过程设备制造与检测课程设计指导书第六章

6.循环氢分液灌制造工艺设计实例6.1循环氢分液灌封头制造工艺介绍封头的总体生产工艺过程（工艺流程）封头的强度计算--材料的净化--矫形--划线--切割及边缘加工:经上述一系列工序后，得到一处理后的圆形封头板坯板坯加热--热冲压--封头边缘余量的切割及封头开孔表2-3封头生产工艺过程序号工序名称工序说明1准备原材料检验、打砂净化、超声波探伤、标志移植、气割下料、刨削拼板接缝直边2车预组合并在大型立车上夹紧，车削外圆边缘坡度；3刨刨床上精加工拼接焊缝坡口；坡口表面100%MT，JB/T4730.4中Ⅰ级合格；4组对拼接组对时在特制的装有预热装置的场地上进行。预热温度≥200℃→检验，包括焊缝的PT、X光射线探伤以及焊缝及热影响区的硬度试验；打磨焊缝与母材齐平。5热冲压碳素钢，低合金钢δ/Do×100≥0.5用热冲压成形6检测、加工测定成形后球壳各部位实测厚度→焊缝及热影响区内外表面MT；正火+回火（带焊接试板），试板机械性能试验、精加工环向端面续表2-37车在立车上加工人孔开孔与人孔法兰的焊接坡口，检验坡口合格8组对、焊接与接管组对→焊条点焊固定（预热）→预热（≥200℃），焊接9加工加工环向焊接坡口。10组对上封头与筒体组对焊接封头制造的准备1）钢板的复检钢板的检测是为了检验钢材是否符合相关标准，相关技术要求，质量标准和等级标准主要检查以下几个方面：钢号、化学成分、力学性能、表面和内部缺陷等。钢材的缺陷主要有表面和内部缺陷两种。检验成品钢的表面缺陷是指检验其在运输中是否受损，出现严重损伤划痕、沙眼、裂纹等，一般为可见的缺陷。检查所入钢材的内部缺陷是指检查内部是否存在沙眼、气孔、夹渣、裂纹、麻点、疏松等缺陷，一般用超声波探伤。原材料复验：外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，有时可委托钢厂进行，其中超声波探伤结果按ZBJ74003-88《压力容器用钢板超声波探伤》规定的质量分级，应不低于Ⅲ级。2）材料的净化原材料在轧制以后以及运输和库存期间，表面常产生铁锈和氧化皮，粘上油污和泥土。经过划线、切割成型、焊接等工序后，工件表面会粘上铁渣，产生伤痕，焊缝及近缝区会产生氧化膜。这些污物的存在，讲影响设备制造质量，所以必须净化。在设备制造中净化主要有以下目的：a)清除焊缝两边缘的油污和铁锈物，以保证焊接质量。b)为下道工序做准备，即是下道工序的工艺要求。c)保持设备的耐腐蚀性。常用的净化方法有：手工净化、机械净化、化学净化和火焰净化四种。封头原坯料采用机械净化中的喷砂机除锈。喷砂是大面积去除铁锈和氧化膜的先进方法。它是利用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动的砂粒冲击工件表面而打落铁锈和氧化膜的方法。这种方法主要用于碳素钢和低合金钢的表面除锈。3）矫形设备制造所用的钢板、型钢、钢管等，在运输和存放过程中，会产生弯曲、波浪变形或者扭曲变形。这些变形直接影响了划线、切割、弯卷和装配等工序的尺寸精度，从而影响了设备的制造质量，有可能造成误差超差而成为废品，所以当材料的变形超过允许范围时必须进行矫正处理。矫正处理的实质是调整弯曲件“中性层”两侧的纤维长度。最后使全部纤维等长。调整过程中，可以中性层为准，使长者缩短，短者伸长，最后达到与中性层等长。如对弯曲的钢板和型钢施以适当的反向弯曲使之矫形。另外一种方法是以长者为主，把其余的纤维都拉长而达到矫形目的的拉伸法矫形。主要用于断面较小的管材和线材，如有色金属管拉直，但要注意其延伸率。常用的矫正方法有手工矫形、机械矫形和火焰加热矫形三种。4）划线划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等、划线工序通常包括对零件的展开计算，号料和打标记等一系列操作。a)封头的展开计算：因为该筒体主要受内压作用，所以采用封头厚度按内压计算公式为δ=pcDi/(4［σ］tφ-pc)（1-1）查碳素钢和低合金钢钢锻件许用应力知［σ］t=185Map查钢制压力容器焊接接头系数表，采用双面焊对接接头和相当于双面焊的对接接头，焊接接头系数：φ=1.0封头为半球形封头，计算公式为：δ=pcDi/(4［σ］tφ-pc)=15.2×1625.71×2/（4×185×1-15.2）=68.19mm腐蚀余量：C2=6mm设计厚度：δd=δ+C2=68.19+6=76.19mm，小于封头的厚度为78mm，满足条件，根据钢材规格，选择封头名义厚度为80mm。由于球形封头属于不可展的零件，但生产中冲压加工或旋压加工是毛坯料展开后的图形都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可,采用经验法进行计算。Do=KDm+2h（1-2）Do——包括了加工余量的展开直径；K为经验系数Dm——中性层直径H——封头的直边高经查表，由球形封头a：b=1，所以K取1.42，由总图可知，Dm=2*1625.17+80=3331.42mm,h=0，因此Do=1.42*3331.42=4730.62mm。所以，内径1625.17*2=3250.34mm半球形封头整体展开尺寸为直径4730.62mm，厚度80mm，还要注意考虑加工余量和减薄量。由标准钢板的规格限制以及展开计算可以得知，需要三块钢板，因此采用拼焊缝技术。右封头过渡层堆焊完毕检验合格后整体做消除应力热处理。b)号料将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，号料时应注意以下问题：①加工余量加工余量主要包括变形余量，机加工余量，切割余量，焊焊接工艺余量等。由于实际加工制造方法，设备，工艺过程等内容不尽相同，因此加工余量的最后确定是比较复杂的，要根据实际情况来确定。查资料知：焊缝坡口间隙双U型坡口，0～2㎜边缘机加工双边余量根据加工长度，查表10㎜切割余量钢板切割加工，查表14㎜焊缝收缩量对接接头双边焊，3～4㎜划线公差保证产品符合国家制造标准，取1㎜但由于此精致反应器的上部球形封头最终下部切削量大，所以不考虑加工余量。最终确定毛坯外径为4760mm。②排样样板或零件在钢材上如何排列对钢材的利用率影响很大，应尽可能紧凑的排列，充分利用钢板。③打标记划线完成后，为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼，用油漆标明标号、产品工号和材料标记移植等，以指导切割，成型，组焊等后续工序的进行。5）切割按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯，该工序称为切割，常用方法有机械切割（锯床、圆盘剪板机等），热切割（氧气切割、等离子切割等）。a)气割的实质是金属在氧气中的燃烧过程，它利用可燃气体和氧气混合燃烧的火焰，预热被切割金属表面，并使其成活化状态，然后送进高纯度、高速度的切割氧流，使金属在氧气中燃烧生成金属氧化物熔渣，并放出大量的热量，借助这些燃烧热和高温熔化的热传导不断加热切割金属，直至工件底部同时借助高速氧流把燃烧生成的氧化物熔渣吹除，再由被切割工件与割炬相对移动形成切缝。b)等离子切割技术是通过一束细长、高温且高速的流体的加热和冲击切割。故它不受物性限制，能切割任何材料，可切金属也可切非金属；利用等离子体，既有高温(18000～30000K),又有冲力的特性，来熔断材料的技术称等离子切割。由于等离子切割的成本是目前设备制造用到的几种切割方法中最贵的一种，主要用于气割无法应用的不锈钢、铝、铜等工件。6)边缘加工边缘加工是将工件的端面或边缘加工成符合工艺要求的形状和尺寸的加工工艺，对下料后的主要目的是：a）消除前道工序加工所产生的加工硬化和热影响区。b）根据工艺要求完成坡口加工。c）消除装配、焊接工件边缘或自由边的各种缺陷，以提高结构的整体质量。d）提高结构的表面质量，也可以为产品的后期制作创造条件。首先，按照划线切割余量，消除切割时边缘可能产生的加工硬化、裂纹、热影响区及其他切割缺陷；其次，根据图样规定，加工各种形式，尺寸的坡口，通常加工方法有手工加工，机械加工，热切割加工。7)封头的拼接设计由于直径很大，材料尺寸不够，所以必须采用拼接钢板，然后进行整体冲压。压力容器拼板缝一般都是在平板状态下完成的，焊接条件比较好，焊接坡口采用双u型。由于厚度为80mm，封头拼缝宜采用焊条电弧焊+埋弧自动焊组合，拼接焊缝的位置应符合有关标准的要求，即拼缝距封头中心不得大于1/4公称直径，拼接焊缝可预先经无损检测合格，这可避免冲压过程中坯料从焊缝拼接处撕裂的可能，坯料余缝高如有碍成形质量，在成形钱可打磨至与母材平齐，必要时应做表面检测。流程如下：a)备料原材料检验→喷砂UT检测→标准移植→气割下料→刨削拼接坡口→预组合并在大型立车上夹紧→车削外圆边缘坡度→在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口b)拼接组对焊接（组对时在特制的装有预热装置的场地上进行）→预热温度200℃±30℃→检验：包括焊缝的PT、RT检测以及焊缝和热影响区的硬度试验→加热→冲压→测定成形后各部位实际厚度→焊缝及热影响区内外表面MT→整个球面进行UT→正火+回火（带焊接试板）→试板力学性能试验→精加工环向端面→球壳内壁用砂轮打磨光滑呈金属光泽→清洗内表面→在专用的焊接变位器上夹紧、找正→在球壳壁安装远红外电加热及保护层→通电加热，使球壳温度≥100℃→进行第一层（过渡层）带极板堆焊和球底中心部位的焊条电弧堆焊→打磨焊接接头部分c)焊接后处理堆焊层表面PT（抽查30%面积）→UT检测（也抽查30%，以烙带搭接为主）→消除应力热处理→表面清洗，不得有油污等影响继续堆焊质量的杂物→堆焊第二层（耐蚀层）不锈钢（包括焊条电弧焊堆焊）d)检测铁素体测定100%PT→100%UT→测量堆焊层厚度→加工环向坡口→所有坡口的碳钢部分进行MT→清洗坡口表面→组对接管→球壳接管周围适当预热→焊接→焊接铁素体测定→焊缝表面PT→与筒体组对焊接8)焊接操作我们常用的焊接方法有：手工焊、氩弧焊、埋弧焊。a）手工自动焊的最大优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝，尤其适用于操作不变的场合和短小焊缝的焊接；对焊接金属的最大厚度没有限制，在狭窄空间焊接的场合比较方便使用；与气体保护焊相比不受到风的影响，在大多数天气情况下都可以进行。不适合焊接厚度小于1.5mm的薄板，频繁的更换焊条也增加了缺陷的产生，每根焊条都不能被充分利用。b）埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量好、劳动条件好等特点；焊剂层对焊缝金属的保护好，节约钢材和电能。但是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的环焊缝。c）气体保护焊具有保护效果好、电弧稳定、热量集中等特点。综合考虑，由于进行的是双面焊接，手工电弧焊设备简单，操作方便，适应全位置焊接的特点，因而内面采用手工电弧焊。而外面为加大熔深，提高生产效率，采用埋弧焊。最终确定焊接方法为：手工电弧焊+埋弧焊。这里采用手工焊+动埋弧焊组合，拼板装配好后，先用手工电弧焊点焊，点焊长25mm，间隔100mm，用φ5mm的J507点焊，直流反接，电流280A。点焊后采用埋弧自动焊焊接外侧，焊接材料用φ6mm的H08MnA，焊剂采用HJ431，直流反接，采用多层焊，第一层焊时范围要小些，以防止焊后变形，外侧焊完后用碳弧气刨清根，之后才用埋弧焊焊接内侧，焊接参数见表2-4表2-4焊接参数表焊接位置焊接电压（V）焊接电流（A）焊接速度（cm/min）正面30-32350-40026-28背面30-32350-40030-32封头上的所有拼接焊缝为A类焊缝，受力最大，要求不论是单面焊还是双面焊，应全部焊透。焊接结束后采用100%的RT检测，Ⅰ级合格。d)焊接工艺原材料入库——原材料复验--外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，有时可委托钢厂进行，其中超声波探伤结果按ZBJ74003-88《压力容器用钢板超声波探伤》规定的质量分级，应不低于Ⅲ级。划线及标记——钢印标记、板材矫平、划线、钢印移植下料——对于直边用剪切；曲线边用气割；对于不锈钢和有色金属，气割用等离子弧；对于特厚板材，若剪切困难则用气割。边缘加工——用刨边机加工双U形坡口。用机加工方法进行边缘加工或开坡口，其中牛头刨和龙门刨进行直线加工,用立车或大型普通车床进行圆弧轮廓加工；用刨边机刨边和