材料成型及控制工程焊接方向毕业设计说明书

毕业设计说明书第1页共34页1引言1．1加氢反应器的现状及发展趋势加氢反应器是有机化学实验室和实际生产过程中一件非常重要的设备，不仅可以用作加氢反应的容器，而且也可用于液体和气体需要充分混合的场合。在化学制药方面有着广泛的用途，可作为产品开发、有机化学制品和医药品研究的基础设备，还可用于定量分析工业过程中催化剂的活性。加氢反应器由于长期处于高温、高压、临氢、高温硫和硫化氢环境,其使用条件苛刻,因此设计和制造难度较大。长期以来,国内外对其设计、材料和制造技术进行了大量的理论研究和工程实践。特别是近年来,随着加氢装置的大型化,加氢反应器的制造周期加长、生产成本不断提高。为了缩短制造周期、降低生产成本,保证加氢反应器的安全可靠运行,研究人员开发了新材料,应用了许多新工艺、新技术。1．2产品简介图1.1加氢反应器简图由图1.1可知：筒体两端连接椭圆形封头各一个，上封头上接有两个接管、一毕业设计说明书第2页共34页个法兰，下封头上接有卸料管、出口弯管，筒体内上部装有积垢篮，筒体上接有五个接管，筒体采用裙座支撑。本次设计生产的设备为加氢反应器，属于三类压力容器，筒体直径1400mm，高13900mm，壁厚(16＋3)mm，生产数量：两台设备。筒体纵焊缝交错分布，避免了十字交叉，有利于减少焊接应力及变形；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。1．3工艺性审查加氢反应器技术特性见表1.1。表1.1技术特性表设计压力（MpaG）2.0设计温度（℃）400工作压力（MpaG）1.5工作温度（℃）370物料名称氢气、C1-C5烃、硫化氢焊缝系数1腐蚀裕度（mm）地震烈度7基本风压（N/2m）400保温厚度（mm）190保温重量（Kg）最大容量（Kg）最小重量（Kg）全容积（3m）12.93容器类别三类再生工作压力（MpaG）0.15再生工作温度（℃）510再生设计压力（MpaG）0.3再生设计温度（℃）520本设备按加氢反应器制造技术要求进行制造试验和验收。开口接管与壳体的焊缝表面应圆滑过渡。设备壳体上除工艺预焊件外不允许焊接设计以外的任何零件。捕集器（积垢篮）安装时，平面度允差3mm，其中心线与反应器同轴度允差3mm。卸催化剂前应拆除捕集器。容器的全部受压焊缝应进100%X射线探伤检查，射线探伤符合JB/T4730.2-2005《承压设备射线检测》规定中Ⅱ级合格。设备制造完毕后，以2MPa进行水压试验，合格后再以1.8MPa进行气密性试验。经审查，该反应器设计合理，可以着手制定生产工艺。毕业设计说明书第3页共34页2焊接工艺分析15CrMoR属于耐热钢，焊前需要预热,预热温度150℃，焊后650～830℃退火处理。0Cr18Ni10Ti属于奥氏体不锈钢，焊前不需要预热，焊后不需要热处理。以上两种钢材均采用熔化极气体保护焊，保护气为Ar（99.9%）。优点如下：（1）焊接过程中电弧及熔池的加热熔化情况清晰可见，便于发现问题与及时调整，故焊接过程与焊缝质量易于控制。（2）焊后不需要清渣，省掉了清渣的辅助工时，降低了焊接成本。（3）生产效率高，易进行全位置焊及实现机械化和自动化。根据某些具体情况，适当采用手工电弧焊施焊。3焊接生产方案的制定1．方案的初步制定方案一：制造出所用全部零件。零件组装成部件；封头、接管、法兰、入口扩散器焊接成上封头组；筒体、筋板、接管、积垢篮焊接组成壳程；封头、出口收集器、出口弯管、卸料器焊接成下封头组；裙式壳体、接管、地脚螺栓座、接地板焊接组成裙式支座；裙式支座、下封头组、壳程、上封头组最后总装成加氢反应器。方案二：制造出所用全部零件。零件组装成部件；封头、接管、法兰、入口扩散器焊接成上封头组；筒体、筋板、接管、积垢篮焊接组成壳程；封头、出口收集器、出口弯管、卸料器焊接成下封头组；裙式壳体、接管、地脚螺栓座、接地板焊接组成裙式支座；上封头组、壳程、下封头组卧装焊接组成反应器主体；反应器主体、裙式支座最后总装成加氢反应器。2．方案分析方案一：下封头组、壳程、上封头组均采用吊装，增加了吊装工作量，但是容易实现装配方案二：上封头组、壳程、下封头组卧装须特制装焊夹具，提高了成本。3．制定方案经上述分析方案一、二都可以实施。但考虑到方案二提高了成本而没有明显的优势，最终决定选用方案一。根据方案一制定出生产工艺流程图见图3.1所示。毕业设计说明书第4页共34页图3.1加氢反应器生产工艺流程图4生产前期准备1.钢材复检钢板复检：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。①按批号复验化学成分。②同一种规格的原材料,抽样进行晶间腐蚀倾向性试验。③凡需有特殊复验项目要求的还应按要求进行检验。2.焊接材料的复检对焊丝、焊剂等焊接材料的熔敷金属的化学成分、腐蚀、金相进行检查。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。5主要零件的制造5.1法兰盖的制造毕业设计说明书第5页共34页法兰盖形状及尺寸如图5.1所示。图5.1法兰盖简图1、零件的主要技术要求1）表面不得有裂纹及其它降低法兰盖强度和连接可靠性的缺陷。2）螺栓孔中心圆直径和相邻两螺栓孔弦长允差为±0.8mm，任意两螺栓孔弦长允差为±1.6mm。3）工件材料为15CrMoR，锻件，级别为Ⅳ级。2、工艺分析根据工件材料性质和具体尺寸精度、粗糙度的要求，可以采用粗车的工艺来达到。3、基准选择以粗车后的小端外圆面和凸台端面为定位基准，在一次安装中加工大端各表面，以保证所要求的位置精度。4、工艺过程1）采用GB4235锯床，从φ250mm的圆钢上锯取长1840mm的一段,尺寸依据等体积法粗略算得，取加工余量10%。2）始锻温度1150～1200℃，终锻温度800～850℃，使直径达φ950±6mm，厚度达136±6mm。3）滚圆修整。4）垫环局部镦粗，始锻温度1150～1200℃，终锻温度800～850℃，使凸台部毕业设计说明书第6页共34页分厚度达66±6mm，直径达φ300±6mm。5）用凸模冲出φ249的通孔。6）热处理，650～830℃退火，从而恢复组织。7）粗车小端外圆和两端面至φ290×57。8）倒头粗车大端外圆和端面至φ940×126，然后粗车出密封面凸台φ749×6。9）按图示要求车环槽。10）划线，划出24个螺栓孔的线。11）钻φ52的螺栓孔。12）车外圆及孔口倒角。13）按图纸要求检验。其加工工艺参见附录A。5.2孔板的制造孔板形状及尺寸见图5.2。图5.2孔板简图1、零件的主要技术要求1）表面不得有裂纹及其它降低孔板强度和连接可靠性的缺陷。2）工件材料为0Cr18Ni10Ti。2、工艺分析根据工件材料性质和具体尺寸精度、粗糙度的要求，可以采用粗加工的工艺来达到。毕业设计说明书第7页共34页3、工艺过程1）备厚度6mm的板料，划线划出φ259的圆。2）气割割出孔板。3）修整毛边。4）在板上按图中要求划出19个φ44的孔。5）钻孔φ44，修理各个孔边缘的毛边。6）按图纸要求检验。5.3封头的制造封头形状及尺寸如图5.3所示。图5.3封头简图1、零件的主要技术要求1）表面不得有裂纹及其它降低封头强度和连接可靠性的缺陷。2）工件材料为15CrMoR＋0Cr18Ni10Ti。2、工艺分析根据工件材料性质和具体尺寸精度、粗糙度的要求，可以采用粗加工的工艺来达到。3、基准选择以中心线AB和CD为基准4、工艺过程封头由半个椭球和一个高度为h的圆柱形短节（封头直边部分）构成，其型式毕业设计说明书第8页共34页参数关系为：Di＝4（H-h）DN＝Di封头外形尺寸如下：公称直径：DN＝1400mm封头壁厚：δa＝19mm直边高度：h＝50mm封头总深度：H＝400mm封头制造工艺如下：1）预处理：矫正，喷丸处理。2）划线：椭圆形封头毛坯尺寸的计算为222)(41)(22babaP式中：P—封头椭圆部分的半周长a—椭圆的长半轴b—椭圆的短半轴由于a=700mm，b=350mm，得出P=1715.9mm。考虑加工余量后，封头毛坯直径可按下式计算：D0=P+2hk0+2S式中：0k—封头冲击成形是的拉伸系数，取k0=1S—封头边缘加工余量h—直边高度可求得D0=1835.9mm。综上，在原材料上划一直径为1835.9mm的圆。3）下料：采用等离子弧切割下料。4）热冲压：先加热至1000℃，再水压机压制成形并预留直边加工余量。5）二次划线：量取直边高度50mm划线，同时对所有孔划线。6）切割：LGK8等离子弧切割机切出50mm直边。7）制孔：按所划的孔线钻出φ20；钻中心孔φ50，钻左边的孔φ50，然后分别毕业设计说明书第9页共34页对中心孔和左边的孔扩孔，分别扩至φ600，φ100。8）修理毛边。9）按图样要求检查其尺寸、质量等。5.4法兰的制造法兰形状及尺寸如图5.4所示。图5.4法兰简图1、零件的主要技术要求1）表面不得有裂纹及其它降低法兰强度和连接可靠性的缺陷。2）螺栓孔中心圆直径和相邻两螺栓孔弦长允差为±0.6mm。3）工件材料为15CrMoR，锻件，级别为III级。2、工艺分析根据工件材料性质和具体尺寸精度、粗糙度的要求，可以采用粗车的工艺来达到。3、基准选择以粗车后的小端外圆面和凸台端面为定位基准，在一次安装中加工大端各表面，以保证所要求的位置精度。4、工艺过程1）采用GB4235锯床，从φ250mm的圆钢上锯取长435mm的一段，尺寸依据等体积法粗略算得，取加工余量10%。毕业设计说明书第10页共34页2）始锻温度1150～1200℃，终锻温度800～850℃，使直径达φ514±6mm，厚度达103±6mm。3）垫环局部镦粗，始锻温度1150～1200℃，终锻温度800～850℃，使法兰盖凸出部分厚度达68±6mm。4）滚圆修整5）用冲模冲φ249的通孔。6）热处理，650～830℃回火，恢复组织。7）粗车小端外圆和两端面，车出颈部，保证尺寸φ273、φ343、88。8）倒头粗车大端外圆和端面至φ510×66.5。9）粗车密封面φ356×2.5。10）车环槽。11）划12个φ33螺栓孔的线，并钻孔。12）车外圆及孔口倒角。13）按图纸要求检验。5.5筒节的制造1.矫正原理如图5.5所示。图5.5七辊矫平机矫正原理2.划线划线前应展开，可采用计算展开法。具体展开公式如下：L=π（Dg+δ）+S式中L---筒节毛坯展开长度（mm）毕业设计说明书第11页共34页Dg---容器公称直径（mm）δ---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），如两侧均需刨边，则取10～15mm。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。经查阅资料及计算，取划线尺寸为4457×2500（长度×宽度）。3.下料采用等离子切割下料。4．边缘加工采用刨边机进行钢板的直线边缘加工和开坡口，加工精度高，坡口尺寸准确。5.卷制采用对称式三辊卷板机来卷制钢板。（1）预弯采用对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法弯卷。为使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要先将其两端弯曲成所需要的曲率，称为预弯。本次设计利用压力机预弯。受模具长度限制，板料的压弯需逐段进行，且在压制过程中需要随时用样板检查曲率半径的大小，以保证成形尺寸满足要求。如图5.6所示。图5.6压力机预弯示意图（2）对中板料预弯后，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。毕业设计说明书第12页共34页（3）卷圆钢板对中后，即可用上辊压住板料并使之产生一定弯曲，开动机床进行滚卷。每滚卷一次行程，便适当下调上辊一次，这样经过多次滚卷就可将板料弯曲成所要求的曲率。在滚卷过程中要注意