锅炉压力容器的制造焊接技术及自动化毕业设计论文

_12_届 _焊接技术及自动化 _专业 毕业设计（论文） 题目： 锅炉压力容器的制造 学 号： 120205022 姓 名： 罗晓雄 指导教师： 赵敬党 专 业： 焊接技术及自动化 班 级： 12 级焊接班 完成时间： 2015 年 3 月 25 日 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 I 摘 要 一直以来锅炉和压力容器的焊接就面临着复杂而艰巨的技术难题， 压力容器又是 涉及多行业、多学科 的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测及安全防护等众多行业。 随着冶金、机械加工、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，带动了相关产业的发展。在世界各国投入了大量人力物力进行深入研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。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和正在不同程度地为新技术、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制造技术水平 提高的前提条件。 关键词 :压力容器 ， 制作工艺 ， 焊接 ， 坡口自动切割机 辽河石油职业技术学院高职学生毕 业论文 录 摘 要 . I 第一章 产品结构以及材料性能 . 1 品结 构分析 . 1 第二章 储气罐的制作工艺流程 . 3 气罐的工艺流程 . 3 料焊接性分析 . 3 材预处理 . 4 材的矫正 . 4 料工艺 (方法、设备 ). 5 板的划线、号料 . 5 板的剪裁 . 5 第三章 钢板的卷制 . 7 第四章 装配与焊接工艺 . 10 配的基本条件 . 10 件的定位 . 10 头成形装配与焊接 . 10 节的焊缝装配与焊接 . 12 件装配焊接 . 15 体消除应力热处理 . 16 体的检验 . 16 损探伤 . 16 压试验 . 16 结论 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 18 参考文献 . 19 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 储气罐的制作工艺流程 1 第一章 产品结构以及材料性能 品结构分析 压力容器有多种结构形式，最常见的结构为圆柱形、球形和锥形三种。而 直径 2000化槽槽体属于圆柱形。其结构简图如图 1 所示，下面简单介绍其结构特点 。 1) 筒体 第是压力容器的重要组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需要的大部分压力空间。当筒体直径较小（小于 500，可用无缝钢管制作。当直径较大时，一般用钢板卷制或压制后焊接而成，由于熔化槽槽体长 5122 以采用第二种方法。 2) 封头 按几何形状不同，有椭圆形封头，球形封头，蝶形封头，锥形封头和平盖等各种形式。封头和筒体组合在一起构成一台容器壳体的主要部分，也是最主要的受压元件之一。此储气罐选择的是椭圆形 封头。 从制造方法分，封头有整体成形和分片成形后组焊成一体的两种。当封头直径较大，超出生产能力时，多采用分片成形方法制造，分片成形控制难度大，易出现不合格产品。对整体成形的封头尺寸、形状，虽然易控制但一般需要有大型冲压模具的压力机或大型旋压设备，工艺设备庞大，制造成木高 。 从封头成形方式讲，有冷压成形、热压成形和旋压成形。对于壁厚较 薄的封头，一般采 用 冷压成形。 3) 法兰 法兰按其连接的部分分为管法兰和容器法兰。 4) 开孔与接管 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 2 由于工艺要求和检修时的需要，要在石油化工容器的筒体和封头上开设各种孔或安装接管 ，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管等。 5) 支座 压力容器靠支座支撑并固定在基础上。对于该罐体可采 用鞍式支座 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 储气罐的制作工艺流程 3 第二章 储气罐的制作工艺流程 气罐的工艺流程 料焊接性分析 本产品所采用的材质是 16特点是焊缝热影响区具有不同程度的淬硬倾向，焊缝和热影响区对冷裂纹都比较敏感。电弧焊时，各种冷却速度下都可能在热影响区形成马氏体组织， 钢 中碳和合金元素的含量愈高，热影响区的淬硬倾向就愈大，同时金相组织中的马氏体组织的比例就愈高。因此，在拟定其焊接工艺时，应以防止接头各区马氏体 组织和冷裂纹形成及防止热影响区淬硬变脆为基本出发点。 16，化学成分见表 2,力学性能见表 3。 焊接性良好，板厚 34下，焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。自动理弧焊时，由于焊接线能量较大，焊接区冷却速度较馒，焊前不必预热。本产品板厚为 8以焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 4 16焊条电弧焊应采用低氢型焊条 选择埋弧自动焊焊接材料时，应考虑坡口的形式，板厚和受压部件的热处理工艺。对于不开坡口的对接接头，由于母材的熔合比比较高，在焊后不进行热处理的场合，可选用合金量 较低的丝配 剂。对于板厚超过 30坡口的对接接头，应采用 对于焊后需作长时间消除应力处理的厚壁容器，应采用 剂 。 根据木产品的特点，所选用的焊条为 丝和焊剂分别为 材预处理 金属材料预处理是指在下料、装配、焊接前，进行矫正、材料表面除锈清理、喷涂防护层和烘干等加工工序。它是提高产品质量，延长产品使用寿命，减少环境污染，提高零件气割下料质量，尤其有利于数控切割机正常工作和设备 保养的有效措施。 材的矫正 1) 钢材矫正的目的 钢材在轧制过程、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当，或在装卸 不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。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，而且会影响到成形零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以划线、下料前应予以矫正 2) 矫正的基本原理 矫正的基本原理是使钢板在外力的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、表面不平等变形，从而获得正确形状的过程 。对钢材辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 5 进行的矫平和矫直称为矫正。 料工艺 (方法、设备 ) 板的划线、号料 划线和号料就是根据施工图样及工艺上的要求，正确地确定一个欲加工 零件的配料尺寸和形状，并用划线的方法在钢材上号料，同时标注上必要 的加工符号及其他必要内容，用以指导以后各道工序的加工。它直接决定 着零件的尺寸和儿何形状的精度，而且对以后的装配和焊接工序也有很大 的影响。 板的剪裁 钢板的剪裁就是按照所划的切掉线切割出零件的毛坯。钢材的剪裁方法很多，目前金属结构制造厂常用的主要方法有 :机械 剪裁，气体火焰切 割 和等离子弧切割等。 目前常用的机械剪切机床有 :龙门式剪板机，联合式剪板机，盘园式剪板机，振动式剪板机，以及专用或多用的型钢剪断机等。由于剪切后仍然需要对其进行开坡口，因此，本设计选用较为方便操作的气体火焰切割方式来进行钢板的下料 。 气体切割机选用 一 30小车式半自动切剂机见图 6. 气体火焰切割原理是利用可燃气体与氧气棍合燃烧形成的预热火焰，将被切割的金属加热到其燃烧温度，再用喷射出高速氧气流使割缝被加热到燃点的金属发生剧烈燃烧产生大量热量，并将产生的氧化物熔渣吹除掉，从 而把金属分 割 开来的辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 6 一 种加工方法。 30 小车式半自动切割机主要技术参数见表 5。 开坡口是边缘加工的一种。其方法也很多，有手工铲削，砂轮打磨，用加工机床进行机械加工，以及气体火焰切割和碳弧气刨等。 本设计选用同款式气体切割机，进行坡口加工。气割边缘加工可用自动或半自动切割机同时用两个或三个割嘴。一次切割就可以切割出 V 型或 X 型坡口来。 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 参考文献 7 第三章 钢板的卷制 钢板的卷制是对钢板进行弯曲加工的主要形式。所用的最普遍的设备是对称式三辊卷板机。 三辊式卷板机的上轴可在 直 平面内上下调节，两个下辊为主动辊，可正反旋转，并对称于上辊中心线排列。弯卷时将钢板放入上、下辊之问，然后上辊向下移动将钢板压紧并使之弯曲，在 e 点处弯矩最大，使钢板达到塑性变形状态。再驱动两下辊旋转，并借助于钢板和辊子之间的摩擦力使钢板左右移动。同时上辊也随之转动，这样就使钢板连续通过 直平面，受到相同的弯曲，产生相同的变形 。 既钢板变 成 曲率相同的弧形板 。 一次行程之后，再将上辊下压一定距离，有驱动下辊，使钢板进一步受到弯曲。上辊下压儿次，就将钢板弯曲到需要的曲率半径。 三辊式卷板机的工作原理如图 7 所示。 1) 预弯 预弯是在用卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法卷弯。为了使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要采用一定的办法，前将其两端弯曲成所需要的曲率，这就是预弯的目的。 较厚的板采用压力机进行模压弯曲，这种方法需较大型的压力机和模具 ；本设计板较薄，就用原三辊卷板机，借助一块预弯胎板进行辊卷预弯 。 预弯过程辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 8 见图 8。 胎板厚度一般取卷制钢板厚度的两倍稍多一些，本设计选用的胎板厚度为 其曲率半径应略小于被卷钢板的半径，这样既不致增加板机的负担，也避免损坏机床，又可以保证钢板的预弯 曲率 设计预弯的长度为 100 2) 对中 当钢板弯好之后，即可将钢板放入卷板机上下辊之间，进行滚卷，但首先注意将钢板放正，也就是要对中，其目的是工件的母线要与辊子轴线平行，以防止产生扭斜 。 对中常用方法有 :四辊机对中，有对中挡块的三辊机对中，倾斜进料对中，按棍中槽对中。本设计选用三辊机对中即可 。 3) 卷圆 钢板对中以后，就可以调上下辊压住钢板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向下调上辊一次，这样经过多次滚 卷就可将钢 板弯曲成所要求的曲率。 本设计应用冷卷工艺。应注意的是 : 冷卷 时 不得超过允许的最大变形率为 不致打滑和使设备不超过额定功率 ； 滚卷过程中要随时用卡样板测量，是否已经达到曲率要求，不可过卷。 4) 校圆 圆筒应封闭表面工件，当进行点装和纵缝焊接之后，一般还要进行一 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 9 次校圆。校回多是在原卷板机上进行。校圆大致有以 下 三 个步骤 : 工件放入卷板机上辊之后，一泞先是根据经验或计算将辊调到所需要 的最大矫正曲率位置，进行加载 。 使工件在矫正曲率下，多次滚卷并着重于焊缝区的滚卷，使整圈 曲 率均匀一致，并经测量，直至合乎要求为止。 逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐减少的载荷下多次滚卷。 注意 :内筒矫圆前，先要将纵缝加强高磨平，并用砂轮磨光到内筒圆弧度相平齐，然后到卷板机上进行校圆 。 5) 封头压制成形 由于直径很大，材料尺寸不够，所以必须采用拼接钢板 (拼板的对口错边量不得大于钢板厚度的 10%，且不大于 然后进行整体冲压。压力容器封头拼板缝一般是在平板状态下完成的，焊接条件比较好，焊接坡口采用 V 形。封头拼缝宜采用焊条电弧焊十理弧自动焊组合。拼焊焊缝的位置应满足有关标准的要 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。这可避免在冲压过程中坯料从焊缝缺陷处撕裂的可能。坯料拼缝的余高如有碍成形质量，在成形前应打磨与母材齐平，必要时还应作表面检测 . 拼接钢板时，先用焊条电弧焊进行点固焊，焊条选 用 焊接电流 I=060A。 焊点可在钢板焊 道 上均匀分布，母隔一米焊大约 300的焊缝。接下来要用埋弧焊把钢板拼接完整。封头拼接完成进行 X 射线探伤，按 准， 合格。拼接简图如图 10 所示。 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 参考文献 10 第四章 装配与焊接工艺 配的基本条件 将零部件按图纸要求组合起来，经定位焊成为整体的工艺过程称为装 配。在进行金属结构件的装 配 时，将零件装成部件称为部件装配。将零件或部件总装起来称为总装配。无论何种装配都必须对零件进行定位，夹紧和测是，这就是装配的三个基本条件 。 件的定位 (1)定位器 定位器是将待装配零件在装焊夹具中间固定在正确位置的器具。在装焊工装夹具中常用的定位器主要有挡板、支撑钉、定位销、定位槽、形铁和定位样板等。定位器是保证待装配零件之问保持正确的相对 位置的重要元件，因此定位器首先应按高精度加工，保证在夹具体上的安装精度。装焊夹具在使用前，应按规定的程序校验定位器与基准面之间的形位公差，是否符合夹具设计图样的要求。在安装基面上的定位器要承受焊件的重力，并与焊件表面接触。因定位器工作面易磨损，应采用硬度较高的钢材制作 。 (2)零件的定位方法 根据零件的具体情况，选取零件的定位方法 分为如下儿种 :划线定位、样板定位、定位元件定位、胎卡具定位。本次 设计选用胎卡具定位。 （ 3)定位焊 定位焊是用来固定各焊接零件之问的相对位置以保证 焊件得到正确的 几 何形状和尺寸而进行的焊接。 因定位焊为断续焊，焊件温度比正常焊接时要低，热量不足容易产生未焊透，故定位焊电流应比焊接电流大 10%一 15%,特别注意定位焊后应尽快进行焊接避免中途停顿和 间 隔时间过比本次设计产品板厚为 8固焊缝长度 30 一 50距 300参数如表 6 所示。 头成形装配与焊接 封头冲压过程中钢板的塑性变形很大，为保证封头的质量，提高材料的辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 11 变形能力，对于壁厚较小或成形过程变形量小的封头，多采用冷冲压，本品即为冷压。 (1)冲压成形 对于薄壁封头，应采用二次成形法。第一次，用比凸模直径小于 200右的凹模压成碟子形状，可 2 一 3 块坯料叠压。如图 11 所示 : 拉延 :也称为拉深或压延。它是将平板毛坯或空心半成品，利用拉延模，拉延成一个开口的空心零件。 在封头拉延过程中，凸缘部分的材料受切向应力的作用。当切向应力 达到一定值 时，凸缘 部分 材料失去稳定而在整个周边方 向 出现连续的波 浪 形弯曲，这种现象称为起皱。为防止起皱采用压边圈，安在凹模上面，与凹模表面之间留有 板厚的间隙。 在拉延过程中，在钢板弯曲大的部位会变薄 ，所以应将封头板厚加大 10%。 (2)封头的第二次成型 用弦长相当于封头内直径的间隙样板检查封头内表面形状公差，样板与封头内表面的最大间隙外凸不得大于 i(即 内凹不得大于 i( 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 12 将己初步成型的封头置于数控压力机上，启动并调整外压力轮，按自动运转轨迹，精旋压一次，进行旋压修型 . (3)影响封头成形质量的主要因素 影响封头壁厚变化的因素很多，归纳起来，大致有下列 几 方面 : 材料的性能 ; 封头的形状 : 下冲模圆角半径越大，变薄量越小 ; 上下冲模间的间隙小，则变薄严重 : 润滑情况好，则减薄小 ; 加热温度越高，变薄量大 ; 压动力大，则变薄严重； 节的焊缝装配与焊接 (1)筒节的纵缝装配 筒节卷制完成后，进行纵焊缝的装配焊接。筒节的焊接采用焊条电弧焊打底，单面理弧自动焊盖面。先用焊条电弧焊在内部封底，熔深为板厚的 30%,然后用埋弧焊焊接外部焊缝，焊前先用碳弧气刨清根，再进行理弧自动焊。筒节的纵缝装配如图 14 所示 : 装配时经常采 用 各种夹具来保证 质量，通常选用的夹具为杠杆一螺旋夹紧器来调整简体轴向和周向错边。另外常用的还有斜楔式压紧器，它的优点是制作简单，操作方便，成本低。本次筒节的装配选用手动螺旋夹紧器 (如图 15 所示 ) 装配与焊接工艺 13 过使 用 它来保证纵缝边缘平齐，且沿整个长度方向上间隙均匀一致 (符合技术要求 )以后，可进行定位焊接。 (2)筒节的纵缝焊接 筒节在焊接滚轮架上进行焊接，用焊接滚轮架完成。施焊前，在筒节纵缝的延长部位同时焊接一块相同材料的试板，以便捡验内筒焊接接头的力学性能。焊缝焊后要进行 100%的射线探伤，以确认焊缝内部质量，检验 合格后要进行消除应力热处理。为防止筒节纵缝的焊接残余应力必须事先进行热处理消除 ;对接方法为无衬垫双面埋弧焊。此方法要求边缘加工和装配的质量很高，边缘必须平直，保证间隙小于 焊接第一面的熔深为板厚的 40%第二面要控制熔深达到板厚的 60%以保证焊透，定位焊接采用焊条电弧焊焊条 电流 150A)，点焊长度为 150点距离为 200 一 300为了避免纵焊缝装配之后在吊运和存放过程中 筒 节产生变形而响它的 圆 度，可在筒内 焊 上临 时支撑。 所有焊接工艺参数必须经过焊接工艺评 定后制定出。所谓焊接工艺评定是按 照所 拟定的焊接工艺，根据标准规定的焊接试件、检验试样，测定焊接接头是否具有所要求的性能。经过焊接工艺评定写出焊接工艺评定报告，并结合实践经验制定焊接工艺规程，作为焊接生产的 依据， 焊条电弧焊打底工艺参数如表 7所示， 理弧自动焊机如图 16所示，埋弧焊机的技术参数如表 8 所示。 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 14 (3)筒节装 配 焊接的注意事项 同一断面上，最大直径 最小直径 差不大于设计直径 即不大于 1 A 类焊 缝处形成的 棱 角 E,用弦长 =1/6不大于 300内样板和外样板检查，共 (4)焊后处理 焊缝的打磨 打磨时将焊缝的余高打磨掉即可 。 矫圆 当筒节进行点装和纵缝焊均匀之后，要进行矫圆。其主要步骤如下 : 首先将筒节放入卷板机上辊之后，先是根据经验或计算，将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载 ； 其次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，直到合乎工艺要求为止 ； 最后逐渐卸除载 荷，并使工件在遂渐卸除载荷的过程中多次滚卷 (5)纵缝的探伤和热处 理 筒节纵缝焊后要 100%的 x 射线探伤，以确认焊缝内部质量。如发现缺陷必须坚决返修。在探伤后，要对筒节进行整体热处理，以减小其在矫圆和焊接时产生的残余应力，并改善焊缝及其热影响区的金相组织，以获得性能良好的筒节结构。 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 15 因为结构原因不能进行整体热处理，为防止板的松动，所以筒节纵缝的焊接残余应力必须通过单独热处理来消除。 (6)封头与筒节的环缝焊接 封头与筒节的环缝焊接采用 单面埋弧挥，坡口形式如图 17 所示。其环缝工艺同筒节的纵缝焊接工艺，焊接工艺参数如表 8，表 9 所示。 (7)最后一道环焊缝工艺 焊接方法及坡口形式 采用内部焊条电弧焊，外部埋弧自动焊的方法 。 开 V 形坡口，其坡口形式参照图 17。 焊接工艺参数 内部焊条电弧焊。采用直流反接的方法，共焊一层，具体工艺参数如表 9所示。 外部埋弧自动焊 的焊丝为 进行埋弧自动焊，否则根部将会出现焊接缺 陷。外部理弧焊焊一层，具体工艺参数如下。 件装配焊接 封头、筒体装配焊接后，要对其他附件进行装配焊接。附件包括 :人孔一个，进、出 气口一个，排污口一个，安全阀一个，压力表一个。一般采用焊条电辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 装配与焊接工艺 16 弧焊 焊接，焊后进行超声波探伤。 体消除应力热处理 整体热处理的目的是消除罐体中的焊接残余应力。整体热处理采用高温回火，对于 16，回火的温度在 625左右。保温时间按每毫米板厚保温 1合本次所设计的储气罐罐体板厚，回火保温时间为 16 分钟左右。 体的检验 耀体在其部件或整体制造完成后，按规定都有要进行无损探伤和压力试验，以检测容器的制造质量。 损探伤 射线的种类很多，其中易于穿透物质的有 X 射线、 Y 射线、中子射线 三种 。这三种射线都被用于无损检测，其中 X 射线和 Y 射线广泛用于锅炉压力容器焊缝和其他工业产品、结构材料的缺陷 检测 。本设计采用 X 射线探伤方法进行焊缝质量检验。容器上的 A、 0%射线检测，按 合格。 X 射线是从 X 射线管中产生的， 果两极之间加儿十千伏以至儿百千伏的电 压 (叫做管电压 )时，电子就从阴极向阳极方向加速飞行、获得很大的动能，当这些高速电子撞击阳极时。与阳极金属原子的核外库仑场作 用 ，放出 X 射线。电子的动能部分转变为 X 射线能，其中大部分都转变为热能。电子是从阴极移向阳极的，而电流则相反，是从阳极向阴极流动的，这个电流叫做管电流，要调节管电流，只要调节灯丝加热电流即可，管电压的调节是靠调整 X 射线装置主变压器的初级电压来实现的。利用射线透过物体时，会发生吸收和散射这一特性，通过测量材料中因缺陷存在影响射线的吸收来探测缺陷。 但应注意 x 射线对人体的危害，当一定量 的电离辐射作用于机体后，受照机体会引起病 理 反应，所以在探伤过程中和结束时均应做好防护措施 。 压试验 水压试验的主要目的是检验容器受压部件的结构强度。 验证其是否具有在设计压力下安全运行所需的承压能力 于高压或小容器还可进行残余变形测定，以判明材料是否出现整体屈服 。 考虑稳定因素，本产品的试验压力为 对 16制容器液压试验，液体温度不得低于 5，而水压试验的温度上限一般限制在 40 以下。在试压过程中，如发现有渗漏现象时即卸压，待彻底消除缺陷焊补后再 试压。 辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 结论 17 结论 通过本次设计得出以下结论 : (1)正确的制定焊接工艺参数，以便焊工能够按照焊接规范进行焊接