機(jī)械過程裝備與控制工程專業(yè)過程裝備制造課程設(shè)計(jì)doc

1、 目 錄 一 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 2 1.1 反應(yīng)器型式的確定 2 1.2材料的的選擇 2 1.3反應(yīng)器的主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 2 1.4 列管根數(shù)的確定 2 1.5 列管式固定床反應(yīng)器殼體內(nèi)徑的確定 3 1.6封頭厚度計(jì)算 3 1.7總體結(jié)構(gòu) 3 二 封頭的下料 3 2.1 下料操作 3 2.2坡口要點(diǎn) 4 三封頭的成型 4 4.1 旋壓機(jī)的構(gòu)成 4 4.2 熱旋封頭加工部位的確定 5 4.4 旋壓的操作步驟 5 四封頭與接管的焊接 5 4.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式 5 4.2 焊前分析 6 4.3 焊接前準(zhǔn)備 7 4.4 焊接工藝卡 9 4.5 焊后處理 11 五 熱處理 11 六焊后檢測(cè) 11 七 總結(jié) 13

2、 參考文獻(xiàn) 14 甲醛反應(yīng)器封頭焊接工藝設(shè)計(jì)一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析1.1 反應(yīng)器型式的確定反應(yīng)器的型式和結(jié)構(gòu)的選擇，一要掌握工業(yè)反應(yīng)器的要求，根據(jù)反應(yīng)工程的理論，對(duì)反應(yīng)過程作出合理的反應(yīng)器類型選擇。二要熟悉和掌握各種反應(yīng)器的類型及其基本傳遞特征。合成甲醛的反應(yīng)器有很多類型，但是由于合成甲醛的反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱效應(yīng)大，為使反應(yīng)始終處于較高的速度進(jìn)行，必須及時(shí)移走反應(yīng)熱量，因此，按照不同的移熱方法，反應(yīng)器可分為等溫固定床列管式和絕熱冷激型多段式兩大類。由于等溫固定床列管式反應(yīng)器溫度便于控制，目前采用較多。所以工藝采用等溫固定床列管式反應(yīng)器，這種反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是采用管束式合成塔，這種合成塔的溫度幾乎是

3、恒定的，反應(yīng)溫度恒定的好處一是有效抑制了副反應(yīng)；二是催化劑的使用壽命長(zhǎng)。1.2材料的選擇依據(jù)GB150壓力容器，不銹鋼的焊接應(yīng)力及其評(píng)定和控制，比較了、含量的不同組合對(duì)材料焊接的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了對(duì)材料性能應(yīng)進(jìn)行綜合評(píng)定，根據(jù)GB150.2壓力容器 第二部風(fēng)：材料以及利用曲線選材時(shí)應(yīng)減少腐蝕裕量加甲醛反應(yīng)器應(yīng)筒體和封頭優(yōu)先選用0Cr18Ni9。1.3反應(yīng)器的主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 表 1-11.4 列管根數(shù)的確定根據(jù)換熱面積，列管規(guī)格為：25×2 .5mm , 管長(zhǎng)為l=6 m 。 解方程得：n=2805 (根)1.5 列管式固定床反應(yīng)器殼體內(nèi)徑的確定由公式：式中：D殼體內(nèi)徑 ，mm；t

4、管中心距 ，mm；橫過管束中心線的管束 ； b' 一般取 ，mm ， 管子采用正三角形排列 ，=59故帶入公式得： D=31.3(59-1)+2×31.3=1915標(biāo)準(zhǔn)化后?。篋=2000 mm1.6封頭厚度計(jì)算1.7總體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)了年產(chǎn)5萬噸工業(yè)級(jí)甲醛的生產(chǎn)工藝；選用鐵鉬法，以甲醇，空氣和水蒸氣為原料，經(jīng)預(yù)熱，反應(yīng)、換熱后得甲醛產(chǎn)品。本文主要承擔(dān)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。根據(jù)反應(yīng)特征，采用等溫固定床列管式反應(yīng)器。根據(jù)物料衡算，確定了反應(yīng)器的工藝參數(shù)、類型及特征尺寸：容器內(nèi)徑1500 mm、列管根數(shù)為1805根、三角形排列、管長(zhǎng)3000mm。 二封頭的下料 根據(jù)工藝流轉(zhuǎn)卡，2000mm的

5、封頭下料尺寸為3440mm；通常下料的板材的標(biāo)準(zhǔn)寬度只有1500,2000,2200mm等，為了節(jié)省材料，我們大多選用寬度2000mm的板材進(jìn)行下料。由于寬度不夠，所以通常需要下兩塊料，板材加工V型坡口進(jìn)行拼接后自動(dòng)埋弧焊焊接，再打磨。在下料前需要在原板材上切取試樣，需要對(duì)試樣進(jìn)行，物理性能測(cè)試和化學(xué)元素含量的測(cè)試，因?yàn)槲锢硇阅軟Q定封頭的減薄率，化學(xué)元素含量決定焊接質(zhì)量，0Cr18Ni9中物理性能和化學(xué)元素含量見表2-1、表2-2。并且要符合新容規(guī)(固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程)中規(guī)定的用于壓力容器的材料P0.03%，S0.02% 表2-1 力學(xué)性能數(shù)值表力學(xué)性能（不小于）硬度值（不大于）規(guī)

6、定非比例延伸強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度斷后伸長(zhǎng)率HBWHRBHV2055154020192210表2-2 毛坯化學(xué)元素含量表（不大于）CSiMnPSNiCr0.080.7520.450.038-10.518-202.1下料操作下料是封頭制作的首道工序，下料下的好不好是一個(gè)封頭質(zhì)量最后是否過關(guān)的前提。在下料的同時(shí)也要考慮到怎么樣排列下料才會(huì)使用料最省，達(dá)到成本最低，并且在切割圓片的時(shí)候要考慮下料圓片公差-5+5mm。 加工的是不銹鋼封頭，其切割的工具是不同的，奧氏體不銹鋼中有較多的鉻，用一般的氧乙炔切割有困難，可用等離子弧切割方法進(jìn)行下料。 注意：在搬運(yùn)、坡口制備、裝配及定位焊過程中，應(yīng)注意避免損傷鋼材表面，

7、以免使產(chǎn)品的耐蝕性降低。如不允許用利器劃傷鋼材表面，不允許隨意到處引弧等。2.2 坡口要點(diǎn)（1）坡口工序是一個(gè)封頭各項(xiàng)數(shù)據(jù)（包括周長(zhǎng)、內(nèi)總高）達(dá)到JB/T4746標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵工序；（2）坡口主要的切割工序和下料工序工具一樣，都是利用等離子切割；（3）切割時(shí)，根據(jù)流轉(zhuǎn)卡上的工藝要求，確定坡口的類型（內(nèi)坡口、外坡口、X型坡口）以及確定坡口的角度；（4）坡口前要對(duì)封頭涂抹飛濺劑；（5）坡口時(shí)先進(jìn)行試坡，然后量角器量取角度，確定在公差范圍內(nèi)，調(diào)整后，進(jìn)行整坡。三封頭的成型3.1 旋壓機(jī)的構(gòu)成（1）成型輪 連接相應(yīng)的模具，旋壓時(shí)在封頭內(nèi)側(cè)，模具頂端與半成型封頭R與直邊相切處相切;（2）托輪 同樣也是連接和

8、成型輪一樣的模具，旋壓時(shí)在封頭外側(cè)，與成型輪相切;（3）底座 用于固定封頭，且底部可以根據(jù)封頭大小前后移動(dòng)，封頭安裝時(shí)要使底座的中心與封頭的中心在一條直線上;（4）中心桿 用于固定封頭，且中心和底座的中心在一條直線上。除此之外還有電機(jī)，電路板，連接軸，以及控制臺(tái)。 圖 3-13.2 冷旋壓封頭加工部位的確定 圓形板坯被主軸托盤和頂緊墊壓緊后，圓弧行走機(jī)構(gòu)完成成形輥的平面擺動(dòng)，而旋壓輥與成形輥又同時(shí)按照給定的圓弧軌跡曲線由中心向板坯邊緣同步移動(dòng)，并旋壓于板坯(圖3-1).旋壓過程主要分解為:旋壓大R.R-r過渡區(qū)，小r和直邊四個(gè)部位?？紤]到旋壓大R部位時(shí)坯料變形較小，旋壓力也不大，只需旋壓1-2

9、道次就可成形，。在旋壓到R-r過渡區(qū)與r小圓弧部位時(shí)，板坯由于變形劇烈，極易產(chǎn)生皺折，且往往需要旋壓3-4道次才能逐漸消除皺折。3.3 旋壓的操作步驟（1）承接壓鼓工序的流轉(zhuǎn)卡，根據(jù)流轉(zhuǎn)卡確定要旋壓的相應(yīng)的封頭；（2）根據(jù)封頭的直徑，選擇相對(duì)應(yīng)的上下模具；（3）裝夾封頭，確保封頭的中心點(diǎn)和底座中心點(diǎn)在一條直線上；（4）先調(diào)節(jié)成型輪與封頭相切，然后根據(jù)成型輪的位置調(diào)節(jié)托輪；5）在旋壓的過程中要觀察成型輪與托輪的相對(duì)位置，且不斷用模板就行比對(duì)。直到r達(dá)到要求為止。四封頭與接管的焊接4.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式如圖5-1所示。封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，壁厚最小處8 mm，封頭上需焊接2根插人式接管，接管

10、分兩種規(guī)格，1根18 x3mm, 1根426*8mm。焊縫坡口型式如圖4所示，全部外側(cè)單面坡口。產(chǎn)品圖紙對(duì)接管的形位尺寸要求非常嚴(yán)格，1根426*8規(guī)格的管焊后要求的方位坐標(biāo)寸、偏差為0.20 mm, 1根18*3規(guī)格的接管焊后要求的方位坐標(biāo)尺寸偏差為1.5 mm。 圖 4-14.2 焊前分析 a.由于不銹鋼屈服強(qiáng)度低，接管環(huán)焊縫焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力大，封頭上沿接管焊縫周圍母材在焊接應(yīng)力的作用下將產(chǎn)生塑性變形，封頭基體將產(chǎn)生如圖4-2中細(xì)線所示的下凹，影響到接管的端面高度變化，接管的中必將產(chǎn)生傾斜。同時(shí)，薄壁封頭的球面上焊接2根接管后，在接管環(huán)焊縫應(yīng)力的作用下變形，封頭的球頂部分產(chǎn)生下凹。由于

11、沿接管圓周上的焊縫熔敷金屬填充量差異較大，產(chǎn)生的焊接應(yīng)力存在較大差異，在這種應(yīng)力作用下接管將向填充金屬量大的一側(cè)發(fā)生嚴(yán)重傾斜。同時(shí)由于所焊的接管長(zhǎng)度較長(zhǎng)(接管長(zhǎng)度焊后在封頭外的長(zhǎng)度為250 mm),在焊縫圓周內(nèi)由于焊接應(yīng)力的大小差別很大，焊后接管將以熔敷金屬量最大處為中心產(chǎn)生C形彎曲變形。b. 焊接規(guī)范見焊接工藝（YTRS643-91-01A），除特殊要求外 ，其他焊接要求均按照焊接技術(shù)要求（YTRS643-91-02）執(zhí)行。 C 為了保證焊接質(zhì)量，焊前應(yīng)將坡口兩側(cè)2030mm范圍內(nèi)的焊件表面清理干凈，如有油污，可用丙酮或酒精等有機(jī)溶劑擦拭。應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)涂上用白粉調(diào)制的糊槳，以防飛濺金屬損傷

12、表面。 圖 5-2 4.3 焊前準(zhǔn)備 4.3.1 焊前材料處理 1.焊接坡口型式和尺寸應(yīng)按圖樣要求或焊接工藝卡的規(guī)定進(jìn)行加工，組對(duì)和檢查。 2.不銹鋼材料坡口加工，采用機(jī)械加工。3.焊接坡口兩側(cè)各20mm的油污、銹蝕、水分、毛刺等臟物要打磨干凈，并在坡口兩側(cè)加石棉墊或刷白糊劑，防止焊接飛濺粘附母材。 4.不銹鋼件在下料、加工、點(diǎn)焊及組裝搬運(yùn)的過程中，應(yīng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的枕木，避免損傷而降低產(chǎn)品耐蝕性能。 5.不銹鋼焊接件點(diǎn)焊所用焊條及焊接工藝，應(yīng)與產(chǎn)品采用焊條及工藝規(guī)定相同。點(diǎn)焊高度不得超過焊件的厚度的三分之二，點(diǎn)焊長(zhǎng)度據(jù)板厚而定，一般在1020mm的范圍內(nèi)。 6.點(diǎn)焊焊縫如有裂紋等缺陷，必須清除

13、重焊。 7.封頭的焊接，經(jīng)焊后檢查都能滿足圖紙技術(shù)要求。焊后橢圓度5 mm,焊縫棱角度感3 mm。封頭高度±4 mm，取得非常滿意的控制效果。 4.3.2 坡口的制備 本設(shè)計(jì)奧氏體不銹鋼焊件坡口形狀和尺寸時(shí)，應(yīng)充分考慮奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)會(huì)加劇接頭的變形，且板厚小于10mm所以采用V形坡，尺寸和口角度如圖4-3。 圖 4-34.3.3 焊接方法選擇常用的焊接方法有：手工焊、TIG、埋弧焊。（1）手工焊主要用于碳鋼3-6mm板材的焊接。（2）埋弧焊以8mm以上碳鋼不銹鋼板材的的焊接為主。（3）氬弧焊以3-6mm不銹鋼的焊接為主。奧氏體不銹鋼具有較好的焊接性，可以采用焊條電弧焊、埋弧

14、焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、等離子弧焊等進(jìn)行焊接。其中氬弧焊是焊接奧氏體不銹鋼的理想方法，焊接過程中合金元素?zé)龘p很小，焊縫表面潔凈無渣，焊縫成形好。此外，由于焊接熱輸入較低，特別適宜對(duì)過熱敏感的奧氏體不銹鋼的焊接。所以選用氬弧焊打底然后手工電弧焊焊接。4.3.4 手工電弧焊手工電弧焊是最常用的焊接方法，具有操作靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)。為提高焊縫金屬抗裂紋能力，宜選擇堿性藥皮的焊條；4.3.5 焊接材料選擇 奧氏體不銹鋼焊接材料的選用原則，應(yīng)使焊縫金屬的合金成分與母材成分基本相同，并盡量降低焊縫金屬中碳含量和S、P等雜質(zhì)的含量。 又由于奧氏體不銹鋼對(duì)在腐蝕介質(zhì)中工作的，主要按腐蝕介質(zhì)和腐蝕性要求

15、來選擇焊接材料，一般選用與母材成分相近或相同的焊接材料。由于含碳量對(duì)抗腐蝕性有很大影響，因此熔敷金屬中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能高于母材。腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備，可選用含Ti或Nb等穩(wěn)定化元素或超低碳焊接材料. 常用的不銹鋼焊絲有A102，E308-16 和E308-16 等，選用A102,焊劑選用的是HJ260,。由于焊絲焊劑易受潮，平時(shí)將焊絲焊劑儲(chǔ)存在紅外線電子烘干機(jī)內(nèi)，焊劑HJ260的烘干溫度為250-300。焊絲A102的烘干溫度分別為150。焊接工序是完全按照焊接工藝執(zhí)行的，板材的厚度決定焊接時(shí)需要單面焊，在焊接結(jié)束后要對(duì)焊縫進(jìn)行RT探傷（X射線）判斷有沒有氣孔，裂紋等缺陷，如發(fā)現(xiàn)以

16、上缺陷，要進(jìn)行返修，直至拍片過關(guān)。4.3.6 防止接頭過熱 具體措施有：焊接電流比焊低碳鋼時(shí)小10%20%，短弧快速焊，直線運(yùn)條，減少起弧、收弧次數(shù)，盡量避免重復(fù)加熱，強(qiáng)制冷卻焊縫（加銅墊板，噴水冷卻等）。 產(chǎn)品施工 焊接坡口與工裝:為克服焊接過程中封頭的變形，減小接管的傾斜、C形彎曲變形，在預(yù)制坡口時(shí)，熔敷金屬的部分預(yù)制k型坡口，盡量減少填充金屬量的差別。在焊前，為克服焊接應(yīng)力引起的接管焊縫下凹和封頭球頂部分下凹，我們制作了專用控制焊接變形的工裝胎具。焊接方法選擇-選用熱輸人量較小的焊接方法，產(chǎn)品施焊采用手工TIG(一層)十手工電弧焊，熔敷金屬與基體材料相近。 裝配-裝配時(shí)封頭側(cè)的坡口鈍邊留

17、1-3m m厚，增加封頭的剛度，同時(shí)保證接管的裝配位置精度。接管與封頭坡口的裝配間隙要盡量小。 焊接過程控制-產(chǎn)品焊縫施焊時(shí)，要控制道間、層間溫度盡量低。首層焊后，其它各道焊接時(shí)采用水冷方法加速焊縫冷卻，每道焊縫一次施焊長(zhǎng)度盡量短。為促進(jìn)焊接應(yīng)力釋放，從焊縫第三層開始對(duì)每一道焊道立即對(duì)焊縫進(jìn)行均勻錘擊。焊接過程中合理安排順序，先在焊縫最終熔敷金屬量較小的焊接一層，再焊接最終熔敷金屬量較大的另一層。在后序施焊時(shí)，以加大最終熔敷金屬量較小的一層對(duì)接管的接應(yīng)力， 焊接工藝規(guī)程-焊接方法選用手工氬弧焊打.底+手工電弧焊填充，.焊接順序安排要求先封頭外側(cè)施焊，焊接2層后從內(nèi)側(cè)清根，清根后從外側(cè)焊滿坡口。

18、焊接工裝-為增加部件的結(jié)構(gòu)剛性，克服縱向焊接應(yīng)力引起的弧段收縮，設(shè)計(jì)了如圖4-4所示的專用裝焊胎體，在裝焊胎體上加固支撐弧板，在每條焊縫兩領(lǐng)組各布一塊支撐弧板以控制焊縫的縱向收縮。 圖 4-44.4 焊接工藝卡 焊 接 工 藝 卡 編號(hào)THKVII007焊接工藝評(píng)定號(hào)HGP99-26適用范圍材料牌號(hào)0Cr18Ni9 焊接接點(diǎn)圖 材料規(guī)格8接頭種類角接坡口型式V坡口角度50鈍 邊1組對(duì)間隙2背面清根1焊接方法SMAW電源種類直流焊后熱處理種類/保溫時(shí)間/電源極性反接加熱方式/層間溫度/焊接位置SMAW-2FG溫度范圍/測(cè)量方法/焊 接 工 藝 參 數(shù)焊層焊材牌號(hào)焊材直徑(mm)焊接電流A電弧電壓

19、V焊接速度cm/min保護(hù)氣體流量L/min備注1A1023.2100-7521-23400-6008-10第一層氬弧焊打底2A1024.0140-16022-24400-6003A1024.0140-16022-24400-600備注：用角向砂輪將焊接渣等清理干凈。其他焊接工藝要求焊接技術(shù)要求（YTRS643-91-02）執(zhí)行。4.5 焊后處理a. 保護(hù)金屬表面，嚴(yán)禁隨處引弧，任意用鐵錘敲擊金屬表面。b. 使用不銹鋼材質(zhì)的砂輪和鋼絲刷等進(jìn)行打磨和清理工作。c. 焊后應(yīng)對(duì)焊縫及近縫區(qū)做酸洗、鈍化處理。 1) 將焊縫表面清理干凈；2) 再將酸洗、鈍化膏涂抹于焊縫及近縫區(qū)具有氧化皮處，涂膜厚度為1

20、3mm；3) 反應(yīng)一般為1-10分鐘，0以下，氧化皮厚處，需適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)（反應(yīng)時(shí)間視膏體品牌及金屬氧化膜厚度而定）；4) 待反應(yīng)完全后，用抹布或絲刷擦。 五 熱處理 a. 熱處理的分方法 封頭主要采用的是去應(yīng)力退火。設(shè)備包括電退火爐和普通退火爐。去應(yīng)力退火又稱低溫退火，將封頭加熱到某一溫度（一般為500-600）保持一定時(shí)間后緩慢冷卻的工藝方法。去應(yīng)力退火過程中不發(fā)生組織的轉(zhuǎn)變，其目的是為了消除由于形變加工，機(jī)械加工、鑄造、熱處理、焊接等所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。2.9.2 熱處理操作步驟（1）首先根據(jù)流轉(zhuǎn)卡確認(rèn)需要進(jìn)行去應(yīng)力退火的封頭。（2）將封頭均勻排布在退火爐中，根據(jù)熱處理工藝要求，將溫度加熱到指

21、定溫度，進(jìn)行保溫（根據(jù)封頭厚度不同，保溫時(shí)間不同）。（3）確定保溫時(shí)間結(jié)束之后，放置封頭使其自然冷卻。熱處理規(guī)程如下圖5-1所示 圖5-1 熱處理規(guī)程六 焊后檢測(cè)6.1 焊接缺陷1) 焊縫不允許有裂紋、未熔合;2）焊縫表面不允許有氣孔、未焊滿、焊瘤等缺陷。起弧、收弧應(yīng)避免焊接缺陷的產(chǎn)生;3)不允許出現(xiàn)咬邊。（檢測(cè)有缺陷時(shí)，清理后補(bǔ)焊。;4)非焊接區(qū)域的不銹鋼表面不允許電弧擦傷;5)對(duì)不合格的焊縫,應(yīng)在部件的相應(yīng)部位做出標(biāo)識(shí)，返修后應(yīng)進(jìn)行復(fù)檢，合格后方可進(jìn)入下工序。6.2 焊接施檢a先目測(cè)檢驗(yàn)外觀缺陷。b然后X射線檢測(cè)。序號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)焦點(diǎn)尺寸管電壓管電流制造廠家1X射線探傷機(jī)XXQ-20051.7×1.7 mm250KV5mA上探廠透照方式見圖6-1所示：圖6-1 縱、環(huán)向焊接接