用热冲压；b依据毛坯的厚度与毛坯料直径D0之比即相对厚度来选择冷、热冲压，见表67。毛坯热冲压的加热过程：a控制加热温度；b应缩短加热时间。几种常用封头材料的加热规范参见表68。冲压加工中采用润滑剂：为了有利于钢板的塑性变形，提高冲压模具寿命和封头表面质量，封头冲压时常采用润滑剂，见表69。,图6-14 20g中压锅炉封头加热过程,表6-7 封头冷、热冲压与相对厚度的关系,
36、表6-8 常用封头材料的加热规范,表6-9 封头冲压常用,冲压过程,图6-15 水压机冲压封头的过程1活动横梁；2压边圈；3上模（冲头）4毛坯；5下模(冲环)；6一脱模装置,水压机组成：工作缸、定位缸、压边缸、横梁、上模、压边圈和下模等。冲压工艺过程：安装：坯料放到下模上，并按模口找正；开动油压机，使活动横梁由定位油缸带动空程向下，当压边圈与坯料接触后，开动压边油缸，将坯料的边缘压紧。接着冲头空程向下，当与坯料接触后，开动主工作缸使冲头向下冲压，对坯料进行拉深，当坯料完全通过下模后，封头己成型完毕，开动回程油缸，将冲头和压边圈向上提起，用脱模卡环将包在冲头上的封头拨下，并从下模支座中取出，冲压
37、工作全部结束。,封头的冲压次数：一般情况下是一次冲压成型；当直径较大而板厚较薄时，要进行第二次或第三次冲压。,冲压的应力与变形过程,封头的冲压属于拉延过程，在冲压过程中各部分的应力状态和变形情况都不 同：压边圈下部的毛坯边缘A部分材料处于三向应力状态：冲头的下压力使其受经向拉应力r；，并向中心流动(产生经向应变)，坯料外直径减小，边缘金属沿切向收缩，产生切向压应力t 使毛坯边缘丧失稳定而产生折皱，为了避免折皱的产生，常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生了压应力 n。下模圆角B部分的材料，受到经向拉伸应力、切向压缩应力和弯曲应力。,图6-16 封头冲压应力状态,在冲头与下模空隙的C部分金属材
38、料，受经向拉应力和切向压应力，而板厚方向不受力，处于自由状态，越接近下模圆角处切向压应力越大，所以薄壁封头在毛坯外径缩小到此区时，容易起皱。封头底部D处的金属材料，经向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，厚度略有减薄。,图6-16b 径向应力分析,径向应力分析切向应力分析,压边条件和压边力的计算冲压力的计算,冲压加工后的封头壁厚变化,薄壁封头的冲压成形,多次冲压成形,有间隙压边法,带坎拉伸法,反拉深法,厚壁封头的冲压成形,复合钢板封头的冲压：必须采用压边圈,封头上设计有人孔的冲压加工,冲压模具设计,上模（冲头）,下模（冲环）,压边圈,2.封头的旋压成型,随着装备制造的大型化，大型封头的制造问题迫
39、切需要解决。采用冲压成型需要大吨位、大工作台面的水压机，模具，成本高。采用分片冲压拼焊法要制作冲压瓣片的模具，组焊工作量大、工序多、工期长、成本高、质量不易保证、常与封头上开孔有矛盾等。目前采用旋压成形法制造大型封头已成为主要方法。,1）特点：适合制造尺寸大、壁薄的大型和超大型封头；旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的 封头，比水压机约轻2.5倍；旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本低，同一模具可制造 直径相同而壁厚不同的封头；工艺装备更换时间短，占冲压加工的1/5左右；封头成形质量 好，不易产生减薄和折皱，适于单件小批生产；压鼓机配有自动操作系统，翻边机的自动化 程度也很高；冷旋压成形后对于某
40、些钢材还需要进行消除冷加工硬化的热处理；对于厚 壁小直径(小于等于1400mm)封头采用旋压成形时，需在旋压机上增加附件，不如冲压成形 简单；旋压过程较慢，生产率低于冲压成形。旋压是逐点、依次成型，基本是靠弯曲来达到成型目的 设备为旋压机,2）单机旋压法,图6-17a 无模旋压法1上主轴；2下主轴；3外旋辊；4外旋辊；5内旋辊,图6-17b 有模旋压法1上主轴；2下主轴；3外旋辊；4外旋辊；5模具,图6-17c 立式冲旋压联合法1上压模；2坯料；3下压模；4内旋辊；5定位装置；6外旋辊,3.封头的爆炸成型,图6-18 封头爆炸成型装置1基础；2枕木；3支座；4下模；5坯料6压边圈；7卡子；8支
41、架；9水封圈；10药包；11导线,爆炸成型是利用炸药爆炸时放出巨大的能量，产生几千到几万大气压的冲击波，通过介质(水或砂)把压力传给封头坯料，迫使其发生塑性变形并通过下模而成型。坯料在爆炸成型过程中是瞬时完成塑性变形的，极高的变形速度使变形功几乎全部转化成热，金属自动升至高温，所以实际上是热成型，材料的塑性要比冷变形时好得多。成型力是介质压力，故有一种自然的全面向下模压紧的作用，这种巨大的随机式的压力能使坯料紧贴下模过渡圆弧区滑下，不会折皱。炸药种类及用量：硝胺，三硝基甲苯等。用量采用试验法或估算法计算。炸药包形状,4.封头的制造质量,封头应尽量用整块钢板制成，必须拼接时，焊缝数量及位置参见封
42、头的划线技术要求。封头冲压前应清除钢板毛刺，冲压后去除内外表面的氧化皮，表面不允许有裂纹等缺陷。对于微小的表面裂纹和高度达3mm的个别凸起应进行修整。人孔板边处圆柱部分上距板边圆弧起点大于5mm处的裂口，经检验部门同意后，可修磨、补焊，修磨，缺陷补焊后应进行无损检测。封头和筒体对接处的圆柱部分长度L应符合表的规定。球形封头可取L为零。封头的几何形状和尺寸偏差要求。,图6-19 椭圆形封头中心开椭圆形人孔,图6-20 球形封头中心开圆形人孔,管子的弯曲,1.管子弯曲的应力分析与变形计算,应力分析及易产生缺陷,图6-21 管子弯曲的应力和变形分析,管子在弯矩M作用下发生纯弯曲变形时，中性轴外侧管壁
43、受拉，随着变形率的增大，管壁可能减薄，严重时可产生微裂纹；内侧管壁受压，管壁可能增厚，严重时可使管壁失稳产生折皱；在合力N1与N2作用下，使管子横截面变形，若管子是自由弯曲，变形将近似为椭圆形；若管子是利用具有半圆槽的弯管模进行弯曲，则内侧基本上保持半圆形，而外侧变扁。,变形率要求和变形量的计算,HC20584-1998钢制化工容器制造技术要求中对钢管冷弯曲的变形率的规定：钢管冷弯后，如变形率超过下列范围时，应进行热处理：碳钢、低合金钢的钢管弯管后的外层纤维变形率应不大于钢管标准规定伸长5的一半，或外层材料的剩余变形率应不小于10%；对有冲击韧性要求的钢管，最大变形率不大于5%。在实际生产中控
44、制管子弯曲变形率的主要方式是控制管子弯曲的半径，弯曲半径越小、就越容易产生弯管缺陷。不同管材、规格的管子弯曲半径，有关标准和资料作了一些规定，如钢制管壳式换热器。管子弯曲半径不但与管外径和壁厚有关，还与管子材质、弯管工艺、弯管方法等因素有关。,表6-10 换热管最小弯曲半径Rmin,R/dw S/dw,椭圆率a,弯管外侧壁厚减薄量,弯管伸长量：管子弯曲后产生的塑性变形将使管子的总长度增加，弯管后的伸长量与管子材质、弯曲半径、弯管方法、弯管工艺等因素有关，生产中常按经验估算。,表6-11 弯曲不同角度时伸长量的估算,2.弯管方法,冷弯，热弯,有芯弯管，无芯弯管,手工弯管，机动弯管,压弯，滚压弯，
45、拉弯，冲弯,图6-22 手动弯管器1 工作扇轮；2一活动滚轮；3一夹叉；4手柄；5一销轴；6一夹子；7-螺栓；8一工作台,手动弯管法,拉拨式弯管法,图6-23 辊轮式弯管机无芯弯管,图6-24 导槽式式弯管机有芯弯管,3.管件制造的技术要求,换热管的拼接 换热器用换热管拼接时，须符合下列要求：a 同一根换热管，其对接焊缝不得超过一条(直管)或两条(U形管)；b 最短管长不得小于300mm；c 包括至少50mm直管段的U形管段范围内不得有拼接焊缝；d 对口错边量应不超过管子壁厚的15%，且不大0.5mm；直线度偏差以不影响顺利穿管为限；e 对接后，应按表选取钢球直径对焊接接头进行通球检查，以钢球通过为合格；.U形管的弯制 a U形管弯管段的圆度偏差，应不大于管子名义外径的10%；b U形管不宜热弯，否则应征得用户同意；c 当有耐应力腐蚀要求时，冷弯U形管的弯管段及至少包括150rnm的直管段应进行热处理。碳钢、低合金钢管作消除应力热处理；奥氏体不锈钢管可按供需双方商定的方法进行热处理。另外，对于其他装备，如锅炉的管件制造还有管子端面倾斜度、对接后的弯折度、管子弯曲角度偏差、弯曲管子的平面度等要求。,
