刮板式冷凝器的焊接工艺说明书

I 摘摘 要要 随着国民经济的发展 冷凝器已成为众多部门中的重要通用机械 在化工 生产中 大中型冷凝器应用十分广泛 本次毕业设计的设计题目就是刮板冷凝 器的设计制造与改造 在科学技术飞速发展的当今时代 焊接已经成功地完成了自身的蜕变 很 少有人注意到这个过程何时开始 何时结束 但它确确实实地发生在过去的某 个时段 我们今天面对着这样一个事实 焊接已经从一种传统的热加工技艺发 展到了集材料 冶金 结构 力学 电子等多门类科学为一体的工程工艺学科 而且 随着相关学科技术的发展和进步 不断有新的知识融合在焊接之中 在机械设备生产加工过程中 焊接是其主要的生产环节 本课题围绕焊接 工艺展开设计 焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定 内容包括 焊接 方法 焊前准备加工 装配 焊接材料 焊接设备 焊接顺序 焊接操作 焊 接工艺参数以及焊后处理等 本课题的目的是通过对 L 型刮板式冷凝器的焊接工艺 例如 封头 筒体 管板 折流板等零部件的焊接工艺设计 使学生掌握设备主体材料的性能及制 造工艺规程设计方法 培养学生掌握焊接工艺的知识 能正确的掌握焊接方法 并且系统的整理 已学过的知识 初步掌握综合分析焊接加工中的可能遇到的问题 金属材料的 因素 并能提出正确的改进措施 掌握对金属材料加工工艺的基本原理和方法 II 关键词 刮板冷凝器 焊接关键词 刮板冷凝器 焊接 Abstract With the development of the national economy the condenser has become a large sector of the important general machinery In chemical production large and medium sized condenser of a very wide range The graduation project is the subject of the design scraper condenser and the transformation of the design and manufacture Rapid development of science and technology in the contemporary era welding has been successfully completed its own metamorphosis Very few people noted that this process will start when the end However it does indeed ground in the past a certain time Today we face this fact welding from a traditional thermal processing techniques developed to collect the materials metallurgy structural mechanical electronic and other categories of science and technology as one of the subjects Moreover with technology related disciplines of development and progress Production and processing machinery and equipment in the process of welding is the main production areas the welding process started on the subject design In the process of welding procedures and a set of technical requirements Include welding method solder pre processing assembly welding materials welding equipment welding sequence welding operation welding and welding process parameters after treatment The purpose of this issue through the L shaped scraper condenser of the welding process such as head cylinder the plate baffled and other parts of the welding technology designed to enable students to master the properties of the main equipment and manufacturing process Design of a point of order Training students to master knowledge of welding technology can grasp the correct welding methods systems and the collation of those who have learned the knowledge preliminary master comprehensive analysis of the welding process might encounter the problem of metal materials and to ask the right improvement III Key Words Scraper Condenser Welding III 目 录 摘摘 要要 1 ABSTRACTABSTRACT 2 第第 1 1 章章 引引 言言 5 1 1 总体概述 5 1 1 1 冷凝器的构造和工作原理 5 1 2 设计依据 5 1 2 1 刮板式冷凝器供货途径 5 1 2 2 中方供货部分制造要求 5 1 3 刮板冷凝器在制造厂组装 试验 安装运输要求 6 1 3 1 刮板冷凝器的组装 试验和验收 6 1 3 2 组焊 6 1 3 3 连接 7 1 3 4 试运转 7 1 3 5 水压试验 7 1 3 6 真空泄露试验 7 1 3 7 包装运输 7 1 4 刮板冷凝器的使用厂组装 试验要求 7 1 4 1 组焊及开车前的试验 7 1 4 2 系统试验 7 1 4 3 设备保温 7 1 4 4 接管种类 8 1 5 焊接工艺及方法 8 1 6 本设计采用的焊接工艺及方法 10 第第 2 2 章章 主体材料的主要性能分析主体材料的主要性能分析 12 2 1 主体材料 0CR19NI9 和 Q235 A 的一般性 12 2 1 1 化学成分 12 2 1 2 物理性能 12 2 1 3 力学性能 13 2 1 4 冷热加工性能 13 2 1 5 0Cr19Ni9 的耐腐蚀性 14 IV 2 2 主体材料的焊接性 15 2 2 1 Q235 A 的焊接性 15 2 2 2 0Cr19Ni9 的焊接性 16 2 3 本章小结 19 第第 3 3 章章 主要零部件的制造工艺主要零部件的制造工艺 20 3 1 设备制造前的准备工作 20 3 1 1 净化 20 3 1 2 矫形 20 3 1 3 划线 21 3 1 4 切割 22 3 2 材料的标记移植 23 3 2 1 移植的目的 23 3 2 2 移植的方法 23 3 3 筒节的制造 23 3 3 1 下料 23 3 3 2 钢板的弯曲 24 3 3 3 筒节的纵缝的焊接 25 3 3 4 焊缝的检查 25 3 3 5 筒节校圆 25 3 3 6 筒节焊缝的检查 25 3 4 封头的制造 25 3 4 1 划线 25 3 4 2 加热 26 3 4 3 冲压过程简述 26 3 5 其它的辅助零件的制造与选择 27 3 5 1 法兰的选择 27 3 5 2 人孔的选择 27 3 6 本章小结 27 第第 4 4 章章 装配焊接装配焊接 28 4 1 装配焊接 28 4 2 筒节和筒节的组装 29 4 3 筒体和封头的焊接 29 4 4 焊接工艺设备 30 V 4 5 本章小结 30 第第 5 5 章章 焊接检验及探伤焊接检验及探伤 31 5 1 焊接检验概述 31 5 1 1 确保焊接结构制造质量 31 5 1 2 改进焊接技术 31 5 1 3 降低产品的成本 31 5 1 4 技术的广泛应用 31 5 2 焊接检验的具体运作 31 5 2 1 对锅炉工作压力的选择控制系统 32 5 3 焊接检验中缺陷的规定 32 第第 6 6 章章 总体检验总体检验 33 6 1 设备的外观检验 33 6 1 1 测量各接管及其他附件的装配尺寸 33 6 1 2 设备的连接尺寸检验 33 6 1 3 特性尺寸检验 33 6 2 水压试验 33 6 3 气密性试验 34 第第 7 7 章章 压力容器的油漆 包装和运输压力容器的油漆 包装和运输 35 第第 8 8 章章 改进手工焊接的工艺控制与操作成本改进手工焊接的工艺控制与操作成本 36 第第 9 9 章章 结结 论论 38 参考文献参考文献 39 致谢致谢 40 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 1 第 1 章 引 言 1 1 总体概述 1 1 1 冷凝器的构造和工作原理 冷凝器按其冷却介质不同 可分为水冷式 空气冷却式 蒸发式三大类 本次设计的刮板冷凝器如图所示 1 2 设计依据 1 2 1 刮板式冷凝器供货途径 中方供货部分 立式容器部分 包括所属的接管 附件 卧式容器部分 包括所属的接管 附件 外方供货部分 搅拌器 包括电机 减速器 附件 端盖及所属的接管 密 封液系统 包括密封液储罐 管件 管道等 以上的两部分分别制造完毕后在中方制造厂组装 试验 检验后分解为立 式部分和卧式部分发往使用厂 经就位 组装 试验后方可使用 1 2 2 中方供货部分制造要求 1 刮板式冷凝器按 GB150 钢制压力容器 规范进行制造 试验 验收 2 承担本设备的制造的厂商必须具备真空容器的经验和业绩 并具有真空 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 2 泄露试验的装备 3 本设备采用钨极氩弧焊 并遵循 JB T4709 92 钢制压力容器焊接规程 规 定 4 焊接接头的形式及尺寸除图中注明外 按 HGJ17 89 中的规定 对焊接缝 为 DU 角焊缝尺寸按较厚板的厚度 法兰的焊接相应的按法兰的标准中的规 定 5 设备和真空的焊接应该注意如下的问题 被焊接的接头必须保证安全焊透 同时应该避免可聚集污物的有害的空 间 应该尽可能的一次焊接完成 两次焊接完成会造成有害空间 而且不利 于检查漏 在有条件的情况下应该尽可能的在容器的真空侧焊接 若焊接需要分两次进行 应该保证内部的焊接是不漏气的 为了检漏起 见 在进行外部焊接时必须留有钻孔和塞孔 真空容器的内壁与内构焊缝应该是不连续的 以便让来自任何沟槽的气 体容易从不连续处放出 同时此类的结构焊缝不应与密封焊缝交叉 设备制造完毕后要检查壳体的圆度 具体的要求见表 1 1 表 1 1 壳体的圆度要求 容器直径 1000 g D12001000 g D1200 g D 立式容器最大偏差值 e 3 4 5 4 卧式容器最大偏差值 e 6 3 2 4 6 5 6 由于试压得需要图中的接管部分标出初始尺寸和最终的尺寸 制造厂必 须严格遵照图纸规定制造 试验并发至使用厂 在设备就位并与管道相连时才 能将多余的部分割除 7 立式容器和卧式容器的制造时必须要保证两者的轴心线相互垂直 8 立式部分筒体和卧式部分筒体在制造厂应按节点图相连接 与搅拌器组 装完毕后进行整机试验 试验合格后将其分割开 并将连接处按节点图加工好 焊接坡口 分别包装发运至使用厂 9 设备制造完毕后 不锈钢部分清除污垢去油作酸洗钝化处理 碳钢部分 处表面除锈涂两道防锈漆 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 3 1 3 刮板冷凝器在制造厂组装 试验 安装运输要求 1 3 1 刮板冷凝器的组装 试验和验收 刮板冷凝器在 ZIMMER 专家的指导下在制造厂进行组装 试验和验收 1 3 2 组焊 按设计图纸节点将中方供货的外方供货的部分组焊在一起 端头采用焊接 连接 1 3 3 连接 外方供货部分的密封液储罐用紧固件与中方的供货部分立式容器上预置的 连接板连接 1 3 4 试运转 组装完毕后 手动盘车 轴封处和轴承座处喷乙二醇做润滑剂 不允许摩 擦 时间不得超过 5 分钟 1 3 5 水压试验 试运转完毕后夹套部分进行水压试验 容器部分应该做气压试验 按 GB150 的规定进行 1 3 6 真空泄露试验 气压试验合格后 应做真空泄露试验 试验前应用乙二醇对设备进行清洗 泄露试验的允许泄露量为 27 SPa 1 1 3 7 包装运输 试验完毕后按节点图把立式容器部分和卧式容器部分分割开 并将边缘部 分按节点所示加工好焊接坡口后包装运输 搅拌器应固定妥当 但不允许在容 器的内壁上焊接任何的物件 防止在运输过程中出现变形或损坏的现象 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 4 1 4 刮板冷凝器的使用厂组装 试验要求 1 4 1 组焊及开车前的试验 设备运至现场就位按节点将立式部分与卧式部分组焊好 垂直度允许误差 为高度的 1 1000 并按 ZIMMER 的要求作相应的压力试验 真空泄露试验等 开车前的相应试验 1 4 2 系统试验 轴承润滑系统 轴承硅油系统及冷却水系统应分别进行试验 各系统的设 计压力和设计流量应达到设计的要求 且无泄露等不良情况 1 4 3 设备保温 设备卧式部分需要保温 保温的厚度为 100 1 4 4 接管种类 刮板冷凝器共有 8 个接管 分别是 真空泵接管 1 氮气接管 1 备 用接管 1 乙二醇接管 3 出液管 1 1 5 焊接工艺及方法 金属焊接方法有 40 种以上 主要分为熔焊 压焊和钎焊三大类 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态 不加压力完成焊接的方 法 熔焊时 热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化 形成熔池 熔池随热源 向前移动 冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 5 在熔焊过程中 如果大气与高温的熔池直接接触 大气中的氧就会氧化金 属和各种合金元素 大气中的氮 水蒸汽等进入熔池 还会在随后冷却过程中 在焊缝中形成气孔 夹渣 裂纹等缺陷 恶化焊缝的质量和性能 为了提高焊接质量 人们研究出了各种保护方法 例如 气体保护电弧焊 就是用氩 二氧化碳等气体隔绝大气 以保护焊接时的电弧和熔池率 又如钢 材焊接时 在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧 就可以保护焊 条中有益元素锰 硅等免于氧化而进入熔池 冷却后获得优质焊缝 压焊是在加压条件下 使两工件在固态下实现原子间结合 又称固态焊接 常用的压焊工艺是电阻对焊 当电流通过两工件的连接端时 该处因电阻很大 而温度上升 当加热至塑性状态时 在轴向压力作用下连接成为一体 各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料 多数 压焊方法如扩散焊 高频焊 冷压焊等都没有熔化过程 因而没有象熔焊那样 的有益合金元素烧损 和有害元素侵入焊缝的问题 从而简化了焊接过程 也 改善了焊接安全卫生条件 同时由于加热温度比熔焊低 加热时间短 因而热 影响区小 许多难以用熔化焊焊接的材料 往往可以用压焊焊成与母材同等强 度的优质接头 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料 将工件和钎料加热到高于钎 料熔点 低于工件熔点的温度 利用液态钎料润湿工件 填充接口间隙并与工 件实现原子间的相互扩散 从而实现焊接的方法 焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝 焊缝的两侧在焊接时会 受到焊接热作用 而发生组织和性能变化 这一区域被称为热影响区 焊接时 因工件材料焊接材料 焊接电流等不同 焊后在焊缝和热影响区可能产生过热 脆化 淬硬或软化现象 也使焊件性能下降 恶化焊接性 这就需要调整焊接 条件 焊前对焊件接口处预热 焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质 量 另外 焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程 焊接区由于受到四周工件 本体的拘束而不能自由膨胀和收缩 冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形 重要产品焊后都需要消除焊接应力 矫正焊接变形 现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的 机械性能等于甚至高于被连接体的 焊缝 被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头 接头处的强度除受焊缝质量 影响外 还与其几何形状 尺寸 受力情况和工作条件等有关 接头的基本形 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 6 式有对接 搭接 丁字接 正交接 和角接等 对接接头焊缝的横截面形状 决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的 坡口形式 焊接较厚的钢板时 为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口 以 便较容易地送入焊条或焊丝 坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口 选择坡口形式时 除保证焊透外还应考虑施焊方便 填充金属量少 焊接变形 小和坡口加工费用低等因素 厚度不同的两块钢板对接时 为避免截面急剧变化引起严重的应力集中 常把较厚的板边逐渐削薄 达到两接边处等厚 对接接头的静强度和疲劳强度 比其他接头高 在交变 冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接 常优先 采用对接接头的焊接 搭接接头的焊前准备工作简单 装配方便 焊接变形和残余应力较小 因 而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用 一般来说 搭接接头不适于在 交变载荷 腐蚀介质 高温或低温等条件下工作 采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要 丁字接头上未焊透的角 焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似 当焊缝与外力方向垂直时便成为正面 角焊缝 这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中 焊透的角焊缝受力情 况与对接接头相似 角接头承载能力低 一般不单独使用 只有在焊透时 或在内外均有角焊 缝时才有所改善 多用于封闭形结构的拐角处 焊接产品比铆接件 铸件和锻件重量轻 对于交通运输工具来说可以减轻 自重 节约能量 焊接的密封性好 适于制造各类容器 发展联合加工工艺 使焊接与锻造 铸造相结合 可以制成大型 经济合理的铸焊结构和锻焊结构 经济效益很高 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 焊接已成为现 代工业中一种不可缺少 而且日益重要的加工工艺方法 在近代的金属加工中 焊接比铸造 锻压工艺发展较晚 但发展速度很快 焊接结构的重量约占钢材产量的 45 铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加 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 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 7 巧的电弧跟踪方法 另一方面要提高焊接机械化和自动化水平 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 可以提高焊接生产 水平 改善焊接卫生安全条件 1 6 本设计采用的焊接工艺及方法 对不锈钢最常用的焊接方法是手工焊 MMA 其次是金属极气体保护焊 MIG MAG 和钨极惰性气体保护焊 TIG 虽然这些焊接方法对不锈钢工业 的大多数人而言是熟悉的 但是我们认为这个领域值得深入探讨 1 手工焊 MMA 手工焊是一种非常普遍的 易于使用的焊接方法 电 弧的长度靠人的手进行调节 它决定于电焊条和工件之间缝隙的大小 同时 当作为电弧载体时 电焊条也是焊缝填充材料 这种焊接方法很简单 可以用来焊接几乎所有材料 对于室外使用 它有 很好的适应性 即使在水下使用也没问题 大多数电焊机可以 TIG 焊接 在电极 焊中 电弧长度决定于人的手 当你改变电极与工件的缝隙时 你也改变了电 弧的长度 在大多数情况下 焊接采用直流电 电极既作为电弧载体 同时也 作为焊缝填充材料 电极由合金或非合金金属芯丝和焊条药皮组成 这层药皮保 护焊缝不受空气的侵害 同时稳定电弧 它还引起渣层的形成 保护焊缝使它 成型 电焊条即可是钛型焊条 也可是缄性的 这决定于药皮的厚度和成分 钛 型焊条易于焊接 焊缝扁平美观 此外 焊渣易于去除 如果焊条贮存时间长 必须重新烘烤 因为来自空气的潮气会很快在焊条中积聚 2 MIG MAG 焊接 这是一种自动气体保护电弧焊接方法 在这种方法中 电弧在保护气体屏蔽下在电流载体金属丝和工件之间烧接 机器送入的金属丝 作为焊条 在自身电弧下融化 由于 MIG MAG 焊接法的通用性和特殊性的优点 至今她仍然是世界上最为广泛的焊接方法 它使用于钢 非合金钢 低合金钢 和高合金为基的材料 这使得它成为理想的生产和修复的焊接方法 当焊接钢时 MAG 可以满足只有 0 6mm 厚的薄规格钢板的要求 这里使用的保护气体是活性气 体 如二氧化碳或混合气体 唯一的限制是当进行室外焊接时 必须保护工件 不受潮 以保持气体的效果 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 8 3 TIG 焊接 电弧在难熔的钨电焊丝和工件之间产生 这里使用的保护气 体是纯氩气 送入的焊丝不带电 焊丝既可以手送 也可以机械送 也有一些特 定用途不需要送入焊丝 被焊接的材料决定了是采用直流电还是交流电 采用直 流电时 钨电焊丝设定为负极 因为它有很深的焊透能力 对于不同种类的钢 是很合适的 但对焊缝熔池没有任何 清洁作用 TIG 焊接法的主要优点是可以焊接大材料范围广 包括厚度在 0 6mm 及其以 上的工件 材质包括合金钢 铝 镁 铜及其合金 灰口铸铁 普通干 各种 青铜 镍 银 钛和铅 主要的应用领域是焊接薄的和中等厚度的工件 在较 厚的截面上作为焊根焊道使用 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 9 第 2 章 主体材料的主要性能分析 本设备的主体材料主要包括三个方面 筒体材料 封头材料 主要部件材 料 其材料主要选用 0Cr19Ni9 和 Q235 A 由于材料的特殊性和焊接工艺的要 求 在设备的设计之前 必须对主体材料的主要性能有必要充分的了解和把握 以便现场人员可以顺利的施焊制造 另外 对焊接新充分的了解还可以使工作 人员对一些重要的部位的焊接格外的注意 使产品的合格率有更好的保障 2 1 主体材料 0Cr19Ni9 和 Q235 A 的一般性 2 1 1 化学成分 主体材料的化学成分见表 2 1 表 2 1 0Cr19Ni9 和 Q235 A 的化学成分 技术要求 钢号 C Si Mn S P Cr Ni GB4238 84 0Cr19Ni9 08 0 00 1 00 2 030 0 035 0 00 20 00 18 50 10 00 8 GB700 88 Q235 A 22 0 14 0 30 0 65 0 30 0 050 0 045 0 2 1 2 物理性能 主体材料的物理性能见表 2 2 表 2 2 0Cr19Ni9 和 Q235 A 的物理性能 钢号 定压比热容 cmW 6 10 t 10 4 m m T 0Cr19Ni9 13 81 18 2 70 1398 1454 0 50 Q235 A 57 8 12 2 15 0 481 由表 2 2 可以看出 0Cr19Ni9 的导热系数较低 约为 Q235 A 的 1 3 线 膨胀系数约比后者大 50 电阻率约为 Q235 A 的 5 倍 在相同的焊接规范下 0Cr19Ni9 被加热至 600 以上的区域就大得多 加之 0Cr19Ni9 的熔点较低 形成的熔池体积必然大 从而易开形成粗大的焊缝金属组织 同时它的线膨胀 系数较大 加之低的导热性造成较大温差 使它易于产生较大的应力和变形 而残余应力的存在正是焊接裂纹和应力腐蚀开裂的必要条件之一 另外 0Cr19Ni9 低的导热性和高的电阻率表明 0Cr19Ni9 的焊接线能量一般要求比 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 10 Q235 A 低 而且它可以用较低的电流进行各类电阻焊 Q235 A 是使用时间较 长 范围较广的一种成熟的钢种 它的各方面性能均很好 2 2 1 3 力学性能 了解材料的力学性能对制定制造和焊接工艺有极其重要的作用 在工程实 际中我们通常只关心力学参数中的有限的几个而不是全部 所以在下面所列的 力学性能表中我们只给出了本设备要求的例如曲阜极限 强度极限和硬度等几 项指标 具体的参数的列表见表 2 3 表 2 4 表 2 3 0Cr19Ni9 的力学性能 技术条件 热处理状态 拉力实验 硬度实验 HB HRB HV 2 0 b GB4238 84 1010 1150 快冷 40 187 90 200206 520 表 2 4 Q235 A 的力学性能 技术条件 拉伸实验 不小于 冷弯实验 纵向实验 横向实验 b 2a 180 2 0 Mpa Mpa b s GB700 88 235 375 400 26 d a d 1 5 2 1 4 冷热加工性能 通常的情况下 金属材料的冷加工性能和热加工性能是有很大的区别的 了解这些性能对设备的制造者来说是十分必要的 了解材料的一般的冷热加工 性能才能更深的了解材料的锻造性能 焊接性能 切削加工性能 弯曲性能 这些性能对制订起到基础性的作用 1 冷加工性能 不锈钢板的弯曲变形由于冷加工硬化现象比较严重 所以随着变形度的增 加 硬化后的硬度指标会迅速升高 而塑性会迅速下降 不锈钢的这种冷作硬 化一方面会由于晶格破碎引起内应力的增加 另外一方面与冷变形引起马氏体 的析出有关 对于 18 8 型不锈钢来说 冷变形引起的马氏体的析出尤为明显 当变形度为 10 时 即可观察到钢中马氏体的析出 此后随着变形度的增加 马氏体的析出量也随着增加 因此在奥氏体不锈钢的各类钢中 18 8 型不锈钢 的冷作硬化现象也更为突出 金属在塑变加工时 其真实应力的经验公式为 n C 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 11 其中 C 塑性系数或称强度系数 Mpa 应变 N 硬化系数 材料的加工硬化特性可以用硬化系数 n 来衡量 n 值大 则表示其硬化强度 高 加工硬度显著 这显然对后续变形加工是不利的 对以后将要进行的焊接 也是十分不利的 低碳钢和不锈钢的 n 值和 C 值见表 2 5 表 2 5 低碳钢和不锈钢的 n 值 c 值 材料 N C Mpa 低碳钢 0 19 0 22 710 750 不锈钢 0 5 此表说明 低碳钢的加工硬化比不锈钢的程度小 由于 0Cr19Ni9 有冷作硬化现象 因此冷加工时 不论是弯曲 冲压 还 是剪切 都要尽量减少冲击功 减少硬化程度 防止降低其良好的塑性和韧性 而且剪切 冲 钻时 防止表面划伤 避免分层 冷加工变形程度 原则上按 照允许的变形程度进行 2 0Cr19Ni9 的热加工性 初始温度应在 1130 1180 终止温度必须大于 850 然后室冷 由于 该钢导热性能差 在均匀加热 并且在 1010 1150 温度范围内要迅速升高或 冷却 要尽量缩短加工的加热时间 宜选用较大的压力下量和较高的终锻温度 以获得良好的加工性能和减少形成再热裂纹的倾向 2 1 5 0Cr19Ni9 的耐腐蚀性 不锈钢的耐腐蚀性随成分 组织及热处理而明显变化 金属受介质的化学 剂点电化学作用而破坏的现象称为腐蚀 有表面的腐蚀 也有表面微观破坏的 局部腐蚀 不锈钢的主要腐蚀性是由均匀腐蚀 表面腐蚀 晶间腐蚀 点腐 蚀 缝隙腐蚀和应力腐蚀等 1 成分介绍 所有的不锈钢都含有铁和铬 此外 还有一些次要元素是由于制造工艺需 要或者是为获得特殊性能而加入的 0Cr19Ni9 中含有至少 18 的镍及至少 18 铬 为了强度和耐腐蚀性而加入其它合金元素为 铜 碳 氮 钼 铌 钛和 铝 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 12 2 均匀腐蚀 表面腐蚀 它是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀现象 奥氏体不锈钢被认为 是最耐工业性气氛及腐蚀介质腐蚀的钢 这是因为它具有可钝化性 处于钝化 状态的不锈钢其表面被致密的氧化膜覆盖 这层氧化膜对内部金属起着保护的 作用 抑制金属释放电子的溶解过程 降低腐蚀速度 0Cr19Ni9 含有较多的铬 这使它的钝化能力很高 所以它的耐均匀腐蚀性能很好 在维持不积存尘垢时 它的抛光表面在绝大多数环境条件下 都保持光亮 1 点腐蚀 某些腐蚀介质 特别是卤素离子对不锈钢钝化膜有较强的破坏作用 钝化 膜的破坏点在此处被广大的阴极区 完全钝化区 所包围而成为小阳极 腐蚀 集中在此处向纵深迅速发展热造成点腐蚀 点腐蚀的危害性在于使不锈钢在均 匀腐蚀很不明显的情况下腐蚀穿孔 在很多情况下 点腐蚀还能成为晶间腐蚀 和应力腐蚀的起源 加入钼 超过 2 能提高抗点蚀能力 最好的抗点蚀合金 实际上是加铬和钼的镍基合金 由于 0Cr19Ni9 含有较多的铬和镍 所以它的 抗点蚀性也较好 在讨论其它条件相同时 钢越纯净 具有较少的杂质 析出 物等 其抗点蚀能力越好 比较纯净的钢由使用纯净的炼钢原料和进行重熔而 获得 2 另有晶间腐蚀 应力腐蚀 缝隙腐蚀 电偶腐蚀 冲蚀腐蚀等 在 此不予过多的介绍了 3 热处理 奥氏体不绣钢在固熔 退火状态具有优异的耐蚀性 退火的温度范围为 1650 2000 899 1093 合金退火后应快速冷却以避免敏化 大约在 1800 982 时 开始发生晶粒的长大 取决于成分及纯净度 通常标准 的退火操作温度为 1850 1950 1010 1066 每英寸 25 4 厚度保温 1h 而后快冷 如水淬 2 2 主体材料的焊接性 2 2 1 Q235 A 的焊接性 为了估计钢的焊接性的好坏 通常用于碳当量的概念 用碳当量 C 判断 钢的焊接性 实践证明 碳当量大于 0 4 0 5 的钢就不具有良好的焊接性 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 13 按以 下经验公式 2 213 2415456 pCuSiNiMoCrMnC C 2 算出 Q235 A 的碳当量 C 0 14 0 22 0 30 0 65 6 0 30 24 0 045 2 0 225 0 355 由 C 值可知 Q235 A 具有良好的焊接性 低碳钢的含碳量低 锰 硅含量又少 所以通常情况下不会因焊接而引起 严重硬化组织或淬硬组织 这种刚才的塑性和冲击韧性优良 焊成的接头塑性 和冲击韧性也很良好 焊接时 一般不需预热 层间温度和后热 焊后也不需 采用热处理改善组织 可以说 整个焊接过程中毋需特殊的工艺措施 其焊接 性良好 但少数情况下 低碳钢的焊接性也会不好 焊接时会出现困难 这种钢的焊接特点为 可装配成各种不同接头 适应各种焊接位置 且焊接工艺和技术较简单 容易掌握 焊条质量不好时 焊缝也可能出现裂纹 焊缝含碳量过高 都能导致焊 缝裂纹的产生 另外 焊接熔池可能受到空气中氧 氮的影响 使焊缝金属氧 化或氮化 焊缝中氧化亚铁的存在可能引起热裂纹 焊接不需预热 若在寒冷地区 也可能将工件预热到 150 左右 钢性 大的结构在低温条件下焊接时 可能出现裂纹 因此 在寒冷冬天焊接钢性大 的结构时 应当特别注意 不需特殊和复杂设备 对焊接电源没有特殊要求 交直流焊机都可以焊 接 但如果焊条或工艺规范选择不当 可能出现热影响区晶粒长大和时效淬硬 倾向 从而这一区域金属的冲击性能降低 总之 低碳钢是最容易焊接的钢种 许多焊接方法都适用于低碳钢的焊接 并能获得良好的焊接接头 只要制造厂家 C S P 控制严格 认真执行焊接工艺 焊接时是不会出现任何问题的 2 2 2 0Cr19Ni9 的焊接性 与其它的类型的不锈钢相比 奥氏体不锈钢是不锈钢中相对较容易焊接的 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 14 奥氏体不锈钢在任何温度下都不发生相变 对氢脆不敏感 奥氏体不锈钢在焊 态下也有较好的塑性和韧性 奥氏体不锈钢焊接的主要问题是 焊接热裂纹 碳化物析出民华 应力腐蚀开裂 接头力学性能下降等等 1 焊接性的具体介绍 奥氏体不锈钢比一般结构钢容易产生焊接热裂纹 其中以结晶裂纹为主 产生热裂倾向的原因 0Cr19Ni9 导热系数小 而线胀系数大 焊接时局部受热和冷却 接头在 冷却过程中会产生较大的拉应力 而焊缝金属在凝固期间存在较大的拉应力时 期产生结晶裂纹的必要条件 0Cr19Ni9 液固两线间距较大 凝固过程中温度范围较大 因此组织易长 大 而且容易形成方向性较明显的柱状晶 方向性明显的柱状晶本身抗裂性能 就差 0Cr19Ni9 合金化程度高 加大液固相间距离 增大偏析倾向 加之硫 磷在奥氏体中溶解度极低 从结晶开始直到室温都是单一的相 无疑加剧了 硫 磷在晶间的偏聚 导致晶界形成易熔夹层 从以上分析可以看出 0Cr19Ni9 焊接是易产生热裂纹 尽管结晶裂纹的 倾向很大 但采用以下措施 仍可以预防结晶裂纹的产生 严格控制焊缝中的硫 磷等杂质含量 产生双相组织 两相组织焊缝具有较高的抗热裂性能 铁素体控 制在 3 8 提高焊缝中的 Mn 的含量 在必须保证焊缝为纯奥氏体的情况下 调整 焊缝的合金成分 加 Mn 至 40 对防止纯奥氏体焊缝相当有效 适当提高焊接熔池的冷气速度 工艺上采用相应措施加快熔池冷却 如短 弧焊 低线能量 窄焊道技术 2 碳化物析出敏化 焊接热过程与碳化物析出 经过固熔处理的组织是均匀奥氏体 没有碳化物相 具有较高的耐蚀性能 由于室温时 碳在奥氏体中的溶解度只有 0 02 0 03 含碳量约为 0 08 的 0Cr19Ni9 经过固熔处理处碳过饱和而呈不稳定状态 一旦处于较高温度过饱和 的碳就会从晶内往晶界偏聚 并可以与 Cr 形成析出 即敏化 焊接加热 623C Cr 也会引起碳化物的析出 但焊接引起的碳化物析出有自己的特点 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 15 a 一般碳化物析出敏感温度范围为 450 850 敏化温度范围 而焊接时的 敏化温度范围在 600 850 b 焊接接头上只有温度峰值在大致 600 850 范围内的区域才会出现碳化物 的析出 由上述可见 0Cr19Ni9 的焊接接头上存在碳化物析出区域内晶间腐蚀又成 为敏化区腐蚀 对敏化区腐蚀的防止方法 对防止 0Cr19Ni9 敏化区内腐蚀的最好方法是固熔处理 即溶后将敏化了 的焊件重新进行固熔处理 使已经存在的有害碳化物重新回到固熔体中 从而 恢复其正常的耐晶间腐蚀性能 3 应力腐蚀开裂 焊接对应力腐蚀开裂的影响 众所周知 奥氏体不锈钢的突出问题是对应力腐蚀敏感 即使不经过焊接 加工也会产生应力腐蚀开裂 造成应力腐蚀开裂的因素很多 与焊接过程有关 的主要是焊接残余应力和接头组织变化 a 焊接残余应力 拉应力是产生应力腐蚀开裂的必要条件之一 奥氏体不锈钢的导热系数小 线胀系数大 焊接时会产生很大的应力 因此奥氏体不锈钢焊接接头有较大的 应力腐蚀开裂的敏感 b 焊接接头碳化物析出敏化 焊接过程对奥氏体不锈钢的主要作用之一 就是导致接头析出碳化物 尽 管敏化并非应力腐蚀开裂的必要条件 但是它对应力腐蚀开裂的促进作用是明 显的 从微观上看 奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂主要是穿晶型的 当如果钢 处于敏化态 正如钢处于焊态 开列工程事故中分析得出 与固熔态相比 敏化态的奥氏体不锈钢产生沿晶型式的应力腐蚀开裂更为常见 不管敏化是否 使应力腐蚀开裂沿晶进行 它对应力腐蚀开裂的加速度作用总是存在的 但通 过控制焊接热过程 避免或减少碳化物析出 敏化 也会降低奥氏体应力腐蚀 开裂的敏感性 c 焊缝中的铁素体 某些实验和实践都表明 焊缝金属耐应力腐蚀开裂性能常常高于热影响区 有时候甚至高于母材 焊缝中少量铁素体的存在是焊缝金属具有耐应力腐蚀 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 16 开裂性能的主要原因 d 焊接接头过热区的抗裂性能 焊接接头过热区的抗裂性能总是较差的 奥氏体钢的熔化温度较低 导热 性差 对过热非常敏感 由此可知 奥氏体不锈钢焊接接头中的过热区具有可 能成为应力腐蚀开裂的薄弱部位 应力腐蚀开裂的预防 a 减少或消除残余应力 焊接残余应力实施奥氏体不锈钢焊接接头发生应力腐蚀开裂的重要因素 像焊前合理设计焊接结构 焊接中尽量减少接头的拘束度 并合理安排施焊顺 序 都可以不同程度的减少焊接应力 消除参与应力的最有效方法是焊后消失 应力处理 b 改变焊件的表面状态 应力腐蚀开裂的一大特点是裂纹总是接触敏感介质一侧的表面开裂 逐渐 向内部扩展 因此 改变焊件的表面状态对于焊接接头的应力腐蚀开裂有很大 的作用 常用的方法有 对敏感侧表面进行喷丸处理 电镀或喷漆等 提高耐 蚀性能 从焊接工艺角度 采取热源集中的焊接方法 小线能量 快速冷却等措施 对于减少碳化物的析出和接头组织过热 从而减少奥氏体不锈钢焊接接头应力 腐蚀破裂敏感性都有一定的效果 3 不锈钢主要使用特性对比 特性 马氏体型不 锈钢 铁素体型不 锈钢 奥氏体 型不锈 钢 双相不 锈钢 备注 耐大气腐蚀性能一般良好良好良好 与合金因素有 关 耐酸性能一般良好良好良好 与合金因素有 关 耐孔蚀 间隙腐蚀一般良好良好良好 与合金因素有 关 耐 蚀 性 能 耐应力腐蚀裂纹一般良好一般良好 与合金因素有 关 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 17 高温强度良好稍差良好稍差高温脆性 高温氧化 硫化一般良好良好 耐 热 性 能 热疲劳一般良好一般 焊接性能一般一般良好良好 冷加工 深 冲 稍差良好良好稍差 冷加工 胀 形 稍差一般良好稍差 加 工 性 能 切削性能一般一般一般一般 室温强度良好一般一般良好 低温强度 韧性 稍差差良好差 强 度 疲劳 切口敏感性一般一般良好一般 非磁性能差差良好差 其 他 电热性能良好一般 2 3 本章小结 总之 通过对主体材料的焊接性的分析 我们可以看到本设备的制造与其 它的化工容器 化工设备相比并没有太大差异 主体材料的焊接性 加工性能 都比较良好 结合外方提供的密封液系统和刮板附件等来看 本设备的制造在 我们现在的加工水平上并非难以达到 所以在现场中我们看到许多的冷凝器已 经不再是由中方和 ZIMMER 分别的供货了 而是全部的由我国的机械厂完成 的 这样成本就比较便宜 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 18 第 3 章 主要零部件的制造工艺 3 1 设备制造前的准备工作 进行任何设备的制造 其前期的准备工作都是相当重要的 它可以为后续 的制造阶段提供必要的前提和保障 一般来说 前期的准备工作包括 净化 矫形 划线 切割三个部分 3 1 1 净化 原材料在轧制以后以及在运输的过程和库存的期间 表面常常会产生铁锈 和氧化皮 粘土油污和泥土 影响后续工作的进行 对焊接的质量和设备的防 腐蚀性都有很大的影响 净化的方法主要手工 机械 化学及火焰四类 净化的对象主要有油 锈 氧化皮等 最简单的净化方法是砂布和钢丝刷打磨 或用手提砂轮磨削 但只用于局 部清理 压缩空气喷砂 喷丸和化学清洗法是最常用的净化方法 对于本设备 来说 由于原材料量不大 采用手提砂轮磨削简单易行 钢材表面的清洁程度对设备制造质量有很大的影响 有时甚至有致命性影 响 如铝设备 除焊口处需要净化外 涂漆及衬里表面也要清理 净化对象主 要有油 锈 氧化膜 净化方法有手工 机械 化学及火焰四类 净化的目的 清除焊缝两边缘的油污和锈蚀物 以保证焊接质量 为下一 道工序做准备 即是下一道工序的工艺要求 3 1 2 矫形 钢材由于在扎制的过程中不均匀的加热冷却 运输中的冲撞 存储时的不 正确堆放 总存在这种或那种变形 其中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 变形的可能性随钢材的刚性 主要是断面形状和尺 寸 增加而减小 以钢板为例 5 6mm 后的经常需要矫形 大于 12mm 厚的一 般可不矫形 但对于有些钢板要求较高 本设备钢板需要矫形 如果不对原材 料的变形给与必要的矫正 将会影响到划线 坡口加工 切割 装配等一系列 工序的精度 从而降低设备质量 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 19 除原材料的变形外 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 这些 都要矫形 主要的矫形的方法有 弯曲法矫形 拉伸法矫形 加热法矫形 弯曲矫形法常用于钢板和型钢 矫形时工件受力多数像简支梁 矫形时以 中性层纤维长为准 长者缩短 短者伸长 拉伸法矫形主要用于断面较小的管材和线材 弯曲件被拉直时 是以纤维 最长处为准 使断面上各处的纤维最后相等 加热矫形就是在工件局部进行加热 然后冷却来进行矫形 当金属局部受 热时 其膨胀受到周围冷却金属的限制而产生压缩应力 此应力超过金属高温 下的屈服极限 因而使加热部位产生较大的塑性变形 当加热区冷却时 产生 的收缩区受到周围的冷金属限制因而产生拉应力 此时该部位的温度已经降低 屈服极限升高 因而产生较小的塑性变形 这样从加热到冷却 被加热的金属 纤维缩短了 因而达到矫形的目的 根据本设备的选用的材料的特点 我们选用矫板机 对主要材料 钢板 进行矫形 查阅相关的资料 化工机械制造工艺 本设计中的矫板机选择为 11 个辊 子以上 3 1 3 划线 在下料及切割工艺前先要进行划线工艺 划线作业是将设备零件的空间图 形 在钢材上展成平面图形的一整套工艺过程 划线将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 对节约原材料也有重要 意义 划线的工序分为展图和号料 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 把展开图正式划在钢材上的作业称为号料 在号料时应注意以下几个问题 1 划线要准确 由于划线精度直接影响零件的精度 所以划线要求准确 例如划垂直平分 沈阳工业大学本科毕业生设计 论文 20 线 相交线及角平分线 应该采用几何作图法 尽量不用角尺 量角器 至于 划线公差无统一的标准 但是为了保证组对的精度各个工厂都有自己的标准 本设备的划线的准确性要求并无十分严格的其他的要求 只要保证满足产品的 图纸的规定即可 2 留出必要的余量 划线时 必须划出切割线 实际的用料线和检查线 总余量包括切割余量 和边缘加工余量 对于一般的中 低压容器 总的余量约为 5mm 实际用料应 按展开的尺寸加焊缝的收缩量来计算 此外 实际用料尺寸还应该考虑到焊缝 间隙的影响 如电渣焊的焊缝 以及筒节在弯卷和矫圆时的伸长量 特别是 四辊卷板机上热卷 热矫圆 筒节圆周产生较大的伸长 3 合理的排料 展开图划在钢板上的时候 应该合理的配置 首先应使钢材获得充分的利 用 例如 在大的坯料之间排布小的零件的坯料 充分的利用边角余料 使钢 材的利用率达到 90 以上 其次排料时还应该考虑到切割的方便 特别是在剪 板机上做直线剪切时 更应注意 4 合理的配置焊缝 设备上的焊缝不但增加制造过程中的焊接和检验等工时 而且在焊缝区是 设备强度及耐腐蚀性较差的区域 因此应该尽量的减少 但由于钢板的宽度和 长度都是有限的 所以很多的零件必须拼焊成 此时要考虑到设备组装和焊接 时的技术要求 使焊缝的配置合