壓力容器的設計與制造

1、 壓力容器的設計與制造 摘 要 我國一直是重工業(yè)生產(chǎn)的大國，全國各地分布著很多重工業(yè)企業(yè)，對于以重工業(yè)為主的地方來說，維護設備的安全與穩(wěn)定運營顯得尤為重要。在近幾年不斷發(fā)生的工業(yè)事故中，我們可以看到，由于鍋爐設備原因而發(fā)生爆炸等工業(yè)事故的幾率占了50%左右，將近是所有工業(yè)事故的一半。由此我們可以看出，鍋爐的設計對于工業(yè)生產(chǎn)來說至關重要。 夾套罐的應用在鍋爐壓力容器中非常廣泛，夾套罐的設計對于壓力有較高的要求，對于容器罐體、夾套的封頭與筒體高度、強度等方面的設計要求精度很高，所設計的內容是否與各標準相一致，是否達到國家保準，這些都非常重要。 關鍵詞：罐體；夾套罐；壓力；校核目錄引 言3第一章 產(chǎn)

2、品結構以及材料性能51.1產(chǎn)品結構分析51.2 母材性能分析61.2.1 材料化學成分及力學性能61.2.2 母材焊接性7第二章 產(chǎn)品工藝流程以及焊接材料選取82.1 產(chǎn)品工藝流程圖82.2 焊縫位置分布92.3 焊前準備92.4 鋼材預處理102.4.1 鋼材的矯正112.4.2 鋼材的表面處理122.4.3 表面防護處理122.5 內筒的下料和卷制122.5.1內筒的下料122.5.2 內筒的卷制132.6 封頭的下料和沖壓162.6.1 封頭的下料162.6.2 封頭的沖壓172.7 夾套的下料和成型192.7.1 夾套的下料202.7.2 夾套的成形加工202.8焊前準備212.9縱縫

3、焊接工藝參數(shù)222.9.1點固焊232.9.2縱縫焊接工藝參數(shù)232.10 環(huán)縫焊接工藝參數(shù)242.10.1筒節(jié)與封頭的裝配242.10.2筒節(jié)與封頭的焊接252.10.3夾套與夾套封頭的焊接252.11焊后檢驗252.11.1焊接檢驗程序的設計原則252.11.2 x射線檢測262.11.3 超聲波檢測262.11.4 涂漆26第3章 壓延模具的設計273.1 沖壓設備273.2 設計要求273.3 封頭壓延成形模具的結構273.4 封頭壓延成形模具的設計參數(shù)273.4.1 凸模設計參數(shù)273.4.2 壓邊圈283.4.3 凹模設計參數(shù)29結論30參考文獻31致謝32 引 言 壓力容器是容器

4、的一種，是指最高工作壓力大于等于0.1mpa，容 積大于等于25，工作介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標準沸點液體的容器。這類結構大都在一定的溫度和壓力下工作，且相當一部分結構的工作介質或內部充裝物為易燃易爆，或具有強烈腐蝕性，或有毒的物質，一旦發(fā)生泄露或者斷裂破壞，就可能產(chǎn)生災難性的后果，造成人民生命財產(chǎn)的嚴重損失。因此，必須保證該類結構在工作和運行中的安全可靠性，必須按照產(chǎn)品設計的技術要求中專門的技術規(guī)范來進行制造生產(chǎn)，嚴格控制質量，并且要由專設機構來進行監(jiān)督和檢查。世界各國對于壓力容器的制造和使用都非常重視，均設有專門機構，制定了詳細的技術規(guī)范和檢查標準。 壓力容器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

5、離不開機械、冶金、石油化工、電腦信息、經(jīng)濟管理和安全防護等諸多工程技術的改革創(chuàng)新，或者說它是在多項新材料、新技術、新工藝綜合開發(fā)的基礎上發(fā)展的工業(yè)產(chǎn)品。在科學技術不斷提高的今天，壓力容器行業(yè)的發(fā)展當然也離不開先進技術的使用。 一.現(xiàn)代先進設計技術的開發(fā)應用 壓力容器設計單位必須持有國家質量技術監(jiān)督部門頒發(fā)的相應類別“壓力容器設計單位批準書”。設計人員的資格取證不僅需對應于第一、二類或第三類壓力容器的要求，而且還將區(qū)分能勝任“按應力分析設計”，或只能擔任“按規(guī)則設計”。現(xiàn)代先進設計技術在壓力容器領域的開發(fā)應用，主要是指“按應力分析設計”范疇。除了已較普及的計算機輔助計算（cac）和計算機輔助設計

6、（cad）外，有待進一步開發(fā)的如有限元設計、并行設計、虛擬設計和計算機輔助工程（cae）等現(xiàn)代先進技術均將在21世紀取得不同程度的進展。二.先進制造技術理念的推廣普及 壓力容器制造單位必須持有國家質量技術監(jiān)督部門頒發(fā)的“壓力容器制造許可證”，并應建立健全的質量保證體系。但我國已取證的壓力容器制造企業(yè)的人均gdp值和產(chǎn)品附加值都還很低，技術裝備、技術素質和管理水平也都很落后。為了面對21世紀的挑戰(zhàn)和機遇，達到優(yōu)化產(chǎn)品質量、降低生產(chǎn)成本、提高勞動生產(chǎn)率、提升國際競爭力，有必要在壓力容器產(chǎn)業(yè)推廣“先進制造技術”理念。所謂先進制造技術（amt）是美國在上世紀80年代提出的新概念，它是一項集具體制造技術

7、與經(jīng)營管理技術兩個層面于一體的系統(tǒng)工程。amt的特點為：以市場為導向，以系統(tǒng)觀念、工業(yè)工程為指導，以全面數(shù)字化技術為依托，合理使用先進技術，精心組織經(jīng)營管理。作為壓力容器的生產(chǎn)模式，主要包含三個技術群，即主體技術群如備料、滾卷、鍛壓、成形、組裝、焊接、熱處理、檢驗測試和壓力試驗、爆破試驗、疲勞試驗等；支撐技術群如自動控制技術、信息處理技、生產(chǎn)物流技術和標準化規(guī)范化技術等；及管理技術群如質量控制、人員培訓、市場電子商務技術和售后服務等。其中尤以焊接（含現(xiàn)場組焊）和熱處理兩個環(huán)節(jié)是保證產(chǎn)品質量的關鍵。當前國內外都著眼于電腦自動化， 特別是自動控制式焊接設備和熱處理設備的改進創(chuàng)新更是發(fā)展神速，一些便

8、攜式自動焊接和熱處理設備也已在大型球罐和塔設備等現(xiàn)場組焊中得到推廣應用。傳統(tǒng)的臟亂差、噪音污染、質量失控的鍛焊鈑金車間勢將退出產(chǎn)業(yè)歷史舞臺。總之，面臨著機械制造業(yè)全球化挑戰(zhàn)和機遇的歷史時期，壓力容器產(chǎn)業(yè)也應盡快提高自己對市場的快速響應能力，開發(fā)節(jié)能、節(jié)材、綠色制造的成形與改性技術，實現(xiàn)產(chǎn)品和工藝研究自動化。如果還使用落后的生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)機制將最終被時代淘汰。 而在壓力容器的制造過程中對焊接技術的應用是非常重要的。在科學技術飛速發(fā)展的當今時代，焊接已經(jīng)成功地完成了自身的蛻變。很少有人注意到這個過程何時開始，何時結束。但它確確實實地發(fā)生在過去的某個時段。我們今天面對著這樣一個事實：焊接已經(jīng)從一種傳

9、統(tǒng)的熱加工技術發(fā)展到了集材料、冶金、結構、力學和電子等多門類科學為一體的工程工藝學科。而且，隨著相關學科技術的發(fā)展和進步，不斷有新的知識融合在焊接之中。剖析現(xiàn)代的焊接，不難發(fā)現(xiàn)其愈發(fā)顯現(xiàn)出的幾大特征：1、焊接已成為最流行的連接技術；2、焊接顯現(xiàn)了極高的技術含量和附加值；3、焊接已成為關鍵的制造技術；4、焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)不可分離的組成部分。在工業(yè)化發(fā)達的美國，焊接被視為“美國制造業(yè)的命脈，而且是美國未來競爭力的關鍵所在”。其主要根源就是基于這樣一個事實：許多工業(yè)產(chǎn)品的制造已經(jīng)無法離開焊接技術。 第一章 產(chǎn)品結構以及材料性能 1.1產(chǎn)品結構分析 壓力容器有多種結構形式，最常見的結構為圓柱形、球形

10、和錐形三種。而直徑2000mm熔化槽槽體屬于圓柱形。其結構簡圖如圖1-1所示，下面簡單介紹其結構特點。 圖1-1 產(chǎn)品結構簡圖（1）筒體 是壓力容器的重要組成部分，由它構成儲存物料或完成化學反應所需要的大部分壓力空間。當筒體直徑較?。ㄐ∮?00mm）時，可用無縫鋼管制作。當直徑較大時，一般用鋼板卷制或壓制后焊接而成，由于熔化槽槽體長5122 mm所以采用第二種方法。（2）封頭 據(jù)幾何形狀的不同，壓力容器的封頭可分為凸形封頭、錐形封頭和平蓋封頭三種，該罐體屬于凸形封頭中的橢圓形封頭。（3）法蘭 法蘭按其所連接的部分分為管法蘭和容器法蘭。用于管道連接和密封的法蘭叫管法蘭；用于容器頂蓋與筒體連接的法

11、蘭叫容器法蘭，而該罐體的法蘭屬于容器法蘭。（4）開孔與接管 由于工藝要求和檢修時的需要，要在石油化工容器的筒體和封頭上開設各種孔或安裝接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進出接管等。（5）支座 壓力容器靠支座支撐并固定在基礎上。對于該罐體可采用鞍式支座。 1.2 母材性能分析 本次罐體所用的材料主要是16mnr，屬于熱軋鋼，是壓力容器的常用鋼。是通過mn、si等合金元素的固溶強化作用來保證鋼的強度，屬于c-mn或mn-si系鋼。 1.2.1 材料化學成分及力學性能 材料的化學成分主要包括c、si、mn 、s、 p等化學元素，而其力學性能也主要受這幾種元素含量的變化的影響而發(fā)生變化。 鋼號 化學成分

12、（質量分數(shù)）（%）16mnr c si mn s p 0.200.200.601.201.60 0.035 0.035 表1材料化學成分 碳（c）決定了母材的淬硬傾向和冷裂紋傾向，與碳當量有關。碳當量越大，則母材淬硬傾向和冷裂紋傾向增大。如果碳當量很小，不需要熱處理的情況下，焊接性能也非常好。 硅（si） 起到固溶強化的作用，增加鋼的強度。如果硅的質量分數(shù)超過0.6%使韌性不利，使韌脆轉變溫度提高。 錳 (mn) 起到固溶強化的作用，增加鋼的強度。如果錳的質量分數(shù)超過1.6%，焊接時易出現(xiàn)裂紋，在熱影響區(qū)還會出現(xiàn)淬硬組織。 硫 (s) 危害性元素。如果錳硫比升高，含碳量降低則不會出現(xiàn)冷熱裂紋。

13、 磷（p） 危害性元素。對鋼材的焊接性有不利的影響。 表2力學性能 鋼 號板厚/mm熱處理狀 態(tài) 力學性能 沖擊性能屈服強度s/mpa抗拉強度b/mpa伸長率5（%）彎曲180溫度/沖擊功aku/j16m nr616熱軋345 51065521d=2a室溫27（橫向）1.2.2 母材焊接性 16mnr屬于熱軋鋼，在焊接時主要注意的問題是冷裂紋的產(chǎn)生和熱影響區(qū)脆化。（1）冷裂紋 16mnr鋼含有少量的合金元素，碳當量比較低，一般情況下（除環(huán)境溫度低或鋼板厚度很大時）冷裂傾向不大。淬硬傾向主要取決于鋼的化學成分，其中以碳的作用最明顯?？梢酝ㄟ^碳當量公式來大致估算16mnr鋼的冷裂敏感性，碳當量越高

14、，冷裂敏感性越大。國際焊接學會推薦的碳當量公式為 ce(iiw)=c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15(%) （1-1） (式中的元素符號均表示該元素的質量分數(shù)) 一般認為ce0.4%時，鋼材在焊接過程中基本無淬硬傾向，冷裂敏感性小。ce=0.4%0.6%時鋼的淬硬傾向逐漸增加，屬于有淬硬傾向的鋼。 16mnr的碳當量為0.4%，所以在焊接過程中焊接熱影響區(qū)基本無淬硬傾向，冷裂敏感性小。（2）熱影響區(qū)脆化由于16mnr鋼的熱影響區(qū)脆化主要是粗晶區(qū)脆化，所以我們只介紹粗晶區(qū)脆化，而熱應變脆化基本上不發(fā)生。粗晶區(qū)脆化 鋼材被加熱到1200以上的熱影響區(qū)過熱區(qū)可能產(chǎn)生粗晶區(qū)脆化

15、，韌性明顯降低，這是由于熱軋鋼焊接時，采用過大的焊接熱輸入所致。粗晶區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織而降低韌性，焊接熱輸入過小，粗晶區(qū)中馬氏體組織所占的比例增大而降低韌性，這在焊接含碳量偏高的熱軋鋼時較明顯。 第二章 產(chǎn)品工藝流程以及焊接材料選取 2.1 產(chǎn)品工藝流程圖 筒節(jié)制造工藝流程圖 鋼板的復檢預處理下料 鋼板的卷制鋼板的對中鋼板的預彎邊緣加工 縱縫裝配焊接矯圓 封頭制造工藝流程圖 鋼板的復檢預處理 焊接拼接焊縫裝配 邊緣加工下料 加熱壓制二次切割 總裝配焊接工藝 筒節(jié)間或筒節(jié)與封頭裝配環(huán)縫焊接附件裝配焊接 無損探傷 消除應力熱處理 包裝出廠 2.2 焊縫位置分布 主要焊縫位置如圖2-2所示

16、，內筒分為兩節(jié)有兩道縱縫、兩道環(huán)縫，夾套分為上夾套和下夾套，上夾套有一道縱縫，下夾套有一道縱縫一道環(huán)縫，夾套與筒節(jié)間有四道環(huán)縫。 圖2-2 焊縫位置分布圖 1-筒節(jié)縱縫 2-筒節(jié)環(huán)縫 3-夾套縱縫 4-夾套與筒節(jié)環(huán)縫 5-筒節(jié)與封頭的環(huán)縫 2.3 焊前準備 焊前準備工作主要包括熟悉圖樣和技術要求。除了對產(chǎn)品結構、形狀及尺寸進行審核和分析外，還要綜合考慮與加工制造有關的國家技術標準和規(guī)范。壓力容器的可靠性與所選用材料有密切關系，首先要考慮所選材料有足夠的強度、塑性、韌性及穩(wěn)定性；其次應具有良好的冷、熱加工性能，尤其保證焊接性良好。 1）生產(chǎn)圖紙和工藝 焊前必須熟悉生產(chǎn)圖紙和工藝，這是保證焊接產(chǎn)品

17、順利生產(chǎn)的重 要環(huán)節(jié)。主要內容如下： 熟悉瀝青熔化槽的結構形式、采用的材料種類及技術要求。 熟悉瀝青熔化槽的焊接部位的尺寸、焊接接頭及坡口的結構形式。 熟悉采用的焊接方法、焊接電流、焊接電壓、焊接速度、焊接順序、焊前預熱溫度及層間溫度等。 熟悉焊后熱處理工藝、焊接檢驗方法及焊接產(chǎn)品的質量要求。2）材料檢驗材料檢驗包括母材和焊接材料的檢驗，這也是焊前準備的重要組成部分。 母材檢驗母材檢驗包括焊接產(chǎn)品母材和外協(xié)委托加工件的檢驗。母材檢驗的內容如下： a 材料入庫要有材質證明書，要有符合規(guī)定的材料標記符號。要對材料的數(shù)量和幾何尺寸進行檢驗復核。對材料的表面質量進行檢查驗收（如表面光潔情況、生銹腐蝕情

18、況、變形情況和表面機械損傷情況等）。 b 根據(jù)有關規(guī)定，對材料進行化學成分復驗。 c 對母材進行力學性能復驗，包括拉伸試驗、彎曲試驗、脆性試驗、斷裂試驗、蠕變試驗等。 焊接材料檢驗對焊條、焊絲的化學成分、力學性能（主要指熔敷金屬）的檢驗 及腐蝕檢驗等。對焊劑和保護氣體的成分和純度進行檢驗。 操作人員資格審核 在焊接產(chǎn)品制造之前，必須檢查該焊工所持合格證的有效性，包括審核焊工考試記錄表上的焊接方法、試件形式、焊接位置及材料類別等是否與焊接產(chǎn)品要求的一致，所有考試項目是否合格。 2.4 鋼材預處理 金屬材料預處理是指在下料、裝配、焊接前，進行矯正、材料表面除銹清理、噴涂防護層和烘干等加工工序。它是

19、提高產(chǎn)品質量，延長產(chǎn)品使用壽命，減少環(huán)境污染，提高零件氣割下料質量，尤其有利于數(shù)控切割機正常工作和設備保養(yǎng)的有效措施。 2.4.1 鋼材的矯正 1）鋼材矯正目的 鋼材在軋制、運輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支撐不當，或裝卸不良及其他原因，可能會產(chǎn)生彎曲、扭曲、波浪及表面不平等變形。當這些變形超過一定程度時，會給尺寸的度量、劃線、剪裁及其他加工帶來困難，而且會影響到成形零件的尺寸和幾何形狀的精度，從而影響到裝配、焊接和整個產(chǎn)品的質量。所以劃線、下料前應予以矯正。2）矯正的基本原理 矯正的基本原理是使鋼板在外力的作用下產(chǎn)生與原來變形相反的塑性變形，以消除彎曲、扭曲、皺折、表面不平等變形，從而獲得

20、正確形狀的過程。對鋼材進行的矯平和矯直統(tǒng)稱為矯正。金屬材料矯正后的允許變形值與所制造的產(chǎn)品精度有關。一般鋼 結構制造的通用技術條件規(guī)定，軋制鋼材下料前允許偏差如表2-1所示。在這范圍內視為允許可不進行矯正。 表2-1 號料前鋼材變形允許值 鋼材種類變形種類測量法 變形允許值 簡圖 鋼板 局部不平 平尺 14mm 1m長f1mm 14mm 1m長f1.5mm 3）鋼材的矯正方法 采用十一輥式矯平機對鋼板進行矯平。鋼板矯平機的工作原理如圖2-3所示，采用多輥對板材進行多次正反彎曲，使其多種曲率逐步變?yōu)閱我磺剩罱K將板材矯正。常用的是711輥的鋼板矯平機，輥數(shù)最多可達21輥，鋼板越薄，矯平時要求的

21、輥數(shù)越多；板材越寬，要求的輥子直徑和長度比越大。為了提高鋼板矯平機的工作效率，通常在矯平機兩端附設兩個滾輪工作臺，以便鋼材在矯平過程中來回移動。 圖2-3 多輥矯平機工作原理圖 1-上支承輥 2-上工作輥 3-下支承輥 4 -下工作輥 5-導向輥 2.4.2 鋼材的表面處理 瀝青熔化槽屬于類壓力容器，在各工序之前應先對鋼材表面進行除銹處理，采用噴砂的方法對鋼板表面進行除銹，噴砂的工作原理是將砂粒噴射在鋼材表面，使氧化皮和銹斑剝離，除銹較徹底，生產(chǎn)效率較高，但粉塵多，勞動條件差，需在要封閉場所進行操作。對厚度在4mm以下的薄鋼板表面容易造成損傷。 2.4.3 表面防護處理 原材料的表面清理工作完

22、成后，立即進行表面防護處理，以防短期內再度生銹。在鋼板表面噴涂專用防護底漆。表面所加的防護底漆在焊接時無需去除，對焊接質量沒有影響。 2.5 內筒的下料和卷制 2.5.1內筒的下料 內筒總長4340mm，內徑2000mm，板厚16mm，內筒的展開按中性層內徑展開，由周長公式l=d=3.14（2000+16）=6331mm，查實用鋼鐵材料手冊知，可選用的鋼板尺寸為6500mm2700mm16mm，將內筒平均分為兩段進行加工，每節(jié)內筒的展開尺寸為6331mm2128mm16mm，由于軋制等原因，鋼板邊緣處厚度不均勻，影響焊接質量，因此，下料時每邊需預留出修邊余量約30mm。內筒的展開下料圖如圖2-

23、4所示，采用數(shù)控火焰切割機進行切割。火焰切割后用刨邊機將每邊刨掉5mm，以消除割口組織的變化對焊接接頭質量的影響。 圖2-4 內筒展開圖 （圖中虛線為選用板材尺寸，實線為內筒展開尺寸） 2.5.2 內筒的卷制 鋼板的卷制是對已經(jīng)按尺寸要求剪裁下料，并經(jīng)邊緣加工后的板材實施彎曲的工藝方法。 1）卷板機的工作原理 卷板機的主要結構形式分為三輥、四輥及立式卷板機。本設計采用對稱式三輥卷板機進行鋼板的卷制。對稱式三輥卷板機的工作原理如圖2-5所示，其上輥1可在垂直方向上下調節(jié)。兩下輥為主動輥，可正反兩方向旋轉，并對稱于上輥中心線排列。彎曲時將鋼板放入上下輥之間，然后上輥向下移動將鋼板壓緊并使之彎曲，是

24、鋼板達到塑性變形狀態(tài)，再驅動兩下輥旋轉，并借助于鋼板與輥子之間的摩擦力使鋼板左右移動，同時上輥也隨之轉動，這樣，就使鋼板連續(xù)通過垂直面，受到相同的彎曲，產(chǎn)生相同的的變形。鋼板成為曲率相同的弧形板。一次行程之后，再將上輥下壓一定距離，又驅動下輥，使鋼板進一步受到彎曲。上輥幾次下壓，就將鋼板彎曲到需要的曲率半徑。板料的兩端不能同時進入三輥之間 的部分得不到彎曲，稱為剩余直邊。剩余直邊的長度約為兩下輥中心距的一半。坯料經(jīng)卷彎后所得的曲率取決于輥軸的相對位置、板料的厚度和力學性能。 鋼板在常溫下彎曲加工時，其曲率半徑不應小于某一最小規(guī)定允許值，若超過規(guī)定值，超過材料常溫下塑性變形能力，則應進行熱彎。通

25、常根據(jù)規(guī)定d/ s 40，可進行冷彎；d/s40，可以冷彎。 圖2-5 三輥卷板機工作原理示意圖 1.上輥 2.下輥3.板料 2）內筒卷制工藝 對稱式三輥卷板機彎卷鋼板時，鋼板兩端各有一平直段無法彎卷。為使鋼板都能彎曲成同一曲率，在卷板前要先將其兩端彎曲成所需要的曲率。 預彎 預彎常用的預彎方法有三種，利用彎曲模和卷板機預彎（適于02，24mm），利用楔墊板預彎（適于較薄板）和利用模具和壓力機預彎（適于各種板厚），它分為專用模具預彎（適用于批量生產(chǎn)）和通用模具預彎（用于單件小批量生產(chǎn)）。 本產(chǎn)品鋼板厚度為16mm，可采用彎曲模和卷板機預彎的方法進行預彎，利用彎曲模和卷板機預彎的工作原理如圖2-

26、6所示，模板厚度一般取卷制鋼板厚度的兩倍或稍多些，其曲率半徑應小于被彎曲鋼板的曲率半徑，這樣既可以不致增加卷板機的負擔，免于損壞機床，又可以保證鋼板的預彎曲率。預彎的長度一般應大于兩下輥中心距的一半，可?。?20），通常為150200mm。 圖2-6 彎曲模具和卷板機預彎工作原理圖 對中 板料預彎之后，將放入卷板機上下輥之間進行滾卷前必須使板料的母線與輥的軸線平行，使板料的縱向中心線與輥的軸線保持相互垂直，也就是對中。其目的是防止鋼板在滾卷過程中產(chǎn)生扭斜。本產(chǎn)品用傾斜進料對中的方法進行對中，具體方法如圖2-7所示。 圖2-7 對中方法卷圓 鋼板對中后，即可用上輥壓住板料并使之產(chǎn)生一定彎曲，開動

27、機床進行滾卷。每滾卷一個行程，便適當下調上輥一次，這 樣經(jīng)過多次滾卷就可將板料彎曲成所要求的曲率。調整上輥的次數(shù)和每次調節(jié)量的大小，可依下述原則來確定： a 冷卷時不得超過材料允許的最大變形率。 b 板料不致打滑，且不超過設備的額定功率。 在滾卷過程中還應注意隨時用卡樣板測量，看是否達到曲率要求，不可過卷量太多，因過卷比曲率不足難以修正，且易使金屬性能變壞，但冷卷時，考慮到回彈的影響，必須施加一定的過卷量。 當卷制達到要求曲率時，還應在此曲率下多卷幾次，以使其變形均勻和釋放內應力，減少回彈。矯圓 當圓筒形工件進行點裝和縱縫焊接之后，還要進行矯圓。矯圓多是在卷板機上進行的。矯圓大致可按以下三個步

28、驟： a 工件放入卷板機上輥之后，首先根據(jù)經(jīng)驗，將上輥調至所需要的最大矯正曲率的位置進行加載。 b 使工件在矯正曲率下多次滾卷，并著重于焊縫區(qū)的矯正，使圓筒曲率均勻一致。 c 逐漸卸除載荷，并使工件在逐漸卸除載荷的過程中多次滾卷，至此整個鋼板的卷制過程結束。2.6 封頭的下料和沖壓 2.6.1 封頭的下料 由公式計算得：dp=1.2（2000+16）+100+100=2620mm。通過查實用鋼鐵材料手冊知，可選用鋼板尺寸為3500mm2800mm18mm。鋼板的下料采用數(shù)控火焰切割機進行切割，具體加工形狀如圖2-8所示。 圖2-8 封頭坯料展開圖 2.6.2 封頭的沖壓 沖壓是利用具有一定半徑

29、的模具，將已下料得到的平板坯料制成各種形狀的開口空心零件的沖壓工序。沖壓所用模具與沖裁模具不同，其凹凸模具沒有鋒利的刃口，而其工作部分都有較大的半徑，并且凸、凹模之間的間隙一般大于板料的厚度。 封頭在沖壓過程中，板料的變形很大，為保證封頭的質量，采用熱沖壓進行封頭的加工。 1）封頭的成形過程 整體封頭的沖壓過程為先將工件加熱到1100。然后將其放在下模上，并對準中心，放下壓邊圈，將坯料壓緊到合適程度，以保證沖壓時使坯料各處能均勻變形，防止封頭產(chǎn)生波紋和起皺，開動壓力機加壓，使坯料逐漸變形并落入下模。最后上提凸模使封頭與上模脫離。 由于成形后的封頭在溫度降低后產(chǎn)生收縮，加之凸模受熱后又稍有膨脹，

30、因而封頭被緊緊地裹在凸模上，使脫模困難。因此要嚴格控制終壓溫度，并在下模的圓周方向上穿六只活動銷來脫模。 2）封頭的壁厚變化 整體封頭的沖壓過程、無論是否采用壓邊圈，一般在接近大曲率部位封頭壁厚都要變薄。橢圓形封頭在曲率半徑最小處變薄最大，一般壁厚減薄量在8%10%之間，所以選擇的封頭坯料比筒節(jié)坯料厚2mm。 影響封頭壁厚變化的因素有： 材料強度越低，壁厚變薄量越大。 變形程度越大，封頭底部越尖，壁厚變薄量越大。 上、下模間隙及下模圓角越小，壁厚變薄量越大。 壓邊力過大或過小，壓制溫度過高，都會導致壁厚減小。 3）壓延力的計算 （1）凸模直徑dsm dsmdn（1）=2000（1+0.9%）=

31、2018mm。 （2）凹模直徑dxm dxmdsm2z=2018+218+2 =2056mm 式中封頭坯料厚度（mm）； z 模具間隙（mm），熱壓時z（0.10.2）； 冷壓時z（0.20.3） 。球形封頭或直邊較長的橢圓形封頭取較大值。設備能力偏小時，取大值， 并可適當加大間隙范圍。取z=2mm。 封頭沖壓時，沖壓力采用下面公式計算： f=ekdpdxmtb =1.21.23.14（2620-2056）18510 =23410674n=2.34mn 式中 f沖壓力（n）； e沖壓力影響系數(shù)，無壓邊力時e=1，有壓邊力時 e=1.2； k封頭形狀影響系數(shù)，k=1.2； dp坯料直徑（mm）；

32、 dxm下模直徑（mm）； 坯料厚度（mm）； tb 材料的高溫抗拉強度（mpa）。 此封頭的坯料直徑dp與封頭內徑dn的差滿足條件6dpdn45，屬于中厚壁封頭，用普通模具一次沖壓即可成形，不需要特殊措施。 對于直徑2000mm左右的低碳鋼和低合金鋼中厚板封頭，采用 四柱式雙動厚板沖壓液壓機進行壓制。設備型號：qyc3150/4000（雙動）。采用加熱后壓制（熱壓）的方法來加工封頭，加熱溫度為母材金屬的線以上。封頭壓制成形后，進行二次劃線，并借助于焊接回轉臺進行二次切割。經(jīng)驗收合格后待裝配。四柱式雙動厚板沖壓液壓機技術參數(shù)如表2-2所示。 表2-2qyc3150/4000型雙動液壓機技術參數(shù)

33、主要技術參數(shù)4）二次切割 封頭在制作過程中為了防止因壓偏而造成產(chǎn)品的報廢，在下料的時候多留出一些余量，封頭沖壓完成之后需將多余部分切掉。把沖壓好的封頭放在焊接回轉臺上，找出封頭的中心，將封頭定位進行二次劃線，然后進行切割，并開出坡口。 2.7 夾套的下料和成型 2.7.1 夾套的下料 夾套分為上夾套和下夾套，下夾套包括夾套的封頭。上夾套長2211mm，內徑為2100mm，由周長公式 l=d=3.14（2100+12）=6632mm 計算出夾套周長為6632mm，下夾套（不包括封頭）長1599mm，夾套封頭的的坯 料尺寸可根據(jù)公式dp=k(dn）+2h+100來確定,由公式計算得dp=1.2（2

34、100+12）+100+100=2734mm。 查實用鋼鐵材料手冊知，上、下夾套可選用鋼板的尺寸為8000mm1700mm12mm，夾套封頭坯料可選用鋼板尺寸為3500mm2800mm18mm。 2.7.2 夾套的成形加工 夾套筒節(jié)的卷制工藝與內筒的卷制工藝相同，夾套筒節(jié)的卷制可按內筒的卷制工藝進行加工。夾套的封頭可按內筒的封頭加工工藝進行加工。 夾套筒節(jié)加工完成之后，還需進行翻邊加工。此種翻邊屬于壓縮類曲面翻邊，壓縮類曲面翻邊是指在坯料的曲面部，沿其邊緣向曲面的曲率中心方向翻起豎邊的成形方法。翻邊坯料變形區(qū)內絕對值最大的主應力是沿切向的壓應力，在該方向產(chǎn)生壓縮變形，并主要發(fā)生在圓弧部分，易在

35、這里發(fā)生失穩(wěn)起皺，這是限制壓縮類曲面翻邊成形極限的主要原因。因而減小圓弧部分的壓應力、防止側邊的失穩(wěn)起皺的發(fā)生是提高壓縮類曲面翻邊成形極限的關鍵。 1）變形分析 影響圓弧部分切向變形的主要因素有：零件底面寬度b、翻邊高度h、曲率半徑r及凹模曲率半徑rd等。 底面寬度b的影響 隨著b的增大，最大切向應變也增大。這主要由于b的變化改變了其本身切向及橫向的應變的大小，進而對側邊切向應變產(chǎn)生影響。 翻邊高度h的影響 當翻邊高度較小時，圓弧部分的切向壓縮變形隨翻邊高度的增加而線性增加，豎邊邊緣上壓縮變形最大，當翻邊高度較大時，圓弧部分切向壓縮變形先線性增大，達最大值后又逐漸減小，翻邊高度較大時，可能出現(xiàn)

36、的最大切向壓縮變形有所減少。 曲率半徑r的影響 隨著r的增大，可能出現(xiàn)的最大切向應變減小，且沿高度方向分布更加均勻。 凹模曲率半徑rd的影響 當凹模曲率半徑大于凸模曲率半徑時圓弧部分最大切向應變得到很大程度減輕，并使變形沿高度方向的分布趨于均勻。 2）成形極限 壓縮類曲面翻邊的成形極限用極限翻邊高度表示，即側邊不起皺的條件下可能得到的最大翻邊高度。 3）壓縮類曲面翻邊常見缺陷及預防措施。 壓縮類曲面翻邊常見缺陷及預防措施如表2-3所示。 表2-3 壓縮類曲面翻邊常見缺陷及預防措施 2.8焊前準備 1）坡口加工 內筒縱縫坡口 內筒體壁厚為16mm，開x形對稱坡口，其坡口形狀如圖2-10所示。 內

37、筒環(huán)縫坡口內筒體壁厚為16mm，開x形坡口其坡口形狀如圖2-11所示。 圖2-10 內筒縱縫坡口示意圖 圖2-11 內筒環(huán)縫坡口示意圖 2）焊前清理 在焊接前清除待焊部位及其周圍50mm內的油污、鐵銹等雜質。防止因含有雜質而影響焊接接頭質量。 3）焊接材料準備 e4303在100烘焙1h。e5015在400烘焙1h，烘箱溫度緩慢升高，烘干后放在100的恒溫箱內，隨取隨用。切不可突然將冷焊條放入高溫烘箱內，或突然冷卻，以免藥皮開裂。取出后放在焊條保溫筒內。重復烘干次數(shù)不宜超過兩次。hj431在150烘焙2h 2.9縱縫焊接工藝參數(shù) 2.9.1點固焊 筒節(jié)卷制完成后，為防止在搬運及焊接的過程中變形

38、過大應該先進行點固焊。將卷好的筒節(jié)放在滾輪架上，然后用螺旋拉緊器來調整錯邊量及間隙的大小，調整到合適的位置，采用焊條電弧焊在筒節(jié)內側進行點固。內筒點固焊接參數(shù)如表2-4所示，夾套筒節(jié)點固焊焊接參數(shù)如表2-5所示。 表2-4 內筒點固焊焊接參數(shù) 表2-5 夾套筒節(jié)點固焊焊接參數(shù) 2.9.2縱縫焊接工藝參數(shù) 筒節(jié)的縱縫采用埋弧焊和焊條電弧焊進行焊接，先焊內焊縫，用埋弧焊小車進行焊接，采用雙面埋弧焊進行焊接。焊絲的伸出長度為40mm。內筒縱縫焊接工藝參數(shù)見表2-6，夾套縱縫焊接工藝參數(shù)如表2-7所示。 表2-6 內筒縱縫焊接工藝參數(shù) 表2-7 夾套縱縫焊接工藝參數(shù) 所有焊接工藝參數(shù)均需要經(jīng)過焊接工藝

39、評定試驗后來確定所選的參數(shù)是否正確。所謂工藝評定就是：按照所擬定的焊接工藝，根據(jù)有關技術標準規(guī)定焊接試板，并從焊成試板中取出拉伸、彎曲、沖擊等試樣，測試試樣是否具備所要求的性能。其目的是用來驗證施焊單位擬定的焊接工藝的正確性，制定符合要求的焊接工藝規(guī)程，以指導生產(chǎn)。 2.10 環(huán)縫焊接工藝參數(shù) 在筒節(jié)制作完成后，便可焊接筒節(jié)間及筒節(jié)與封頭間的環(huán)縫，焊接順序為先焊內側，后焊外側。 2.10.1筒節(jié)與封頭的裝配 內筒與封頭的坡口形式如圖2-12所示。 圖2-12 內筒與封頭對接坡口示意圖 將筒節(jié)放在滾輪架上，在封頭的直邊上焊一個吊環(huán)，以便隨時移動封頭便于裝配。用吊車吊起封頭向筒節(jié)靠近，調整好間隙和

40、錯變量后就可進行點固焊，點固焊焊接參數(shù)如表2-3所示。 2.10.2筒節(jié)與封頭的焊接 筒節(jié)與封頭的對接采用雙面埋弧焊。 1）內環(huán)縫埋弧焊工藝 將組裝好的筒體放在滾輪架上，采用伸縮臂式操作機將埋弧焊焊機機頭伸入內環(huán)縫處，調整機頭位置，滾輪架順時針旋轉，進行焊接。具體焊接參數(shù)如表2-5所示。 2）外環(huán)縫埋弧焊工藝 內環(huán)縫焊妥后，須在外側進行清根，然后再進行焊接。具體焊接參數(shù)如表2-5所示。 3）內筒對接焊縫工藝 內筒對接焊縫的對接基本與內筒與封頭的對接方法一樣，組裝時可以直接利用可移動的滾輪架進行組裝。焊接時沒有板厚的差異，不需要對焊絲的左右偏移進行調解。具體焊接參數(shù)如表2-5所示。 2.10.3

41、夾套與夾套封頭的焊接 夾套與夾套封頭的組裝及焊接過程參見內筒與封頭的組裝及焊接過程。焊接參數(shù)如表2-5和表2-7所示。當所有焊縫焊接完成之后進行最后一道焊縫的焊接，由于在筒體內部只能通過人孔進入所以采用焊條電弧焊。2.11焊后檢驗 容器焊接完成后，需要進行焊縫質量檢驗。焊縫的質量取決于焊接時所用的焊絲、焊劑、氣體質量、接頭的裝配質量、焊接順序、坡口的清理、施工條件、焊工操作技術水平高低和選用的焊接規(guī)范等因素。為保證焊接質量，必須使焊接檢驗工作貫穿于焊接生產(chǎn)的全過程，只有把焊接檢驗工作擴展到整個焊接生產(chǎn)和使用過程中去，才能更好的保證焊接質量。 2.11.1焊接檢驗程序的設計原則 遵守焊接工藝流程

42、焊接工程技術人員必須根據(jù)不同產(chǎn)品的焊接工藝流程來設計檢驗程序。按照焊接工藝流程編排檢驗程序就是要根據(jù)焊接結構的生產(chǎn)特點，將檢驗內容(項目)作為一道單獨工序納入到焊接工藝流程中去，防止出現(xiàn)漏檢。 符合質量標準檢驗程序和檢驗內容的制定必須受有關國家、部頒標準及產(chǎn)品技術條件和產(chǎn)品制作合同的制約。這些法規(guī)性文件是設 計產(chǎn)品質量檢驗程序的重要依據(jù)，必須嚴格遵守，不能隨意改動。 具有先進性和可靠性先進性就是要執(zhí)行最新的質量標準、使用最新的檢驗方法和檢驗設備。可靠性是指緊密結合產(chǎn)品的制造特點和企業(yè)實際(工程技術力量，工人的基本素質，設備先進程度、加工能力和使用狀態(tài)，廠房建筑和周圍環(huán)境等等)，嚴格執(zhí)行質量標準

43、和檢驗程序，正確的使用檢驗設備和儀器，準確地判定產(chǎn)品質量等級。 經(jīng)濟性原則在保證產(chǎn)品達到質量要求的前提下，要盡可能地簡化檢驗程序和檢驗項目，以降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。不要盲目地增加一些不必要的檢驗項目和內容，只顧質量而不惜工本的做法是不符合經(jīng)常性原則的。 2.11.2 x射線檢測 x射線探傷是檢查焊縫內部是否產(chǎn)生缺陷最有效的方法，它能確定焊縫內部的氣孔、夾渣、未焊透、內部裂紋的位置等缺陷。但直徑在0.2mm以下的顯微氣孔、顯微裂紋和微小的未焊透等缺陷不易用x射線探傷法探測到。該產(chǎn)品經(jīng)100%x射線探傷達到jb115281鍋爐和鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷標準ii級為合格品。 2.1

44、1.3 超聲波檢測 本產(chǎn)品的重要位置焊縫需進行超聲波檢驗，達到jb/15281鋼制壓力容器對焊縫超聲波探傷標準ii級合格。其探傷原理為探傷時，高頻脈沖發(fā)生器的產(chǎn)生的高頻脈沖加在探頭的壓電晶片上使之產(chǎn)生超聲波，超聲波通過探傷面的耦合劑進入工件，傳播過程中，遇到缺陷和工件底面便會產(chǎn)生反射回波，探頭的壓電晶片將反射波轉變?yōu)殡娦盘枺?jīng)接受放大加到示波管的垂直偏轉板上，在相應位置上產(chǎn)生缺陷。 2.11.4 涂漆產(chǎn)品的涂漆（噴涂、作標志以及包裝）是焊接生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，罐體涂漆后表面粗糙度高，色彩柔和典雅，并且突出了金屬的質感。表面覆蓋的一層漆膜晶瑩剔透，不僅能抵抗水、泥、砂漿和酸雨的浸蝕，而且對于產(chǎn)品也有

45、很好的裝飾效果，這是其他處理方法不能相比的。近些年，隨著涂漆工藝中反滲透技術的成熟與應用，為涂漆工藝的推廣使用奠定了堅實的基礎。產(chǎn)品涂裝質量不僅決定了產(chǎn)品的表面質量，而且也反映了生產(chǎn)單位的企業(yè)形象。第3章 壓延模具的設計3.1 沖壓設備 對于直徑3000mm上下的低碳鋼中厚板封頭，可采用四柱式雙動厚板沖壓液壓機進行壓制。設備型號：qyc3150/4000（雙動）。采用加熱后壓制（熱壓）的方法來加工封頭，加熱溫度為800900。封頭壓制成形后，進行二次劃線，并借助于焊接回轉臺進行二次切割。經(jīng)驗收合格后待裝配。四柱式雙動厚板沖壓液壓機技術參數(shù)如表2-2所示。 3.2 設計要求 （1）設計凸模、凹模

46、尺寸時，必須考慮到工件熱成形冷卻后的收縮量和冷壓延成形后的回彈量。 （2）凸模應有脫模斜度，工件脫模方法應簡單、方便、可靠。 （3）在模具結構上要考慮到防止受熱變形而造成模具的損壞。 （4）定位裝置要保證坯料進出方便、迅速、定位準確。 （5）盡量選用自潤滑性好的材料制造模具。 3.3 封頭壓延成形模具的結構 直徑2000mm的封頭采用三瓣凸模式封頭成形模具的結構。由于封頭在壓制成形后，凸?？孔陨碇匮劐F形芯子下滑而縮小其直徑，實現(xiàn)了封頭的自動脫模，因而能確保封頭的沖壓質量。 3.4 封頭壓延成形模具的設計參數(shù) 封頭以內徑為基準，模具設計時將回彈量和收縮量取在凸模上， 間隙取在凹模上。 3.4.1 凸模設計參數(shù) 凸模設計參數(shù)（如圖3所示）。 圖3凸模尺寸 （1）凸模直徑dsm dsmdn（1）=2000（1+0.8%）=2160mm。 （為封頭熱壓時的收縮率，直徑2000mm的封頭取0.8%） （2）凸模曲面部分高度hsm。