材料成型及控制工程焊接课程设计说明书.doc

中北大学课程设计说明书1 前言 本设备按GB6654-1996钢制焊接容器技术条件和国家技术监督局钢制列管式换热器技术条件进行制造、试验及验收,并同时遵从压力容器安全监察规程有关规定。此容器为塔顶冷凝器，属于压力容器，容器类别属于一类,材料为热轧钢：16mn，主要有对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝组成，可以实现自动化焊接生产。塔顶冷凝器主要组成有筒体，法兰，接管，支座等。容器总长 3476m；筒体直径 1000mm；厚度8mm,设计的压力为0.29MPa,壳程及管程设计的温度小于200；在容器的制造过程中采用埋弧焊、CO2气体保护焊；焊后要进行射线探伤,加工完后,壳程及管程都以0.39MPa(表压)进行水压试验。2 焊接生产工艺性分析2.1 焊接结构工艺性审查2.1.1 产品技术特性及检验要求本次设计生产的设备为塔顶冷凝器壳体，属于一类压力容器，筒体直径2490mm，容器总长3647mm，壁厚8mm，生产数量为1台。由设计图尺寸可知：筒体由三段筒节经对接环焊而成，筒体两端通过埋弧焊焊接接连接标准椭圆形封头各一个，右端封头上的管箱接有两对接管及法兰是冷凝器水的进出口，筒体上接有三对接管，其中三个接管都分别连接一个平焊法兰，筒体上下端的一个是冷凝液的出口，另外两个是气体出口,整个设备采用鞍式支座安装和支撑。图2-1塔顶冷凝器壳体结构图筒体与封头采用容器双头螺栓连接，有利于减少环焊缝数量，纵焊缝交错分布，避免了十字交叉，有利于减少焊接应力及变形；封头与接管均采用标准件，减少了劳动量；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、手工电弧焊，接头形式为对接、角接，焊缝质量易于保证，焊缝位置分布合理，施焊方便，有利于焊后检验，具有良好的工艺性。2.1.2 产品技术特性及检验要求塔顶冷凝器壳体技术特性如表2-1所示：表2-1塔顶冷凝器壳体技术特性表设计压力/MPa设计温度/介质焊缝系数腐蚀裕度/mm换热面接/容器类别管程0.49-200水 12140一类壳程0.49-200甲醇蒸汽2.2 母材的焊接工艺性分析2.2.1 16mn的特性16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右，屈服点等于343MPa（强度级别属于343MPa级）。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。16Mn锻件的化学成分：C ：0.130.19 Si ：0.200.60 Mn ：1.201.60 Cr0.30 P0.030 S0.030 Ni0.30 Cu0.2516Mn锻件的力学性能：公称壁厚300 mm 热处理状态：正火，正火+回火 回火温度600 。拉伸试验：450600 MPa，275 MPa：20% 冲击试验：试验温度0; 硬度试验HB：1211782.2.2 16mn的焊接性分析16Mn属于低合金结构钢中的热轧钢，这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，首先来分析一下这类钢的焊接性，焊接性通常变现为两方面的问题：一是焊接引起的各种缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。(1) 裂纹问题 热裂纹：热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此它们Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出现热裂纹。锰在钢种可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。增大焊缝成形系数，减小母材在焊缝中的熔合比都防止热裂纹的产生。 冷裂纹：钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而刚才的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些，所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。 再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。 (2) 脆化问题 过热区脆化：热轧钢焊接时近缝区中被加热到100以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且为防止过热区粗晶脆化，也不宜采用过大线能量。 热应变脆化：热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮碳原子快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化。16Mn和15MnV这两类钢具有一定得热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。2.3 16Mn热扎钢焊接工艺要点2.3.1焊前准备（1）焊接坡口形式的设计应避免采用焊不透或局部焊透的坡口，还要尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的残余应力，同时也可减少焊接材料的消耗量。（2）坡口加工采用热切割时应注意防止母材边缘会形成一定深度的淬硬层，这种低塑性的淬硬层往往成为冷加工的开裂源。（3）焊前必须消除焊接区钢板表面的水分，坡口表面的氧化皮、锈斑、油脂以及其他污物。（4）焊接材料在使用前应按生产厂推荐的规范进行烘干。（5）装配定位焊缝必须采用与正式焊缝同一类型的焊条。2.3.2焊接线能量的选择线能量的参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。低合金结构钢焊接时，线能量参数除要保证接头的熔透性和焊缝成型外，还要考虑其对接头性能的影响。焊接含碳量低的热轧钢以及含碳量偏下限的16Mn钢时，对焊接线能量没有严格的限制，但从提高过热区塑性和韧性考虑还是采用偏小线能量更为有利；当焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生，焊接时线能量应偏大些。2.3.3预热、后热及热处理（1）预热：焊接低合金结构钢时，焊前预热时防止接头冷裂，改善接头组织性能，减小焊接应力的重要工艺措施。焊前预热的有利作用还在于：改变了焊接过程的热循环，降低焊接接头各区高温转变和低温转变温度区间的冷却速度，避免或减少了淬硬组织的形成；减少焊接区的温度梯度，降低了焊接接头的内应力，并使之较均匀地分布；扩大了焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响；延长了焊接区在100以上温度的停留时间，有利于氢从焊缝金属中逸出。预热温度的确定，随钢材碳当量、板厚、结构的拘束度的增加而增加，环境温度的升高而降低。（2）后热及热处理：后热是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150250温度范围内，并保持一段时间，这种工艺简称后热。其作用在于首先是降低了接头低温转变区的冷却速度，其效果比预热更显著，其次是延长了接头在100以上温度区间的停留时间，使焊缝金属中的氢有充分时间向外扩散。在寒风金属氢扩散阶段，从根本上消除了导致冷裂纹形成的力学因素。后热的温度和时间，取决于被焊钢的冷裂敏感性，焊接材料的含氢量和接头的拘束度。后热温度愈高，保温时间愈长，去氢效果愈明显。去氢处理是将焊件在焊后立即加热到300400温度并保温一段时间，可加速焊接接头氢的扩散逸出。氢的排除程度取决于加热温度和时间，温度高保温时间可短一些，温度低去氢时间就要加长。生产中消氢处理的温度为300400，消氢时间为12小时。消除应力处理是将焊件均匀地以一定的速度加热到AC1点以下足够高的温度，保温一段时间后随炉均匀地冷却到300400，最后将工件移到炉外空冷。低合金结构钢焊后消除应力处理的目的有以下几点：消除焊缝金属中的氢，提高焊接接头的抗裂性和韧性；降低焊接接头中的参与应力；改善焊缝及热影响区组织，使淬硬组织经受回火处理而提高接头各区的韧性；稳定了低合金耐热钢焊缝及热影响区的碳化物，提高了接头的高温持久强度；降低了焊缝及热影响区的硬度，易于切削加工。2.3.4 16Mn焊接方法及参数（1）气体保护焊 焊丝牌号:H08AM2Si。表2-2 16Mn钢 CO2气体保护焊角接工艺参数板厚/mm接头形式焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V送丝速度/(cm/s)焊接速度/(m/h)气体流量/（L/min）预热温度/8角接头1.42504502528181920422025150(2) 埋弧焊，16Mn钢板厚度为8mm表2-3对接工艺参数焊缝次序焊丝直径焊接电流/A焊接电压/U焊接速度焊丝牌号正 反4.0mm550-58034-3634.5m/hH08A表2-4角接工艺参数焊缝层数焊丝直径焊接电流/A焊接电压/U焊接速度焊丝牌号1层680-720550-58034-3834.5m/hH08A表2-5熔化极氩弧焊，开V形破口焊缝层数焊丝直径焊接电流/A焊接电压/U焊接速度氩气流量2层2.0-3.0mm350-43020-3015-30m/h11-15/Lmin16mn焊接接头力学性能焊缝金属及热影响区的力学性能是影响接头使用性能的基本性能，而其强度和韧性又是关键的考核要素。根据材料成分及其厚度，结构等各个要点可知，再次构建中主要有对接接头和角接接头，破口形式主要为V 型破口。表2-6 16mn不同焊接方法焊接接头力学性能钢种焊接工艺焊缝金属性能过热区冲击韧性16Mn/ MPa/冲击韧性-20c40c-20c-40c埋弧焊,=8,I形对接5764030.76784337344气体保护焊，H08AMn2Si+co25403902461782.3.5 16Mn钢自动焊的焊接材料表2-7 16Mn钢自动焊的焊接材料钢材牌号强度级别/MPa埋弧焊电渣焊气体保护焊16Mn343焊剂焊丝焊剂焊丝焊丝SJ501薄板H08AH08MnAHJ431HJ360H08AH08MnAH08Mn2SiH08Mn2SiAYJ502-1YJ502-3YJ506-4HJ430HJ431SJ301不开破口对接H08A中厚板开破口对接H08MnAH10Mn2HJ350厚板深口H10Mn2H08MnMoA3 16Mn焊接性试验3.1 16Mn钢母材工艺焊接性试验 焊接冷裂纹敏感指数法日本学者采用Y形坡口“铁研试验”对200多种不同成分的钢材、不同厚度及不同的焊缝含氢量进行试验，提出了与化学成分、扩散氢和拘束度（或板厚）相联系的冷裂纹敏感性指数等公式，并可用冷裂纹敏感性指数确定防止冷裂纹所需的焊前预热温度。焊接热影响区的最高硬度可以相对地评价被焊钢材的淬硬倾向和冷裂纹敏感性。最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。斜Y型坡口对接裂纹试验主要用于评定低合金结构钢焊缝及热影响区的冷裂纹敏感性，在实际生产中应用很广泛，通常称为“小铁研”试验。3.1.1斜Y 形坡口焊接裂纹试验法（1）此实验主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。因为16Mn 热轧钢是低合金钢的一种，故此种试验方法对正火钢同样适用。实际的形状及尺寸如图 3-1 和图 3-2。其坡口经机械加工，试验所用焊条 应严格烘干。焊接工艺参数为：焊条直径 4mm，焊接电流 17010A，电弧电压 24 2V，焊接速度15010mm/min。(2)试件的制备试验材料试验材料原则上是采用符合下列标准的钢材:YB 536-98压力容器用碳素钢和普通低合金钢热轧厚板技术条件;试件的形状和尺寸试件的形状和尺寸如图3-1所示。试件的坡口采用机械切削加工(3) 试验条件试验所用的焊条原则上采用GB981-98低碳钢及低合金高强度钢焊条所列的焊条，与试验钢材相匹配的焊条。焊条焊前要严格进行烘干。拘束焊缝采用双面焊接，注意不要产生角变形和未焊透。试件达到试验温度后，原则上以标准的规范进行试验焊缝的焊接。(4) 试验步骤 按图3-1组装试件。 图3-1 试件的形状和尺寸焊接试验焊缝。当采用手工焊时，试验焊缝按图3-2所示方法焊接。图3-2 采用手工焊时试验焊缝位置当采用焊条自动送进装置焊接时，按图3-3所示进行。图3-3 采用焊条自动送进装置焊接试验焊缝位置焊完的试件经48h以后才能开始进行裂纹的检测和解剖。(5) 计算方法采用肉眼或其它适当的方法来检查焊接接关的表面和断面是否有裂纹，并分别计算出表面裂纹率、根部裂纹率、断面裂纹率。 纹的长度或高度按图3-4所示进行检测，裂纹长度为曲线形状如图4a按直线长度检测，裂纹重选时不必分别计算。图3-4 试样裂纹长度的计算采用下列公式计算表面裂纹率 (1)式中：Cf-表面裂纹率，； lf-表面裂纹长度之和，mm； L-试验焊缝长度，mm。将试件采用适当的方法着色后拉断或弯断，然后按图4检测根部裂纹，并按下述公式计算出根部裂纹率。 (2)式中：Cr-根部裂纹率，； L-试验焊缝长度，mm； le-根部裂纹长度之和，mm。对试件的五个横断面裂纹检查，按图3-4c的要求测出裂纹的高度，用下式对这五个横断面分别计算出其裂纹率然后求出其平均值来。 (3)式中：Cs-断面裂纹率； H-试验焊缝的最小厚度mm； Hc-断面裂纹的高度mm。五个横断面的位置是：按试验焊缝宽度开始均匀处与焊缝弧坑中心之间的距离四等分而确定。(6)记录试验日期、时间、环境温度和湿度。试件钢号及化学成分、试件状态、试件厚度及其轧制方向。焊前试件温度、焊接电源的种类、焊接极性、焊条牌号、焊条直径、焊条的烘干温度和时间、焊接电流、焊接电压和焊接速度。试件开始解剖时间和方法。试验结果：裂纹长度及其裂纹率。3.2 16Mn钢母材使用焊接性试验3.2.1 16Mn焊接接头力学性能试验(1)焊接接头的拉伸试验试验的目的是测定焊接接头（焊缝）的强度（抗拉强度b，屈服点s）和塑性（伸长度，断面收缩率），并且可以发现断口上的某些缺陷（如白点）。标准：对接接头拉伸试验（如图1）的抗拉强度不得低于母材的最低规定值，异种钢接头强度大于较低母材的最低规定值或产品设计技术条件规定值。弯曲芯棒直径为 4mm，弯曲角 180；试样弯曲到 180后，在焊缝和热影响区上不得有长度大于3.0mm 的裂口，试样棱角处的开裂，只要不属夹渣或内部缺陷引起，则不予考虑。 图3-5 拉伸试样(2)冲击试验要保证设备在使用温度下具有足够的缺口冲击韧性，从断裂力学的观点出发，首先要求材料在使用温度下具有足够的抗脆性启裂能力。冲击试验主要用于测定接头的冲击韧度和缺口敏感性，采用V型缺口冲击试验。步骤有：a.试样制备：以10mm10mm55mm带有V形缺口的试样为标准试样。试样缺口底部应光滑,不得有与缺口轴线平行的明显划痕，缺口处不能有肉眼可见的气孔、夹杂、裂纹等缺陷。b.实验过程：将试样置于低温槽的均温区冷却到试验温度后，保温足够长的一段时间，然后用手钳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。c.实验结果：根据所使用技术条件的要求，试验结果可用冲击吸收功，也可以用冲击韧性表示。然后根据相应的标准或产品技术条件对实验结果进行评定。(3)对接接头弯曲试验 试验方法按GB/T232-1988的规定，弯芯直径为3倍的板厚，支辊间距离不大于6倍的板厚。将试样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样弯曲到要求的角度，横向弯曲试样的中心应对准焊缝中心，当弯曲到规定角度后，焊缝拉伸面沿试样宽度方向上所允许出现的裂纹或缺陷不大于1.5，沿试样长度方向上为不大于3mm，试样四棱开裂不计，但确因夹渣或其它焊接缺陷引起的试样棱角开裂的长度应计入评定4 焊接工艺评定4.1筒体与接管的焊接,法兰的焊接,以及筒体上接管法兰的焊接,支座的焊接（1）接材料的选择： 焊丝牌号:H08AM2Si, 焊条直径1.2-1.6mm。（2）焊接设备的选择 ：NBC7-250半自动二氧化碳保护焊机，焊接电源及种类:采用直流反接法。（3） 焊接方法选择 气体保护焊。（4） 焊前准备 焊前预热：气温不低于-16C不预热，气温低于-16C，预热温度100-150C。层间温度：200C。（5）坡口形式及尺寸：坡口采用机械加工。破口形式：开V形坡口。（6） 焊接参数：焊接电流:250-450A，电弧电压:25-28U，气体流量：20-25/L min，焊速：20-42/ ，焊缝层数:多道焊。4.2筒体上钢板对接的焊缝,筒体环焊缝,筒体和封头的焊接（1）接材料的选择焊丝牌号:H08A，焊剂牌号：HJ431,SJ501，焊丝直径:4mm。（2）焊接设备的选择焊接设备: MZ-1000自动埋弧焊机，焊接电源及种类:采用直流反接法。（3） 焊接方法选择：埋弧焊。（4）焊前准备：坡口通过火焰或刨边机加工，通过砂轮打磨坡口两侧20慢慢，焊剂在250-300C下烘干，2h，最高层间温度为300C。焊前预热：气温不低于-16C不预热，气温低于-16C，预热温度100-150C。（5）坡口形式及尺寸：坡口采用机械加工，坡口形式：I形坡口。(6)焊接参数焊接电流: 550-580A，电弧电压: 34-36U，焊接速度：34.5m/h送丝速度：85-95m/h，焊接位置：平焊焊接顺序：线焊接正面焊缝，反面清理后焊接反面焊缝，焊缝层数: 双面焊。5 材料的验收与复检5.1 原材料的进厂验收与复检（1）原材料进厂后,采购人员会同材料质控负责人按订货协议及相应的材料标准对材料质证书进行验收, 其检验原则为：单位建立采购控制程序，对采购材料进行有效评定。建立原材料验收的控制程序文件。原材料进厂验收，首先应对材料质量证书中的材料牌号、规格、供货状态、检验项目、数据及执行标准进行验收。a.材料证明书中的内容及数据应符合相应标准及订货协议的要求。b.材料质量证明书应为原件或加盖供货单位检验公章和经办人有效印章的复印件。c. 材料质量证明书经检验合格后,对材料质量证明书和实物的一致性进行检验,即实物批号,材料牌号,规格等应与质量证明书一致。（2）除上述检验之外，还需对以下内容进行检验。钢板复检：包括化学成分、各种力学性能、表面缺陷及外形尺寸（主要是厚度）的检验，采用抽检的方法，抽检率为20%。钢管复检：内容包括钢管材质、圆度及型号，材料应具有质保书，标记齐全。按批号复验化学成分。同一种规格的原材料,抽样进行晶间腐蚀倾向性试验。凡需有特殊复验项目要求的还应按要求进行检验。(3)钢材的预处理进厂原材料经复检合格后,需进行预处理,采用机械去锈方法。钢材经清理并喷涂,保护底漆,烘干处理后,可保护钢材在生产和使用过程中不再生锈,且不影响机械加工和焊接质量。(4)钢材的矫正钢材出厂时边缘存在不平整的现象，可采用钢板矫正机在冷态下进行矫正。5.2 焊接材料的进厂验收与复检(1)焊接材料的验收 液化气贮罐在高压和腐蚀环境中服役，受压元件之间的焊接接头质量对压力容器的安全性至关重要。为保证焊接质量，必须严格执行焊接材料的验收与复检。焊接材料进厂后,采购人员会同材料质控负责人对焊材质量证明书的项目、数据是否符合相关标准、订货协议、技术条件及特殊要求进行检验,检验合格后,材料质控负责人给出材料检验编号。焊接材料质量证明书经检验合格后,采购人员会同材料保管员对焊材实物的批号,包装等与质量证明书进行核实,其内容应统一。(2)焊材复检对焊丝、焊剂等焊接材料的熔敷金属的化学成分,晶间腐蚀倾向试验、选择性腐蚀试验检查及金相检查。经验收和复检合格后，焊接材料应放在符合管理要求的焊接库,并由保管人质在明显的位置作出材料标记。6 主要零件的加工制造 6.1筒节的制造(1)领料 钢板表面不允许存在有裂纹、气泡、结疤、折叠和夹杂等缺陷，图样及标准规定进行超探的材料应检验合格。（2）号料 按排板图号料，一般同材料，同焊接方法的筒体纵缝加工一组产品试板。 按排板图号料，一般同材料，同焊接方法的筒体纵缝加工一组产品试板。（3）下料 采用离子切割机放水切割由于筒节为圆柱形回转体，划线前进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，一般按中径展开。具体展开公式为：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），两侧均需要刨边时，取S=1015mm。在三辊卷板机上卷弯视为纯弯曲作用，可不考虑钢板弯卷时的伸长量。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（可在某一块板料上加放焊接收缩量） 由于所制备的液化器壳体尺寸为1000mm3647mm（公称直径长度），根据壳体展开长度可确定出壳体所需钢板尺寸为:长度L=（Dg+）+ S=3.14（1000+8）+123768mm，板厚=8mm，宽度L*=850mm。所以在焊接时采取分段筒节对焊而成。因此取三块划线尺寸为3768mm850mm（长度宽度）的坯料如图6-1 图6-1筒体的下料示意图(4)坡口切割 采用氧乙炔切割坡口(5) 筒节卷制：采用对称三辊卷板机来卷制板料。筒节卷制过程如下：a预弯两端 在板料两端划出预弯线。预弯部分的弧长不得小于300mm，且板端不应留有直边。预弯时两端头要放正，不能歪斜。用弧长等于直径的1/6，且不小于300mm 的内、外样板检查圆弧度。尽量使筒体R 能同样板吻合，预弯端口处外张或内曲，其间距应0.1 n2mm 且不大于5mm， 图6-2 三辊卷板机预弯示意图b、对中 板料预弯后，将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。c、卷圆 未卷制前，应将钢板表面污物清除干净。钢板两端面用手提砂轮除锈，直至露出金属光泽为止。卷圆过程中一次弯曲量不宜过大，尤其对强度较高的钢板更需控制。纵缝处端面应保持平齐，对口根部距离为25mm。要避免出现棱角，力求与样板吻合。筒节端部错开要求尽量不超过2mm。(6)纵缝组装焊接母材：16Mn 坡口形式及尺寸见图5-1焊接材料：焊丝H08A，焊剂HJ430。 图6-3 坡口形状及尺寸 焊接设备的选择焊接设备:MZ-1000埋弧自动焊机，焊接电源及种类:采用直流反接法， 焊接方法选择：埋弧焊 焊前准备：坡口通过火焰或刨边机加工，通过砂轮打磨坡口两侧20慢慢，焊剂在250-300C下烘干，2h，最高层间温度为300C。焊前预热：气温不低于-16C不预热，气温低于-16C，预热温度100-150C。 坡口形式及尺寸：坡口采用机械加工，坡口形式：I形坡口 焊接参数焊接电流: 600-650A，电弧电压: 34-37U，焊接速度：36m/h送丝速度：85-95m/h，焊接位置：平焊焊接顺序：线焊接正面焊缝，反面清理后焊接反面焊缝，焊缝层数: 双面焊。 纵缝的对口错边量b，应符相关的规定。筒节端部错开不得超过1mm。组装焊缝根部间隙，应符合图样或工艺要求，如无注明要求一般可取用 12mm。(7)定位及焊接 定位焊用焊条，定位焊长度及间距，焊接程序及规范等均按该产品的焊接工艺卡或本厂定位焊通用工艺规程执行。 凡双面焊对接焊缝，均先焊内缝，外缝清根后焊接。施焊焊工必须是合格焊工，施焊后，应在该焊缝规定处打上或书写焊工代号。(8)制孔：要在筒体上开出1个80mm、一个150mm和一个100mm的孔，先要进行二次划线、打标记来确定孔中心的位置，然后进行制孔。(9)矫圆与检查 矫圆时，根据筒节直径大小，可放在大小不同的卷板机上进行反复滚轧，必要时可 用垫板校正。筒节矫圆时，在同一断面上最大直径与最小直径之差e，应符合GB15098钢制压力容器关于壳体圆度的规定，应不大于该断面设计内直径Di 的1%，且不大于25mm。(10)检测 对无损检测要求，应根据产品设计图样而定。 6.2 标准椭圆形封头的制造图6-4标准椭圆形封头示意图标准椭圆形封头由半个椭球和一个高度为h0的圆柱形短节（封头直边部分）构成。其曲面深度h1与封头公称直径b之比为1比4，即h1=4b，直边高度按封头壁厚来选取,具体参数见表6-1。表6-1 标准椭圆形封头参数公称直径DN/mm封头壁厚/mm直边高度/mm曲面高度/mm坯料直径D0/mm坯料质量/kg封头质量/kg内表面积/容积/m1000825250127179.6741.1630.151椭圆形封头毛坯尺寸的计算公式：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。考虑加工余量后，封头毛坯直径可按下式计算公式：D0=P+2h0k0+2S，式中，k0封头冲击成形是的拉伸系数，取k0=1，S是封头边缘加工余量。椭圆封头的制造工艺有冲压成形、旋压成形、爆炸成形三种方法，由于冲压成形质量好，生产率高，所以选用冲压成形工艺来制造椭圆封头。封头的制造过程:材料验收材料复检放样号料划线、下料(直径为1271mm数量为两个） 切割冲压成形（采用水压机压制成形）二次划线二次切割压延成形验收检验。6.3 法兰的制造 法兰的加工过程：毛坯验收材料复检划线下料钻孔扩孔粗车大端外圆和小端外圆面精车大端外圆面和小端外圆面钻孔粗铣修锐边普通车床精铣大小端面清洗检验。零件形状尺寸见图6-5,具体参数见表6-2。图6-5板式平焊管法兰零件形状尺寸表6-2 板式平焊管法兰参数公称直径DN管子外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰内径B1法兰理论重量(kg)法兰外径D螺栓中心孔径K螺孔直径L螺孔数量n螺纹ThABAB8088.989200160188M162090.5913.59100114.3108220180188M16221161104.57150168.3159265240228M2024170.51617.61300323.93254454002212M2028327.532814.66.4 接管的制造塔顶冷凝器的接管主要连接法兰和筒体，材料选用16Mn，尺寸与法兰公称直径相配。接管的具体参数见表6-3表6-3接管的参数外径D(mm)长度l(mm)壁厚(mm)材料数量质量(kg)89113416Mn10.951151064.516Mn11.81591085.516Mn23.6325123816Mn17.7接管的加工过程：原材料验收材料复检号料划线下料保留8-10mm的加工余量切割车床上加工切割断面使其达到标准要求清洗表面检验。 6.5 支座的制造本设备采用鞍式支座安装，其型号和尺寸见表6-4和6-5。表6-5鞍座的尺寸公称直径DN允许载Q/ KN高度h底板腹板2筋板L1b22L3b2b331000143/30720076017050.751701401800.75垫板螺纹间距l2鞍座鞍座质量kg增高100mm所增质量kg弧长b44e11842700.754060044/577 /9表6-4鞍座的形式形式代号适用公称直径结构特征轻型A1000-4000焊制 120包角带垫板 四至六块筋板重型159-4000焊制 120包角带垫板 单至六块筋板支座的加工过程如下：(1) 按设计图纸、标准图尺寸号料。筋板和底板材料均为16mm垫板材料一般应与壳体材料相同。(2)下料按号料线剪切和切割底板、筋板、垫板。 按号料线剪切和切割底板、筋板、垫板。 (3) 滚制 垫板按筒体外径滚弧。垫板按筒体外径滚弧。 (4) 划线 按设计图纸及标准图进行底板、筋板、垫板的划线，底板上划出螺栓孔、底板中心线。(5)切割 按划线要求进行切割。保证垫板周边圆角、筋板切边。(6)组对 表面打磨干净后，将底板与筋板点焊在一起。(7) 安装划线 按设计图纸进行支座安装方位划线，划出筒体上垫板的安装位置线。(8) 安装 允差2mm。(9) 焊接采用CO2气体保护焊焊接程序：沿垫板周边对称焊接。支座垫板应在热处理前焊于壳体上。 (10) 检查 焊缝金属表面不得有裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷，焊接后不应残留飞溅物。 7 各部件的装焊工艺 装配焊接是将零件按规定的技术要求组装配：将零件按规定的技术要求组装起来焊接，并经过调试、检验使之成为合格产品的过程。在装配过程中，允许偏差值要小于2mm。 装焊过程中的夹紧。 在焊接结构生产中经常采用的夹具有装配定位焊夹具、焊接夹具、矫正夹具等。一个完整的工装夹具，一般由定位器、夹紧机构和夹具三部分组成。夹具起着连接定位和夹紧元器件的作用，有时还用于对焊件的支承.所以在夹具上定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法位置她的既定位置，即始终使工件的定位基准与工件的定位元件紧密接触。利用某种施力零件或机构使工件达到并保持预定位置的操作称为夹紧。用于夹紧操作的元件或机构就称为夹紧器或夹紧机构。夹紧操作在表现形式上都是对被夹持的工件实施力的作用，但其工艺内涵却不尽相同，其具体作用有以下几方面。 用以实现工件的可靠定位 定位器的合理选择和布置为实现工件的正确定位提供了必要条件，但不是充分条件。只有与恰当的夹紧力相配合，将工件表面贴紧在定位面上，才能产生最终的定位效果。 用于实现工艺反变形 在解决焊接构件的挠曲变形、角变形等工艺问题时，经常采用装配反变形工艺措施。为了有效控制工件的形状、变形量及位置稳定等，首先必须通过某些夹具使工件整体稳固，然后再运用专门设置在特定部位的夹具对工件施加反变形力。 用于保证工件的可靠变位 在焊接工序中，有时需借助接变位机对工件进行倾斜或回转。这时，吊装在变位机工作台或翻转机上的工件也必须采取可靠的夹紧措施，以确保操作过程的安全，防止工件在焊接过程中产生相对窜动。 用于消除工件的形状偏差 目前“冲压-焊接”结构应用较广泛。由于各种工艺因素的影响，经冲压成形的板壳类零件往往产生不同程度的形状偏差。为了消除这些不良影响，有效控制产品的装配质量（如装配间隙控制、工件圆度控制），在装配工序中利用一些专用夹具来弥补工件本身存在的质量偏差，降低废品率。在焊接结构的装配、焊接过程中，夹紧操作是十分重要的环节，它决定产品的质量，也涉及生产过程的安全。因此，夹紧力的方向应尽可能与所受外力的方向相同，使所需设计的夹紧力最小，所以主要定位基准的位置是好是水平的，夹紧力的作用点应安置在零件刚性最大的部位上。焊接过程中的变形。 焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的 热过程,但由于不均匀温度场,导致焊件不均匀的膨胀和收缩,从而使 焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形.常见的焊接应力有:1)纵向应力;2)横向应力;3)厚度方向应力.常见的焊接变形有:1)纵向收缩变形; 2)横向收缩变形; 3)角变形; 4)弯曲变形; 减少变形措施：(1)设计时，避免焊缝的十字交叉，避免其应力集中，保持较好的焊接操作可适性。(2)焊接前采取预热(3)焊后采取锤击法7.1筒体的纵缝装焊筒节的卷制完成后，进行纵缝的装配焊接。筒节的装配一般在V形铁或焊接滚轮架上进行。装配时一般采用各种夹具来保证质量，一般采用带II形铁的螺旋夹紧器，斜楔形夹紧器，螺旋拉进器。带II形铁的螺旋夹紧器，斜楔形夹紧器为错边的防止措施，螺旋拉进器为间隙调整。在装配过程中一般通过夹具来保证纵缝的边缘平齐，且沿着整个长度方向上间隙均匀一致后，可以进行定位焊接。定位焊接一般采用手工电弧焊接，焊点要有一定的尺寸，且焊点间距为200到300mm。装配完后可进行双面埋弧焊。采用双面埋弧焊时对工件的边缘加工和间隙装配要求高，要求边缘必须平直，保证间隙小于1mm。焊接第一面的熔深为板厚的40%到50%,第二面要控制熔深达到板厚的60%到70%，保证焊接质量。7.2筒体的环缝装配焊接 (1) 筒节间的环缝的装配方法一般采用卧式装配方法，在焊接滚轮架或V形铁上进行。首先将要组装的筒节置于焊接滚轮架上，将另一个筒节放在小车式滚轮架上，通过移动装配夹具，调节夹具使滚轮架上的筒节端面对齐，在调节小车式滚轮架上可升降和平移的四个滚轮，使筒节端面对齐。当筒节连接可靠后，将小车式滚轮架上的筒节推向滚轮架，通过夹具固定后进行定位焊接。（2）筒体装配好后可以进行环缝的焊接，一般采用埋弧焊接方法。这个过程是在埋弧焊机与焊接操作机和焊接滚轮相互配合来完成。焊接时操作机上的焊机固定不动，由焊接滚轮架以焊接速度带动筒体旋转来进行焊接。对于容器直径小于2000mm时的环缝焊接，如果机头的位置所处不当时，就会造成焊缝成形不良。焊接外环缝时若将焊接机头（焊丝）置于环缝最高点，由于电弧后倾，熔池金属将向右下方流淌，致使熔深加大，焊缝余高增加，熔宽减小。为了避免上述问题的产生，环缝焊接时，焊机机头所处的位置要有一个提前量，其值应在环缝最高点前移3050mm，如图7-1所示。这样可以使熔池大致在水平位置凝固，以得到正常成形的焊缝。 图7-1环缝焊接时机头所处的位置7.3接管与法兰的装配焊接焊接过程中应该注意:（1）接管与法兰的装配焊接应该控制法兰面中相对接管轴线垂直度不大于1%，且不小于3mm，装配焊式不能让法兰封面碰上，最好在焊接变位器上进行。（2）接法兰螺栓孔中要求划出管中心线与伸出高度线，且点焊接定位板，接管伸出高度不大于25mm。（3）预装接管对管体所开管口孔进行气割修正并打磨后，使之坡口完全符合技术要求，间隙装配均匀。 装配过程一般在焊接变位器上进行,装配完后然后进行点焊固定，进行co2焊接。焊接参数见工艺评定。接管和法兰焊接示意图及接头形式见图7-2 图7-2接管和法兰焊接示意图及接头形式7.4 筒体与接管的装焊一般通过直尺，角尺，水平尺，量具进行找正，其基准位置一般为管孔中心线，筒体外壁，法兰加工面，找对基准面后，然后进行点焊固定，进行co2焊接。对于接管与筒体的焊接，应该注意8mm厚的筒体焊接时注意采取措施防止焊接变形及筒体塌腰。坡口形式采用局部焊透的坡口形式，焊接工艺与母材相同。接管和筒体焊接示意图及接头形式见图7-3。图7-3 接管和筒体焊接示意图及接头形式7.5支座的安装焊接 在筒体底部的心线上找出支座安装位置线，并以筒体两端环缝检查线为基准划出弧形垫板装配位置线。 配垫板用螺栓或锲铁压紧，使垫板与筒壁紧贴，其间隙不大于2mm。 在垫板上划出支座立板位置线。 试装固定鞍座，当装配间隙过大或不均时，用气割进行修正，使之间隙不大于2mm。 旋转筒体，用水平位检测固定鞍座底板，使其保持水平位置。 按相同步骤装焊滑动鞍座，在气割修正时，使两个鞍座高度等高。当装配间隙合适，底板已找水平，螺栓孔间距要满足要求。 两对两个鞍座的安装尺寸作一总体检测，合格后进行焊接。最后采用点焊固定，然后进行CO2焊接，焊接参数见工艺评定。8 质量产品检验产品在制造完后为了保证其在服役过程中的焊接质量，必须对产品检测，检测的方法有表面检测，无损检测包括射线探伤，超声波探伤，磁力探伤，渗透探伤，还有就是进行压力试验，主要是水压试验和气密性试验。对于16Mn塔顶冷凝器主要是进行表面检测，射线探伤，渗透探伤，水压试验。8.1 表面检验表面检验是检查产品表面是否有大的缺陷，主要进行的是焊接坡口、焊缝余高、焊缝表面质量检验等。具体要求为：焊接坡口：不得有裂纹、分层、夹渣等；焊缝余高：余高02.5mm焊缝表面质量：不得有裂纹、气孔、弧坑、夹渣、熔渣、未融合、飞溅物。8.2 无损检验8.2.1 X射线探伤X射线探伤是利用X射线穿透物体来发现物体内部缺陷的探伤方法。射线能使胶片感光或激发某些材料发出荧光。射线在穿透物体过程中按一定的规律衰减，利用衰减程度与射线感光或激发荧光的关系可检查物体内部的缺陷。焊缝射线探伤的一般过程如下：焊缝表面质量检查核对实物与委托单项目机器预热画草图贴片、贴标、屏蔽散射线对位选焦距开机透照胶片处理底片评定签发检验报告底片及资料存档。 8.2.2 渗透探伤渗透探伤是利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检验方法。渗透