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1、_12_届_焊接技术及自动化_专业毕业设计（论文）题目：锅炉压力容器的制造 学 号： 姓 名： 指导教师： 专 业： 焊接技术及自动化 班 级： 12级焊接班 完成时间： 2015 年 3 月 25 日摘 要一直以来锅炉和压力容器的焊接就面临着复杂而艰巨的技术难题，压力容器又是涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测及安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展。在世界各国投入了大量人力物力进行深入研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和
2、使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新工艺所代替、而冶金机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体制造技术水平提高的前提条件。关键词:压力容器，制作工艺，焊接，坡口自动切割机目 录摘 要2第一章产品结构以及材料性能41.1产品结构分析4第二章储气罐的制作工艺流程62.1储气罐的工艺流程62.2材料焊接性分析62.3钢材预处理72.3.1 钢材的矫正72.4下料工艺(方法、设备)82.4.1钢板的划线、号料82.4.2钢板的剪裁8第三章钢板的卷制10第四章装配与焊接工艺134.1装配的基本条件134.
3、2零件的定位134.3封头成形装配与焊接144.4筒节的焊缝装配与焊接154.5附件装配焊接184.6整体消除应力热处理194.7罐体的检验194.7.1无损探伤194.7.2水压试验19结论20致谢21参考文献22第一章 产品结构以及材料性能1.1 产品结构分析压力容器有多种结构形式，最常见的结构为圆柱形、球形和锥形三种。而直径2000mm熔化槽槽体属于圆柱形。其结构简图如图1所示，下面简单介绍其结构特点。 1) 筒体第是压力容器的重要组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需要的大部分压力空间。当筒体直径较小（小于500mm）时，可用无缝钢管制作。当直径较大时，一般用钢板卷制或压制后焊接
4、而成，由于熔化槽槽体长5122 mm所以采用第二种方法。2) 封头按几何形状不同，有椭圆形封头，球形封头，蝶形封头，锥形封头和平盖等各种形式。封头和筒体组合在一起构成一台容器壳体的主要部分，也是最主要的受压元件之一。此储气罐选择的是椭圆形封头。从制造方法分，封头有整体成形和分片成形后组焊成一体的两种。当封头直径较大，超出生产能力时，多采用分片成形方法制造，分片成形控制难度大，易出现不合格产品。对整体成形的封头尺寸、形状，虽然易控制但一般需要有大型冲压模具的压力机或大型旋压设备，工艺设备庞大，制造成木高。从封头成形方式讲，有冷压成形、热压成形和旋压成形。对于壁厚较薄的封头，一般采用冷压成形。3)
5、 法兰 法兰按其连接的部分分为管法兰和容器法兰。4) 开孔与接管 由于工艺要求和检修时的需要，要在石油化工容器的筒体和封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管等。 5) 支座 压力容器靠支座支撑并固定在基础上。对于该罐体可采 用鞍式支座第二章 储气罐的制作工艺流程2.1储气罐的工艺流程2.2材料焊接性分析 本产品所采用的材质是16MnR,其特点是焊缝热影响区具有不同程度的淬硬倾向，焊缝和热影响区对冷裂纹都比较敏感。电弧焊时，各种冷却速度下都可能在热影响区形成马氏体组织，钢中碳和合金元素的含量愈高，热影响区的淬硬倾向就愈大，同时金相组织中的马氏体组织的比例就愈高。因此，在拟
6、定其焊接工艺时，应以防止接头各区马氏体组织和冷裂纹形成及防止热影响区淬硬变脆为基本出发点。 16MnR钢，化学成分见表2,力学性能见表3。焊接性良好，板厚34mm以下，焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。自动理弧焊时，由于焊接线能量较大，焊接区冷却速度较馒，焊前不必预热。本产品板厚为8mm,所以焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。16MnR的焊条电弧焊应采用低氢型焊条E5015。选择埋弧自动焊焊接材料时，应考虑坡口的形式，板厚和受压部件的热处理工艺。对于不开坡口的对接接头，由于母材的熔合比比较高，在焊后不进行热处理的场合，可选用合金量较低的H08MnA焊丝配HJ431焊剂。对于板厚超过30mm
7、开坡口的对接接头，应采用H10Mn2焊丝配HJ431焊剂，对于焊后需作长时间消除应力处理的厚壁容器，应采用H08MnMo焊丝配HJ530焊剂。根据木产品的特点，所选用的焊条为E5015,焊丝和焊剂分别为H08MnA和HJ431。2.3钢材预处理金属材料预处理是指在下料、装配、焊接前，进行矫正、材料表面除锈清理、喷涂防护层和烘干等加工工序。它是提高产品质量，延长产品使用寿命，减少环境污染，提高零件气割下料质量，尤其有利于数控切割机正常工作和设备保养的有效措施。2.3.1 钢材的矫正1) 钢材矫正的目的钢材在轧制过程、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当，或在装卸不良及其他原因，可能会产生弯
8、曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，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、下料前应予以矫正2) 矫正的基本原理矫正的基本原理是使钢板在外力的作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、表面不平等变形，从而获得正确形状的过程。对钢材进行的矫平和矫直称为矫正。2.4下料工艺(方法、设备)2.4.1钢板的划线、号料 划线和号料就是根据施工图样及工艺上的要求，正确地确定一个欲加工零件的配料尺寸和形状，并用划线的方法在钢材上号料，同时标注上必要的加工符号及其他必要内容
9、，用以指导以后各道工序的加工。它直接决定着零件的尺寸和儿何形状的精度，而且对以后的装配和焊接工序也有很大的影响。2.4.2钢板的剪裁 钢板的剪裁就是按照所划的切掉线切割出零件的毛坯。钢材的剪裁方法很多，目前金属结构制造厂常用的主要方法有:机械剪裁，气体火焰切割和等离子弧切割等。目前常用的机械剪切机床有:龙门式剪板机，联合式剪板机，盘园式剪板机，振动式剪板机，以及专用或多用的型钢剪断机等。由于剪切后仍然需要对其进行开坡口，因此，本设计选用较为方便操作的气体火焰切割方式来进行钢板的下料。 气体切割机选用CG 1一30小车式半自动切剂机见图6.气体火焰切割原理是利用可燃气体与氧气棍合燃烧形成的预热火
10、焰，将被切割的金属加热到其燃烧温度，再用喷射出高速氧气流使割缝被加热到燃点的金属发生剧烈燃烧产生大量热量，并将产生的氧化物熔渣吹除掉，从而把金属分割开来的一种加工方法。CG1一30小车式半自动切割机主要技术参数见表5。 开坡口是边缘加工的一种。其方法也很多，有手工铲削，砂轮打磨，用加工机床进行机械加工，以及气体火焰切割和碳弧气刨等。 本设计选用同款式气体切割机，进行坡口加工。气割边缘加工可用自动或半自动切割机同时用两个或三个割嘴。一次切割就可以切割出V型或X型坡口来。第三章 钢板的卷制 钢板的卷制是对钢板进行弯曲加工的主要形式。所用的最普遍的设备是对称式三辊卷板机。 三辊式卷板机的上轴可在oe
11、垂直平面内上下调节，两个下辊为主动辊，可正反旋转，并对称于上辊中心线排列。弯卷时将钢板放入上、下辊之问，然后上辊向下移动将钢板压紧并使之弯曲，在e点处弯矩最大，使钢板达到塑性变形状态。再驱动两下辊旋转，并借助于钢板和辊子之间的摩擦力使钢板左右移动。同时上辊也随之转动，这样就使钢板连续通过oe垂直平面，受到相同的弯曲，产生相同的变形。既钢板变成曲率相同的弧形板。一次行程之后，再将上辊下压一定距离，有驱动下辊，使钢板进一步受到弯曲。上辊下压儿次，就将钢板弯曲到需要的曲率半径。三辊式卷板机的工作原理如图7所示。1) 预弯 预弯是在用卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法卷弯。为了使钢板都能弯曲成
12、同一曲率，在卷板前要采用一定的办法，前将其两端弯曲成所需要的曲率，这就是预弯的目的。 较厚的板采用压力机进行模压弯曲，这种方法需较大型的压力机和模具；本设计板较薄，就用原三辊卷板机，借助一块预弯胎板进行辊卷预弯。预弯过程见图8。 胎板厚度一般取卷制钢板厚度的两倍稍多一些，本设计选用的胎板厚度为l9mm，其曲率半径应略小于被卷钢板的半径，这样既不致增加板机的负担，也避免损坏机床，又可以保证钢板的预弯曲率.预弯的长度一般应超过两下辊的中心距离，本设计预弯的长度为100mm。2) 对中 当钢板弯好之后，即可将钢板放入卷板机上下辊之间，进行滚卷，但首先注意将钢板放正，也就是要对中，其目的是工件的母线要
13、与辊子轴线平行，以防止产生扭斜。 对中常用方法有:四辊机对中，有对中挡块的三辊机对中，倾斜进料对中，按棍中槽对中。本设计选用三辊机对中即可。3) 卷圆 钢板对中以后，就可以调上下辊压住钢板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向下调上辊一次，这样经过多次滚卷就可将钢板弯曲成所要求的曲率。 本设计应用冷卷工艺。应注意的是: 冷卷时不得超过允许的最大变形率为0.5%； 不致打滑和使设备不超过额定功率；滚卷过程中要随时用卡样板测量，是否已经达到曲率要求，不可过卷。4) 校圆圆筒应封闭表面工件，当进行点装和纵缝焊接之后，一般还要进行一次校圆。校回多是在原卷板机上进行。校圆大致有以下
14、三个步骤:工件放入卷板机上辊之后，一泞先是根据经验或计算将辊调到所需要的最大矫正曲率位置，进行加载。使工件在矫正曲率下，多次滚卷并着重于焊缝区的滚卷，使整圈曲率均匀一致，并经测量，直至合乎要求为止。逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐减少的载荷下多次滚卷。 注意:内筒矫圆前，先要将纵缝加强高磨平，并用砂轮磨光到内筒圆弧度相平齐，然后到卷板机上进行校圆。5) 封头压制成形 由于直径很大，材料尺寸不够，所以必须采用拼接钢板(拼板的对口错边量不得大于钢板厚度的10%，且不大于2.4mm)，然后进行整体冲压。压力容器封头拼板缝一般是在平板状态下完成的，焊接条件比较好，焊接坡口采用V形。封头拼缝宜采用焊条电弧焊
15、十理弧自动焊组合。拼焊焊缝的位置应满足有关标准的要求，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。这可避免在冲压过程中坯料从焊缝缺陷处撕裂的可能。坯料拼缝的余高如有碍成形质量，在成形前应打磨与母材齐平，必要时还应作表面检测. 拼接钢板时，先用焊条电弧焊进行点固焊，焊条选用E5015、焊条直径4.Omm、焊接电流I=kd=40x4=160A。焊点可在钢板焊道上均匀分布，母隔一米焊大约300mm长的焊缝。接下来要用埋弧焊把钢板拼接完整。封头拼接完成进行X射线探伤，按JB4730-94标准，III级合格。拼接简图如图10所示。第四章 装配与焊接工艺4.1装配的基本条件 将零部件按图纸要求组合起来，经定位焊成为整体的工艺过程称为装配。在进行金属结构件的装配时，将零件装成部件称为部件装
