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文檔簡介
2.精餾塔制造實例介紹2.1 精餾塔上封頭制造工藝設計模板 上封頭的總體生產工藝過程(工藝過程):原材料入庫原材料復檢預處理劃線及標記下料邊緣加工開破口拼接修平焊縫熱沖壓成型修正并去除氧化皮熱處理無損探傷封頭制造的準備:包括如鋼板的檢測和保存,鋼板的預處理方法和工藝;展開計算、劃線,切割加工等,封頭的拼接設計; 鋼板的檢測和保存:外觀檢驗、幾何尺寸檢驗、理化檢驗和鋼板的超聲波探傷,其中超聲波探傷結果按ZBJ74003-88壓力容器用鋼板超聲波探傷規(guī)定的質量分級,應不低于級。 鋼板的處理方法和工藝 原材料凈化:原材料在軋制以后以及運輸和庫存期間,表面常產生鐵銹和氧化皮,粘上油污和泥土。經過劃線、切割成型、焊接等工序后,工件表面會粘上鐵渣,產生傷痕,焊縫及近縫區(qū)會產生氧化膜。這些污物的存在,講影響設備制造質量,所以必須凈化。在設備制造中凈化主要有以下目的:(1)清除焊縫兩邊緣的油污和鐵銹物,以保證焊接質量。(2)為下道工序做準備,即是下道工序的工藝要求。(3)保持設備的耐腐蝕性。常用的凈化方法有:手工凈化、機械凈化、化學凈化和火焰凈化四種。封頭原坯料采用機械凈化中的噴砂機除銹。噴砂是大面積去除鐵銹和氧化膜的先進方法。它是利用高速噴出的壓縮空氣流帶出來的高速運動的砂粒沖擊工件表面而打落鐵銹和氧化膜的方法。 矯形:設備制造所用的鋼板、型鋼、鋼管等,在運輸和存放過程中,會產生彎曲波浪變形或者扭曲變形。這些直接影響了劃線切割彎卷和裝配等工序的尺寸精度,從而影響了設備的制造質量,有可能造成誤差超差而成為廢品,所以當材料的變形超過允許范圍時必須進行矯正處理。常用的矯形方法有手工矯形,機械矯形,火焰加熱矯形。劃線:劃線是在原材料或經初加工坯料上劃出下料線下料線各種位置線和檢查線等,劃線工序通常包括對零件的展開計算,號料和打標記等一系列操作。(1)封頭的展開計算將零件的空間曲面展成平面稱為展圖,是劃線的主要工作環(huán)節(jié)。該封頭為標準橢圓形封頭,材料為06Cr18Ni12Mo2Ti,封頭內徑Di=1500mm 封頭壁厚=18mm 封頭中徑Dm=Di+=1500+18=1518mm 直邊高度h=40mm 根據等弧長法,將封頭展開成圓形板坯,其尺寸:Da=1.213Dg+1.5h=1.2131500+1.540=1880mm(2)號料將展開圖正式畫在鋼板上的作業(yè)稱為號料,其要考慮加工余量,加工余量主要包括變形余量,機加工余量,切割余量,焊焊接工藝余量等。由于實際加工制造方法,設備,工藝過程等內容不盡相同,因此加工余量的最后確定是比較復雜的,要根據實際情況來確定。號料時應注意以下問題如表5-1所示: 表5-1加工余量選擇:邊緣加工余量焊接坡口間隙焊縫收縮量切割余量劃線公差7mm4mm-10mm7mm實際用料線尺寸=展開尺寸焊接坡口間隙+焊縫收縮量邊緣加工余量=1880-4+7=1883mm切割下料尺寸線=實際用料線尺寸+切割余量+劃線公差=1880+10+7=1897mm 考慮余量后,板坯尺寸取200018(mm) 排樣樣板或零件在鋼材上如何排列對鋼材的利用率影響很大,應盡可能緊湊的排列,充分利用鋼板。 打標記 線完成后,為保證加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等,在切割線、刨邊線、開孔中心及裝配線等處均勻打上沖眼,用油漆標明標號、產品工號和材料標記移植等,以指導切割,成型,組焊等后續(xù) 工序的進行。 切割及邊緣加工 按照所劃的切割線從原材料上切割下零件毛坯,該工序稱為切割,常用方法有機械切割(鋸床、圓盤剪板機等),熱切割(氧氣切割、等離子切割等)。機械切割操作簡單,成本低,但其生產效率低,切口精度差,而且不適合用于切割太厚、形狀較復雜的鋼板,它只適用于切割矩形或棒料。等離子切割機的特點是切割速度快、切縫狹窄、切口平整、熱影響區(qū)小、工件變形度低、操作簡單,并且具有顯著的節(jié)能效果。它不受物性限制,可切金屬也可切非金屬,適用于任何材料的切割,但是它的成本太高。氣割是用可燃氣體與氧氣混合燃燒的預熱火焰,將金屬加熱到燃燒點,并在氧氣射流中劇烈燃燒而將金屬分開的加工方法??扇細怏w與氧氣的混合及切割氧的噴射是利用割炬來完成的。氣割所用的可燃氣體主要是乙炔、液化石油氣和氫氣等。氧炔焰氣割過程是:預熱一燃燒一吹渣。并不是所有金屬都能被氣割,只有符合下列條件的金屬才能被氣割: (1)金屬能同氧劇烈反應,并放出足夠的熱量。 (2)金屬導熱性不應太高。 (3)金屬燃燒點要低于它的熔點。 (4)金屬氧化物的熔點要低于金屬本身的熔點。(5)生成的氧化物應該易于流動。精餾塔封頭鋼板切割選用等離子切割 邊緣加工:首先,按照劃線切割余量,消除切割時邊緣可能產生的加工硬化、裂紋、熱影響區(qū)及其他切割缺陷;其次,根據圖樣規(guī)定,加工各種形式,尺寸的坡口,通常加工方法有手工加工,機械加工,熱切割加工。 板坯加熱 因為 相對厚度/Do100=18/2000100=0.90.7 且封頭冷、熱沖壓與相對厚度的關系知,該封頭為熱沖壓,沖壓前,把板坯加熱至始鍛溫度,放在壓力機上沖壓,到終鍛溫度時停止沖壓,封頭毛坯加工工藝如圖5-1曲線所示。 圖5-1封頭的拼接設計:因為展開計算后的圓形坯料D0為2000mm1500mm,所以拼焊焊縫數取為1,焊縫距圓形中心線距離D0/4=500mm,取400mm.拼接的焊接方法選擇、焊接工藝設計,工藝參數確定以及相應的檢測、熱處理方法等; 拼接的焊接方法選擇:手工電弧焊電弧穩(wěn)定性好,設備簡單、操作維護方便適合全位焊接,適用于各種鋼種,各種角度和各種結構的焊接,因電弧溫度高,焊接速度較快,熱影響區(qū)小,焊接接頭的機械性能較為理想,所以焊接質量好,同時,手工電弧焊易于分散應力和控制變形,所有焊接結構中,因受熱應力的影響,都存在著焊接殘余應力和變形,采用手工電弧焊,可以通過工藝調整,如跳焊、對稱焊等方法來減少變形和改善應力分布。該封頭的厚度較小,所以綜上選擇手工電弧焊。 焊接工藝設計 焊接參數 (1) 焊條的選擇和焊條直徑奧氏體不銹鋼焊條選用要保證焊縫金屬具有與母材的化學成分和機械性能大致相近,同時還要求保證焊縫金屬具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。含碳量對不銹鋼的耐腐蝕性能影響很大,一般選用焊條熔敷金屬中的含碳量不高于母材的焊條。根據鋼制壓力容器焊接規(guī)程選用A212型焊條,A212是鈦鈣型藥皮的低碳含Nb穩(wěn)定劑的Cr18Ni12Mo2Nb不銹鋼焊條,其具有很好的抗晶間腐蝕性能,有優(yōu)良的操作工藝性能,而且可交直流兩用。一般情況下焊條直徑根據被焊工件的厚度來選擇,水平焊對接時焊條直徑的選擇見表7-1. 另外還要考慮接頭形式、焊接位置、焊接層數等的影響。 表7-1 焊條直徑的選擇 工件厚度/mm1.52 341281212焊條直徑/mm1.62.02.53.23.244556故由工件厚度18mm選擇焊條直徑5mm(2) 焊接線能量 焊接線能量公式為Q=IU60/V 其中 Q-焊接線能量(J/cm) I-焊接電流(A) U-電弧電壓(V) V-焊接速度(cm/min)不銹鋼焊接線能量應在保證熔合良好的情況下盡量采用小線能量。(3) 焊接電流 對于手工電弧焊,焊接電流是影響焊接質量的關鍵。焊接電流過小,電弧燃燒不穩(wěn)定,對工件加熱不充分,易造成未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷;焊接電流過大,易使焊條發(fā)紅、藥皮崩落和失效,使其保護作用下降,影響接頭成形,使熱影響區(qū)增寬、晶粒粗大。一般情況下根據焊條直徑來選擇焊接電流的范圍,如表7-2所示,同時還要考慮板厚、接頭形式、焊接位置、施焊環(huán)境溫度、工件材質等因素。 表7-2焊接電流與焊條直徑的關系焊條直徑/mm1.62.02.53.2456焊接電流/A254040655080100130160210200270260300(4) 焊接電弧電壓 焊接電弧電壓的大小一般為2030V,主要由電弧長度決定。電弧長則電弧電壓高;反之電弧電壓低。 電弧長度一般為26mm。(5) 焊接速度 焊接速度的大小直接影響著生產效率,通常在保證焊縫熔透的情況下盡量采用較大的焊接速度。(6) 焊接層數 焊接層數用下式估算 n=/d 其中 n-焊接層數 -工件厚度,mm d-焊條直徑,mm則 n=18/54焊接坡口設計:當壓力容器板厚超過一定厚度是,為保證壓力容器的焊縫全部焊透而無缺陷,應將鋼板接頭處開各種形狀的坡口,這些坡口的尺寸和形狀取決于被焊材料和采用的焊接方法。常用的對接接頭形式:a.直邊對接,用于不開坡口的單面焊或背面雙面焊;b.單面V形坡口,用于單面焊或背面清根的雙面焊;c.不對稱X形坡口,用于手工電弧焊封底的埋弧自動焊或雙面埋弧自動焊;d.對稱X形坡口,用于雙面手工電弧焊或埋弧自動焊;e.單面U形坡口,用于背面手工電弧焊封底的埋弧自動焊或正面手工氬弧焊封底的埋弧自動焊;f.雙U形坡口,用于雙面埋弧自動焊或雙面手工電弧焊;g.單面雙V形坡口,用于手工電弧焊或手工氬弧焊封底的埋弧自動焊。 焊接坡口形式的選定要保證全焊透,方便從坡口加工、焊接、修磨整個實焊過程,而且要盡量減少焊接量。鋼板厚度為18mm,材料為奧氏體不銹鋼,選擇手工電弧焊,坡口選擇V型焊接坡口,結構尺寸如圖7-1所示: 圖7-1焊接注意事項 由于材料為奧氏體不銹鋼,所以焊接過程中需要注意一下方面:(1) 焊前準備焊件表面清理:焊件待處理兩側各20mm表面應徹底清理干凈。焊條的烘干:奧氏 體不銹鋼焊縫中的氣孔主要是氫氣孔,熔滴及熔池中的氫主要來源是藥皮中的水分,所以焊條使用前應進行復烘。(2)焊接過程中 1) 不允許焊條在非焊接部位引弧,地線應與工件夾緊,焊接平臺不應作地線用,以免引弧點和局部受熱出現局部腐蝕。2) 由于奧氏體不銹鋼電阻大,導熱性差,可采用小焊接電流、高焊速、窄焊道、短弧、不做橫向擺動,以降低熱輸入,提高熔池冷卻速度,減少偏析。3) 采用多層多道焊,焊縫的打底采用單面焊雙面成形技術,打底焊道應確保熔透。4) 原則上不預熱,每焊完一道要徹底清除熔渣,層間溫度控制在60以內,每道焊縫焊完后用水沖淋,以減少焊縫的高溫停留時間。5) 與腐蝕介質接觸的焊層可考慮最后施焊,以提高焊縫金屬的耐腐蝕能力。6) 焊后對焊縫進行酸洗鈍化處理以增強其耐腐蝕性能。 7.5 檢測方法:封頭拼接焊縫屬于凸型封頭上拼接焊縫,為A類焊縫,進行或者超聲波檢測.探傷標準如表7-3所示 表7-3 探傷標準超聲波探傷JB1152-81鍋爐和鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷射線探傷GB3323-87鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級 不銹鋼封頭成型的注意事項,成形工藝設計及相關計算、模具設計、設備選用等,檢測方法選擇、熱處理方法選擇,邊緣加工方法等。 不銹鋼封頭成型的注意事項 封頭的沖壓過程屬于拉延過程,在沖壓過程中各部分的應力狀態(tài)和變形情況都不同,處于壓邊圈下部分的毛坯邊緣A部分,由于封頭的下壓力使其經受徑向拉伸應力,并向中心流動,坯料外直徑減?。贿吘壗饘傺厍邢蚴湛s,產生切向壓縮應力,會使邊緣喪失穩(wěn)定性而產生褶皺;常用壓邊圈將邊緣壓緊,則在板厚方向又產生壓應力,即法蘭部分承受三向應力狀態(tài)。處于下模圓角部分的材料,除受到徑向拉伸應力和切向壓縮應力外,還受到彎曲應力??障恫糠秩允艿綇较蚶鞈颓邢驂嚎s應力,而板厚方向不受力,處于自由狀態(tài),封頭底部的材料,徑向和切向都受到拉應力,有較小的伸長,所以壁厚略有減薄。 成形工藝設計及相關計算成形工藝設計:由相對厚度18100/2000=0.9查表7-7可知采用熱沖壓加熱規(guī)范如表7-4所示:表7-4 加熱規(guī)范加熱溫度/終壓溫度/沖壓后的熱處理溫度/1150950-上封頭采用在水壓機上整體熱沖壓成形,關鍵條件有合適的噸位,開檔,行程的水壓機和相應的工裝模具,高溫加熱爐以及合理的沖壓工藝。如附圖所示,將毛坯對中放在下模上,然后開動水壓機使活動衡量空程向下,當壓邊圈與毛坯接觸后,開動壓邊缸將毛坯邊緣壓緊,接著上模空程下降,當與毛坯接觸時,開動主缸使上模向下沖壓,對毛坯進行拉伸,至毛坯完全通過下模后,封頭便沖壓成型。最后開動提升缸和回程缸,將上模和壓邊圈向上提起,與此同時用脫模裝置將包在上模上的封頭脫下,并將封頭從下模支架中取出,沖壓過程結束。 相關計算:計算沖壓力 P=CK(D0-DW)btC壓邊力影響系數,無壓邊力C=1,有壓邊力C=1.2; 對于橢圓形封頭,壓邊條件Do-Dn(18-20) ,2000-1500=500(18-20)18=324-360所以采取壓邊圈,故取C=1.2 K封頭形狀影響系數,橢圓形封頭K=1.25-1.35;K取1.3 D0封頭外徑,mm Dw筒節(jié)外徑,mm所以 P=1.21.33.14(2000-1500-218)18530=21.68t 模具設計上模(沖頭)其結構及主要設計參數 上模直徑Dsm根據封頭內徑和熱沖壓的收縮率或冷沖壓的回彈率計算,材料為不銹鋼,取=0.5 Dsm= Dn(1)=1500(10.5)=750-2250mm 上模曲面部分高度HsmHsm=hn(1)=375(10.5)=187.5-562.5mm 上模直邊高度H0H1封頭高度修邊余量,一般為15-40mm,取H1=25mm H2卸料板厚度,一般為40-80mm,取H2=50 mmH3保險余量,一般為40-100mm,取H3=50mm 所以,H= h1+ H1+ H2+ H3=40+25+50+50=165 mm 上模上部分直徑DsmDsm=Dsm+(2-3) mm=752-2252mm 上模壁厚當水壓機噸位小于等于400 t時,=30-40 mm,取=35 mm下模(沖環(huán))其結構及主要設計參數 上下模間隙a附加值z熱沖壓時,z=(0.1-0.2)=0.1840=7.2 mm,橢圓形封頭取較大值a=+ z=18+7.2=25.2 mm 下模內徑DxmDxm= Dsm+2a+mm下模制造公差,取m=2 mmDxm=(750-2250)+225.2+2=(802-2302)mm 下模圓角半徑r根據經驗選取,采用壓邊圈時,r=(2-3)(mm)=218=36mm 下模直邊高度h1h1=(40-70)mm,取h1=50 mm 下??偢叨萮h=(100-250)mm,取h=200 mm 下模外徑D1D1= Dxm+(200-400)mm=(1102-2602)mm 下模座外徑D應大于毛坯直徑D0,(2000 mm),高度H= h+(60-100)mm 下口內徑D2應比與之配套的最大壁厚封頭的下模內徑Dxm大(5-10)mm檢測方法選擇橢圓形封頭沖壓后各部分的壁厚有變化,通常在封頭曲率大的部位,由于經向拉應力和變形占優(yōu)勢,所以壁厚減薄較大。而直邊和靠近直邊曲率較小的部件,由于切向壓應力和變形占優(yōu)勢,所以壁厚增加,而且越接近邊緣,增加壁厚越大。所以選擇超聲波檢測來檢測封頭壁厚變化情況。熱處理方法的選擇奧氏體不銹鋼封頭在冷壓后不需要進行熱處理,但在熱壓后產生晶間腐蝕和熱裂紋時需要進行熱處理。 邊緣加工方法 對圖紙中有技術要求焊接坡口,等離子切割后的邊緣等要進行邊緣加工常用的邊緣加工方法有鏟邊、刨邊、銑邊和碳弧電氣刨邊四種。接管孔的加工以及接管的焊接工藝; 接管與封頭焊接設計針對奧氏體不銹鋼的性能和焊接特點,從焊接坡口型式和焊條牌號的選用、焊接參數的確定焊接工藝措施方面入手,制定焊接方案。(1)焊接接頭坡口形式的選定保證全焊透,方便破口加工、焊接、背面清根、修磨整個施焊過程,盡量減少焊接質量。不銹鋼管孔采用等離子機切割制管孔后角向砂輪磨制成形的磨制方法。據此采用如圖9-1所示坡口型式。 圖9-1(2)焊條的選用奧氏體不銹鋼焊條的選擇除了要保證焊縫金屬具有與母材成分和機械性能大致相近,還要求保證焊縫金屬具有優(yōu)良的耐腐蝕性。含碳量對不銹鋼耐腐蝕性能影響很大,一般選用焊條熔敷金屬中的含碳量不高于母材的焊條。按JB/T4709-20鋼制壓力容器焊接規(guī)程,依據規(guī)程選擇以下焊條用于06Cr18Ni12Mo2Ti焊條為A132、A137兩種,焊條的熔敷金屬化學成分標準值要求如表8-1 表8-1 A132、A137焊條化學成分標準值CMnSiCrNiSPA212=0.080.52.5=0.918.0210.911.0=0.03=0.04A137=0.080.52.5=0.918.0210.911.0=0.03=0.035A132焊條為堿性焊條而A137屬于低氫焊條,堿性焊條最大優(yōu)點是焊縫金屬中含氫量低,因而抗裂性好,由于奧氏體不銹鋼本身具有良好的塑性韌性,綜合考慮選用A132焊條。焊條直徑選擇5mm。(1) 焊接參數的確定焊接層數 n=/d 其中 n-焊接層數 -工件厚度,mm d-焊條直徑,mm則n=18/54各焊接參數如下表8-2 表8-2 焊接參數層數焊條牌號焊條規(guī)格直徑(mm)電源極性電流(A)電壓(v)焊速(cm/min)1A2123.2直流反接80100212381224A2124直流反接12015023261218檢測方法對接管的焊焊采用滲透檢測。 焊接注意事項(1)坡口間隙不能過小,間隙過小,容易產生未熔透,但是太大會產生裂紋夾渣等缺陷。(2)焊接之前需要將接頭附近雜質清理干凈。(3) 原則上不預熱,每焊完一道要徹底清除熔渣,層間溫度控制在60以內,每道焊縫焊完后用水沖淋,以減少焊縫的高溫停留時間。(4)焊后對焊縫進行酸洗鈍化處理以增強其耐腐蝕性能。2.2 精餾塔筒節(jié)制造工藝實例 筒體制造工藝簡明流程圖材檢噴砂探傷號料下料刨坡口拼接筒體成形加工破口(檢測)再卷圓裝焊縱縫校圓噴砂打磨探傷刨坡口探傷組焊打磨探傷筒體制造工藝過程卡片 1.筒節(jié)材檢 1)筒體用316Ti鋼板除應滿足GB6654-1996規(guī)定外,還應符合1572-00-JT中的有關要求; 2)材料質證齊全,標記清楚。 2.噴砂 噴砂清理鋼板表面氧化皮 3.探傷 鋼板逐張按JB/T4730.3-2005進行100%UT檢測,級合格 4.號料 1)號筒體下料線,刨邊線、檢查線,L=4779 2) 號筒體縱縫試板一對,規(guī)格2000x1750,2779x1750mm 5.下料 按線氣割下料,清除熔渣 6.刨坡口 按圖刨筒體縱環(huán)向接頭坡口,削邊段坡口暫不加工 7.拼接 按排料圖將板塊拼接成一塊8.筒體成形 筒體在美三輥卷板機上冷卷成形,符合圖樣要求9.加工破口 按圖刨坡口,剖口進行檢測10.再卷圓 再卷圓,減小錯邊量,進行UT檢測11.裝焊縱縫 1)組裝筒體縱向接頭,控制對口錯邊量3 2)焊接詳見焊接工藝說明書 3)帶筒體縱縫試板一對 4)打磨.清理焊縫表面12.校園 筒體在三輥卷板機上進行校圓,檢查幾何尺寸,符合GB150的有關規(guī)定13.噴砂 噴砂清理表面氧化皮14.打磨 打磨、清理焊縫表面 15.探傷 1)焊接接頭進行100%RT,按JB/T4760.2-2005中級合格 2)焊接接頭進行100%RT,按JB/T4760.3-2005中級合格 16.刨坡口 加工組焊用破口 17.組焊環(huán)縫 1)組裝環(huán)縫,控制對口錯邊量3 2)焊接詳見焊接工藝說明書 3)打磨、清理焊縫表面 18.打磨 打磨、清理焊縫表面 19.探傷 1)焊接接頭進行100%RT,按JB/T4760.2-2005中級合格 2)焊接接頭進行100%RT,按JB/T4760.3-2005中級合格筒體制造的準備 鋼材的預處理鋼材的預處理是對鋼板、管子和型鋼等材料的凈化處理、矯形和涂保護底漆。凈化處理主要是對鋼板、管子和型鋼在劃線、切割、焊接加工之前和鋼材經過切割、破口加工、成型、焊接之后清除其表面的銹、氧化皮、油污和熔渣等。由于筒體材料選擇不銹鋼,故應先進行酸洗在進行鈍化處理,以形成均勻的的金屬保護膜,提高其耐腐蝕性能。不銹鋼酸洗配方為:濃硝酸20;氫氟酸10;水70。室溫,時間1530min。噴砂處理:可除銹、氧化皮等,使之形成均勻的有一定粗糙度的表面。砂粒均為石英砂,壓縮空氣的壓力一般為0.50.7MPa,噴嘴受沖刷磨損較大,常用硬質合金鋼或陶瓷等耐磨材料制成。 矯形對鋼板在運輸、吊裝或存放過程中的不當所產生變形進行校正的過程。有些制造精度要求高的設備對保存好的鋼板也要矯形。就鋼板而言,供貨的技術要求鋼板的平面度每米不得大于10mm,不能滿足一般用鋼的變形量允許偏差每米小于1mm或1.5mm的要求。精餾塔筒體鋼材選擇冷矯(機械矯正),根據鋼板厚度選擇7輥輥式矯板機。劃線在原材料或經過加工的坯料上劃出下料線、加工線、各種位置線和檢查線等,并打上必要的標志、符號。劃線的工序通常包括對零件的展開計算、放樣和打標記。 零件的展開計算 筒體展開圖見圖6-1:(a)展開前的形狀及尺寸 (b)展開后的形狀及尺寸圖 6-1 筒節(jié)展開(1)筒體展開計算如公式(6-1)、(6-2):Dm=Dg+(61)L=Dm(62)已知:H=13825mm、Dg=1500mm、=18mm則由公式(61)得:Dm=Dg+=1500+18=1518mm 由(62)得:L=Dm=3.141518=4766.52mm h=H=13825mm(2)留余量(a)筒體卷制的伸長量:與被卷材質、板厚、卷制直徑的大小、卷制次數等條件有關,而本次采用冷卷,鋼板冷卷的伸長量較小,約為78mm。(b)邊緣加工余量:主要考慮內容為機加工余量和熱切割加工余量,見表6-1、表6-2:表 6-1 邊緣機加工余量/mm不加工機加工要去熱影響區(qū)0厚度25厚度252535表 6-2 鋼板切割加工余量/mm鋼板厚度火焰切割等離子切割手工自動及半自動手工自動及半自動103043118考慮到筒節(jié)很長,故取最大值10mm。(3) 坡口間隙查課本表6-25,取坡口間隙為2mm。(4)焊縫變形量對于尺寸要求嚴格的焊接結構件,劃線時要考慮焊縫變形量(焊縫收縮量),可以查相關的標準。對于簡單結構在自由狀態(tài)下進行電弧焊接時,也可以對焊縫收縮量等變形進行大致的估算。Y型坡口(板厚為1620mm),焊縫收縮量為1.92.4mm。實際用料線尺寸=展開尺寸-卷制伸長量+焊縫收縮量-焊縫剖開間隙+邊緣加工余 (63)切割下料線尺寸=實際用料線尺寸+切割余量+劃線公差 (64)(5)劃線公差筒節(jié)的劃線及公差要求見圖6-2:圖 6-2 筒節(jié)的劃線及公差要求長度L和寬度h如圖二所示,對角線之差不大于1mm,兩平行線的不平行度不大于1mm,若考慮相對長度、寬度的關系則更為完善。一般情況下劃線公差也可以考慮為制造公差的一般。(6)排料筒體排料的要求:(a)每節(jié)筒節(jié),其縱向焊縫數量,公稱直徑Dg不大于1800mm時,拼接焊縫不多于2條;公稱直徑Dg大于1800mm時,拼接焊縫不多于3條;(b)每一節(jié)筒體的縱向焊縫中心線間的弧長不應小于300mm,見圖6-3(a);(c)相鄰筒體的縱向焊縫與筒體縱向焊縫應互相錯開,并且兩焊縫中心間的弧長不得小于100mm,見圖6-3(b);(d)最短筒節(jié)長度不應小于300mm;圖 6-3 筒體上焊縫位置由公式(63)得:實際用料線尺寸 l=4766.52-7+1.9-2+10=4769.42mm4770mm h=13825-7+1.9-2+10=13827.9mm 13828mm由公式(64)得:切割下料線尺寸 l=4770+8+1=4779mm h=13828-7+1.9-2+10=13830mm成型加工 筒節(jié)的彎卷成型 筒節(jié)彎卷成形分析(1)彎卷選擇筒節(jié)的彎卷成形是用鋼板在卷板機上彎卷而成形的。根據鋼板的材質、厚度、彎曲半徑、卷板機的形式和卷板能力,實際生產中筒節(jié)的彎卷基本上可分為冷卷和熱卷。最小冷彎半徑見公式(7-1)Rmin=3.3(71)有公式(71)得:Rmin=3.3=3.318=59.4mm筒節(jié)的實際半徑D/2=1500/2=750mm實際半徑大于允許的最小冷彎半徑,可以冷彎卷制。冷卷成形通常是指在室溫下的彎卷成形,不需要加熱設備,不產生氧化皮,操作工藝簡單且方便操作,費用低。(2)設備選擇a選擇三輥卷板機,構造簡單,價格便宜,應用普遍。查書中表7-1得:上輥直徑r1=550mm; 下輥直徑r2=530mm; 下輥中心距 610mm; 卷板速度 3.35ms; 下輥升降速度 100 ms;b由于被卷鋼板兩端各有一段無法彎卷的直邊,故需對鋼板進行預彎卷,可用三輥卷板機預彎。筒節(jié)彎卷的設計和計算(1)卷制的工作過程如下:(a) 調整設備,軸線平行;(b) 把板坯裝入上下輥之間;(c) 上輥下壓,將板坯壓彎;(d) 驅動兩下輥旋轉,板坯借助摩擦力而移動,并帶動上輥轉動;(e) 板坯移動過程中,連續(xù)通過最大受力位置(上輥最低線),使整個板坯(除兩端)產生均勻一致的塑性變形,得到一定曲率的弧形板。(2)直邊預彎 預彎是筒節(jié)成型的一個關鍵工序,制造完成預彎模具后將下料鋼板放在油壓機上進行預彎工序。為了保證預彎曲率的一致性,在鋼板兩端進行每隔50mm劃線工作,每次壓機的下壓點均落在線上,而且保證每次的壓力大小均等。預彎成型后預制樣板進行檢查,間隙保證小于0.5m(3) 筒節(jié)下壓量的計算三輥卷板機下壓量見公式(7-2): hRr2l2Rr1(72)由公式(72)得:h7501853061027505501061.66mm(4)筒節(jié)彎卷的回彈估算 彎卷鋼板在輥子壓力下既有塑性彎曲,又有彈性彎曲,故鋼板卸載后,會有一定的彈性回復,即回彈。筒節(jié)在熱彎卷時,回彈量很小,不予考慮。但是,在冷彎卷時,回彈量很大,鋼材的強度越大,回彈量越大 。為了盡量控制回彈量,冷卷時要過卷,同時,在最終成形前進行一次退火處理。筒節(jié)回彈前的內徑Dn1可按公式(7-3)估算:Dnl=(1-2 KosE)(1+ K1s DnlE) (73)過卷量l可按公式(7-4)估算: l= (Dn-Dnl)2 (74)式中 Dn筒節(jié)內徑,1500mm ;s 鋼材屈服極限,常溫205MPa 200時為310MPa ;E鋼材彈性模量,2.06 GPa ;K1鋼板界面形狀系數,矩形K1=1.5 ; 鋼板厚度,18mm ;Ko鋼材相對強化模數,查表7-2得06Cr18Ni12Mo2Ti的Ko=3,由公式(73):Dnl=(1-2 KosE)(1+ K1s DnlE) =(1-23310 (2.06105)1500(1+1.5)解得:Dnl=1280.752mm 1281mm由公式(7-4)得:l =3.14(1500-1281)2=344mm筒體的校圓筒節(jié)縱縫焊完后根據棱角度和圓度情況確定是否校圓。校圓前筒節(jié)上的試板、(熄)引弧板必須采用切割方法取下,不得用錘擊方法取下,校圓時控制圓度:對于普通容器、塔器其圓度筒體內徑的1%,且25mm(卷制接管1%Di,且5mm),對于剛性不大的筒節(jié)只需對棱角度進行校正(棱角1/10s+2mm,且3mm)。筒體的焊接筒體制造的主要工序:制造的特殊要求1.不銹鋼的制作,要求有一個清潔的場地和環(huán)境,避免鐵素體污染和磕碰劃傷,否則會影響不銹鋼的耐蝕性能。因此,參加精餾塔或其他內件制造的工人要接受這方面工藝守則的教育,并在施工過程中嚴格遵守;下料場地應打掃干凈,消除雜物,可采用橡膠板鋪地,并禁止穿帶有鐵釘子的皮鞋,撬具、吊耳也應采用奧氏體不銹鋼制作。卷制筒體時必須在專用的卷板機上進行。不能與卷過鐵素體鋼的卷板機混合使用,除非將卷過碳鋼的卷板機輥子表面進行認真的清洗。當奧氏體不銹鋼冷變形超過20%,應進行提高耐蝕性能的固溶熱處理。熱處理爐內的氣體應盡量減少硫的含量,防止硫化物對不銹鋼的滲透降低耐蝕性能。當不銹鋼表面或焊縫需要打磨時,應采用含有橡膠氧化鋁的砂輪打磨,打磨時間不應太長,避免造成回火色。不能用普通粉筆當作記號筆在不銹鋼上亂寫亂畫。標記移植用記號筆應采用不含氯離子、硫化物的顏料。2.卷板機應專用,上輥不能有焊渣、焊瘤,最好在上輥套一不銹鋼套筒。避免筒體卷制過程中壓出麻點或劃傷以及鐵離子污染。 焊接方法及焊機材料選擇(1)焊縫坡口的選擇考慮到該筒體的材料為316Ti(06Cr18Ni12Mo2Ti),第一節(jié)筒體厚度為18mm,故選擇60V型坡口,手工電弧焊(手工電弧焊設備簡單、操作方便、適合全方位焊接)。(2)焊條及設備焊條:不銹鋼主要用于耐腐蝕,但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此,在焊接不銹鋼時,焊條的性能必須與不銹鋼的用途相符。焊條烘干溫度150-200度,保溫1-2小時,不銹鋼焊條必須根據母材和工作條件(包括工作溫度和接觸介質等)來選用8。(a) 一般來說,焊條的選用可參照母材的材質,選用與母材成分相同或相近的焊條。(b) 由于碳含量對不銹鋼的抗腐蝕性能有很大的影響,因此,一般選用熔敷金屬含碳量不高于母材的不銹鋼焊條。(c) 奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應保證力學性能??赏ㄟ^焊接工藝評定進行驗證。(d) 對于在各種腐蝕介質中工作的耐蝕不銹鋼,則應按介質和工作溫度來選擇焊條,并保證其耐腐蝕性能(做焊接接頭的腐蝕性能試驗)。A212焊條應為最佳選擇。A類焊接接頭,故采用100%無損檢測探傷。射線探傷不低于JB4730規(guī)定的二級為合格設備:焊條選擇A212(A212焊條E318-16焊條鈦鈣型交直流焊接重要的0Cr17Ni12Mo2不銹鋼設備,如尿素、合成纖維等設備)故盡可能選擇直流電源,電流不宜過大。選擇弧焊整流機。焊前準備:(a)組對前將坡口兩側20mm范圍內油污贓物清理干凈(用不銹鋼刷),對于有油污不可以用鋼絲刷和砂輪清理,用丙酮和或酒精進行清理。(b)坡口加工或下料采用機械加工或等離子加工,不能用火焰切割機。(c)在搬用、坡口的制備、裝配個過程,應避免損傷鋼材的表面。(d)奧氏體型不銹鋼焊縫中的氣孔主要是氫氣孔,熔滴及熔池中的氫的主要來源是藥皮中的水分,焊條使用前應進行復烘,確保藥皮中的水分控制在0.4%1.6%(質量分數)焊接工藝1.不允許焊條在非焊接部位引弧,地線應與工件夾緊,焊接平臺不應作地線用,以免引弧點和局部受熱出現局部腐蝕。2.由于奧氏體不銹鋼電阻大,導熱性差,可采用小焊接電流、高焊速、窄焊道、短弧、不做橫向擺動,以降低熱輸入,提高熔池冷卻速度,減少偏析。3.采用多層焊,焊縫的打底采用單面焊雙面成形技術,打底焊道應確保熔透。4.原則上不預熱,每焊完一道要徹底清除熔渣,層間溫度控制在60以內,每道焊縫焊完后用水沖淋,以減少焊縫的高溫停留時間。5.與腐蝕介質接觸的焊層可考慮最后施焊,以提高焊縫金屬的耐腐蝕能力。6.焊后對焊縫進行酸洗鈍化處理以增強其耐腐蝕性能。焊接接頭實驗1.焊縫外觀檢查:焊縫與母材連接過渡圓滑,成型良好,焊縫無咬邊、表面氣孔、裂紋、燒穿、焊瘤、弧坑等缺陷。2.無損檢測:焊接接頭采用超聲波探傷儀進行檢測,焊縫質量符合JB4730-94規(guī)定的級合格。3.力學性能試驗:在焊接試件上切取試樣。按GB2651-81焊接接頭拉伸實驗法、GB2653-89焊接接頭彎曲及壓扁試驗法GB2650-89焊接接頭沖擊試驗方法進行力學性能試驗,試驗結果合格。焊接接頭的力學性能見表 8-1表 8-1試樣編號拉伸強度沖擊試驗Akv/J(常溫)抗拉強度/MPaD=4a,180焊縫熱影響區(qū)1515.520試件完好82,79,80-130,126,1282506,505試件完好78,81,83118,123,131焊接工藝要點1.焊前不預熱 由于奧氏體不銹鋼有較好的塑性,冷裂紋傾向小,因此一般不預熱。為了防止晶間腐蝕,應嚴格控制層間溫度,層間溫度冷卻到100以下在焊接下一道2.防止焊接接頭過熱 由于奧氏體不銹鋼的電阻較大,焊接時產生的電阻熱也大,所以同樣直徑的焊條,焊接電流應比低碳鋼焊條低10%20%。電弧不宜過長,快速焊接,條件允許時應采用強制冷卻方法冷卻焊道。3.保證焊件表面完好無損 避免碰撞損傷,不要在焊件上隨便引弧,以免損傷焊件表面,影響耐腐蝕性能;電源地線應與工件緊密接觸,以免打火時形成弧坑影響抗腐蝕性。4.焊后熱處理 如果工件溫度高于450,且介質腐蝕性強,即對工件抗腐蝕性要求高,可進行焊后固溶處理或者穩(wěn)定化退火。如果整體無法退火,可對焊縫進行局部退火。5.焊縫的酸洗及鈍化處理 酸洗的目的是去除焊縫及熱影響區(qū)表面的氧化皮,鈍化的目的是使酸洗的表面形成無色的致密氧化膜,起耐腐蝕作用。 筒體縱縫焊接筒體的縱焊縫焊接如圖8-1,焊接工藝見表8-1;圖8-1筒體縱縫焊接示意圖 表8-1 筒體的焊接工藝焊接過程檢驗要求1清理坡口2手工焊順序1及順序2焊縫表面100%PT 3清理焊縫表面;手工焊順序3及順序4焊縫表面100%PT4清理焊縫表面;手工焊順序5;反面打磨焊接順序1的焊道,磨去焊根及兩側熱影響區(qū)各2.5mm;手工焊順序6;鐵素體檢查焊縫正反表面;焊縫表面100%PT;100%X光探傷;層次焊接方法焊條規(guī)格mm極性電流(A)電壓(V)速度(cm/min)烘烤溫度保溫時間1、2、6SMAWA2124DC-1401802023101620023、4、5SMAWA2125DC:焊接層間溫度應控制在150,母材不必預熱。筒體的焊接工藝說明:為了盡可能消除焊縫中的氣孔、夾渣等小缺陷,進行二次以上的PT是必要的,因為焊一層的厚度一般只有2mm,那么焊一層,PT一次,就可以把缺陷的尺寸限制在小于2mm的范圍之內,尤其是可以消除穿透性的小氣孔。但是著色探傷液必須清理干凈,否則對焊接不利??v焊縫X光探傷檢查,由于筒體主要是起耐腐蝕作用,焊縫是薄弱環(huán)節(jié),微小的孔洞將造成嚴重的危害。因此X光探傷的驗收標準不同于一般受壓容器的標準。除按JB4730的I級片外,還不允許有柱狀小氣孔出現。一般來講,最后一道焊縫表面由于冷卻條件好,沒有受到再次加熱的影響,其耐蝕性能最佳,所以不要輕易打磨。如果表面成形不好,著色探傷或X光探傷需要打磨或修補,應掌握好打磨和修補工藝,防止焊縫過熱。筒節(jié)與筒節(jié)的組對焊接(1)焊接破口圖8-3環(huán)焊縫的焊接順序圖 8-2 筒節(jié)對接焊縫坡口(2)筒節(jié)與筒節(jié)之間組對焊接筒節(jié)與筒節(jié)之間環(huán)焊縫結構如圖8-3組對是在大型滾輪架上進行的。組對時必須檢查環(huán)焊縫對口間隙,控制在20.5mm范圍內。同時應特別注意內口的錯邊量。因為內筒 是耐腐蝕不銹鋼,錯邊量大了就會影響環(huán)焊縫的耐蝕層厚度。 一般應控制在3mm以下。由于筒節(jié)外壁上的檢漏孔已預先鏜制完成,要保證所有筒節(jié)上的檢漏孔沿筒身在一條直線上,就不允許筒節(jié)任意轉動,這給組對工作帶來一定的困難。而調節(jié)里口錯邊量達到最小是不容易的。所以筒節(jié)的制作必須預先控制好橢圓度,使橢圓度(大小直徑差)達到最小。采取嚴格控制內筒的下料尺寸,包扎層板前裝配剛度較好的襯胎等措施使所有筒節(jié)的最大內徑與最小內徑之差控制在4mm以內是能做到的。特別是對多筒節(jié)的尿素合成塔殼體,在組對之前,將每個筒節(jié)的實際內徑進行分類,按最佳組合對象進行組對,可以大大降低里口錯邊量。筒節(jié)與筒節(jié)之間組對焊接工藝見表8-2表8-2 筒節(jié)間組對焊接工藝焊接過程檢驗要求1清理坡口上的油污和水跡、鐵銹等2組對、點焊, 3氬弧焊打底順序1目測檢查,不能有裂紋4焊條電弧焊外口順序2至30;用風鎬敲擊焊道消除應力;100%RT (JB/T 4730-2005 II級)5焊條電弧焊順序3至44;6內壁焊條電弧焊順序4、5,里口焊滿焊滿后進行鐵素體測定,要求鐵素體含量0.6%;PT,表面不得有裂紋,特別是收弧處要注意認真檢查,弧坑處要進行打磨;X光射線探傷檢查。要求整個焊縫(60mm厚)達到JB4730II級片標準7外口埋弧自動焊焊順6焊滿硬度測定,要求焊縫及兩側熱影響區(qū)的硬度HB280 100%RT (JB/T 4730-2005 II級)8水壓試驗100%PT (JB/T 4730-2005 I級)里口順序焊接方法焊材規(guī)格極性電流(A)電壓(V)速度(cm/min)烘烤溫度保溫時間1SMAWA2122.4DC14016020-23111620022、3SMAWA2124DC16018020-23111620024SMAWA2123.25DC9011020-23111620025SMAWA2124DC13014520-23111620026SMAWA2124.8DC14018020筒體接管的焊接 坡口形式及焊條的選擇(1)坡口選擇保證全焊透,方便從坡口加工、焊接、背面清根、修磨整個施焊過程,盡量減少焊接量,與實際加工能力相適應等是選擇焊接接頭坡口型式的基本原則。由于該精餾塔直徑較大,且筒體有一個公稱直徑為400mm的人孔,具有在筒體內施工的方便條件。不銹鋼管孔焊接坡口采用的是空氣等離子切割機割制管孔后角向砂輪磨制成形的加工方法。據此,接管與筒體焊接選用圖8-4所示的坡口型式。該型式坡口的
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