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1、焊接结构学课程设计 专 业：材料成型及控制工程 学 号： 姓 名： 指导老师： 二零一六年六月 锅炉的焊接结构工艺设计Kjele prosessdesign sveiset strukturer（立式常横水管锅炉） 学 院：材料科学与工程学院 班 级： 焊接（3）班 学 号： 姓 名： 指导老师： 2016年6月目录目录1摘要2关键字：2一、简 介3 1.1锅炉3 1.2立式横水管锅炉3二、材料介绍3 2.1锅炉材料选择3 2.2 Q245R钢材和10#钢管的主要化学成分及力学性能4 2.3 设计图样及焊缝位置的确定6三、设计计算7 3.1主要技术参数7 3.2 压力计算壁厚7四、 锅炉筒体的
2、成形8 4.1备料8 4.2 钢材的预处理8 4.2.1钢板的矫平8 4.2.2钢板的表面除锈8 4.3 成形9 4.4 矫形9 4.5汽包成形后的检验11 4.6 坡口制备11五、焊接12 5.1焊材的选择12 5.2 焊接设备13 5.4焊接方法14 5.5 焊前准备14 5.6 焊接的工艺参数14六、无损检测16七、焊后整体热处理16课程设计总结16参 考 文 献17摘要焊接结构，是指常见的最适宜于用焊接方法制造的金属结构。由于焊接结构的种类繁多，其分类方法也不尽相同。例如，按半成品的制造方法可分为板焊结构、冲焊结构等；按照结构的用途则可分为车辆结构、船体结构、飞机结构等等；根据焊件的材
3、料厚度则可分为薄壁结构和后壁结构；根据焊件的材料种类则可分为钢制结构、铝制结构、钛制结构等等。本次课程设计是围绕工作压力0.4MPa,饱和蒸汽150，汽水混合的锅炉进行设计和制造过程。介绍了锅炉的相关知识，锅炉外径为10000mm，筒身长为3300mm;受热面积12.2m2，炉排面积0.5m2，筒身，封头和加强板材料为Q245R(GB713-2014)。设计过程中严格按照国家相关规定和行业准则进行设计。设计包括锅炉壁厚的计算和筒体成形，以及筒体焊接的相关事宜。焊接后对筒体的焊缝进行了全面的检测。本课题的研究使我在理论知识上对锅炉有了全面且详尽的了解，在实际应用上也锻炼了我综合运用所学专业基础知
4、识解决实际问题的能力，同时还提高了我查阅文献资料以及办公软件操作等方面的专业能力水平。关键字： 焊接结构 焊接 手工电弧焊 一、简 介1.1锅炉锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称
5、为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。1.2立式横水管锅炉立式横水管燃煤蒸汽锅炉采用传统的燃烧技术，煤从炉门投入在炉排上燃烧,烟气在炉胆内经横水管交错冲刷.含在烟气中的细小碳黑及灰尘，被多层管束切割落在炉排上重新燃烧,经烟囱排入大气。二、材料介绍2.1锅炉材料选择 锅炉压力容器对钢材的性能有特殊的要求：较高的室温强度，通常以屈服强度极限s和强度极限b为设计依据，较大的s和b；有良好的韧性性能，材料需具有足够的韧性，防止脆性断裂，在考虑强度的同时不能忽略韧性；较低的缺口敏感性，制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹，良好的加工性能和焊接性能。选
6、用的材料除了考虑到它的加工工艺性能，还必须考虑它的经济性。 本次蒸气锅炉汽包的设计要求，工作压力为0.4MPa，饱和蒸汽温度150，所以要求使用材料具有一定的强度、塑形、韧性、硬度和较高的韧脆转变温度；由于工作介质为汽水混合物，所以不需要材料具有很高的抗腐蚀能力，综合考虑其焊接性，冷、热加工性、经济性，锅筒、封头、人孔选用Q245R(GB713-2014)钢材，接管材料选用10#钢管。2.2 Q245R钢材和10#钢管的主要化学成分及力学性能（1）Q245R化学成分与力学性能分析表2-1 Q245R的化学成分/%牌号CSiMnPSQ245R0.200.350.50.900.0250.015表2
7、-2 Q245R的力学性质牌号断面收缩率/%SMPabMPa伸长率5%冲击韧度(AKJ)硬度HBSQ245R552454002527J热轧钢156（2）10#钢管的化学成分与力学性能表2-3 10#的化学成分%钢号CSiMnPSCrNiCu10#0.070.140.170.370.350.650.350.040.150.250.25表2-4 10#的力学性能钢号状态断面收缩率/%SMPabMPa伸长率5%硬度HBS10#正火524541025未热处理，1562.3 设计图样及焊缝位置的确定图2-1，焊接工艺草图A类接头、B类接头、C类接头、D类接头、E类接头、A类接头全焊透对接焊缝、双面焊缝或
8、单面开坡口B类接头全焊透对接焊缝、双面焊缝或单面开坡口C类接头局部焊透T型接头D类接头插入式接管全焊透T型接头E类接头双面开坡口全焊透角焊缝F类接头双面开坡口全焊透角焊缝三、设计计算3.1主要技术参数（1）计算压力 P=0.4MPa；（2）最高允许运行温度=150；（3）工质：汽-水混合物；（4）外径Da=1000mm；（5）筒身长度L=3300mm；（6）筒身，封头，人孔和加强板材料Q245R；接管材料10#（国标）。3.2 压力计算壁厚筒身壁厚是根据ADB1计算：Da（外径）=500*2=1000mm；P（计算压力）=0.4mpa；S（安全系数）=1.5；V（减弱系数）=0.85；C1（壁
9、厚负差补偿）=0.8；C2（磨损补偿）=1.0；S=14.2；S取15。强度特性值按DIN17155（EN10028）确定。计算中预期壁厚S30mm；安全系数根据ADB0表2对轧制和锻制钢取1.5；说明焊缝中许用的计算应力的使用程度的减弱系数根据HP0表1考虑无损检测的范围取v=0.85；壁厚的负差补偿对于铁素钢为板的允许负公差。四、 锅炉筒体的成形4.1备料 根据设计图纸，对每块筒体板用计算机放大样，根据放样后的实样，提出筒体板的备料计划，要求备料筒体板的同时，要考虑到筒体焊接产品的试板用量，需复验的材质要求和安装用胎具用量以及筒体板所需的工艺余量和加工余量等，并且应尽量节省材料。筒体板的备
10、料除外形尺寸必须准确无误外，同时要求各项技术参数必须写清楚，以便购料。对于筒体附件的备料，要求各项技术参数，参照技术标准，相关图纸号以及数量等必须明确、清晰。对于筒体的一些标准附件，如开口销、垫圈等，在选购时，要求购买的数量要多于图纸上的规定数量，以便互换使用和方便维修。此外，筒体的焊接主要采用焊条电弧焊，所以要求准备足够的焊条，并按要求做好焊前准备及处理。4.2 钢材的预处理 钢材的预处理包括钢板的矫平和钢板的表面除锈两个方面。 4.2.1钢板的矫平钢板在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当、或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。当这些变形超过一定
11、程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以，划线、下料前必须进行钢板的矫平。 4.2.2钢板的表面除锈钢板的表面除锈采用喷丸的方法。喷丸是用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动砂粒冲击工件表面，打落铁锈，使金属表面形成均匀而较光洁的表面，并进一步释放在钢板中的残余应力。钢材经此清理，并经喷涂保护底漆，烘干处理等工序后，既可保护钢材在生产或使用过程中不再生锈，又不影响机械加工和焊接质量。4.3 成形 （1）卷制前钢板两端应进行预弯，一般预弯宽度应大于选定的卷板机两下辊中心距之半（一般取两下辊中心距之
12、半加50100mm）。预弯可在压边机或预弯模上进行。（2）卷圆时钢板在上下辊之间必须放正，板材边缘与辊筒轴线应严格保持平行。应采用将板上的标记与辊轴线上的划线标记对正的方法来保证。（3）卷制大直径薄壁筒节时，必须采用卷板机托架和吊车密切配合的方式避免已弯制的筒节回直或压扁失形。 （4）卷制筒节时，应逐次减少筒体的曲率半径，严禁一次卷板成型。每一次卷圆的变形量不得超过总变形时的30%。要利用卷板机上的标尺来估计上辊的下压量。 （5）卷制圆筒过程中，应使用经检验合格的样板来检查筒体的曲率半径。 （6）圆筒卷制成型后，由合格的持证焊工对筒体纵缝进行点焊，点焊要求按焊接工艺。 （7）采用卷板机校圆，在
13、辊筒调至所需矫正曲率半径时进行，要求圆周曲率均。 （8）采用校形机（纵缝矫形机）消除筒体焊缝局部棱角度和局部变形时，应采用逐步变形、校正的方法，并用样板逐次检查。 （9）卷制和成形过程中，应及时清除铁锈杂质和剥落的氧化皮，以防压损设备和筒体。4.4 矫形（1）筒节端面错口量不得大于1mm。（2）纵缝棱角度控制采用弦长等于1/6设计内径Di，且不小于300mm的内或外样板检查，其棱角度不得大于0.1n+2mm，且不大于5mm。（3）筒节圆度控制，对于筒节同一断面，最大内径与最小内径之差e，应不大于该断面设计内直径Di的1%，且不大于25mm。（4）对外压容器，圆度的控制应严格满足GB150的相应要求或符合下述规定：检查采用内弓形或外弓形样板，样板圆弧半径等于设计内半径或外半径（依测量的部位而定），其弦长按工艺卡的规定。测量点应避开焊缝或其它凸起部位。采用样板沿壳体外径或内径径向测量的最大正负偏差e应满足工艺卡的要求。（5）纵焊缝对口错边量控制应符合下表：表4-1 纵焊缝对口错变量对口处名义厚度过n
