課程設(shè)計說明書09MnNiDR塔頂冷凝器外殼焊接生產(chǎn)工藝設(shè)計作者:劉保串學號：1103054323學院(系):材料科學與工程學院專業(yè):材料成型與控制工程教授李志勇教授李志勇指導(dǎo)教師：高工高工丁京濱2023年1月299601序言 4220002焊接生產(chǎn)工藝性分析 4197362.1焊接結(jié)構(gòu)工藝性審查 492682.1.1產(chǎn)品樣圖結(jié)構(gòu)審查 4119272.1.2技術(shù)要求 5204692.1.3技術(shù)特性 569652.2母材的焊接工藝性分析 562982.2.109MnNiDR的特性 5316002.2.209MnNiDR的焊接性分析 662842.309MnNiDR低溫壓力容器鋼焊接工藝要點 9113412.3.1焊接過程考前須知 9153563焊接性實驗 10183193.1工藝焊接性實驗 10252553.1.1斜Y形坡口焊接裂紋試驗法 10202373.1.2插銷試驗 13115113.1.3焊接熱裂紋敏感性試驗方法 15227604焊接工藝評定 16140694.1焊接試件的制備 1664324.2焊接試件試驗方法 18224914.2.1拉伸試驗 1875224.2.2沖擊試驗 19295284.2.3彎曲試驗 19150464.3工藝評定試驗分析 2045385主要零件的加工制造 21106435.1筒體的制造 21242175.2封頭的制造 2545485.3法蘭的選用 27270715.4接管的制造 2853235.5支座的制作 2993076零件的裝配 3116656.1封頭、筒體與管板的裝焊 3194096.2法蘭筒體的焊接 31221017塔頂冷凝器外殼的檢查 32197897.1焊縫外觀檢查 32295007.2焊縫無損探傷 3359127.3水壓試驗 33附錄一排幅員附錄二筒體焊接工藝卡附錄三筒體制造工藝卡1序言石油化工領(lǐng)域中，精餾塔是一種使用非常頻繁、非常重要的工藝設(shè)備，它的穩(wěn)定運行直接關(guān)系到整個石油化工裝置的產(chǎn)品質(zhì)量及綜合能耗。塔頂冷凝器作為與精餾塔聯(lián)合使用的重要耗能設(shè)備，通過對其合理設(shè)計能有效的使精餾塔穩(wěn)定。本文主要介紹塔頂冷凝器外殼的制造及焊接工藝過程。2焊接生產(chǎn)工藝性分析2.1焊接結(jié)構(gòu)工藝性審查2.1.1產(chǎn)品樣圖結(jié)構(gòu)審查產(chǎn)品圖紙如圖2-1圖2-1塔頂冷凝器外殼此次設(shè)計的設(shè)備為塔頂冷凝器外殼，母材材料：09MnNiDR尺寸：直徑Φ1000mm總長3647mm壁厚8mm，主要加工手段為焊接，此外還采用沖壓、卷彎、機加工等輔助工藝。焊接方法采用埋弧焊和熔化極混合氣體保護焊，接頭形式為對接、角接。2.1.2技術(shù)要求本設(shè)備按《鋼制焊接容器技術(shù)》條件JB/T4735-1997和《鋼制列管式換熱技術(shù)》條件GB151-1999進行制造試驗和驗收，并須同時遵從《壓力容器平安監(jiān)察標準》有關(guān)規(guī)定；焊接方法采用埋弧自動焊和熔化極混合氣體保護焊；焊接結(jié)構(gòu)型式除圖中注明外，對接焊接按GB/T985-1988中規(guī)定，其余焊接按GB986-1988規(guī)定，法蘭焊接按相應(yīng)的法蘭標準中規(guī)定；殼體對接焊縫應(yīng)進行無損探傷檢查，探傷長度不少于焊縫總長的20%，探傷等級為二級；設(shè)備完成后，殼程及管理都以0.408MPa〔表壓〕進行水壓試驗。2.1.3技術(shù)特性塔頂冷凝器殼體技術(shù)特性如表2-1所示：表2-1技術(shù)特性表設(shè)計壓力/MPa設(shè)計溫度/℃介質(zhì)焊縫系數(shù)腐蝕裕度/mm換熱面/m2容器類別管程0.49＜-200℃水12140殼程0.49＜-200℃甲醇蒸汽2.2母材的焊接工藝性分析2.2.109MnNiDR的特性09MnNiDR低溫用鋼主要用于低溫下工作的容器、管道和結(jié)構(gòu)，如液化石油氣儲罐、冷凍設(shè)備及石油化工低溫設(shè)備等，低溫用鋼可分為不含鎳及含鎳的兩大類，其牌號、化學成分、力學性能如表1、表2所示。對低溫用鋼的主要性能要求是保證在使用溫度下具有足夠的韌性及抗脆性破壞的能力。低溫用鋼一般是通過合金元素的固溶強化、晶粒細化，并通過正火或正火加回火處理細化晶粒、均勻化組織,而獲得良好的低溫韌性，09MnNiDR低溫鋼的含碳量不高,在常溫下具有較好的塑性和韌性，冷或熱加工工藝均可采用。09MnNiDR低溫鋼是以鐵素體為基的低溫鋼，鐵素體的晶粒度對斷裂韌性的影響十清楚顯。鐵素體的晶粒尺寸越細小，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度將向低溫方向移動。因此，但凡促使細化晶粒的合金元素，當參加量適當時，都能改善其韌性。Ti、Al、Nb等元素有很好的細化晶粒作用。此外，通過正火處理也有利于獲得細化晶粒的效果。2.2.209MnNiDR的焊接性分析焊接性是材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。它包含兩方面內(nèi)容：一是焊成的構(gòu)件符合設(shè)計的要求；二是滿足預(yù)定的使用條件，能夠平安運行。根據(jù)這兩方面的內(nèi)容,優(yōu)質(zhì)的焊接接頭應(yīng)具備兩個條件：即接頭中不存在超過質(zhì)量標準規(guī)定的缺陷，同時具有預(yù)期的使用性能。焊接時，產(chǎn)生各種焊接缺陷和影響其接頭性能的因素很多，既有鋼材內(nèi)在的因素，如化學成分、組織狀態(tài)、厚度等，又有焊接條件的外在因素，如焊接材料、焊接方法、焊接工藝及參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式、焊工技術(shù)水平等。以下從碳當量及合金元素對09MnNiDR鋼焊接性進行分析。碳當量計算。焊接熱影響區(qū)的淬硬和冷裂傾向，與鋼材的化學成分有著密切的關(guān)系。在化學成分當中，碳對鋼材的淬硬和冷裂的影響最為明顯。通常把各種合金元素對淬硬和冷裂的影響都折合成碳的影響，再用碳當量公式進行計算。國際焊接學會〔IIW〕碳當量C〔%〕公式為：C=C+Mn/6+〔Ni+Cu〕/15+〔Cr+Mo+V〕/5按此公式計算后C=0.35609MnNiDR鋼為鐵素體+少量珠光體型低溫用鋼。其碳當量≤0.44，淬硬傾向小，不易形成冷裂紋，焊縫具有較好的塑性和韌性，通常無需預(yù)熱。當板厚超過一定的厚度、接頭剛性拘束較大或碳當量偏高時，應(yīng)考慮預(yù)熱。但預(yù)熱溫度不要過高，否那么會使熱影響區(qū)晶粒長大，并在晶界析出氧化物。所以，焊接時應(yīng)控制焊接線能量和層間溫度，焊后還應(yīng)進行消除應(yīng)力的熱處理。合金元素對焊接性的影響鋼中參加適量的合金元素不但能保證鋼材的力學性能要求，而且影響其焊接性。09MnNiDR低溫鋼中合金元素主要有C、Si、Mn、Ni、Nb、P、S等,對其焊接性起了很大的作用。碳。C含量是影響焊接性的主要元素。碳能增加鋼材的硬度，促使硫的偏析，故鋼中wc越高，tcr越高，為此低溫鋼的wc應(yīng)＜0.20%。鋼中的碳與鐵結(jié)合易于形成碳化物，嚴重地增大鋼的脆性。因為09MnNiDR低溫鋼中含碳量低，對冷裂紋敏感性很低，焊接性良好。硅。Si能顯著提高鋼的彈性極限,屈服強度和抗拉強度，當在0.5%左右時，能降低脆性轉(zhuǎn)變溫度；但當硅大于0.5%時那么提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，從而降低鋼的焊接性能。錳。Mn為其主要合金元素，Mn的作用主要是通過固溶強化來提高鋼的強度，并有利于提高鋼的低溫韌性。Mn與Si在比例適宜時，可以有很好的脫氧作用，對改善韌性是有利的。Mn還有脫硫的作用，適當提高Mn的含量,有比擬明顯地提高韌性的效果。因此低溫鋼應(yīng)適當提高含錳量，并嚴格限制S和P含量。鎳。Ni為其主要合金元素，能改善鐵素體的低溫韌性，它的作用大約是Mn的5倍，并具有顯著降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度的作用。在低溫用鋼中,含鎳鋼占有重要地位。含鎳鋼必須嚴格控制C、S、P的含量，才能充分發(fā)揮Ni的有利作用。鈮。Nb有很好細化晶粒的作用，參加適量可改善鋼的韌性。硫。S使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，對焊接性不利。硫與氧形成的非金屬夾雜物對韌性危害極大，鋼中硫氧含量越多，夾雜物越多，鋼的韌性越低。夾雜物的形態(tài)對韌性也有重大影響，當為長條狀〔如MnS〕時，降低沖擊韌性，而且造成縱橫向沖擊韌性嚴重的各向異性。但因09MnNiDR低溫鋼中嚴格限制了其含量，故硫?qū)ζ浜附有杂绊懖淮?。磷。P作為有害雜質(zhì)，能使鋼產(chǎn)生冷脆性，嚴重降低鋼的焊接性，但因09MnNiDR低溫鋼對硫含量嚴格要求，故硫?qū)ζ浜附有杂绊懖淮蟆?9MnNiDR鋼的焊接特點。09MnNiDR低溫鋼含碳量≤0.12%，合金元素總含量≤5％，碳當量為0.35%。09MnNiDR低溫鋼的焊接性良好。雖然鎳是提高鋼淬透性的元素，但由于09MnNiDR鋼含鎳較低，碳當量不高，淬硬傾向較小，室溫焊接時不易形成冷裂紋；鋼中S、P等雜質(zhì)元素的含量較低，也不易產(chǎn)生熱裂紋。通常板厚h<25mm不需預(yù)熱，當板厚h>25mm或焊接接頭拘束度較大時，應(yīng)考慮預(yù)熱,以防止產(chǎn)生焊接裂紋。預(yù)熱溫度過高會使熱影響區(qū)晶粒長大，在晶界可能析出氧化物和碳化物而降低韌性，所以預(yù)熱溫度一般在100~150℃，最高不超過200℃。焊接時可能存在的問題及防止措施冷裂紋冷裂紋一般是在焊后的冷卻過程中，在Ms點附近或200~300℃的溫度區(qū)間出現(xiàn)。冷裂紋的起源多發(fā)生在具有缺口效應(yīng)的焊接熱影響區(qū)或有物理、化學性質(zhì)不均勻的氫聚集的局部地帶。Ni使鋼的淬透性顯著增大，但09MnNiDR鋼含碳量低，S、P也被嚴格控制,故低鎳低溫鋼的冷脆傾向不大，薄板熔焊時不必預(yù)熱，厚板那么須預(yù)熱100~150℃。熱裂紋熱裂紋是在高溫下產(chǎn)生的，而且都是沿著原奧氏體晶界開裂。因為鋼材不同，所以產(chǎn)生熱裂紋的形態(tài)、溫度區(qū)間和主要原因也各有不同，主要有結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋。母材含雜質(zhì)〔S、P、C、Si〕偏高時，特別是硫和磷偏高會使結(jié)晶溫度區(qū)間明顯加寬。但09MnNiDR鋼含碳量低，S、P也被嚴格控制，熱裂紋敏感性也不高?；鼗鸫嘈杂捎诨鼗鹛幚頃rNi使S在晶界富集和偏析，形成硫化物析出相，故含鎳鋼對回火脆性敏感。如果焊接材料或焊接工藝參數(shù)等選擇不合理，焊接接頭很容易出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，且焊接接頭〔焊縫、熱影響區(qū)〕的低溫沖擊吸收功很難到達要求。其防止措施主要有以下幾種：嚴格控制焊接線能量和層間溫度。目的是使接頭不受過熱的影響，防止熱影響區(qū)晶粒長大，降低韌性。合理地選擇焊接材料。根據(jù)鋼種的溫度級別和低溫沖擊韌性合理地選擇焊條或焊絲?？刂坪负鬅崽幚頊囟?，防止產(chǎn)生回火脆性。板厚h>25mm的低溫鋼焊接結(jié)構(gòu)，焊后應(yīng)采用消除應(yīng)力熱處理。含有V、Ti、Nb、Cu、N等元素的鋼種,在進行消除應(yīng)力熱處理時，當加熱溫度處于回火脆性敏感溫度區(qū)時會析出脆性相，使低溫韌性下降。應(yīng)合理選擇焊后熱處理工藝，以保證接頭的低溫韌性。防止焊接接頭的應(yīng)力集中。低溫鋼焊接，為保證焊縫質(zhì)量，防止產(chǎn)生咬邊、夾雜、未焊透、裂紋、弧坑、焊瘤和電弧擦傷，外表焊道必須圓滑過渡，重要焊縫應(yīng)將焊道外表余高磨平，盡量減少應(yīng)力集中。2.309MnNiDR低溫壓力容器鋼焊接工藝要點焊接方法的選擇焊接具有回轉(zhuǎn)體形狀的圓柱筒體，可選用焊條電弧焊或埋弧焊，為了提高焊接生產(chǎn)率，首先應(yīng)該采用埋弧焊，為了降低消耗，坡口設(shè)計應(yīng)保證質(zhì)量的前提下要選用窄間隙坡口，法蘭、接管、支座等零件的焊接采用熔化極混合氣體保護焊。焊接材料的選用埋弧焊焊接材料選擇，經(jīng)過查焊接工程手冊，初步選用H10Mn2A，直徑為4mm焊絲，焊劑選用YD507A，而熔化極氣體保護焊時采用直徑為2.4mm的H09MnNiDR焊絲。2.3.1焊接過程考前須知焊接坡口形式的設(shè)計應(yīng)防止采用焊不透或局部焊透的坡口，還要盡量減少焊縫的橫截面積，以降低接頭的剩余應(yīng)力，同時也可減少焊接材料的消耗量。坡口加工采用熱切割時應(yīng)注意防止母材邊緣會形成一定深度的淬硬層，這種低塑性的淬硬層往往成為冷加工的開裂源。焊前必須消除焊接區(qū)鋼板外表的水分，坡口外表的氧化皮、鐵銹、油脂以及其他污物。焊接材料在使用前應(yīng)按生產(chǎn)廠推薦的標準進行烘干。裝配定位焊縫必須采用與正式焊縫同一類的焊條。〔6〕為防止焊接接頭晶粒粗大，塑韌性下降，焊接熱輸入量控制在25kJ/cm以下，盡量采用多層多道焊，焊道要稍薄一些?！?〕焊后要進行后熱處理，并控制好冷卻速度。3焊接性實驗3.1工藝焊接性實驗斜Y形坡口焊接裂紋試驗法它適用于碳鋼和低合金高強度鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋的試驗方法，通稱為“鐵研式〞抗裂試驗，后經(jīng)改良稱為“小鐵研式〞。此試驗方法已列為國家標準(GB4675.1-84)，與日本JISZ3158-1966等效。

(1)試件的制備：試件的形狀和尺寸如圖3-4圖3-5所示。試件的坡口采用機械切削加工。

(2)試驗條件

①試驗用焊條采用低碳鋼及低合金高強度鋼焊條，與試驗的鋼材相匹配，焊前要嚴格烘干。

②拘束焊縫采用雙面焊接，注意不要產(chǎn)生角變形和未焊透。

③試件到達試驗溫度后，原那么上以標準標準進行試驗焊縫的焊接。

(3)試驗步驟

①按圖3-4裝配試件，先焊拘束焊縫。

②當采用手弧焊時，試驗焊縫按圖3-5所示進行，當采用自動送進裝置焊接時，按圖3-6所示進行。

③焊完試件放置48h以后，開始進行裂紋檢測和解剖。圖3-4斜Y形坡口焊接裂紋試驗試件的形狀和尺寸〔單位：mm〕圖3-5手弧焊時的試驗焊縫(4)檢測裂紋及裂紋率的計算方法:用肉眼或手持放大鏡來檢查焊接接頭的外表和斷面是否有裂紋，并按以下方法分別計算外表裂紋率、根部裂紋率和斷面裂紋率。外表裂紋率=/L*100%式中-外表裂紋率〔%〕；-外表裂紋的長度之和〔圖3-7a〕〔mm〕；L—試驗焊縫長度(mm)；圖3-6采用自動送進裝置焊接的試驗焊縫〔單位：mm〕圖3-7裂紋長度的測量與計算a、外表裂紋b、根部裂紋c、斷面裂紋②根部裂紋率：采用試件著色的方法，然后拉斷，并按下式計算出根部裂紋率：=/L*100%式中-根部裂紋率〔%〕；-根部裂紋的長度之和〔圖3-7b〕〔mm〕；③斷面裂紋率：在試驗焊縫上切出同樣厚度4-6塊，檢查5個斷面上的裂紋深度(圖3-7c)，按下式計算斷面裂紋率：=/〔5H)*100%式中-斷面裂紋率〔%〕；-斷面裂紋深度的總和〔mm〕H-焊縫的最小厚度〔mm〕除斜Y形坡口的試件之外，還可以做成直Y形坡口的試件。這種試件主要用于考核焊縫金屬的裂紋敏感性。這種試驗方法，由于試件的兩端被161定，對試驗焊縫有較大的拘束作用，其拘束程度往往比實際結(jié)構(gòu)(如球罐、船體、橋梁等)的長焊縫還大，所以一般情況下，只要裂紋總長度小于焊縫長度的20%，在實際生產(chǎn)中就不致發(fā)生裂紋。3.1.2插銷試驗采用插銷試驗方法，可以定量測定低溫鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性。插銷試件和底板尺寸分別如圖3-8和圖3-9所示。圖3-8插銷試棒的形狀尺寸圖3-9底板尺寸將被焊鋼材加工成圓柱形的插銷試棒，沿軋制方向取樣并注明插銷在厚度方向上的位置。試棒上端附近有環(huán)形缺口。將插銷試棒插入底板相應(yīng)的孔中，使帶缺口一端與底板外表平齊。用選定的焊接輸入進行堆焊〔垂直底板縱向，并通過插銷頂端中心〕，焊道長度100-150mm。為獲得焊接熱循環(huán)有關(guān)參數(shù)〔t8/5等〕，應(yīng)事先將熱電偶旱在底板焊道下的盲孔中，其深度應(yīng)與插銷試棒的缺口處一致，測點最高溫度不低于1100℃。當焊道冷至150-100℃時，給試棒逐漸加載，規(guī)定載荷應(yīng)在1min內(nèi)加載完畢，此時試棒的溫度不應(yīng)低于100℃。載荷保持16h或24h后卸載，假設(shè)試棒未斷，而采用“斷裂準那么〞，應(yīng)增加載荷重復(fù)上述試驗，直至試棒發(fā)生斷裂，然后降低約10Mpa的載荷，而試棒未發(fā)生斷裂，此值即為“斷裂準那么〞的“臨界應(yīng)力〞。3.1.3焊接熱裂紋敏感性試驗方法壓板對接〔FISCO)焊接裂紋試驗方法GB4675.4-84),可用于評定焊條焊縫的熱裂紋敏感性?！?〕準備試件試件材質(zhì)與焊件相同，采用原板厚，開I形坡口。采用機械加工方法，試件尺寸如圖3-10圖3-10FISCO試驗班尺寸試驗裝置如圖3-11所示。圖3-11FISCO試驗裝置〔3〕試驗步驟把試件安裝在C形裝置中，調(diào)好坡口間隙。將螺栓旋緊，在水平、垂直方向頂緊試板。用待試焊條焊4條長約40mm的試驗焊縫。10min后，取出試件，沿焊縫彎斷，觀察斷面有無裂紋?！?〕計算裂紋率CC=(Σli/ΣLi)×100%﹪?式中：Σli—4條試驗焊縫上的裂紋長度之和〔mm〕；ΣLi—4條焊縫的長度之和〔mm〕。4焊接工藝評定4.1焊接試件的制備采用刨邊機進行坡口加工。去除坡口附近的水、油污、銹漬等雜質(zhì)。⑴對接焊縫試件的制備采用V形坡口，坡口型式如圖4-1所示。圖4-1V型坡口采用埋弧焊，埋弧焊的標準參數(shù)包括焊絲直徑、電弧電壓、焊接電流、焊接速度等。焊接工藝參數(shù)如表4-1所示表4-109MnNiDR埋弧焊焊接參數(shù)接頭形式焊件厚度〔mm〕焊接電流〔A〕電弧電壓〔V〕焊接速度〔m/h〕對接焊縫8.05503434.5〔一〕焊絲直徑埋弧自動焊的焊絲直徑一般可根據(jù)板厚選擇。塔頂冷凝外殼筒體壁厚為8mm，可選Ф4.0mm的焊絲。㈢電弧電壓和焊接電流對于一定直徑的焊絲來說，在埋弧自動焊中，采用較低的電弧電壓，較小的焊接電流焊接時，焊絲熔化所形成的熔滴把母材和焊絲連接起來，呈短路狀態(tài)稱為短路過渡。大多數(shù)埋弧自動焊工藝都采用短路過渡焊接。當電弧電壓較高、焊接電流較大時，熔滴呈小顆粒飛落稱為顆粒過渡。角接焊縫的制備采用熔化極混合氣體保護焊，焊縫形式如圖4-2所示，焊接工藝參數(shù)如表4-2：圖4-2角焊縫表4-2角焊縫熔化極混合氣體保護焊工藝參數(shù)焊接方法焊絲牌號及規(guī)格焊接電流/A電弧電壓/V送絲速度〔m/h〕焊接速度/(m/h)氣體流量〔L/min〕熔化極混合氣體保護焊H09MnNiDR直徑2.4mm400261524921氣體Ar+〔1~5〕%O2作保護氣體4.2焊接試件試驗方法拉伸試驗金屬拉伸實驗是測定金屬材料力學性能的一個最根本的實驗，是了解材料力學性能最全面，最方便的實驗。按GB/T228-2023規(guī)定對試件進行拉伸強度試驗，如圖4-3所示。圖4-3拉伸試驗簡圖沖擊試驗將試樣置于低溫槽的均溫區(qū)冷卻到-45℃后，保溫足夠長的一段時間，然后將試樣取出進行沖擊試驗。使用液體冷卻介質(zhì)，保溫時間不得少于5min。試樣移出冷卻介質(zhì)至打斷的時間不超過5s，如超過5s那么應(yīng)將試樣放回冷卻介質(zhì)重新冷卻，保溫，再進行試驗。采用擺錘沖擊試驗，其示意圖如圖4-4所示。圖4-4沖擊試驗簡圖彎曲試驗將試件放在實驗機帶滾動軸的支座上，用規(guī)定的彎心直徑壓頭將試件彎曲到要求的角度，彎曲試件的中心應(yīng)對準焊縫中心，當彎曲到規(guī)定角度后，焊縫拉伸面沿試件寬度方向上所允許出現(xiàn)的裂紋或缺陷不大于1.5，沿試件長度向上為不大于3mm。試件如圖4-5所示：圖4-5彎曲試驗簡圖4.3工藝評定試驗分析〔1〕無損探傷試驗試板焊后經(jīng)射線探傷，均末發(fā)現(xiàn)焊接缺陷?！?〕接頭力學性能根據(jù)接頭力學性能試驗的結(jié)果，其接頭強度、塑性均能滿足規(guī)定的標準值?！?〕接頭沖擊韌性試驗結(jié)果說明，焊縫金屬的-45℃卻貝沖擊值可以到達規(guī)定標準，熱影響區(qū)-45℃卻貝沖擊值比規(guī)定的標準值要高得多，其沖擊值完全可以滿足09MnNiDR鋼的標準。熔合線的沖擊值所反映的是焊縫或熱影響區(qū)的沖擊韌性?？梢哉J為，只要是熱影響區(qū)尤其是焊縫金屬的沖擊韌性解決好了，熔合線的沖擊韌性應(yīng)該能獲得較為滿意的結(jié)果?！?〕根據(jù)試驗可以看出，焊接接頭無淬硬組織。接頭的硬度分布是正常的，09MnNiDR低溫壓力容器鋼并未出現(xiàn)接頭脆化問題?！?〕09MnNiDR埋弧焊焊接參數(shù)如表4-3所示表4-309MnNiDR埋弧焊焊接參數(shù)坡口形式焊件厚度〔mm〕焊接電流〔A〕電弧電壓〔V〕焊接速度〔m/h〕V型坡口8.05503434.5焊后去應(yīng)力退火溫度：540℃左右5主要零件的加工制造生產(chǎn)工藝流程圖：5.1筒體的制造筒體是壓力容器最重要的組成局部，由它構(gòu)成儲存物料或完成化學反響的所需要的大局部壓力空間。當筒體較小時，可以用無縫鋼管制作。而中間熱交換器外殼的直徑較大，一般采購、用鋼板的卷制或壓制〔壓成兩塊半圓板或數(shù)塊弧形板〕而后焊接而成，本設(shè)備采用卷制筒體。制造流程如下：1.鋼板復(fù)檢：對鋼板進行復(fù)檢，內(nèi)容包括鋼的化學成分、各種力學性能、外表缺陷及外形尺寸〔主要是厚度〕的檢驗。一般采用抽檢法，抽檢的百分比15%。2.預(yù)處理：復(fù)檢合格后對鋼板進行矯正。矯正后對鋼板進行噴丸、噴漆等外表處理。原理：將淬硬鋼丸(一般應(yīng)用錳鋼丸,直徑為0.8-1.2mm,硬度為HRC47-50),以壓縮空氣噴出或離心式噴丸機借離心力甩到金屬外表,利用鋼丸對金屬外表的沖擊作用使零件外表硬化。鋼丸沖擊金屬外表:第一使零件外表生成0.1-0.4mm深的硬化層,增加零件外表對塑性變形和斷裂的抵抗能力,并使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力,提高其疲勞強度;第二使零件外表上的缺陷和由于機械加工所帶來的損傷減少,從而降低應(yīng)力集中。劃線：劃線前應(yīng)展開，可采用計算展開法。具體展開公式如下：式中L筒節(jié)毛坯展開長度〔mm〕Dg容器公稱直徑〔mm〕δ容器壁厚〔mm〕S加工余量〔包括切割余量、刨邊余量和焊接收縮量等〕〔mm〕，如兩側(cè)均需刨邊，那么取10～15mm。筒體展開后，其實就是一塊矩形金屬板。毛坯寬度為筒節(jié)的長度，其大小取決于原材料的寬度和容器上焊縫的分布情況〔焊縫不允許十字交叉〕。注意，毛坯實際寬度也要包括加工余量S。經(jīng)查閱資料及計算，如圖5-1所示，取劃線尺寸為3181×2490〔長度×寬度〕的坯料。圖5-1下料尺寸4.下料：采用氣體火焰切割。5.邊緣加工：采用刨邊機進行鋼板的直線邊緣加工和開坡口，加工精度高，坡口尺寸準確。坡口型式及加工尺寸如圖所示。6.卷制：采用對稱式三輥卷板機來卷制鋼板?！?〕預(yù)彎采用對稱式三輥卷板機彎卷鋼板時，鋼板兩端各有一平直段無法彎卷。為使鋼板都能彎曲成同一曲率，在卷板前要先將其兩端彎曲成所需要的曲率，稱為預(yù)彎。本次設(shè)計利用壓力機預(yù)彎。受模具長度限制，板料的壓彎需逐段進行，且在壓制過程中需要隨時用樣板檢查曲率半徑的大小，以保證成形尺寸滿足要求。如圖5-2所示。〔2〕對中板料預(yù)彎后，放入卷板機上下輥之間進行輥卷前必須使板料的母材與輥的軸線平行，使板料的縱向中心線與輥的軸線保持相互垂直，即對中，其目的是防止鋼板在滾卷過程中產(chǎn)生扭斜變形?！?〕卷圓鋼板對中后，即可用上輥壓住板料并使之產(chǎn)生一定彎曲，開動機床進行滾卷。每滾卷一次行程，便適當下調(diào)上輥一次，這樣經(jīng)過屢次滾卷就可將板料彎曲成所要求的曲率。在滾卷過程中要注意：隨時用卡樣板測量，看是否到達曲率要求，不可過卷量太多，因為過卷要比曲率缺乏難以修正，且易使金屬性能變壞。在冷卷時要考慮到回彈的影響，必須施加一定的過卷量。當卷制到達曲率要求時，還應(yīng)在此曲率下多卷幾次，以使其變形均勻和釋放內(nèi)應(yīng)力，減少回彈。09MnNiDR鋼回彈量較大，需要在最終成形之前進行一次退火。卷板機輥子的位置關(guān)系如圖5-3所示.7．縱縫裝焊：筒節(jié)的裝配一般在V形鐵或焊接滾輪上進行。帶Ⅱ鐵的螺旋壓緊器和斜楔式壓緊器可以防止錯邊，螺旋拉緊器可以調(diào)整間隙。如圖5-4所示。圖5-4通過采用夾具保證縱縫邊緣齊整，且沿著整個長度方向上間隙均勻一致后，可進行定位焊。定位焊時，焊點要有一定尺寸，且焊點間距300mm。筒節(jié)縱縫采用埋弧自動焊焊接。焊接工藝參數(shù)如表5-1所示表5-109MnNiDR埋弧焊焊接參數(shù)坡口形式焊件厚度〔mm〕焊接電流〔A〕電弧電壓〔V〕焊接速度〔m/h〕V形坡口8.05503434.58．矯圓：焊接結(jié)束后，在卷板機上進行矯圓，大致可分三個步驟。〔1〕工件放入卷板機上輥之后，根據(jù)計算，將上輥調(diào)至所需要的最大矯正曲率的位置進行加載?！?〕使工件在矯正曲率下屢次滾卷，并著重于焊縫區(qū)的矯正，使圓筒曲率均勻一致。經(jīng)測量，直到符合要求為止?！?〕逐漸卸除載荷，并使工件在逐漸卸除載荷的過程中屢次滾卷。9．無損檢驗：焊縫進行X射線局部無損探傷，探傷長度分別不少于縱環(huán)焊縫長度的20%，質(zhì)量評定按JB4730.2-2001《焊縫射線探傷標準》到達Ⅱ級為合格。制孔：須在筒體上開1個300mm的孔。然后再開兩個150和兩個80的孔。先要進行劃線、打標記來確定孔中心的位置。將筒節(jié)置于V形鐵上固定，在筒體上已標記的孔中心位置分別沿筒體徑向和周向劃出接管的尺寸和位置線。仔細檢查核對孔的大小、方位后開孔，采用氣割的方法粗加工孔，再使用砂輪進行打磨修整。5.2封頭的制造根據(jù)幾何形狀的不同，壓力容器的封頭可以分為凸形封頭、錐形封頭和瓶蓋性封頭三種，其中凸形封頭使用最多。圖形封頭包括球形封頭和橢圓形封頭，而本結(jié)構(gòu)采用與與橢圓形封頭結(jié)構(gòu)形式。如圖5-2所示。封頭外形尺寸如下：公稱直徑：DN＝1000mm封頭壁厚：δa＝8mm直邊高度：h＝54mm封頭總深度：H＝309mm封頭制造工藝如下：1.鋼材復(fù)檢：復(fù)檢材料成分、規(guī)格、牌號。2.預(yù)處理：矯正，噴丸處理。3.劃線：橢圓形封頭毛坯尺寸的計算：式中：P—封頭橢圓局部的半周長a—橢圓的長半軸b—橢圓的短半軸。由于a=500mm，b=309mm，得出P=1296.4mm?？紤]加工余量后，封頭毛坯直徑可按下式計算：D0=P+2hk0+2S綜上，在原材料上劃一直徑為1424.4mm的圓。4.下料：氣體火焰切割。5.熱沖壓：先加熱至1000℃，再1000t水壓機壓制成形并預(yù)留直邊加工余量。6.二次劃線：量取直邊高度54mm劃線。7.切割：LGK8等離子弧切割機切出54mm直邊。8.檢驗：按圖樣要求檢查其尺寸、質(zhì)量等。5.3法蘭的選用按HG/T20592~20635-2023《鋼制管法蘭.墊片.緊固件》，殼體上的管法蘭為帶頸平焊法蘭，公稱直徑為300mm，公稱壓力為1MPa，材料為09MnNi，零件形狀尺寸見圖5-3。法蘭尺寸見表5-2表5-2帶頸平焊鋼制管法蘭公稱尺寸DN鋼管外徑A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B1法蘭頸法蘭高度HNRAB法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n〔個〕螺栓ThABAB3003243254403952212M202232832835535512100法蘭厚度為22mm，內(nèi)徑為328，法蘭外徑為440mm，公稱直徑為300mm，螺栓孔中心圓直徑為395mm圖5-3法蘭示意圖管法蘭制造工藝如下：1.材料復(fù)檢、預(yù)處理:與筒體根本一致。2.下料：采用GB4235鋸床，從φ300mm的圓鋼上鋸取長100mm的一段。3.鐓粗：始鍛溫度1150～1200℃，終鍛溫度800～850℃，使直徑達φ400±2mm，厚度達20±2mm。4.墊環(huán)局部鐓粗：始鍛溫度1150～1200℃，終鍛溫度800～850℃，使法蘭盤直徑達φ440±2mm，厚度達22±2mm。5.熱處理:對其進行600～650℃回火，保溫4h,空冷，以恢復(fù)組織。6.滾圓修整。7.鉆孔：用Z3080搖臂鉆床鉆出φ328mm孔。8.一次檢驗：檢驗鍛造后尺寸是否在允許范圍，是否存在夾層等內(nèi)部缺陷。9.粗銑：X5032銑床粗銑兩端面各留余量1mm。10.劃線：在已銑好的大端面上，畫出φ20通孔位置線，并用樣沖做好標記。11.鉆孔：用Z3080搖臂鉆床鉆φ20螺栓孔。12.精車：CA6140車床精車柱面，不再留余量。13.CA6140普通車床修銳邊。14.二次檢驗：對法蘭進行外表檢驗，法蘭的外表應(yīng)光滑，不得有裂紋及其它降低法蘭強度或連接可靠性的缺陷。5.4接管的制造取連接上述法蘭與對應(yīng)筒體的尺寸為φ328×4.5mm〔內(nèi)徑×壁厚〕的接管為研究對象，進行接管設(shè)計研究。采用與母材相同材質(zhì)的無縫鋼管。尺寸與法蘭公稱直徑相匹配，按GB/T8162-2023，其具體參數(shù)如表5-4所示。表5-4接管參數(shù)內(nèi)徑/mm328壁厚/mm4.5理論重量/kg2.62其制造工藝過程如下：1.鋼管復(fù)檢：檢查鋼管材質(zhì)、圓度、型號。2.預(yù)處理：去除管外表雜質(zhì)。3.劃線：在鋼管上按需要長度劃線4.下料：采用等離子弧切割切出相應(yīng)長度鋼管。利用等離子弧的熱能實現(xiàn)被切割材熔化的方法稱等離子弧切割，它是利用高速、高溫和高能的等離子體來迅速加熱熔化被切割的材料，并借助內(nèi)部或外部的高速氣流。將熔化的材料排開，直至等離子氣流束穿透工件反面而形成切口，從而到達切割的目的。5.車加工：在車床上加工切割斷面，使其到達標準要求。6.清理：外表清洗，使其外表不得有油污等雜質(zhì)。7.檢驗：另取相同鋼管，按GB/T3091-2023進行拉伸、彎曲、盛水試漏試驗。5.5支座的制作本設(shè)備采用鞍式支座，其示意圖如圖5-5所示圖5-5鞍式支座示意圖支座的流程為：1.鋼板復(fù)檢：對鋼板進行復(fù)檢，內(nèi)容包括鋼的化學成分、各種力學性能、外表缺陷及外形尺寸〔主要是厚度〕的檢驗。一般采用抽檢法，抽檢的百分比15%。2.預(yù)處理：復(fù)檢合格后對鋼板進行矯正。矯正后對鋼板進行噴丸、噴漆等外表處理。原理：將淬硬鋼丸(一般應(yīng)用錳鋼丸,直徑為0.8-1.2mm,硬度為HRC47-50),以壓縮空氣噴出或離心式噴丸機借離心力甩到金屬外表,利用鋼丸對金屬外表的沖擊作用使零件外表硬化。鋼丸沖擊金屬外表:第一使零件外表生成0.1-0.4mm深的硬化層,增加零件外表對塑性變形和斷裂的抵抗能力,并使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力,提高其疲勞強度;第二使零件外表上的缺陷和由于機械加工所帶來的損傷減少,從而降低應(yīng)力集中。3劃線：劃線前應(yīng)展開，可采用計算展開法。計算與筒體制造相似、4.下料：采用氣體火焰切割。5.邊緣加工：采用刨邊機進行鋼板的直線邊緣加工和開坡口，加工精度高，坡口尺寸準確。卷制：采用對稱式三輥卷板機來卷制鋼板。4.下料：采用氣體火焰切割。5.邊緣加工：采用刨邊機進行鋼板的直線邊緣加工和開坡口，加工精度高，坡口尺寸準確。6.卷制：采用對稱式三輥卷板機來卷制鋼板。8．矯圓：焊接結(jié)束后，在卷板機上進行矯圓，大致可分三個步驟?！?〕工件放入卷板機上輥之后，根據(jù)計算，將上輥調(diào)至所需要的最大矯正曲率的位置進行加載。〔2〕使工件在矯正曲率下屢次滾卷，并著重于焊縫區(qū)的矯正，使圓筒曲率均勻一致。經(jīng)測量，直到符合要求為止。逐漸卸除載荷，并使工件在逐漸卸除載荷的過程中屢次滾卷。9.筒體與支座底架的焊接10．無損檢驗：焊縫進行X射線局部無損探傷，探傷長度分別不少于縱環(huán)焊縫長度的20%，質(zhì)量評定按JB4730.2-20010《焊縫射線探傷標準》到達Ⅱ級為合格。6零件的裝配6.1封頭、筒體與管板的裝焊定位焊及工卡具的焊接，引弧和熄弧都應(yīng)在坡口內(nèi)或焊道上，每段定位焊縫的長度不宜小于50mm；焊接前應(yīng)檢查組裝質(zhì)量，清理坡口面及坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的泥沙、鐵銹、水分和油污，并應(yīng)充分枯燥；預(yù)熱溫度為100~150℃，采用熔化極混合氣體保護焊，焊接參數(shù)如表6-1，焊接結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-2所示圖6-2筒體，封頭與管板的焊接示意圖表6-1熔化極混合氣體保護焊工藝參數(shù)焊接方法焊絲牌號及規(guī)格焊接電流/A電弧電壓/V送絲速度〔m/h〕焊接速度/(m/h)氣體流量〔L/min〕熔化極混合氣體保護焊H09MnNiDR直徑2.4mm400261524921氣體Ar+〔1~5〕%O2作保護氣體，焊后需進行探傷檢查，探傷長度不少于焊縫總長的20%6.2法蘭筒體的焊接焊前嚴格清理母材外表的油污、鐵銹等污物；局部預(yù)熱到100~150℃；法蘭與筒體焊接示意圖如圖6-3所示圖6-3法蘭與筒體裝焊示意圖采用熔化極混合氣體保護焊，焊接參數(shù)如表6-2表6-2熔化極混合氣體保護焊工藝參數(shù)焊接方法焊絲牌號及規(guī)格焊接電流/A電弧電壓/V送絲速度〔m/h〕焊接速度/(m/h)氣體流量〔L/min〕熔化極混合氣體保護焊H09MnNiDR直徑2.4mm400261524921氣體Ar+〔1~5〕%O2作保護氣體，焊后需進行探傷檢查，探傷長度不少于焊縫總長的20%7塔頂冷凝器外殼的檢查7.1焊縫外觀檢查所有焊縫焊后都應(yīng)進行外觀檢查，檢查前應(yīng)將熔渣、飛濺清理干凈。焊縫的外表質(zhì)量，應(yīng)符合以下要求：焊縫的外表及熱影響區(qū)，不得有裂紋、氣孔、夾渣和弧坑等缺陷；對接焊縫的咬邊深度不得大于0.5mm；咬邊的連續(xù)長度不得大于100mm；焊縫兩側(cè)的咬邊總長度不得超過該焊縫的10%；屈服強度大于390MPa或厚度大于25mm的低合金鋼的底圈壁板，縱縫如果有咬邊應(yīng)打磨圓滑；邊緣板的厚度大于或等于10mm時，底圈壁板與邊緣板的T形接頭罐內(nèi)角焊縫靠罐底一側(cè)的邊緣應(yīng)平滑過渡，咬邊應(yīng)打磨光滑；罐壁縱向?qū)雍缚p不得有低于母材外表的凹陷。罐壁環(huán)向?qū)雍缚p和罐底對接焊縫低于母材外表的凹陷深度，不得大于0.5mm。凹陷的連續(xù)長度不得大于100mm，凹陷的總長度不得大于該焊縫總長度的10%；焊縫寬度應(yīng)按坡口寬度兩側(cè)各增加1~2mm來確定；對接接頭的錯邊量應(yīng)符合壁板組裝要求；屈服強度大于390MPa的鋼板，其外表的焊疤應(yīng)在磨平后進行滲透或磁粉探傷。7.2焊縫無損探傷采用射線探傷，射線探傷應(yīng)按國家標準GB3323《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》的規(guī)定進行，并應(yīng)以二級標準為合格。但對屈服強度大于390MPa的鋼板或厚度大于或等于25mm的普通碳素鋼和厚度大于或等于16mm的低合金鋼板的焊縫，合格標準為二級。7.3水壓試驗水壓試驗的程序、步驟方法如下：1〕連接。將試壓設(shè)備與試壓的管道系統(tǒng)相連，試壓用的各類閥門、壓力表安裝在試壓系統(tǒng)中，在系統(tǒng)的最高點安裝放氣閥、在系統(tǒng)的最低點安裝泄水閥。2〕灌水。翻開系統(tǒng)最高點的放氣閥，關(guān)閉系統(tǒng)最低點的泄水閥，向系統(tǒng)灌水。試壓用水應(yīng)使用純潔水。待排氣閥連續(xù)不斷地向外排水時，關(guān)閉放氣閥。3〕檢查。系統(tǒng)充水完畢后，不要急于升壓，而應(yīng)先檢查一下系統(tǒng)有無滲水漏水現(xiàn)象。4〕升壓。充水檢查無異常，可升壓，升壓用手動試壓泵〔或電動試壓泵〕，升壓過程應(yīng)緩慢、平穩(wěn)，先把壓力升到試驗壓力的一半，對管道系統(tǒng)進行一次全面的檢查，假設(shè)有問題，應(yīng)泄壓修理，嚴禁帶壓修復(fù)。假設(shè)無異常，那么繼續(xù)升壓，待升壓至試驗壓力的3/4時，再作一次全面檢查，無異常時再繼續(xù)升壓到試驗壓力，一般分2～3次升到試驗壓力。5〕持壓。當壓力到達試驗壓力后，穩(wěn)壓10min，再將壓力降至設(shè)計壓力，停壓30min，以壓力不降、無滲漏為合格。試壓后的工作試壓結(jié)束后，應(yīng)及時撤除盲板、膨脹節(jié)限位設(shè)施，排盡系統(tǒng)中的積水。2．水壓試驗應(yīng)注意的事項1〕試驗前，向系統(tǒng)充水時，應(yīng)將系統(tǒng)的空氣排盡。2〕試驗時，環(huán)境溫度不應(yīng)低于5℃，當環(huán)境溫度低于5℃時，