材料成型及控制工程焊接设计方案doc 34页正式版Word下载.docx
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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。
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:
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
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
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。
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。
按批号复验化学成分。
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
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
分厚度达66±
6mm,直径达φ300±
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。
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、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)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。
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
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
—封头冲击成形是的拉伸系数,取k0=1
S—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)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。
0.6mm。
3)工件材料为15CrMoR,锻件,级别为III级。
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%。
2)始锻温度1150~1200℃,终锻温度800~850℃,使直径达φ514±
6mm,厚度达103±
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±
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。
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)
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。
(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:
随时用卡样板测量,看是否达到曲率要求,不可过卷量太多,因为过卷要比曲率不足难以修正,且易使金属性能变坏。
在冷卷时要考虑到回弹的影响,必须施加一定的过卷量。
当卷制达到曲率要求时,还应在此曲率下多卷几次,以使其变形均匀和释放内应力,减少回弹。
如图5.7所示。
图5.7滚卷示意图
6.对齐
用容器拉紧器使筒体要焊接的两边对齐。
通过调节拉紧器上的横向螺母来保证焊接间隙筒,通过调节拉紧器上的径向螺母来消除焊缝错边。
如图5.8所示。
调节完毕后,把筒体放到焊接工作台上进行焊接。
图5.8拉紧器示意图
7.焊接
筒节采用复合钢板制造,外层先采用熔化极气体保护焊进行定位焊,然后正式施焊;
内层采用手工堆焊。
坡口形状及尺寸见图5.9。
图5.9坡口形状及尺寸
熔化极气体保护焊采用H08CrMoC(φ1.0mm)焊丝,采用NB-200焊机,
工艺参数见表5.1。
表5.1熔化极气体保护焊工艺参数
焊接电流/A
焊接电压/V
焊接速度/(m/h)
保护气体
保护气流量/L·
min-1
100~120
28~30
25
Ar(99.5%)
20
焊前150℃预热,焊后应进行650~830℃退火处理。
手工堆焊采用ZXG-300硅整流式电焊机,堆焊工艺参数见表5.2。
表5.2手工堆焊工艺参数
堆焊层
焊条牌号
规格/mm
焊接电流/A
过渡层
309L
Φ1.0
700-720
32-34
面层
347
堆焊完成后缓冷。
8.矫圆
焊接结束后,在卷板机上进行矫圆,大致可分三个步骤。
(1)工件放入卷板机上辊之后,根据计算,将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载。
(2)使工件在矫正曲率下多次滚卷,并着重于焊缝区的矫正,使圆筒曲率均匀一致。
经测量,直到合乎要求为止。
(3)逐渐卸除载荷,并使工件在逐渐卸除载荷的过程中多次滚卷。
9.检验
按图纸要求检查尺寸等。
5.690度弯头的制造
弯头形状及尺寸见图5.10。
图5.10弯头简图
1)表面不得有裂纹及其它降低弯头强度和连接可靠性的缺陷。
1)备φ273×
12(外径×
管厚)的管料。
2)采用弯压的方法,弯出90度弯头。
3)按图中所示尺寸加工成型。
4)车内、外圆倒角。
5)按图纸要求检验。
5.7接管的制造
接管形状及尺寸见图5.11。
图5.11接管简图
1)备φ325×
12的(外径×
2)划线,满足长度667。
3)切割。
4)修整毛边。
5)按图纸要求检验。
5.8锥体的制造
锥体形状及尺寸见图5.12。
图5.12锥体简图
1)表面不得有裂纹及其它降低锥体强度和连接可靠性的缺陷。
焊接时为避免错边,待焊的两边缘互为基准。
1)备厚度6mm的板料。
2)采用普通的三滚卷板机按图示尺寸卷制,做个可以转动的轴防止大小头向一个方向跑。
4)焊接纵缝。
5.9裙座基础板的制造
裙座基础板形状及尺寸见图5.13。
图5.13裙座基础板简图
1)裙座螺栓孔中心圆直径允差以及相邻两孔和任意两孔弦长允差均为2mm.。
2)工件材料为Q235-A。
根据工件材料性质和具体尺寸精度、粗糙度的要求,可以采用气割的工艺来达到。
划边缘12个豁口以圆心和水平虚线为定位基准,划内径的线以圆心为基准。
1)选厚度20的钢板,采用气割落φ1604的圆板料。
2)打磨毛边。
3)划出内径和12个边缘豁口的线。
4)气割割出内径和豁口并打磨毛边。
5.10接头的制造
接头形状及尺寸见图5.14。
图5.14接头简图
1)表面不得有裂纹及其它降低接头强度和连接可靠性的缺陷。
2)工件材料为15CrMo,锻件,级别III。
以较粗一端的端面为定位基准。
1)采用GB4235锯床,从φ250mm的圆钢上锯取长462mm的一段。
2)始锻温度1150~1200℃,终锻温度800~850℃,使直径达φ328±
2mm,厚度达276±
2mm。
4)用凸模冲出φ260的通孔。
5)热处理,650~830℃退火,恢复组织。
6)粗车一端外圆和端面至φ326×
274。
7)钻中心孔至φ50,镗中心孔至φ260。
8)车外圆及孔口倒角。
9)倒头粗车另一端外圆和端面至φ325×
273。
10)按要求粗车车出的斜椎式外圆。
11)车外圆及孔口倒角。
12)按图纸要求检验。
5.11其它零件的制造
筋板、盖板、垫板这些零件都是一些板料。
按照尺寸划线,留出加工余量3~5㎜,用气割法切割。
机加工表面去除四周毛刺,并用砂纸打磨表面,去除表面氧化物、油渍等,以便后面焊接。
6主要部件的制造
6.1筒体
装配简图及系统图见图6.1。
(a)(b)
图6.1筒体装配简图及系统图
以筒节16-4为基准件,采用卧装,装配时需要借助于装配胎架,筒体在滚轮架和辊筒架上装配。
对接装配时,将两圆筒置于胎架上靠紧或按要求留出间隙,然后采用测量圆筒同轴度的方法,校正两节圆筒的同轴度,校正合格后施行定位焊。
其焊接工艺完全参考前述5.5中筒节纵缝焊接工艺。
6.2筒体与封头
装配简图及系统图见图6.2。
图6.2封头与筒体装配简图及系统图
以筒体为基准件,采用吊装,按图所示依次装配、点固,保证各零件的中心线如图中所示,从而完成装配。
6.3法兰与法兰盖
法兰与法兰盖装配见图及系统图见图6.3。
图6.3法兰与法兰盖装配简图及系统图
以法兰盖为基准件,按图所示装配、点固,保证各零件的中心线如图中所示,从而完成装配。
坡口形式及尺寸如图6.4。
图6.4坡口形状及尺寸
采用熔化极气体保护焊,采用H08CrMoC焊丝,采用NB-200焊机。
焊前用钢丝刷清理坡口及附近杂质。
焊前预热温度为150℃,焊接工艺参数如表6.1。
表6.1TIG焊工艺参数
焊材规格
/mm
焊接
电流/A
保护
气体
电弧电压/V
保护气流量/L.min.-1
Φ1.2
110~130
Ar(99.9%)
12~14
15
焊后650~830℃退火处理。
其焊接工艺参见附录B。
然后对部件内壁和密封面进行堆焊,采用带极堆焊,焊机型号ZDE-1250,焊接工艺参数见表6.2。
表6.2带极堆焊工艺参数
层次
焊带+焊剂
规格(mm)
电流(A)
电压(V)
焊速(cm/min)
D309L+SMJ34
0.4×
50
34-36
12-15
表面层
D347+SMJ34
6.4出口弯管
出口弯管装配简图及系统图见图6.5。
(a)
(b)
(c)
图6.5出口弯管装配简图及系统图
先以法兰为基准件,将法兰和接管装焊为套件。
再以弯头为基准件,采用V型槽和很短的V型槽定位,然后采用V型槽定位接头,接着再采用V型槽定位法兰、接管组成的套件,夹紧后定位焊。
具体采用的夹具见后叙的出口弯管工装夹具设计。
其装配工艺参见附录C。
图6.5(a)中I和III焊缝为异种钢(耐热钢与奥氏体不锈钢)之间的焊缝,采用手工电弧焊,焊条牌号A042,焊前焊条须经200-250℃烘焙1h,用ZXG-300硅整流式电焊机。
坡口形式及尺寸见图6.6,焊前用钢丝刷清除坡口两侧50mm内的油污、铁锈、氧化皮等杂质,并用丙酮清洗。
焊接工艺参数见表6.3。
图6.6坡口形状及尺寸
表6.3手工电弧焊工艺参数
230~250
20~25
图6.5(a)中II焊缝采用熔化极气体保护焊,采用NB-200焊机,采用H0Cr19Ni9Ti焊丝,保护气体为Ar(99.9%),坡口形式及尺寸见图6.6,焊前用钢丝刷清除坡口两侧50mm内的油污、铁锈、氧化皮等杂质,并用丙酮清洗。
焊接工艺参数见表6.4。
表6.4熔化极气体保护焊工艺参数
焊丝直径/mm
焊接速度/mm.min.1
1.2
180~200
24~26
300
6.5分配锥
分配锥装配简图及系统图见图6.7。
图6.7分配锥装配简图及系统图
以孔板为基准件,按图所示依次装配、点固,保证各零件的中心线如图中所示,从而完成装配。
采用手工电弧焊,焊条牌号A137,采用ZXG-300硅整流式电焊机,焊接工艺参数见表6.5。
表6.5手工电弧焊工艺参数
焊条直径/(mm)
160~180
16~18
3.2
坡口形式及尺寸如图6.8。
图6.8坡口形式及尺寸简图
焊后打磨焊缝表面。
6.6裙座底部
裙座底部装配图及系统图见图6.9。
图6.9裙座底部装配简图及系统图
以基础板为基准件,按图所示依次装配、点固,如图中所示,从而完成装配。
采用手工电弧焊,焊条牌号E4303,采用ZXG-300硅整流式电焊机,焊接工参数见表6.6。
表6.6手工电弧焊工艺参数
焊接速度/(mm/min)
20~22
220
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