陕西科技大学过程装备与控制工程过程装备制造与检测课程设计资料.doc

过程装备制造与检测 课程设计说明书题目：接管工艺设计(重整反应器第四反应器)学生姓名： 学 号： 院 （系）： 机电学院 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 2008 年 9 月 4 日 目 录 一、设计目的.1 二、设计背景 .1 三、技术要求 .1 四、接管工艺路线 .3 五、接管制造工艺过程 .4 六、设计感想 .8 七、参考文献 .9一课程设计目的：本课程课设是学完了过程装备制造与检测课程，进行了生产实习之后的一个重要实践教学环节。其目的如下： 1.1培养学生解决设备制造工艺问题的能力。通过课程设计，使学生熟练运用本课程的基础理论以及生产实习的实践知识，正确的解决过程设备整体的生产流程；正确的解决设备零件在加工中的预处理方法和工艺；正确的进行零件的展开计算、拼接设计；正确的进行封头成型工艺设计及相关计算、模具设计、设备选用等；正确的进行筒节成型工艺设计及相关计算、设备选用等；正确的进行接管成型工艺设计及相关计算、设备选用等；正确的进行相关的焊接工艺设计及工艺参数选用；正确的选择零件制造过程中的检测方法及工艺；正确的选择零件制造过程中的热处理方法及工艺；正确的进行设备组对工艺设计。 1.2培养学生熟悉并运用有关手册、标准规范等技术资料的能力。 1.3 进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。二. 设计背景连续重整反应器连续重整装置的核心设备，是炼油静设备中技术要求最高的设备之一。该装置将4个直径不同的反应器通过锥体变径段重叠连接成一台“四合一”连续重整反应器，其工艺先进、结构合理，具有占地面积小、反应物料均匀，催化剂利用充分，动能消耗低等优点。但由于该设备精度要求高、制造难度大，世界上仅有个别工业发达国家可以设计制造，因而我国除少数炼厂从国外引进该设备外，国内设备制造企业也仅能生产传统的单体重整反应器供炼厂使用。为改变这种落后局面，使我国炼油深加工技术赶上世界先进水平，采用先进的连续重整工艺技术是必然的选择，而关键设备设计制造的国产化就成了重中之重。三. 技术特性及要求3.1技术特性：设计压力 p 0.78MPa设计温度 T 549操作介质 HZ,HC 地震裂度 8度 基本风压值 450 Pa设备规格 1950mmx 2 6mm+ 2000mmx26m m + 2100 m m x 30 m m +26 00 mm x 3 6 mm设备总长 39908.5mm材料壳体 SA387GrllCL2( 1.25Cr-0.5Mo-Si)内件材料 TP321设备净重 120t设备操作重量 175t3.2技术要求3.2.1 技术要求详见1682-00JT；3.2.2 催化剂输送管中心圆直径偏差及相邻两输送管弦长偏差不得超过5mm;3.2.3 支撑板应位于两扇形筒之间，每周6块按圆周等距布置；3,2.4安装完中心管太膨胀节保护筒内支撑圈和久支持圈上表面应在同一水平面上，最高点与最低点之差不得大于3mm；3.2.5 所有与管筒体太及封头拼焊的吊耳，支撑，支撑板等都应双面开坡口，要求全焊透；3.2.6 加强环上表面应与在中间蝶形封头上，筒体焊接并热处理完成进行机械加工，中间碟形封头应双面开坡口再与加强环相焊，且要求全焊透；3.2.7该重整重整反应的主要结构特点是将四个不同直径和壁厚的第一、第二、第三、第四重整反应器和顶部还原段、底部催化剂收集器重叠安装为一个“四合一”连续重整反应器。反应器的内部结构复杂，装备精度高，公差要求严，加之在消化吸收国际先进技术的同时，对个别结构和要求进行了改进和优化，使得该重反应器成为迄今为止国内设计和制造的炼化设备中结构最为复杂，技术要求最高的设备之一。主要表现在以下几个方面： a主体材料回火脆性指标的考核。反应器用1.25Cr-0.5Mo-Si钢板和16MnR锻件，焊接金属需满足抗回火脆化性能的要求。 b裙坐与设备壳体采用对接焊接形式。反应器支撑采用了在壳体堆焊过渡段后与裙座焊接的形式，结构可靠，检验方便。 c开口接管的整体补强与加工。反应器具有多个油气进出口与人孔，这些开口均设在锥形壳体上，由于其应力复杂，且设备内操作温度又高，必须采用设备整体补强，并与锥体对接焊接。 d防止温度膨胀对内件的影响。反应器内件的材料为1.25Cr-0.5Mo-Si3.3 制造所遵循的规范 钢制压力容器GB1501998 压力容器安全技术监察规程99版 钢制塔式容器JB/T47102005 塔器设计技术规定HG 206521998 钢制压力容器焊接规程JB/T47092000 钢制化工容器制造技术要求HG205841998 压力容器涂敷与运输包装JB/T47112003 压力容器用钢焊条订货技术条件JB/T47472002四接管制造主要工艺流程及锻件技术要求4.1主要工艺流程 确定锻件尺寸、采购技术条件锻件采购锻件复验（性能、无损探伤）机加工接管内外壁和端面（注：密封面留余量）4.2碳素钢和低合金钢锻件的特殊要求（JB4726-2000）4.2.1适用于设计压力不大于35MPa，温度大于-20的压力容器用碳素钢和低合金钢锻件。4.2.2锻件级别锻件分为、四个级别，每个级别的检验项目按下表规定：4.2.3热处理 交货状态应该为热处理状态。如供方改变热处理状态时，应征得需方同意。处理状态得代号为：N正火，Q淬火，T回火4.2.4外观质量 锻件经外观检查，应无肉眼可见得裂纹、夹层、折叠、夹渣等有害缺陷。如有缺陷，允许清除，但修磨部分应平滑过渡。清除深度应符合：（1）当缺陷存在于非机械加工表面，清除深度不应超过该处公称尺寸下偏差；2）当缺陷存在于机械加工表面，清除深度不应超过该处余量的75。4.2.5内部缺陷 锻件应保证不存在白点，用超声检测锻件内部缺陷，检测表面得表面粗糙度不大于6.3。4.2.6焊补 锻件允许用相匹配的焊材进行补焊。允许焊补的部位，深度和面积由供需双方确定。焊补应按经JB4708评定合格的焊接工艺进行，焊工应持有合格证。焊补前应彻底清除缺陷并开坡口，坡口底部应圆滑过渡。清除缺陷后的表面需经磁粉或渗透检测，级为合格。根据不同刚号、焊补面积的大小，深度及焊补环境等，须相应采取焊前预热，焊后缓冷或消除应力热处理等措施。焊补一般应在锻件最终热处理前进行。如在锻件最终热处理后进行，需经双方同意。焊补后的部位须经磁粉或渗透检测合格。当焊补深度大于或等于6mm时，还需经超声检测合格。供方应向需方提供锻件焊补部位、深度、面积简图、焊接材料、焊接工艺参数及无损检测报告。五接管制造工艺过程 .5.1工艺卡片序号工序名称工艺要求负责人签字1确定采购技术条件和尺寸1.200 m m x 20 m m,16MnR2. 接管材料除应符合GB6654压力容器用钢板的有关规定外，尚应符合3311-00JT中的有关要求。3. 质证齐全、标记清楚。2锻件采购按上述要求进行采购3锻件复验1.进行宏观检查，看是否存在明显的缺陷，是否有裂纹、气孔、夹渣，去除接管表面的锈质物.2. 对接管进行100%UT检测，按JB/T4730.3-20及3311-00JT中的有关要求执行.3.按上表中的锻件的IV级检验要求检验.4机加工接管1. 喷砂除表面铁锈。2. 密封面要留余量.3. 表面粗糙度不得大于6.3。5探伤对接管进行100%UT检测，按JB/T4730.3-20及3311-00JT中的有关要求执行5.2工艺分析 5.2.1 选材接管材料选用16MnR比较好，因为16MnR是低合金高强钢 中应用最为广泛的钢，有比较成熟的使用经验，是制造中低压容器和一般钢构够的代表材料，焊接性很好。韧性性也较好，基本属于热轧的低合金钢，是普通低合金钢中发展最早的钢，其综合性能、焊接性能及加工工艺性能 均优于普通碳素钢，且质量稳定，与碳素钢相比，使用16MnR可以节省20%30%的钢材，使用温度范围较广，因此广泛应用于压力容器、桥梁、船舶、飞机和其他装备。16MnR钢元素与含量如下表所示元素 C Si Mn SPCrNi质量分数（%）0.160.361.530.0150.0140.0030.0065.2.2 材检 对已经选择好的材料16MnR接管锻件宏观检查，看是否存在明显的缺陷， 是否有裂纹、气孔、夹渣，去除钢板表面的锈质物，除此之外所选的材料还应该符合GB6654 压力容器用钢板的有关规定。质证要齐全，标记要清楚。5.2.3机加工5.2.3.1粗车，标记移植超探：锻件按JB/4730.3-2005进行超声波探伤，验收按JB/4726-2000的规定 精车： 1）按图纸尺寸进行加工接管（接管的端口留5mm的余量暂不加工，与顶封头相焊后再加工接管的端面，密封面） 2）加工后进行尺寸检查 磁探：坡口表面进行100MT检测，按JB/4730.4-2005规定的I级合格5.2.3.2 切割切割的方法主要有等离子切割，氧气切割，机械切割。1）.等离子切割 等离子切割主要分为等离子氧气切割，等离子空气切割和等离子氮气切割。主要用于切割碳钢的是等离子氧气切割，氧的离解热高、携热性好,粒子复合时的放热量大,投入切割的热量多,因此可获得较高的切割速度。在加工碳钢时,因切割过程中的铁与氧反应提供了大量的附加热量,促进了切割速度的进一步提高。，它设备复杂、成本高、但生产率高、易于实现机械化与自动化、切割质量好，不受工件的形状与尺寸的限制。并且随着社会的进一步发展，工业化程度进一步提高。等离子氧气切割法在切割碳钢时有以下优点:切割速度快;切割面光洁,呈金属光泽,尤其是无氮化层,切割后可直接用于焊接;切割变形小,精度高。可切割任何材料，但是其价格昂贵，一般不采用。2） 氧气切割 氧气切割简称气割，也称火焰切割，切割时需要一个预热火焰预热，切割的关键是高速纯氧气流，是焊接结构制造中应用最广泛的下料方法之一，它设备简单、成本低、生产率高、易于实现机械化与自动化、切割质量好，不受工件的形状与尺寸的限制。并且随着社会的进一步发展，工业化程度进一步提高，特别是数控技术在切割中的应用，使气割的生产率与质量获得了飞跃的进步，也使气割方法得到更广泛的的应用。 3）机械切割 机械切割分为平口剪和斜口剪，其中斜口剪冲击较小，主要用来切比较薄的钢板。综上所述，对接管的加工应该选用机加工比较合适。5.2.4 喷丸 常用的机械除锈方法有喷丸和喷砂两种。 5.2.4.1喷丸除锈原理与应用：原理:以压缩空气带动铁丸通过专门工具,高速喷射于金属表面,利用铁丸 的冲击和摩擦作用,清除金属表面的铁锈及其他污染,并得到有一定粗糙度的,显露金属本色的表面.应用:为了提高防护层的结合力.5.2.4.2喷砂的原理与应用原理：喷砂是利用压缩空气把石英砂高速吹出去对零件表面进行清理的一种方法。应用：喷砂不仅去锈，还可以顺带除油，对涂装来说非常有用。常用于零件表面除锈；对零件表面修饰（市场卖的小型的湿式喷砂机就是这个用途，砂粒通常是刚玉，介质是水）；在钢结构中，应用高强螺栓进行联接是一种比较先进的方法，由于高强联接是利用结合面之间的摩擦来传力的，所以对结合表面的质量要求很高，这时必须用喷砂对结合表面进行处理。 喷砂用于形状复杂，易于用手工除锈的场合，但其效率不高，现场环境不好，除锈不均匀；喷丸对工件有强化作用可以显著的提高材料的抗疲劳强度。而锁斗是以不连续运转的疲劳设备，喷丸可以提高其的抗疲劳强度，因此采用喷丸工艺除锈。 外观检查无问题后，再对接管进行喷丸处理，彻底除去表面的锈质，经喷丸后的接管洁净明亮，为后面的无损检测做好准备。5.2.5 探伤无损检测主要有射线检测,超声波检测，磁粉检测和渗透检测几种方式，这里选用超声波检测。射线检测又包含三种，即a射线，射线和射线。在用射线检测之前，首先要对钢板的检测要求、验收标准了解清楚，再根据实际条件选择合适的射线检测设备及附件，如射线源、胶片、增感屏、象质计等，为制定必要的检测工艺、方法做好准备工作。首先由于钢板比较厚，故需要选用较大能量的射线源，能量大穿透能力强，检测效果比较明显。射线胶片底片的黑度选择如下表所示材料种类无余高的焊缝有余高的焊缝其他 底片黑度最佳黑度2.53-3.51.5-2.0由表可选择母材的黑度为2.5。象质计的选择比较麻烦，从表中选择象质计的相对灵敏度为0.75%，相对灵敏度的计算公式K=d/X100%计算得底片上可识别出的最细金属直径为d=90X0.75%=0.675mm，这样对材料的微观检测比较到位。但射线检测一般需要专门的一套设备，成本较大，而且比较麻烦，容易对操作人员产生辐射，故不采用。 超声波检测用的是频率超过20000Hz的机械波。它具有良好的方向性，具有相当高的强度和很强的穿透力，而且对人体无害。超声波检测对缺陷的检测主要包括对缺陷位置的检测（定位），对缺陷尺寸和数量的确定（定量），和对缺陷性质如裂纹，气孔，判别（定性评估）。目前基本是采用A型脉冲反射式探伤仪检测缺陷，根据脉冲反射波的位置 ，幅值，形状等来判断。对表面进行检测，可用磁粉检测和渗透检测，磁粉检测适用于能被磁化的材料，能直观地显示出缺陷的形状、尺寸、位置，进而能做出缺陷的定性分析，检测灵敏度较高，可以检测形状复杂，大小不同的工件，检测工艺简单，效率高、成本低，而渗透检测设备简单，操作方便，对大面积的表面缺陷检测效率高，周期短，但所使用的渗透检测剂有刺激性气味气体，应注意通风，若被检表面受到严重污染，缺陷开口被阻塞且无法彻底清除时，其检测灵敏度将显著下降。综上所述，对接管表面检测选用磁粉检测，且进行100超声波检测，按JB/T4730.4-2005中规定的I级合格。六.设计感想 通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员这十天的一起实习的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下.通过这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的画工艺图，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经为技术难点的突破而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果,也见证着收获。参 考 文 献1郑津洋 董其伍 桑芝富. 过程设备设计 第二版. 北京: 化学工业出版社, 2007-6.2邹广华 刘强 龙占云. 过程装备制造与检测. 北京: 化学工业出版社, 2007-8.3单辉祖. 材料力学 第二版. 北京: 高等教育出版社, 2004-5.4戴枝荣 张远明. 工程材料 第二版. 北京: 高等教育出版社, 2006-3.1 前言本次课程设计主要是铜液氨冷凝器外壳的焊接生产工艺设计，包括材料的焊接性分析、焊接工艺方案分析及工艺评定、确定焊接结构生产工艺流程、确定产品外壳主要零件的加工工艺及检验、绘制焊接结构简图、确定部件的装焊工艺等。通过设计，初步掌握根据产品图样及技术要求制定焊接工艺规程的方法、焊接工艺设计的步骤，提高分析焊接生产实际问题、解决问题的能力。2 焊接生产工艺性分析2.1 焊接结构工艺性审查2.1.1 产品图样结构审查此次设计的设备为铜液氨冷凝器壳体，筒体直径1400mm，容器总长6152mm，壁厚12mm。产品外观图样如图2-1所示。图2-1尾气回收塔壳体结构图主要加工手段为焊接，此外还采用冲压、卷弯、机加工等辅助工艺。焊接方法采用埋弧自动焊，接头形式为对接、角接。2.1.2 产品技术特性及检验要求铜液氨冷凝器外壳技术特性如表2-1所示：表2-1 液氨冷凝器壳体技术特性表名 称指 标补充说明壳径管径容器类别工作压力16/cm20.7 /cm2二类热设备设计压力176 /cm22 /cm2焊缝系数工作温度-50288=1设计温度-1040040工作介质液氨腐蚀程度2.2 母材的焊接工艺性分析2.2.1 15MnNiDR的特性15MnNiDR是低温压力容器钢板。“D”是低拼音的第一个字母“R”是容拼音的第一个字母15MnNiDR，交货状态：正火或正火+回火，45度低温冲击。产地：武钢、舞钢、新钢。规格：钢板厚度4mm650mm，宽度1500mm4020mm，长度3000mm18800mm化学成分（质量分数）WT% C、Si、Mn、Ni、V、Nb、Als、P、S0.18、0.150.50、1.201.60、0.200.60、0.06、0.015、0.03、0.012。可广泛用于石油、化工、电站、锅炉等行业，用于制造反应器、换热器、分离器、球罐、油气罐、液化气罐、核反应堆压力壳、锅炉汽包、液化石油气瓶、水电站高压水管、水轮蜗壳等设备及构件。其化学成分和力学性能见表2-2和表2-3所示：表2-2 15MnNiDR的化学成分（GB 35311996）化学成分质量分数（%）CSiMnNiVAlsPS0.180.150.501.201.600.200.600.060.0150.0300.025表2-3 15MnNiDR的力学性能（GB 35311996） 板厚 mmb(MPa)s(MPa) 45 AKV （横）J冷弯180b=3a6164906303252027d=3a163647061030536604606002902.2.2 15MnNiDR的焊接性分析 冷裂纹：冷裂纹一般是在焊后的冷却过程中，在Ms点附近或200300的温度区间出现。冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理、化学性质不均匀的氢聚集的局部地带。Ni使钢的淬透性显著增大，但15MnNiDR钢含碳量低，S、P也被严格控制，故低镍低温钢的冷裂倾向不大。薄板焊时不必预热，厚板则需预热100150。热裂纹：热裂纹是在高温下产生的，而且都是沿着原奥氏体晶界开裂。因为钢材不同，所以产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同，主要有结晶裂纹、高温液化裂纹。母材含杂质（S、P、C、Si）偏高时，特别是硫和磷偏高会使结晶温度区间明显加宽。但15MnNiDR钢含碳量低，S、P也被严格控制，故热裂纹敏感性也不高。回火脆性：由于回火处理时Ni使S在晶界富集和偏析，形成硫化物析出相，故含镍钢对回火脆性敏感。如果焊接材料或焊接工艺参数等选择不合理，焊接接头很容易出现气孔、夹渣等缺陷，且焊接接头（焊缝、热影响区）的低温冲击吸收功很难达到要求。其防治措施主要有以下几种：a：严格控制焊接线能量和层间温度。目的是使不受过热的影响，避免热影响区晶粒长大，降低韧性。b：合理的选择焊接材料。根据钢种的温度级别和低温冲击韧性合理的选择焊条或焊丝。c：控制焊后热处理温度，避免产生回火脆性。板厚25mm的低温钢焊接结构，焊后应采用消除应力热处理。含有V、Ti、Nb、Cu、N等元素的钢种，在消除应力热处理时，当加热温度处于回火脆性敏感温度区时会析出脆性相，使低温韧性下降。应合理选择憨厚热处理工艺，以保证街头的低温韧性。d：防止焊接接头的应力集中。低温钢焊接，为保证焊缝质量，防止产生咬边、夹杂、未焊透、裂纹、弧坑、焊瘤和电弧擦伤，表面焊道必须圆滑过渡，重要焊缝应将焊道表面余高磨平，尽量减少应力集中。2.3 15MnNiDR焊接工艺要点2.3.1 焊接方法和焊接材料的选择焊接方法的选择：母材的含碳量低，因此淬火后的组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体和贝氏体，这对焊接非常有利。在焊接这类钢时要注意两个基本问题：一是要求在马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体能有“自回火”作用，以免冷裂纹的产生；二是要在800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。本次焊接15MnNiDR钢采用埋弧自动焊进行对接焊缝和角焊缝的焊接。焊接材料的选择 选择焊接材料时必须考虑两方面的问题：一是不能有裂纹等焊接缺陷产生；二是能满足使用性能要求。选择焊接材料的依据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材匹配。a：焊丝的选择 在JB4709-2000钢制压力容器焊接规程中，未对15MnNiDR钢推荐任何焊材，从15MnNiDR钢的化学成分及性能来看，钢中Ni虽然增大了钢的淬硬度，但并不显著，冷冽倾向不大，但Ni可能增大热裂倾向，可从严格控制焊接材料中的C、P、S含量，以及采用合理的焊接工艺条件增大焊缝成形系数等方面来控制热裂纹。根据焊接手册的推荐，焊接低温钢可用中性熔炼焊剂配合Mn-Mo焊丝或碱性熔炼焊剂配合含Ni焊丝，也可用C-Mn钢焊丝配合碱性非熔炼焊剂。焊接15MnNiDR这种钢关键是要保证焊缝和粗晶区的低温韧性，而影响低合金钢焊缝韧性的因素有很多，首先从淬透性方面来分析，焊缝金属的韧性随淬透性的变化而变化，当碳当量Wceq为0.35%0.40%时较适宜，高于此值金属因硬化而使硬度下降，低于此值因淬透性不足也使韧性下降。低合金钢的碳当量公式： Ceq（AWS）=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+（Cn/13+P/2） （%） 其次从合金元素方面来分析，碳是钢中最重要的化学成分，也是对钢材性能具有最重要影响的合金元素。当Wc0.1%时，Fe-c二元合金在平衡结晶状态下就不再发生包晶反应，可提高钢的韧性，但随钢中的含C量增加的同时，也可提高其韧性，应适当降低焊缝金属中的含C量。Mn元素即可以溶入铁素体形成置换固溶体，起强化基体的作用，增加钢的强度，细化组织，提高韧性，又可以脱硫，因此选择含Mn量稍高的焊丝。此外，适量的Si可提高强度阻止某些元素的偏析，是焊接低温钢的关键。所以焊丝选择H08Mn2SiA。 b：焊剂的选择 此次设计选用的焊剂为Hj250。次焊剂属低锰中硅中氟熔炼型焊剂，具有弱氧化性，既有降低焊缝金属的含氧量，又可提高焊缝金属的低温韧性。2.3.2 接头与坡口型式设计 焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明显的影响。合理的接头设计应使应力集中系数尽可能的小，且具有好的可焊性，便于焊后检验。一般来说，对接焊缝比角焊缝更合理。同时便于进行射线或超声波探伤，坡口形式以U形为佳，单边V形也可采用。但必须在工艺规程中注明要求两个坡口面必须完全焊透。为了降低焊接应力，可采用双V或双U坡口。无论采用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。本次设计，钢板开V型坡口。坡口形式见下图。2.4 母材的焊接性试验对15MnNiDR钢的焊接性进行试验，可用以下几种方法来衡量该钢的焊接性。2.4.1 插销试验 采用插销试验方法，可以定量测定低温钢焊接热影响区冷裂纹敏感性。插销试件和底板尺寸分别如图2-3和图2-4所示。 图 2-3 插销试棒的形状尺寸 图2-4 底板的形状尺寸 将被焊钢材加工成圆柱形的插销试棒，沿轧制方向取样并注明插销在厚度方向上的位置。试棒上端附近有环形缺口。将插销试棒插入底板相应的孔中，使带缺口一端与底板表面平齐。用选定的焊接输入进行堆焊（垂直底板纵向，并通过插销顶端中心），焊道长度100-150mm。为获得焊接热循环有关参数（t8/5等），应事先将热电偶旱在底板焊道下的盲孔中，其深度应与插销试棒的缺口处一致，测点最高温度不低于1100。当焊道冷至150-100时，给试棒逐渐加载，规定载荷应在1min内加载完毕，此时试棒的温度不应低于100。 载荷保持16h或24h后卸载，若试棒未断，而采用“断裂准则”，应增加载荷重复上述试验，直至试棒发生断裂，然后降低约10Mpa的载荷，而试棒未发生断裂，此值即为“断裂准则”的“临界应力”。2.4.2焊接热裂纹敏感性试验方法压板对接（FISCO) 焊接裂纹试验方法GB4675.4-84),可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。（1）准备试件 试件材质与焊件相同，采用原板厚，开I形坡口。 采用机械加工方法图2-4 FISCO试验班尺寸（2）试验装置 如图2-5所示。 图2-5 FISCO试验装置（3）试验步骤 把试件安装在C形装置中，调好坡口间隙。将螺栓旋紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊4条长约40mm的试验焊缝。10min后，取出试件，沿焊缝弯断，观察断面有无裂纹。（4）计算裂纹率C C = (li / Li ) 100% 式中：li 4条试验焊缝上的裂纹长度之和（mm）； Li 4条焊缝的长度之和（mm ）。2.4.3 接头机械性能试验（一）焊接接头拉伸试验 板接头板形拉伸试样如图3-1所示，至少1个。按GB228-87金属拉伸试验法，在拉力机上进行。 图3-1（二）焊接接头弯曲试验 试样种类和数量按相关标准制取。如无注明，可制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于1个，纵弯不少于2个。尺寸按GB2649-89中的规定。试验按GB232-88金属弯曲试验法，在拉力机上进行。3 焊接工艺性评定3.1 焊接试件的制备采用刨边机进行坡口加工。清除坡口附近的水、油污、锈渍等杂质。对接焊缝试件的制备 采用V形坡口，坡口型式如前图所示。采用埋弧自动焊，埋弧自动焊的规范参数包括电源极性、焊丝直径、电弧电压、焊接电流、焊接速度等。电源极性 埋弧自动焊焊接15MnNiDR钢时应采用直流反接。焊丝直径 埋弧自动焊的焊丝直径一般可根据板厚选择。铜液氨冷凝器的壁厚为12-14mm可选4.0mm的焊丝。电弧电压和焊接电流 对于一定直径的焊丝来说，在埋弧自动焊中，采用较低的电弧电压，较小的焊接电流焊接时，焊丝熔化所形成的熔滴把母材和焊丝连接起来，呈短路状态称为短路过渡。大多数埋弧自动焊工艺都采用短路过渡焊接。当电弧电压较高、焊接电流较大时，熔滴呈小颗粒飞落称为颗粒过渡。 综上所述，其焊接工艺参数如表3-1所示。表3-1 埋弧自动焊工艺参数焊接方法焊丝牌号及规格/mm焊接电流/A电弧电压/V极性焊接速度/（m/h）SAWH08Mn2SiA4.090040直流反接36（2）角接焊缝试件的制备 采用埋弧自动焊焊接，如图3-2所示。其工艺参数见表3-2。 表3-2 埋弧自动焊工艺参数坡口形式焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊丝焊接速度m/h电流极性单边V型4.060035H08Mn2SiA30直流反接 图3-2 角接试件及坡口设计3.2 焊接试件试验方法3.2.1 拉伸试验金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。按GB/T 228-2002规定对试件进行拉伸强度试验，如图3-3所示。 图3-3 拉伸试件3.2.2 冲击试验将试样置于低温槽的均温区冷却到-45后，保温足够长的一段时间，然后将试样取出进行冲击试验。使用液体冷却介质，保温时间不得少于5min。试样移出冷却介质至打断的时间不超过5s，如超过5s则应将试样放回冷却介质重新冷却，保温，再进行试验。采用摆锤冲击试验，其示意图如图3-4所示。 图3-4 摆锤冲击试验3.2.3 弯曲试验将试件放在实验机带滚动轴的支座上，用规定的弯心直径压头将试件弯曲到要求的角度，弯曲试件的中心应对准焊缝中心，当弯曲到规定角度后，焊缝拉伸面沿试件宽度方向上所允许出现的裂纹或缺陷不大于1.5，沿试件长度方向上为不大于3mm。试件如图3-5所示。 图3-5 弯曲试件 3.3 工艺评定试验分析（1）无损探伤 试验试板焊后经射线探伤，均末发现焊接缺陷。（2）接头力学性能 根据接头力学性能试验的结果，其接头强度、塑性均能满足规定的标准值。（3）接头冲击韧性 试验结果表明，焊缝金属的-45却贝冲击值可以达到规定标准，热影响区-45却贝冲击值比规定的标准值要高得多，其冲击值完全可以满足15MnNiDR钢的标准。熔合线的冲击值所反映的是焊缝或热影响区的冲击韧性。可以认为，只要是热影响区尤其是焊缝金属的冲击韧性解决好了，熔合线的冲击韧性应该能获得较为满意的结果。（4）根据试验可以看出，焊接接头无淬硬组织。接头的硬度分布是正常的。调质钢焊接后，如不再进行调质处理，则热影响区的软化将成为调质钢焊接的一个重要问题， 而15MnNiDR钢的焊接接头并无软化现象。3.4 焊接工艺参数的选择从防止冷裂纹出发，要求冷却速度慢为佳，但对防止脆化来说，却要求冷却较快为好，因此应该确定兼顾两者的冷却速度范围。这个范围的上限取决于不产生冷裂纹，下限取决于热影响区不出现脆化的混合组织。但在焊接厚板时，即使采用了大的线能量，冷却速度往往还是超过了它的上限，这就必须通过预热来使冷却速度降到低于不出现裂纹的极限值。因此，正确选择线能量和预热这两个参数使保证不出现裂纹和脆化的关键。焊接线能量 如果焊接线能量较大，使得热影响区的晶粒粗大，则焊缝中的柱状晶也粗大，焊接线能量大，必然会引起结晶时的冷却速度较慢，最高加热温度Tm升高和Ac3以上停留的时间长，从而导致焊缝金属的晶粒就更粗大。线能量较小，焊速过快，焊工操作困难，而且易产生夹渣等焊接缺陷，所以焊接线能量一般应以812kJ/cm为宜。预热温度 预热主要希望它能降低马氏体转变时的冷却速度，通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性能。由于壳体厚度仅12mm，所选用的钢板厚度为12mm，所以不需要预热。焊后热处理：考虑到15MnNiDR 钢调质时的回火温度为640660，所以焊后退火处理温度，只能是600左右。在此温度范围内，焊缝-45冲击韧性是可以满足所规定的要求的。4 工艺方案的选择本次设计的铜液氨冷凝器，其主体部分由封头、筒体和腿式支座采用法兰连接组成，封头和筒体上连接有接管，接管与法兰连接。由此可以确定其制造工艺方案如下：1.根据图样技术要求分别制造各个零部件，可采用锻、焊、机加工等手段，零件制造完成后，需要进行尺寸、质量等检验。2.根据图样要求进行装焊，可以采用必要的装配夹具等。装焊完成后，需要进行无损检验，可以采用100%射线探伤或100￥超声波探伤且加70%射线探伤复检。3.设备制造完毕后需要按要求进行22kg/cm2水压试验.5 主要零件的加工制造5.1筒节的制造 工艺流程如下：1. 钢板复检：对钢板进行复检，内容包括钢的化学成分、各种力学性能、表面缺陷及外形尺寸（主要是厚度）的检验。一般采用抽检法，抽检的百分比15%。2.预处理：复检合格后对钢板进行矫正。矫正后对钢板进行喷丸、喷漆等表面处理。原理：将淬硬钢丸(一般应用锰钢丸,直径为0.8-1.2mm,硬度为HRC47-50),以压缩空气喷出或离心式喷丸机借离心力甩到金属表面, 利用钢丸对金属表面的冲击作用使零件表面硬化。钢丸冲击金属表面:第一使零件表面生成0.1-0.4mm 深的硬化层, 增加零件表面对塑性变形和断裂的抵抗能力,并使表层产生压应力,提高其疲劳强度;第二使零件表面上的缺陷和由于机械加工所带来的损伤减少, 从而降低应力集中。3.划线：划线前应展开，可采用计算展开法。具体展开公式如下： L=（Dg+）+S式中 L-筒节毛坯展开长度（mm） Dg-容器公称直径（mm） -容器壁厚（mm） S-加工余量（包括切割余量、刨边余量和焊接收缩量等）（mm），如两侧均需刨边，则取1015mm。筒体展开后，其实就是一块矩形金属板。毛坯宽度为筒节的长度，其大小取决于原材料的宽度和容器上焊缝的分布情况（焊缝不允许十字交叉）。注意，毛坯实际宽度也要包括加工余量S。经查阅资料及计算，如图5-1所示，取划线尺寸为44502258（长度宽度）的坯料。图5-1 下料尺寸示意图4.下料：采用气体火焰切割。5.边缘加工：采用刨边机进行钢板的直线边缘加工和开坡口，加工精度高，坡口尺寸准确。坡口型式及加工尺寸如图2-2所示。6.卷制：采用对称式三辊卷板机来卷制钢板。（1）预弯 采用对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法弯卷。为使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要先将其两端弯曲成所需要的曲率，称为预弯。 本次设计利用压力机预弯。受模具长度限制，板料的压弯需逐段进行，且在压制过程中需要随时用样板检查曲率半径的大小，以保证成形尺寸满足要求。如图5-2所示。 图5-2 利用压弯机预弯（2）对中 板料预弯后，放入卷板机上下辊之间进行辊卷前必须使板料的母材与辊的轴线平行，使板料的纵向中心线与辊的轴线保持相互垂直，即对中，其目的是防止钢板在滚卷过程中产生扭斜变形。（3）卷圆 钢板对中后，即可用上辊压住板料并使之产生一定弯曲，开动机床进行滚卷。每滚卷一次行程，便适当下调上辊一次，这样经过多次滚卷就可将板料弯曲成所要求的曲率。在滚卷过程中要注意：随时用卡样板测量，看是否达到曲率要求，不可过卷量太多，因为过卷要比曲率不足难以修正，且易使金属性能变坏。在冷卷时要考虑到回弹的影响，必须施加一定的过卷量。当卷制达到曲率要求时，还应在此曲率下多卷几次，以使其变形均匀和释放内应力，减少回弹。15MnNiDR钢回弹量较大，需要在最终成形之前进行一次退火。卷板机辊子的位置关系如图5-3所示。图5-3 三辊卷板机辊子的位置关系7纵缝装焊：筒节的装配一般在V形铁或焊接滚轮上进行。带铁的螺旋压紧器和斜楔式压紧器可以防止错边，螺旋拉紧器可以调整间隙。如图5-4所示。 a带铁的螺旋压紧器 b螺旋拉紧器 C斜楔式压紧器 图5-4 辅助夹具通过采用夹具保证纵缝边缘齐整，且沿着整个长度方向上间隙均匀一致后，可进行定位焊。定位焊时，焊点要有一定尺寸，且焊点间距300mm。筒节纵缝采用埋弧自动焊焊焊接，坡口形式与尺寸见图2-2，采用埋弧自动焊机MZ1-1000，其焊接工艺参数见表5-1： 表5-1 筒节纵缝焊接工艺参数板厚/mm坡口形式焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊丝焊接速度m/h电流极性12V型4.090040H08Mn2SiA36直流反接焊后退火温度：600左右其焊接工艺卡见附录一。8矫圆：焊接结束后，在卷板机上进行矫圆，大致可分三个步骤。（1）工件放入卷板机上辊之后，根据计算，将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载。（2）使工件在矫正曲率下多次滚卷，并着重于焊缝区的矫正，使圆筒曲率均匀一致。经测量，直到合乎要求为止。（3）逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐卸除载荷的过程中多次滚卷。9无损检验：焊缝进行X射线局部无损探伤，探伤长度分别不少于纵环焊缝长度的100%，质量评定按JB4730.2-2005焊缝射线探伤标准达到级为合格。10制孔：须在筒体上开1个89mm的孔。先要进行划线、打标记来确定孔中心的位置。将筒节置于V形铁上固定，在筒体上已标记的孔中心位置分别沿筒体径向和周向划出接管的尺寸和位置线。仔细检查核对孔的大小、方位后开孔，选用型号为Z3080摇臂钻床钻出。5.2 标准椭圆形封头的制造按JB/T 4746-2002钢制压力容器用封头，标准椭圆形封头由半个椭球和一个高度为h的圆柱形短节（封头直边部分）构成，如图5-5所示。其型式参数关系为：Di4（H-h）DNDi图5-5 椭圆形封头封头外形尺寸如下：公称直径：DN1400mm封头壁厚：a14mm直边高度：h54mm封头总深度：H404mm封头制造工艺如下：1.钢材复检：复检材料成分、规格、牌号。2.预处理：矫正，喷丸处理。3.划线：椭圆形封头毛坯尺寸的计算：式中： P封头椭圆部分的半周长a椭圆的长半轴b椭圆的短半轴。由于a=700mm，b=350mm，得出P=1716.7mm。考虑加工余量后，封头毛坯直径可按下式计算：D0=P+2hk0+2S式中：封头冲击成形是的拉伸系数，取k0=1S封头边缘加工余量h直边高度可求得D0=1855mm。综上，在原材料上划一直径为1855mm的圆。4.下料：气体火焰切割。5.热冲压：先加热至1000，再1000t水压机压制成形并预留直边加工余量。6.二次划线：量取直边高度54mm划线，同时对89mm的孔划线。7.切割：LGK8等离子弧切割机切出54mm直边。8.钻孔：先用Z3080摇臂钻床钻出20mm的孔。孔位置如图5-6所示。 图5-6 孔位置示意图9.扩孔：用CWC-200扩孔机扩孔至89mm。10.检验：按图样要求检查其尺寸、质量等。其加工工艺过程卡见附录二。5.3 管法兰的制造按HG/T 2059220635-2009钢制管法兰.垫片.紧固件，壳体上的管法兰为带颈平焊法兰法兰，公称通径为1400mm，公称压力为1.6MPa，材料为16Mn，零件形状尺寸见图5-7。 图5-7 全平面带颈平焊法兰其具体参数如表5-2所示。表5-2 带颈平焊管法兰（HG/T 2059220635-2009）参数公称直径管 子法 兰 (毫米)螺 栓焊 缝外径壁厚外径螺孔中心圆直径连接凸出部分高 度厚度螺栓孔直 径重量数量规 格焊缝的直角边 焊缝离 法 兰面 距 离DNdHSDD1FbdKgn直径长度KH140014241216751590145434278.336M24 190410管法兰制造工艺如下：1.材料复检、预处理:与筒体基本一致。2.下料：采用GB4235锯床，从1000mm的圆钢上锯取长81mm的一段。3.镦粗：始锻温度11501200，终锻温度800850，使直径达14502mm，厚度达482mm。4.垫环局部镦粗：始锻温度11501200，终锻温度800850，使法兰盘直径达14242mm，厚度达452mm。5.热处理: 对其进行600650回火，保温4