加氫反應(yīng)器封頭焊接設(shè)計(jì).doc

目錄1.任務(wù)分析21.1設(shè)計(jì)背景21.2技術(shù)參數(shù)21.3結(jié)構(gòu)分析31.4焊接要求概述42.焊接工藝準(zhǔn)備52.1焊接技術(shù)選擇52.2焊縫坡口的選擇和制備52.3焊接材料的選擇63.埋弧焊工藝參數(shù)的選擇74.焊條電弧焊工藝參數(shù)選擇85.焊接95.1預(yù)熱95.2封頭拼焊105.3封頭接管焊接105.4封頭內(nèi)壁耐蝕層堆焊116.焊后熱處理127.焊后檢驗(yàn)138.焊縫返修139.總結(jié)1310.參考文獻(xiàn)14加氫反應(yīng)器封頭焊接設(shè)計(jì)1.任務(wù)分析1.1設(shè)計(jì)背景從結(jié)構(gòu)形式講，加氫反應(yīng)器分冷壁加氫反應(yīng)器和熱壁加氫反應(yīng)器，20世紀(jì)60年代初由于冶煉水平與制造水平有限，加氫反應(yīng)器多數(shù)冷壁結(jié)構(gòu)形式，即在反應(yīng)器內(nèi)襯上很厚的大顆粒珍珠巖混凝土保溫層以保證反應(yīng)器殼體的壁溫不致過熱。20世紀(jì)70年代以后隨著技術(shù)的不斷發(fā)展逐漸由冷壁加氫反應(yīng)器轉(zhuǎn)向熱壁加氫反應(yīng)器。熱壁加氫反應(yīng)器克服了冷壁反應(yīng)器的不足，內(nèi)壁不需要襯保溫層，具有有效體積利用率高、施工周期短、生產(chǎn)維護(hù)方便、安全可靠等特點(diǎn)，因此為世界各國普遍采用并且向大型化發(fā)展。1.2技術(shù)參數(shù)技術(shù)特性表 容器類別類三設(shè)計(jì)壓力 MPa8.63設(shè)計(jì)溫度 435 操作壓力MPa7.55 操作溫度 409 公稱壁厚 mm78 焊接接頭系數(shù)1腐蝕余量量 mm2 操作介質(zhì)催化柴油、焦化柴油 容器規(guī)格 mm3613（78+6.5）30200 主體材質(zhì)2.25Cr-1Mo1.3結(jié)構(gòu)分析加氫精制反應(yīng)器為板焊結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑3600，壁厚98，由2節(jié)組成；封頭內(nèi)半徑1806，壁厚78，總重量170000Kg。整個(gè)容器位于裙座圈上，總高度約13000，容器內(nèi)壁（該包括封頭、筒體、法蘭以及接管和彎管）全部堆焊309L+347 不銹鋼，反應(yīng)器設(shè)有油氣進(jìn)出口、催化劑卸料口、冷氫進(jìn)口、熱電偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，裙座采用對(duì)接結(jié)構(gòu)，各接管密封采用八角墊結(jié)構(gòu)，設(shè)備上下各有一個(gè)彎管。容器內(nèi)部焊有凸臺(tái)（一周），安裝有冷氫盤、分配盤等內(nèi)件。材料選用15CrMoR 材料加氫反應(yīng)器是煉油化工行業(yè)中加氫裝置的核心設(shè)備，工作條件十分苛刻，要求設(shè)備既耐高溫(約400-450)、高壓(8-18MPa)，還要能抗氫腐蝕，為此，一般選用Cr-Mo耐熱鋼制造殼體，有的1Cr-0.5Mo或1.25Cr-0.5Mo-Si，但更多的選用2.25Cr-1Mo鋼。 2.25Cr-Mo鋼材各組分含量成分CSiMnPS Cr Mo含量0.15%0.12%0.54%0.007%0.003%2.23%0.95%1.4焊接要求概述焊接是壓力容器制造中的一種主要加工方法之一, 如平板拼接、筒節(jié)與筒節(jié)、筒節(jié)與封頭、人孔、接管與殼體及法蘭的連接, 內(nèi)件的組焊以及支座與殼體的連接等等, 大多由焊接的方法完成。通過分析大量的質(zhì)量事故使人們認(rèn)識(shí)到壓力容器的安全性與材料選擇、焊接工藝過程、焊接質(zhì)量 管理有很大的關(guān)系。焊接工藝設(shè)計(jì)最終產(chǎn)生的焊接工藝文件具有法令性, 將成為生產(chǎn)制造活動(dòng)中所必須遵循的規(guī)范和依據(jù)。目前，國內(nèi)也早就形成了一套較為健全的與焊接工藝規(guī)程及評(píng)定相關(guān)的國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如JBT4708-2000、GB150-1998、JB4420-1986鍋爐焊接工藝評(píng)定、蒸氣鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則、JB/T1609-1993鍋爐鍋筒制造技術(shù)條件等。1、焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時(shí),須采取有效防護(hù)措施,否則禁止施焊a. 風(fēng)速:氣體保護(hù)焊時(shí)大于2m/s,其它焊接方法大于10 m/s；b. 相對(duì)濕度大于90%；c. 雨雪環(huán)境；d. 焊件溫度低于-20。2、當(dāng)焊件溫度為0-20時(shí),應(yīng)在始焊處100mm范圍內(nèi)預(yù)熱到15以上。3、應(yīng)在引弧板或坡口內(nèi)引弧,禁止在非焊接部位引弧.焊縫應(yīng)在引出版上收弧,弧坑應(yīng)填滿。4、防止地線、電纜線、焊鉗與焊件打弧。5、電弧擦傷處的弧坑需經(jīng)打磨,使基均勻過渡到母材表面,若打磨后的母材厚度小于規(guī)定值時(shí),則需補(bǔ)焊。6、受壓元件的角焊縫的根部應(yīng)保證焊透。7、雙面焊須清理焊根,顯露出正底的焊縫金屬.對(duì)于自動(dòng)焊,若經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)能保證焊透,亦可不作清根處理。8、接弧處應(yīng)保證焊透與熔合。9、施焊過程中應(yīng)控制層間溫度不超過規(guī)定的范圍.當(dāng)焊件預(yù)熱時(shí),應(yīng)控制層間溫度不得低于預(yù)熱溫度。10、每條焊縫應(yīng)盡可能一次焊完.當(dāng)中斷焊拉旮,對(duì)冷卻紋敏感的焊件應(yīng)及時(shí)采取后熱、緩冷等措施.重新施焊時(shí),仍需按規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱。11、采用錘擊改善焊接質(zhì)量時(shí),第一層焊縫和蓋面焊縫不宜錘擊。12、引弧板、引出板、產(chǎn)品焊接試板和焊接工藝紀(jì)律檢查試板不應(yīng)錘擊打落 2.焊接工藝準(zhǔn)備2.1焊接技術(shù)選擇球形封頭屬于不可展的零件，但生產(chǎn)中沖壓加工或旋壓加工是毛坯料展開后的圖形都為圓形，所以只需要求出展開后的半徑或直徑即可，采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行計(jì)算 Do=KDm+2h Do為包括了加工余量的展開直徑；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù) Dm 中性層直徑 ； h 封頭的直邊高經(jīng)查表，由球形封頭a：b=1，所以K取1.42由于由總圖可知，Dm=3613+78=3691 h=0 ,因此Do=1.42X3691=5167.4mm由標(biāo)準(zhǔn)鋼板的規(guī)格限制以及展開計(jì)算可以得知，需要多塊鋼板， 因此采用拼焊縫技術(shù)，并選用埋弧自動(dòng)焊。2.2焊縫坡口的選擇和制備（1）焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下原則：a.焊縫填充金屬盡量少； b.避免產(chǎn)生缺陷； c.減少殘余焊接變形與應(yīng)力； d.有利于焊接防護(hù)； e.焊工操作方便； f.復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率。（2）由主材為2.25Cr-1Mo，以及標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度，因此采用冷加工方法加工坡口，由鋼板的厚度比較大，考慮材料的成本以及毛坯直徑過大，應(yīng)采用單面外向的坡口。（3）坡口制備1 、碳素鋼和標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度不大于540MPa的碳錳低合金鋼可采用冷加工 ,也可采用熱加工方法置備坡口。2 、標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度大于540MPa的碳錳低合金鋼、鉻鉬低合金鋼和高合金鋼宜采用冷加工法.若采用熱加工方法,對(duì)影響焊接質(zhì)量的表面層,應(yīng)用冷加工方法去除。3、 焊接坡口應(yīng)保持平整,不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷,尺寸符合圖樣規(guī)定。4 、坡口表面及兩側(cè)(手弧焊各10mm,埋弧焊、氣體保護(hù)焊各20mm,電渣焊各40mm)應(yīng)將水、鐵銹、油污、積渣和其它有害雜質(zhì)清理干凈。5 、奧氏體高合金鋼坡口丙側(cè)各100 mm范圍內(nèi)應(yīng)刷涂料,以防止沾附焊接飛濺。6、按焊接技術(shù)要求加工坡口，坡口兩側(cè)30mm范圍內(nèi)清理污物，然后按焊接工藝施焊；7 、焊條、焊劑按規(guī)定烘干、保溫;焊絲需去除油、銹;保護(hù)氣體應(yīng)保持干燥。2.3焊接材料的選擇（1）埋弧焊的焊絲主要有實(shí)心焊絲和藥芯焊絲兩種，生產(chǎn)中主要使用前者。焊絲直徑的選取依用途而定，自動(dòng)埋弧焊一般使用直徑為（3-6mm）的焊絲，以發(fā)揮埋弧焊大電流和高熔敷率的有優(yōu)點(diǎn)。焊絲直徑（mm）1.52.02.53.04.05.06.0電流范圍，A115-500125-600150-600200-1000340-1100400-1300600-1600焊絲H08MnA、H08A、廣泛用于壓力容器等行業(yè)，更適用于中、厚板的焊接，三者均屬于中錳中硅型焊絲，與中錳、硅的焊劑相匹配，對(duì)母材上的銹跡不敏感，焊道成型及脫渣性能優(yōu)良。其主要參數(shù)如下：牌號(hào)成分MnCSiSNiCrH08A0.30-0.550.100.030.0300.300.20H08MnA0.80-1.100.100.070.0300.300.20H10Mn21.50-1.900.120.070.0350.300.20（2）焊劑根據(jù)生產(chǎn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書表3-1可選HJ101（3）焊接電源、焊接速度焊接電源（A）焊接速度（com/min）電源類型300-500100直流600-9003.8-75直流、交流120012.5-38交流3.埋弧焊工藝參數(shù)的選擇埋弧焊的焊接參數(shù)主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、電流種類、焊絲傾角和伸出長度等。1、焊接電流一般焊接條件下，焊縫熔深與焊接電流成正比。 隨著焊接電流的增加，熔深和焊縫余高都有顯著增加，而焊縫的寬度變化不大。同時(shí)，焊絲的熔化量也相應(yīng)增加，這就使焊縫的余高增加。隨著焊接電流的減小，熔深和余高都減小。2、電弧電壓電弧電壓的增加，焊接寬度明顯增加，而熔深和焊縫余高則有所下降。但是電弧電壓太大時(shí)，不僅使熔深變小，產(chǎn)生未焊透，而且會(huì)導(dǎo)致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產(chǎn)生咬邊等缺陷。所以在增加電弧電壓的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加焊接電流。3、焊接速度當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊接速度增加時(shí)，焊接熱輸入量相應(yīng)減小，從而使焊縫的熔深也減小。焊接速度太大會(huì)造成未焊透等缺陷。為保證焊接質(zhì)量必須保證一定的焊接熱輸入量，提高生產(chǎn)率而提高焊接速度的同時(shí)，應(yīng)相應(yīng)提高焊接電流和電弧電壓。4、焊絲直徑與伸出長度當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲直徑增加時(shí)，弧柱直徑隨之增加，即電流密度減小，會(huì)造成焊縫寬度增加，熔深減小。反之，則熔深增加及焊縫寬度減小。當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊絲長度增加時(shí)，電阻也隨之增大，伸出部分焊絲所受到的預(yù)熱作用增加，焊絲熔化速度加快，結(jié)果使熔深變淺，焊縫余高增加，因此須控制焊絲伸出長度，不宜過長。5、焊絲傾角焊絲的傾斜方向分為前傾和后傾。傾角的方向和大小不同，電弧對(duì)熔池的力和熱作用也不同，從而影響焊縫成形。當(dāng)焊絲后傾一定角度時(shí)，由于電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了預(yù)熱作用，電弧對(duì)熔池的液態(tài)金屬排出作用減弱，而導(dǎo)致焊縫寬而熔深變淺。反之，焊縫寬度較小而熔深較大，但易使焊縫邊緣產(chǎn)生未熔合和咬邊，并且使焊縫成形變差。4.焊條電弧焊工藝參數(shù)選擇1、焊條電弧焊電源種類、極性和焊接電流的選擇焊條電弧焊采用的電源有交流電源和直流電源兩大類，應(yīng)根據(jù)焊條藥皮類型和焊條的使用說明來選擇焊接電流種類和極性。選擇電流時(shí)，要考慮焊條直徑、藥皮類型、焊件厚度、接頭類型、焊接位置、焊道層數(shù)等因素。一般碳鋼焊接結(jié)構(gòu)是根據(jù)焊條直徑來確定焊接電流.計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式如下： I=Kd焊條直徑/mm1.62.0-2.53.24.0-6.0K20-2525-3030-4040-502、電弧電壓的選擇電弧電壓是由電弧長度所決定的，弧長是指從焊條端部到熔池表面的距離，電弧電壓則是影響焊縫寬度的主要因素。3、焊接速度 焊接速度主要取決于焊條的熔化速度和所要求的焊縫尺寸、裝配間隙和焊接位置等，焊接速度對(duì)焊縫外觀有直接的影響。在厚板焊接時(shí)，必須采用多層焊或多層多道焊。在對(duì)焊接力學(xué)4、焊接層數(shù)的選擇性能和致密度要求較高的情況下，要求每層焊道厚度不大于4mm。5.焊接5.1預(yù)熱1、根據(jù)母材的化學(xué)成分、焊接性能、厚度、焊接接頭的拘束程度、焊接方法和焊接環(huán)境等綜合考慮是否預(yù)熱,必要時(shí)通過試驗(yàn)確定。2、不同鋼號(hào)相焊時(shí),預(yù)熱溫度按預(yù)熱溫度要求較高的鋼號(hào)選取。3、采取局部預(yù)熱時(shí),應(yīng)防止局部應(yīng)力過大.預(yù)熱的范圍為焊縫兩側(cè)各不小于焊件厚度的3倍,且不小于100 mm。4、需要預(yù)熱的焊件在整個(gè)焊過程中應(yīng)不低于預(yù)熱溫度。5、當(dāng)用熱加工法下料、開坡口、清根、開槽或施焊臨時(shí)焊縫時(shí),亦需考慮預(yù)熱要求。5.2封頭拼焊（1）材料 2.25Cr-1Mo(鋼板) （2）焊接位置 平焊 （3）焊接方法 埋弧自動(dòng)焊 （4）焊材 焊絲：H08MnMoA 4。焊劑：SJ101。焊條（裝配、點(diǎn)焊用）：E6015-B3 4或5 (5)焊接工序 焊接坡口干磁粉(MT)檢測預(yù)熱(預(yù)熱溫度200)裝配、點(diǎn)焊窄間隙埋弧自動(dòng)焊焊接外坡口(層間溫度200 250)后熱(200 3002h) 24 h后無損檢測(100MT+100UT+100RT)。 (6)焊接參數(shù) 焊接電流I=500 550A； 焊接電壓U=28 30V； 焊接速度v=360 400mm/min。 5.3封頭接管焊接（1）材料 接管 2.25Cr-1Mo(鍛件)，封頭2.25Cr-1Mo(鋼板)。 （2）焊接位置 平焊。 （3）焊接方法 埋弧自動(dòng)焊（4）焊材材料 焊材 焊絲：H08MnMoA 4。 焊劑：SJ101。（5）焊接工序 焊接坡口干磁粉(MT)檢測預(yù)熱(預(yù)熱溫度200) 裝配、點(diǎn)焊外坡口埋弧自動(dòng)焊(層間溫度200 250)后熱(200 3002h) 24 h后無損檢測(100MT+100UT+100RT)。 （6）焊接參數(shù) 焊條電弧焊 電流I4=170 190A； 電流I5=190 210A，；電壓U4、5=22 26V；焊接速度v4=130 150mm/min；焊接速度v5=140 160mm/min。 埋弧自動(dòng)焊 焊接電流I=500 550A； 焊接電壓U=28 30V； 焊接速度v=360 400mm/min。5.4封頭內(nèi)壁耐蝕層堆焊（1）堆焊位置 平焊(堆焊時(shí)將封頭放置于變位機(jī)上，堆焊時(shí)保證堆焊位置始終處于平焊狀態(tài))。（2）堆焊方法 埋弧帶極堆焊（3）堆焊材料 封頭內(nèi)壁耐腐蝕層堆焊焊材堆焊層焊帶牌號(hào)規(guī)格/mm焊帶產(chǎn)地焊劑牌號(hào)焊劑產(chǎn)地過渡層309L50X0.4進(jìn)口HJ107國產(chǎn)表層347L50X0.4進(jìn)口HJ107Nb國產(chǎn)注：留意因封頭是曲面，采用HJ107焊劑與同類型進(jìn)口焊劑相比，其熔深大，使堆焊層結(jié)合面不輕易產(chǎn)生夾渣，堆焊質(zhì)量好。（4）堆焊工序 預(yù)熱封頭(預(yù)熱溫度150) 埋弧帶極堆焊過渡層后熱(250 3002h) 堆焊層表面著色檢查(PT) 埋弧帶極堆焊面層堆焊層表面著色檢查(PT) 結(jié)合面無損檢測(UT)。 （5）焊接參數(shù) 干伸長：15mm。 焊道搭接量：6mm。過渡層：電流I=700 800A，電壓U=30 32V，焊接速度v=175mm/min。表面層：電流I=700 800A，電壓U=30 32V，焊接速度v=165mm /min。 6.焊后熱處理 對(duì)焊接后的封頭進(jìn)行熱處理7.焊后檢驗(yàn)（1）焊縫外觀及尺寸（2）產(chǎn)品焊接檢查、焊接工藝檢查（3）無損檢驗(yàn)8.焊縫返修1、對(duì)需要焊接返修的缺陷應(yīng)當(dāng)分析產(chǎn)生原因,提出改進(jìn)措施,按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,編制焊接返修工藝。2、焊縫同一部位返修次數(shù)不宜超過2