焊接专业毕业设计说明书论文.pdf

本文由换过几张床贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳 建议您优先选择TXT 或下载源文件到本机 查看 摘 要 本次设计的加热槽槽体是加热及搅拌沥青的专用容器 以通入夹套中的 高温蒸 气为热源加热沥青 设计产品普遍应用于石油化学工业 建筑业等行 业上 该设计中 详细制定了加热槽的制作工艺和封头冲压模具的设计 根据压力容器的标准 此加热 槽属于 II 类压力容器 其设计 制造 检 验和验收应符合 GB150 98 钢制压力容 器 的规定 16Mn R 钢是制造压力 容器的专用钢 16Mn R 的硫 磷含量低 抗拉强度 延伸率 冲击韧性高 因此 16Mn R 的力学性能和工艺性能良好 除环境温度很低 或钢板厚度很大 时 冷裂纹倾向较大以外 不易产生其它种类的裂纹 Q235B 钢的含 碳量低 虽然强度不高 但塑性和冲击韧性很好 焊接性优良 一般不会因焊接而出 现严重的淬硬组织 通过分析母材的各种性能及本产品的结构特点 编制出适合本 产品的生 产工艺流程 主要是筒节 封头的加工工艺及加热槽槽体的总装配焊接工艺 制定下料及其成形工艺 填写零件加工工艺过程卡 制定装配工艺及焊接工 艺 填写焊接工艺卡 制定焊后加工工艺 制定夹套的翻边 翻孔工艺 在 制作封头时 还需根据封头的尺寸计算出封头冲压模具上模及下模的具体尺 寸 制作冲压模具 结 合本产品的技术要求 采用无损探伤和水压试验进行 检验 最后 为了防止产品生锈 需对产品进行涂漆 关键词 加热槽 焊接工艺 夹套 冲压模具 沈阳大学毕业设计 论文 No 1 Ab s t r a c t Th e h e a t i n g t r o u g h b o d y o f t h i s t i m e d e s i g n i s t h e a p p r o p r i a t i o n c o n t a i n e r w h i c h h e a t s a n d m i x e s b l e n d t h e a s p h a l t Ta k e p a s s e s o v e r i n t h e c l a m p c o v e r t h e h i g h t e m p e r a t u r e s t e a m t o h e a t u p t h e a s p h a l t a s t h e h e a t s o u r c e Th e d e s i g n p r o d u c t g e n e r a l l y a p p l i e s t o p r o f e s s i o n a n d s o o n i n p e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y a r c h i t e c t u r e i n d u s t r y e t c In t h i s d e s i g n i n d e t a i l f o r m u l a t e d t o t h e m a n u f a c t u r e c r a f t o f t h e h e a t i n g t r o u g h a n d t h e d e s i g n o f t h e h e a d o f t h e t r o u g h r a m m i n g m o l d Ac c o r d i n g t o t h e s t a n d a r d o f p r e s s u r e c o n t a i n e r t h i s h e a t i n g t r o u g h i s b e l o n g e d t o II k i n d o f p r e s s u r e c o n t a i n e r It s d e s i g n m a n u f a c t u r i n g e x a m i n a t i o n a n d a c c e p t a n c e s h o u l d c o n f o r m t o t h e p r o v i s i o n o f GB150 98 St e e l s s y s t e m p r e s s u r e c o n t a i n e r s Th e 16Mn R s t e e l i s t h e a p p r o p r i a t i o n s t e e l w h i c h m a k e s p r e s s u r e c o n t a i n e r Th e c o n t e n t o f s u l f u r p h o s p h o r u s i n 16Mn R i s l o w t h e t e n s i l e s t r e n g t h t h e e l o n g a t i o n r a t i o a n d p o u n d s a t t e n a c i t y a r e h i g h Th e r e f o r e m e c h a n i c s f u n c t i o n a n d c r a f t f u n c t i o n w i t h 16Mn R a r e g o o d In a d d i t i o n t o t h e e n v i r o n m e n t t e m p e r a t u r e i s v e r y l o w o r w h e n t h e s t e e l p l a t e t h i c k n e s s i s v e r y b i g g r e a t l y o u t s i d e t h e c o l d c r a c k i s e a s y t o c r e a t i o n d o n t e a s i l y c r e a t i o n o t h e r c a t e g o r i e s c r a c k Th e Q235 B s t e e l c o n t a i n s a m o u n t o f c a r b o n l o w a l t h o u g h t h e s t r e n g t h i s n t h i g h p l a s t i c i t y a n d r e s i l i e n c e a r e v e r y g o o d a n d t h e w e l d a b i l i t y i s f i n e Ge n e r a l l y w i l l n o t a p p e a r s t h e s e r i o u s h a r d o r g a n i z a t i o n b e c a u s e o f w e l d Th r o u g h a n a l y z e s v a r i o u s f u n c t i o n o f t h e p a r e n t m e t a l a n d t h e s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h i s p r o d u c t d r a w u p t h e p r o d u c t i o n t e c h n i c a l p r o c e s s s u i t e d t h i s p r o d u c t Ma i n l y i s t h e p r o c e s s i n g c r a f t o f t h e t u b e s t a n z a t h e h e a d a n d t h e f i n a l a s s e m b l y w e l d i n g c r a f t o f t h e h e a t i n g t r o u g h a b o d y Es t a b l i s h m e n t t h e c r a f t o f In c i s e i n g m a t e r i a l a n d t a k i n g i t s h a p e f i l l i n t h e c o m p o n e n t s p r o c e s s i n g c r a f t p r o c e s s c a r d e s t a b l i s h m e n t a s s e m b l y c r a f t a n d w e l d i n g c r a f t f i l l i n t h e w e l d i n g c r a f t c a r d d r a w u p a f t e r w e l d i n g p r o c e s s i n g c r a f t Fo r m u l a t e s t h e c l a m p c o v e r f l a n g e t u r n s t h e h o l e d c r a f t Wh e n m a n u f a c t u r e t h e h e a d o f h e a t i n g t r o u g h a c c o r d i n g t o t h e s i z e o f t h e h e a d c a l c u l a t e s t h e r a m m i n g m o l d t o p d i e a n d p a g e 1 t h e s t a m p i n g d i e c o n c r e t e s i z e Un i f i e s t h e s p e c i f i c a t i o n o f t h i s p r o d u c t u s e s n o t d a m a g e t h e c r a c k d e t e c t i o n a n d t h e h y d r a u l i c p r e s s u r e t e s t c a r r i e s o n t h e e x a m i n a t i o n Fi n a l l y i n o r d e r t o p r e v e n t t h e p r o d u c t r u s t s m u s t c a r r y o n t o t h e p r o d u c t s p r e a d s t h e d e c o r a t i o n Ke y w o r d h e a t i n g t r o u g h w e l d i n g c r a f t c l a m p c o v e r r a m m i n g m o l d 沈阳大学毕业设计 论文 No 2 引 言 在承受压力等级的基础上 综合压力容器工作介质的危害性 易燃 致 毒程度 可以将压力容器分为 I II III 类 本次设计的加热槽槽体属于 II 类 压力容器 符合下列其中一项的即为二类容器 中压容器 III 类规定的除外 易燃介 质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器 毒性 程度为极度和高度 危害介质的低压容器 低压管壳式余热锅炉 低压的 搪瓷玻璃压力容器 工业 生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的密闭设备 称为压力 容器 目前压力容 器在各行业中的应用已十分广泛 贮运容器 反应容器 换热容器和分离容器均属压 力容器 它是在石油化学工业 能源工业 科研 和军工等国民经济的各个部门都起着 重要作用的设备 其整个制造过程涉及 冶金 结构设计 机械加工 焊接 热处理和 无损检测等专业技术门类 因 此 压力容器行业的国际地位在一定程度上反映了国家 的综合实力 压力容器一般由筒体 封头 法兰 密封元件 开孔和接管 支座等六 大部分构成容器本体 此外 还配有安全装置 表计及完成不同生产工艺作 用的内 件 压力容器由于内部或外部承受气体或液体压力 是对安全性有较 高要求的密封容 器 早期主要用于化学工业 压力多在 10 兆帕以下 合成氨 和高压聚乙烯等高压生 产工艺出现后 要求压力容器的压力达 100 兆帕以上 随着化工 石油化工等工业 的迅猛发展 压力容器的工作温度范围越来越宽 容量不断增大 有些还要求耐介质 腐蚀 20 世纪 60 年代开始 核电站 电站 锅炉 的发展对反应堆压力容器提出了 更高的安全和设计要求 从而促进了 沈阳大学毕业设计 论文 No 3 压力容器的进一步发展 为了生产和使用更安全 更具有经济性的压力容器产 品 传统的设计 制造 焊接和检验方法已经无法满足产品质量要求 正在被新技术 新工艺 所代替 而冶金 机械加工 焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进 步 是压力容器行业整体技术水平提高的前提条件 由于压力容器发展迅速 压力 容器的工作条件越来越苛刻 对焊接技术的 要求也更加严格 现代焊接技术已能焊出 无内外缺陷的 力学性能等于甚至高 于被连接体的焊缝 焊接的密封性好 适于制造 各类容器 采用焊接工艺能有 效利用材料 焊接结构可以在不同部位采用不同性能的 材料 充分发挥各种材 料的特长 达到经济 优质的目的 焊接已成为现代工业中不 可缺少 而且日 益重要的加工工艺方法 传统的压力容器通常采用低碳钢或低合金 高强度钢母材制造 近年来随着 焊接技术的不断完善 高强度钢在现代压力容器结 构中获得了广泛应用 目 前 焊条正向着高效 低污染和具有特殊性能方向发展 气 体保护焊和埋弧 焊焊丝逐渐由实芯焊丝向药芯焊丝方向发展 药芯焊丝具有高效 节 能及成 分调节方便等优点 是未来发展的方向 埋弧焊用焊剂也逐渐由大量使用熔 炼型焊剂向烧结型焊剂过渡 烧结型焊剂具有节能 成分调节方便及制造简 单等一系 列优点 也是焊剂的发展方向 未来的焊接工艺 一方面要研制新 的焊接方法 焊接 设备和焊接材料 以进一步提高焊接质量和安全可靠性 如改进现有电弧 等离子弧 电子束 激光等焊接能源 运用电子技术和控 制技术 改善电弧的工艺性能 研制 可靠 轻巧的电弧跟踪方法 本次设计的加热槽槽体为圆柱形钢制容器 是加热及搅 拌沥青的专用容 沈阳大学毕业设计 论文 No 4 器 以通入夹套中的高温蒸气为热源加热熔化沥青 首先 要根据产品要求 设 计出结构各个部件的主要尺寸及制作工艺 其次 要合理选择材料 以满 足加热槽的 p a g e 2 强度 刚度等质量要求 加热槽的制造工艺已基本成熟且应用十分广泛 目前加热槽 的设计正在 向大型化高参数方向发展 材料广泛应用各级别的低合金高强度钢 近几 年 我国压力容器制造业尝试应用计算机技术 如焊接工艺编制采用焊接专家系 统 焊接工艺评定和焊工培训考试使用计算机管理 编制零部件制造工艺过 程卡等 焊接 机械化和自动化水平已得到提高 如焊机实现程序控制 数字 控制 研制从准备工序 焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机 在自 动焊接生产线上 推广 扩大数 控的焊接机械手和焊接机器人 随着焊接和 无损检测等技术的不断进步 特别是以计 算机技术为代表的信息技术的飞速 发展 加热槽等压力容器的安全性和可靠性得到了 显著提高 沈阳大学毕业设计 论文 No 5 1 产品介绍 1 1 产品结构分析 本次设计的加热槽槽体属于 II 类压力容器 工业生产中具有特定的工艺 功能 并承受一定压力的密闭设备 称压力容器 1 目前压力容器在各行业中的 应用已十 分广泛 贮运容器 反应容器 换热容器和分离容器均属压力容器 它在石油化学工 业 能源工业 科研和军工等国民经济的各个部门都起着重 要作用 本加热槽的设 计目的是加热及搅拌沥青 沥青是毒性程度为中度危害的 介质 每个焊缝都必须保证 质量达到要求 本产品主要是由内筒 上夹套 下夹套 内筒封头 夹套封头和一个 角钢法兰所组成 产品的简要数据如表 1 所示 表 1 产品简要数据表 设计压力 MPa 工作压力 MPa 物料名称 1 46 1 32 沥青 设计温度 全容积 m 3 容器类型 200 16 II 类 加热槽上还有支座 支架 支撑架等几个附件 具体位置如图 1 所示 图 1 产品结构简图 1 高温蒸汽出口 2 支架 3 高压蒸汽进口 4 支座 5 支撑架 6 人孔 7 废料排出口 8 沥青出口 9 吊架 沈阳大学毕业设计 论文 No 6 1 2 母材性能分析 根据产品的设计要求 加热槽的内筒及内筒封头部分选用的材料为 16Mn R 钢 夹套及夹套封头等部分选用的材料为 Q235B 钢 16Mn R 钢是制 造压力容器的专用钢 16Mn R 的硫 磷含量略低于 16Mn 冲击韧性比 16Mn 有所提高 16Mn R 的力学性能 和工艺性能良好 Q235B 钢的含碳量低 虽然 强度不高 但塑性和冲击韧性很好 焊 接性优良 1 2 1 内筒材料的性能分析 1 16Mn R 钢的化学成分分析 材料的化学成 分直接影响着材料的各项性能 因此需控制材料中的有害 杂质硫 磷的含量 材料中 含硅量超过了 0 6 对冲击韧性不利 使脆性转变 温度提高 含碳量超过 0 3 和含锰 量超过 1 6 焊接时易出现裂纹 同时在 热轧钢板上还易出现脆性的贝氏体组织 16Mn R 钢的屈服强度为 345MPa 是屈服强度在 294 392MPa 之间的热轧钢 这一类 热轧钢主要通过锰 硅等 合金元素的固溶强化获得高强度 16Mn R 钢的化学成分如表 2 所示 表 2 16Mn R 钢的化学成分 牌号 C 16Mn R 0 20 Si 0 20 0 55 化 学 成 分 Mn 1 20 1 60 S 0 030 P 0 035 2 16Mn R 钢的力学性能分析 本设计中选用的 16Mn R 钢板的厚度为 16m m 该厚 度钢板的力学性能如 表 3 所示 表 3 16Mn R 钢的力学性能 2 热处 牌号 理状 态 16Mn R 热轧 规格 m m 1 6 拉 屈服强度 伸 试 验 伸长率 温度 0 冲击试验 20 横向 冷弯试验 2 180o d 2a 抗拉强度 s MPa 345 b MPa 510 640 5 21 p a g e 3 Ak v J 31 沈阳大学毕业设计 论文 No 7 材料的力学性能与焊接结构的使用安全有很大关系 因此材料的力学性 能必须 达标才可使用 3 16Mn R 钢的焊接性分析 16Mn R 钢是制造压力容器的专用钢 对硫 磷等杂质控制严格 但在焊 接接头中仍有可能产生缺陷及性能变化 热裂纹 焊 缝中的热裂纹是指焊缝在结晶时形成的沿晶间开裂的裂 纹 热轧钢含碳量较低 且锰含量较高 即焊接热裂纹倾向较小 但在埋弧 自 动焊时 焊接热输入较高 熔池尺寸较大 柱状晶体发达 晶间偏析较严 重 焊接接 头中也会出现各种形式的热裂纹 此时产生的热裂纹主要是结晶 裂纹 结晶裂纹在结 晶后期 温度稍高于固相线温度以上 由于低熔点共晶 形成的液态薄膜削弱了晶粒间 的联系 在拉伸力作用下发生开裂 3 16Mn R 而 钢板中碳 硫 磷等元素含量必 须控制在要求值以下 由于同时 16Mn R 钢的 含锰量相对较高 锰硫比 Mn S 能达到 除硫要求 所以具有较好的抗热裂性 能 正常焊接条件下热裂纹倾向较小 冷裂纹 热轧钢含有少量的合金元素 碳当量比较低 一般情况下 除 环境温度很低或钢板 厚度很大时 冷裂纹倾向不大 焊接接头在焊后的冷却 过程中 会产生组织应力 热 应力及拘束应力等内应力 又因扩散氢及淬硬 组织的共同作用 故极易在钢材的热影 响区产生具有延迟特征的冷裂纹 本 设计中 16Mn R 钢板采用的是 16m m 的中等厚度 钢板 因此不易产生冷裂纹 再热裂纹 再热裂纹易出现在含有沉淀强化元素的高 强钢 珠光体钢 奥氏体钢中 其基本特征为 厚板焊接结构消除应力处理过程中 在热影响 区 的粗晶区存在不同程度的应力集中时 由于应力松弛所产生附加变形大于 沈阳大学毕业设计 论文 No 8 该部位的蠕变塑性 则发生再热裂纹 由于不含强碳化物形成元素 所以 16Mn R 钢对再热裂纹不敏感 15 层状撕裂 层状撕裂是指有角接接头或丁字接头的大 型厚板结构焊接 时 在钢板厚度方向承受较大的拉应力 导致沿钢板轧制方向形成的阶梯状 的 裂纹 内筒部分选用厚度为 16m m 的 16Mn R 钢板 不易产生层状撕裂 过热区脆 化 焊接接头过热区脆化取决于母材成分和焊接热循环方 式 后者以高温停留时间和冷却速度为主要指标 奥氏体晶粒在过热区 高于 1 100 区域 显著长大甚至产生魏氏体 使韧性急剧降低 钢中的碳化物 氮 化物等难 溶质点高温时溶入过热区 冷却时未能及时析出而保留在奥氏体晶 粒中等 均是引起 脆化的原因 此外 冷却过程中还可能产生一系列不利的 组织转变 例如生成粗大马 氏体 铁素体 贝氏体 高碳马氏体脆性混合组织 和 M A 组元等 都是产生脆化的原 因 4 16Mn R 钢主要靠合金元素的固溶强 化作用来保证其具有良好的力学性能 且 在热轧状态下使用仅以粗晶脆化为 主 其它脆化不易产生 16Mn R 钢焊后经 600 1h 的回火处理后 16Mn R 经消除应力回火处理后 韧性有很大恢复 可防止脆化 经过对 16Mn R 钢的焊接性进行分析 得出以下结论 16Mn R 钢板可装配成各种不 同的焊接接头 适合不同位置焊接 且焊 接工艺和技术要求相对简单 焊前一般 不需要预热 塑性和冲击韧性良好 焊接接头产生冷裂纹或热裂纹的倾向小 适合 各类大型结构和受压容器 16Mn R 钢 对焊接电源设备没有特殊要求 交直流 弧焊机都可以焊接 沈阳大学毕业设计 论文 No 9 对焊接材料也无特殊要求 酸性 碱性焊条和焊剂都可以使用 1 2 2 夹套材 料的性能分析 1 Q235B 钢的化学成分分析 Q235B 钢含碳量小于或等于 0 20 锰 硅等元素含量也比较少 其焊 接用钢均为镇静钢 具体化学成分如表 4 所示 表 4 Q235B 钢的化学成分 牌号 Q235 等级 C B 0 12 0 20 Mn 0 30 0 70 化 学 成 分 Si 0 3 S 0 045 P 0 045 F b z 脱氧方法 2 Q235B 钢的力学性能分析 Q235B 钢属于典型的碳素结构钢 本次设计选用 的 Q235B 钢板的厚度为 12m m 该厚度钢板的力学性能如表 5 所示 表 5 Q235B 钢的力学性能 拉 牌号 等级 规格 m m 屈服强度 伸 试 验 抗拉 p a g e 4 强度 伸长率 冲击试验 温度 20 V 型纵向冲 击吸收功 2 180o 冷弯试验 s MPa 235 b MPa 375 500 5 26 Ak v J 27 纵a 横1 5a Q235 B 6 16 3 Q235B 钢的焊接性分析 Q235B 钢属于碳素结构钢中的低碳钢 其含碳量少 锰 硅等元素含量 较少 一般用熔焊法或其他焊接方法通常不会因焊接而出现严重的 硬化组织 或淬硬组织 这种钢的强度不高 塑性和冲击韧性良好 焊接接头的塑性和 冲击韧性也很好 焊接时一般不需要预热 层间保温和后热 焊后也不必热 处理 所以 Q235B 钢的焊接性优良 5 但是 当刚性大的结构件在低温条件 下焊接时 可 能出现裂纹 为此 在寒冷天气焊接时有必要采用适当的预热 和缓冷措施 沈阳大学毕业设计 论文 No 10 2 零部件加工工艺 本加热槽内筒与夹套选用了不同的材料 根据材料的性能以及各部件的 特殊要 求制定制作工艺流程 2 1 产品制作工艺流程图 2 1 1 内筒筒节制作工艺流程图 此加热槽的内筒筒体部分是由两节筒节焊接而 成 筒节的制作工艺流程如 图 2 所示 图 2 内筒筒节制作工艺流程图 2 1 2 夹套筒节制作工艺流程图 夹套部分分为上夹套 下夹套和夹套封头 其 中上 下夹套的工艺相同 如图 3 所示 图 3 夹套筒节制作工艺流程图 2 1 3 封头制作工艺流程图 本设计中有两个封头 内筒封头和夹套封头 它们 的制作工艺是相同的 如图 4 所示 图 4 封头制作工艺流程图 沈阳大学毕业设计 论文 No 11 2 1 4 总制造工艺流程图 各部件制造完成后 进行整体装配焊接 工艺过程如 图 5 所示 图 5 总装配工艺流程图 2 2 焊缝位置分布 本加热槽内筒焊缝的位置分布如图 6 所示 焊缝如此布置 是为了保证焊 缝没 有十字交叉 封头拼板焊缝 环焊缝 纵焊缝 图 6 焊缝布置图 2 3 内筒筒节制作工艺 2 3 1 钢材复检 压力容器是质量要求严格的重要焊接结构 加热槽的内筒及内 筒封头部 分选用厚度为 16m m 的 16Mn R 钢板制作 夹套及夹套封头等部分选用厚度 为 12m m 的 Q235B 钢板制作 这两种钢材在使用前应进行必要的化学成分和力 学性 能复检 还应检验金属材料的表面及内部质量 如夹层 砂眼等 17 沈阳大学毕业设计 论文 No 12 2 3 2 钢材预处理 1 钢材矫正 钢材在轧制 运输 装卸和堆放过程中 表面 常会出现凹凸不平或弯曲 扭曲 波浪变形等现象 当这些变形超过一定程度时 会 p a g e 5 影响焊接结构件生 产过程中各工序的正常进行 并将降低产品的质量 6 按操作方 法的不同对钢板的矫正可分为手工矫正 机械矫正和火焰矫正三 种方法 在本设计中 对 16Mn R 和 Q235B 钢板的矫正选用的是机械矫正法 采用的专用设备是 4200m m 9 辊式中厚板矫平机 其工作原理如图 7 所示 技术参数如表 6 所示 图 7 4200m m 9 辊式中厚板矫平机原理图 1 导向辊 2 上支承辊 3 上 工作辊 4 下工作辊 5 下支承辊 表 6 4200m m 9 辊式中厚板矫平机技术参 数 厚度 m m 8 40 宽度 m m 1500 4000 长度 m m 4000 18000 上横梁开口度 m m 240 最大较平温度 600 800 支撑辊列数 辊数 个 2 7 14 矫正速度 m s 0 3 0 8 传动比 22 辊数 辊距 m m 9 360 主电动机功率 k w 125 辊径 辊长 有效长 m m m m 320 4200 2 表面清理 钢材表面存在的铁锈 氧化皮及各种污物等 都将直接影响零件 和产品 的制造质量 焊前应进行清理的工作 除锈的方法有种 化学法和机械法 沈阳大学毕业设计 论文 No 13 本设计中对 16Mn R 和 Q235B 钢板清理选用的是机械法中的喷丸方法 采用 G YX n M 型钢材预处理装置 它是一种大型喷丸除锈设备 既可以用于 钢板 型钢的表 面处理 也可用于结构部件的表面处理 钢材矫正后 利用 电磁吊上料 辊道输送到 加热室预热 再进入喷砂机中将铁锈及氧化皮除掉 清理掉丸料后 装置自动喷底漆 并烘干 以防钢板在加工过程中再次生锈 7 2 3 3 划线 下料 选定钢板尺寸规格 后 在板材上进行划线 所谓划线即按构件设计图样 的图形与尺寸 1 1 划在待下料 的钢板上 随后按划线图形进行下料加工的工 序 下料是指将零件从金属材料上按划 线标记切割下来的工序 下料的方法 可分为两类 机械切割和热切割 本设计中 16 Mn R 和 Q235B 钢板选用的都 是中等厚板的板材 对其下料均选用热切割的方法 采 用的设备是 CNC 4A 型数控切割机 用氧乙炔火焰进行切割 8 在划线下料前应先 对制作内筒筒节的板材进行选取 因为钢材在卷圆后 内层纤维受压而缩短 外层纤 维被拉伸而伸长 而在内层与外层之间存在着 一层既不缩短也不伸长的纤维 该层即 为中性层 制作内筒筒节所用钢材的展开尺寸计算就是以中性层为依据的 首先 按弯曲内径 r 与板厚 s 的比值确定中性层位置 k 为中性层位置系数 r s 1000 16 62 5 5 所以 k 值取 0 5 故筒节的展开直径 d Dg s 2000 16 2016 m m 2 1 筒节的展开长度 L d 3 14 2016 6330 24 m m 沈阳大学毕业设计 论文 No 14 2 2 筒节的展开长度即为选用板材的长度 再根据筒体的总长选择板材数量 以及每 块板材的宽度 筒体总长 4200m m 选取两块板材即可 宽度分别为 1900m m 和 2300 m m 采用数控切割机下料时 钢板边缘处厚度不均匀 影响 焊接质量 因此 需预留 出余边量为 50m m 根据以上计算 选择制作筒节板材的尺寸16m m 6500m m 20 00m m 一块 16m m 6500m m 2400m m 一块 所选内筒筒节板材 如图 8 所示 图 8 内筒筒节下料尺寸 注 为毛坯尺寸 为选板尺寸 2 3 4 边缘加工 边缘加工是按工艺要求采用一定的加工方法将工件的边缘或端 面加工成 符合工艺要求的形状 平直度和粗糙度的生产过程 边缘加工可以消除前到 工序加工所产生的加工硬化层和热影响区 根据工艺要求完成坡口加工 消 除装配 焊接工件边缘或自由边的各类缺陷 以提高加热槽的整体质量 提 高结构的表面质 量 也可为产品的后期制作创造条件 常用边缘加工的方法 为刨削 铣削 车削等切 削加工工艺 在设计中所选用的设备是 B81050A 型 刨边机进行边缘加工 沈阳大学毕业设计 论文 No 15 2 3 5 筒节卷制 钢板的弯曲加工 实际上是通过旋转的辊轴 使钢板在辊轴的 作用力和摩 擦力的作用下 自动向前推进产生塑性变形而弯曲 本设计选用对称式三 辊 卷板机 钢板卷制的基本原理如图 9 所示 p a g e 6 R d H d B 图 9 三辊卷板机工作原理图 坯料经卷弯后所得的曲率取决于辊轴的相对位置 钢材的厚度和力学性 能 如 下式所示 d 2 2 s R 2 B 2 2 H R d 1 2 2 2 3 式中 d 1 上辊的直径 m m d 2 上辊的直径 m m s 钢板的厚度 m m R 零件的曲率半径 m m H 上辊与下辊的中心距 m m B 两下辊之间的中心距 m m 钢板在弯曲加工时 通常规定 D s 40 可以进行冷弯试验 若 D s 40 超 过了材料在常温塑性变形能力 则必须进行热弯 其中 D 为圆筒直径 s 为钢板 的厚度钢板 加热槽的内筒 D s 2000 16 125 40 可以进行冷弯 根 据工 艺要求 本设计采用 Wn 16 3200 型号的对称式三辊卷板机 其技术参数 沈阳大学毕业设计 论文 No 16 如表 7 所示 表 7 Wn 16 3200 型对称式三辊卷板机技术参数 卷板最大尺寸 宽度 宽度 m m m m 16 3200 卷标速度 m m i n 5 最小弯曲直径 m m 850 材料屈服极限 M Pa 245 电机功率 k w 44 1 预弯 使用对称式三辊卷板机进行钢板卷制时 在钢板的两端各存在一 个平直段 约为两下辊中心距长度的一半 无法卷弯 为此 在卷制之前 应 采取的措施将钢板两端弯曲成所需要的曲率 预弯的方法有以下两种 模 压预弯和弯 胎预弯 在此选择弯胎预弯的方法 即利用弯曲胎板在卷板机上 进行的 其原理如图 10 所示 工件 胎板 a b c d 图 10 预弯胎板法工作原理图 预弯胎板一般用厚度大于筒体厚度两倍以上的板材制成 在本设计中预 弯胎板 的厚度取 35m m 在冷变形时需考虑到回弹量 预弯胎板的曲率半径应 略小于筒体的 半径 所以取 900m m 预弯长度应大于两下辊中心距的一半 通常为 6 20 s 在此 取 240m m 沈阳大学毕业设计 论文 No 17 2 对中 为防止钢板在卷制过程中出现扭斜 产生轴线方向的错边 滚 卷之前在卷板机上摆正钢板的过程为对中 常用的方法有 对中挡板对中法 倾斜进料对中法 辊上槽线对中法 本设计所选用的是辊上槽线对中法 即 先在钢板 上划出中线 然后与下辊表面的槽线对正 即可对中 3 卷制 对中后可实施滚卷 使上辊下压 钢板产生一定曲率的弯曲 卷制时应注意 冷卷时 不超过材料允许的最大变形率 上辊下压产生的下 压 力保证辊子不打滑 根据板厚 材质 一次下压量不超过卷板机的额定功 率 考虑冷 卷时的回弹量 应过卷 20 30m m 并随时用样板进行测量 卷制 达到要求曲率时 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 4 矫圆 在滚 圆完毕并对纵缝进行装配焊接之后 应再次滚圆 以使筒 节的圆度达到规定的范围 步骤如下 逐渐加载 达到最大矫正曲率 重点 矫 正焊缝区 经测量直到合格 逐渐卸载 至卷制过程结束 9 2 3 6 纵缝焊接 1 焊前准备 由于筒节所用的材料是 16m m 厚的 16Mn R 钢板 所以采用 双面埋弧自动 焊的焊接方法 坡口形式为对称的 X 形坡口 如图 11 所示 外 内 图 11 筒节纵缝焊接坡口形式 p a g e 7 在焊接前首先应对坡口进行机械清理 清除坡口内外两侧各 20m m 范围 内的油 污 铁锈 氧化皮等杂质 焊条需在 350 的温度下烘干 1 小时 焊剂 沈阳大学毕业设计 论文 No 18 需在 150 的温度下烘干 2 小时 2 焊接工艺参数 首先 将纵缝用焊条电弧 焊进行定位焊 电源采用的 是直流反接 选用的电机型号为 ZXG 300 工艺参数如表 8 所示 表 8 焊条电弧焊接工艺参数 焊接材料 E5015 焊条直径 m m 4 焊接电流 A 1 80 电源种类 直流反接 纵缝定位焊后 需检查装配及焊点焊接质量 此时可以根据坡口形式采 用双面 埋弧自动焊焊接 埋弧焊机型号 MZ 1000 此焊机的技术参数如表 9 所示 表 9 MZ 1000 焊机的技术参数 焊接电流 A 400 1200 焊丝直径 m m 3 5 送丝 速度 c m m i n 50 200 焊接速度 c m m i n 25 117 电流种类 直流或交流 由于内筒筒节部分选用的是 16 m m 的钢板 内 外两面都各焊一层 采 用双面 埋弧焊要求边缘必须平直 保证间隙小于 2 m m 焊接第一面的熔深为 板厚的 40 5 0 第二面要控制熔深达到板厚的 60 70 以保证焊透 工 艺参数如表 10 所示 表 10 埋弧焊接工艺参数 焊缝类别 内焊缝 外焊缝 焊层 第一层 第二层 焊接 材料 H08Mn A HJ431 焊丝直径 m m 4 10 焊接电流 A 720 740 740 760 电弧电压 V 34 36 焊接速度 m h 28 32 所有焊接工艺参数均需经焊接工艺评定试验后确定 所谓工艺评定就是 为验 证所拟订的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果的评价 3 焊后热处理 焊后需进行消除应力处理 16Mn R 钢回火温度在 650 左右 因筒节板厚为 16m m 是中厚板 回火后保温时间应长一些 35m i n 取 沈阳大学毕业设计 论文 No 19 2 4 夹套筒节制作工艺 夹套筒节制作的钢材复检 预处理 边缘加工工艺与内筒筒节的钢材复检 预处理及边缘加工工艺相同 下面介绍夹套筒节制作的其它工艺 2 4 1 划线 下料 夹套部分选料与筒节部分相同 制作夹套的 Q235B 钢板展开尺寸的计算 以中性层为 依据 首先 按弯曲内径 r 与板厚 s 的比值确定中性层位置 r s 1100 12 91 7 5 所以 k 值取 0 5 故夹套的展开直径 d Dg s 2200 12 2212 m m 2 4 夹套的展开长度 L d 3 14 2212 6945 68 m m 2 5 上夹套宽 1766m m 下夹套宽 1484m m 预留出加工余量 根据以上计算 选择 制作夹套板材的尺寸 上夹套12m m 7000m m 1850m m 的 钢板一块 下夹套选用 12m m 7000m m 1550m m 的钢板一块 所选板材尺寸如图 12 所示 a 上夹套毛坯尺寸 a b 图 12 夹套展开尺寸 b 下夹套毛坯尺寸 注 为毛坯尺寸 为选 板尺寸 沈阳大学毕业设计 论文 No 20 2 4 2 翻边 翻孔 加热槽夹套上有多处接管需要进行翻孔 且上 下夹套的边 缘需要翻边 1 翻孔 翻孔工艺的示意图 如图 13 所示 图 13 翻孔工艺示意图 H 翻边的高度 m m h 圆弧中心高 m m t 工件 厚度 m m d 翻边预冲孔直径 m m D 翻边后孔中径 m m B 凸缘宽度 m m r 翻边与工件平面的圆角半径 m m r 1 1 5t p a g e 8 t 2m m 时 取 r 2 3 t H 1 5r H D d 2 0 43r 0 72t d D 2 H 0 43r 0 72t 2 6 2 7 根据零件翻边后孔中直径 D 计算预冲孔直径 d 并核算翻边高度 H 当 不 能翻出要求的高度时 可先拉深 后在底部冲孔 再翻孔的方法 如果多 次翻边 由 于每两道工序之间要进行退火 不经济且工件变薄较严重 故一 般不予采用 最大 翻边高度 H m a x D 1 k 0 2 0 43r 0 72 t 2 8 其中 k 0 第一次翻边系数 孔的加工方法是预先钻个小孔 去毛刺后用模具冲 孔 翻边低孔的粗糙 度直接影响工件质量 如孔边有毛刺存在 就会导致翻翻口的破 裂 沈阳大学毕业设计 论文 No 21 使用球底上模时圆孔翻边力 F 1 2 Dn t b 2 9 式中 n 系数 与 k 0 有关 伸长率 b 抗拉强度 翻边模具设计如图 14 所示 图 14 有预制孔的翻孔模具形状及尺寸 圆角半径 R 应尽可能选用较大的数值 但不应超过公式 R D d t 的计算 2 值 还应注意圆孔翻边的弹孔间隙 Z 2 一般控制在 0 75 0 85 t 时 可使孔 壁 稍微变薄且垂直度好 2 外缘翻边 外缘翻边分为内曲翻边和外曲翻边 本加热 槽的夹套 采用内曲的方法来翻 边 内曲翻边是用模具把坯料上内凹的外边缘翻成竖 边的冲压方法 与圆孔 的翻边相似 属于伸长类翻边 11 翻边力 F 1 25 Lt b k 2 10 式中 L 曲变线长度 m m k 系数 取 0 2 0 3 沈阳大学毕业设计 论文 No 22 外缘翻边的制作工作原理如图 15 所示 图 15 外缘翻边原理图 1 下模 2 上模 3 毛坯 4 压料板 5 气垫顶杆 2 5 封头制作工艺 封头制作的钢材复检 预处理 边缘加工工艺与内筒筒节的钢材复检 预处理 及边缘加工工艺相同 下面介绍封头制作的其它工艺 2 5 1 封头部分的选料 封头 在划线下料前应先对制作封头的坯料进行计算 坯料直径 包括加工余量 Dp k Dg s 2h 100 2 11 式中 Dp 毛坯料直径 m m Dg 封头内径 m m k 封头形状影响系数 s 板厚 m m h 直边量 m m 100二次切割余量 m m 所以 Dp 内筒 1 19 2000 16 2 50 100 2599 04 m m 由于毛坯料直径过大 所以采用拼板的方法来制作毛坯料 为 了避免焊缝十 字交叉 压力容器的封头由两块或有左右对称的三块钢板且对接焊缝距 封头中心 p a g e 9 沈阳大学毕业设计 论文 No 23 1 4 Dg 内筒封头坯料由 16m m 1000m m 2650m m 和16m m 1650m m 2650m m 的 两块板材拼焊而成 封头拼板如图 16 所示 图 16 封头拼板示意图 2 5 2 封头拼接施焊 封头拼接采用双面埋弧自动焊 坡口形式为对称的 X 形坡 口 如图 17 所示 埋弧焊机型号 MZ 1000 封头拼焊工艺参数同表 8 和表 10 图 17 封头拼接焊缝坡口形式 2 5 3 加热 拉延前要对板材进行加热 这样可以提高板材的韧性 降低变形抗 力 易 于拉延成形 采用室式加热炉加热 内筒封头材料为 16Mn R 钢板 冲压的起 始温度为 1050 左右 冲压结束温度不得低于 700 如温度低于 700 冲压 后必 须进行回火处理 温度过高 板材的结构组织将发生变化 温度过低 变形抗力大不 易拉延 沈阳大学毕业设计 论文 No 24 2 5 4 压制 压制封头的方法很多 可采用人工锤击法 冲压成形法及爆炸成形 法等 本设计采用的是冲压成形法 整体封头压制属于拉延过程 拉延也称为拉伸 或压延 它是平板毛坯或空心半成品利用拉延模具拉延成一个开口零件的过 程 此 加热槽的内筒封头及夹套封头设计为标准椭圆形 首先 对冲压封头 的压延力进行计 算 t P e k Dp Dg s b 2 12 式中 e 压边力影响系数 有压边 e 1 2 k 封头形状影响系数 Dp 毛坯直径 m m Dg 封头内径 m m s 板厚 m m t b 材料的高温抗拉强度 N m m 2 根据上式计算出内筒封头的压延力 P 内筒 1 2 1 19 3 14 2599 04 2000 16 0 6 257 8 61 t 冲压设备采用水压机或油压机 根据上述的延压力计算来选择压力机的 吨位 并且需要考虑到冲压直径 所以可选用 500t 的四柱式油压机 在压制封头过程中 当 s Dp 100 1 1 2 需要采用压边圈 内筒封头的 s Dp 100 16 2650 100 0 60 1 1 2 所以要采用压边圈 压 边圈主要用来防 止由于冲压力过大而产生起皱的现象 压边圈应安装在下模上面 与下模表 面 之间应留有 1 15 1 2 倍板厚的间隙 沈阳大学毕业设计 论文 No 25 由于 Dp Dg 2599 04 2000 599 04 m m 6s Dp Dg 45s 因 此 该产品 的封头属于中壁封头 中壁封头可一次拉延成形 2 5 5 二次划线 切 割 因考虑到在冲压成形加工工艺过程中存在不稳定因素 较难掌握封头的 变形及准 确形状 在封头毛坯下料时已预留出 100m m 修边余量 以便加工后 进行修整 因此 封头冲压成形后利用焊接回转台再按照内筒封头的展开尺 寸 进行二次划线及二次 切割 为提高工作效率 可使钢板的二次切割和坡 口加工同时进行 将封头夹持于可 旋转的回转平台上 开口朝上 而将割枪 夹持于工作平台侧面的支架上 使之对准切 割线 由电动机驱动回转平台旋 转 即可切出直边 V 形或 X 形坡口 切割时主要 考虑封头的对中方法 本 设计采用三角对中法 即将封头放在等边三角形支架上 找 出最低点 装夹 好即可 另外 由于封头中心与回转台中心不同轴及封头高度差异造 成封头 边缘的径向跳动 使切割不稳定 为此 可采用与割嘴相连的导向滚轮 用 弹簧压紧在封头壁进行切割 沈阳大学毕业设计 论文 No 26 3 装配焊接工艺 p a g e 10 在焊接结构制造中 将组成结构的各个零件按照一定的位置 尺寸关系 和精度 要求组合起来的工序 称为装配 装配在焊接结构制造工艺中占有很 重要的地位 这 不仅是由于装配工作的质量好坏直接影响着产品的最终质量 而且还因为装配工序的 工作量大 约占