过程装备制造与检测-4装备制造

1、第二篇过程装备制造工艺 第六章第六章 受压壳体制造准备受压壳体制造准备 第一节第一节 原材料的准备原材料的准备 对化工设备制造来说，原材料主要包 括工件材料(各种钢材、锻件、铸件等)和 焊接材料(焊条、焊丝、焊剂等)。 第二篇过程装备制造工艺 一、原材料的验收与管理一、原材料的验收与管理 原材料的实际质量是否符合标准是保证设备制造 质量的基础，故必须严格验收才能投产。所有原材料 的尺寸、外观质量、力学性能、化学成分、耐蚀性能 等均须符合相关标准和技术条件，对进厂的板材、管 材、锻件、铸件、外协件应先在待检区存放，由材料 工程师、检验人员逐件核对材料标记和材质证书，按 标准和本单位的质量保证手册

2、的规定作必要的复检或 抽检，根据检验结果将其分别存放在合格区和不合格 区。不合格的材料应马上退货，库房中合格区的材料 应登记建帐，然后发放使用。 第二篇过程装备制造工艺 （1）工件材料的准备 包括表面的净化处理、板材、型材的矫型 和涂保护漆。 （2）焊材的准备 焊材应按照牌号和规格分别存放在相对湿 度为60以下的库房内，架子应高出地面 300mm以上，离墙300mm以上，以防潮湿。保 管、发放、领用及回收均应有严格的可跟踪手 续，以防止混用或错用。焊条、焊剂应在使用 前按规定烘干并恒温存放，领用时应放在保温 防潮的焊条筒内，一般领出使用时间不超过4h， 超时的焊条应退回重新烘干。 第二篇过程装

3、备制造工艺 二、钢材的净化处理二、钢材的净化处理 净化处理主要是对钢板、管子和型钢在划 线、切割、焊接加工之前和钢材经过切割、坡 口加工、成形、焊接之后清除其表面的锈、氧 化皮、油污和熔渣等。 （一）作用（一）作用 钢材表面的清洁程度对设备制造质量有影 响，它会直接影响到钢材的腐蚀速度。 去除氧化皮5时的腐蚀速率为1.140mm/ 年，去除氧化皮100时的腐蚀速率为0.125mm/ 年，相差将近十倍。 第二篇过程装备制造工艺 此外，铝、不锈钢制造的零件应先进行酸 洗再进行钝化处理，以形成均匀的金属保护膜， 提高其耐腐蚀性能。 对焊接接头处尤其是坡口处进行净化处理， 清除锈、氧化物、油污等，可以

4、保证焊接质量。 可以提高下道工序的配合质量。 第二篇过程装备制造工艺 （二）方法（二）方法 (1)手工净化手工净化 工具有钢刷，锉、刮刀、砂纸等，常用于焊口的 局部净化，以去除锈垢和氧化膜。此法灵活方便，但 生产效率低。 (2)机械净化机械净化 机械净化的设备有手提式电动钢刷、电动砂轮、 喷砂机、抛丸机等。其中喷砂法是目前国内常用的一 种机械净化方法，主要用于型材和设备大表面的净化 处理，可去除锈及氧化皮等，使之形成均匀有一定粗 糙度的表面。效率高，但粉尘大，对人体有害。砂粒 通常为均匀的石英砂。 第二篇过程装备制造工艺 由于喷砂法的危害，目前已逐步被抛丸法 取代，其特点是改善劳动条件，易实现

5、自动化， 被处理材料表面质量控制方便。 抛丸机的抛丸量为200600kg/min，钢丸 的粒度0.8 1.2mm，此外还有一套钢丸回收 除尘系统。 第二篇过程装备制造工艺 (3)化学净化化学净化 化学净化是利用酸、碱或其他溶剂来溶解 锈、油和氧化膜的高效方法。 除锈通常用酸，例如一般钢材多用盐酸。 表面除油多用有机溶剂。（油与有机溶剂 能发生皂化反应）常用溶剂有汽油、石油溶剂、 松节油、酒精等，要求溶剂具有溶解力强、不 易着火、毒性小、挥发慢等特点。次外还有碱 液除油和乳化除油等方法。 第二篇过程装备制造工艺 (4)金属表面的氧化、磷化和钝化金属表面的氧化、磷化和钝化 就是将清洁后的金属表面经

6、化学作用， 形成保护性薄膜以提高防腐能力和增加金 属与漆膜的的附着力的方法。 氧化处理： 金属表面氧或者氧化剂作用，形成保 护性氧化膜，以防止金属被进一步腐蚀。 黑色金属氧化处理主要有酸性氧化法 和碱性氧化法。 第二篇过程装备制造工艺 磷化处理： 就是用锰、锌、镉的正磷酸盐溶液处 理金属，使表面生成一层不溶性磷酸盐保 护膜的过程称金属的磷化处理。它可以提 高金属的耐腐蚀性和绝缘性，并能作为油 漆的良好底层。 钝化处理： 金属与铬酸盐作用，生成三价或六价 铬化层，使之具有一定的耐腐蚀性。 这些方法也可以用于对设备作清洗。 第二篇过程装备制造工艺 三、钢材的矫形三、钢材的矫形 钢材由于轧制中不均匀

7、的加热冷却，运输 中的冲撞，储存时的不正确堆放，总存在这种 或那种变形。其中最主要的是弯曲变形，对于 小断面的型钢有时还存在扭转变形。 变形的可能性随钢材的刚性(主要是断面 形状和尺寸)增加而减少。如果不矫形，会影 响坡口加工、切割、装配等一系列工序的精度 ，从而降低设备质量。 除原材料的变形外，制造过程中也会产生 某些不需要的变形，如剪切或热切下来的窄板， 以及作为半成品或成品的焊接件也常有超过要 求的变形，这些都要矫正。 第二篇过程装备制造工艺 矫形（俗称矫正）就是使钢材在外力作矫形（俗称矫正）就是使钢材在外力作 用下产生塑性变形（即永久变形），以消除弯用下产生塑性变形（即永久变形），以消

8、除弯 卷和皱折不平等现象，从而获得正确形状的过卷和皱折不平等现象，从而获得正确形状的过 程。程。 矫正弯曲变形的实质是调整弯曲件“中性 层”两侧的“纤维长度”，最后使纤维等长。 因为钢板的弯曲以及其他任何变形，都是由于 其中一部分纤维被拉长而另一部分纤维被压缩 的缘故。因此，矫形就是将长纤维缩短或将短 纤维拉长的过程。在实际矫形中，因压缩纤维 更为困难，故皆采用拉长纤维的方法。 第二篇过程装备制造工艺 矫形可分为冷矫形和热矫形冷矫形和热矫形两种。 通常采用冷矫形。 热矫形仅在强力弯曲或缺乏设备及不能采 用冷矫形的情况下进行。热矫形的温度范围视 钢材的含碳量及其合金成分而定。对于一般低 碳钢（C

9、0.3%），热矫形的温度限制在 800950之间，若温度过高，可能会引起金 属晶粒变粗和过烧；但若在低于800的情况 下进行矫形，钢材又会因硬化变脆而发生裂纹。 第二篇过程装备制造工艺 热矫形一般又分整体矫形和局部矫形。 整体矫形需在炉内加热；局部矫形 只需火焰喷嘴进行加热就可以了。 这里还需指出：对于不锈钢类钢材， 一般不宜采用热矫形，倘若一定要用热 矫形，则需采取相应的热处理措施才行。 第二篇过程装备制造工艺 按操作方法的不同，矫形也可分为 手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种， 下面将分别介绍 ： （1）手工矫形）手工矫形： 通常是将钢板放在平台（平板）上 用大锤锤击或者用专用工具进行矫形。

10、 手工矫形的工具有大锤、手锤及用于型 钢的各种型锤。但应尽量避免击伤表面， 如采用材料比工件软的锤，或垫薄板。 第二篇过程装备制造工艺 随着生产的不断发展，手工矫形正 逐渐被机械矫形所代替，但在无法采用 机械矫形的场合，手工矫形却有其独特 的优越性，因此至今仍有较为广泛的应 用。例如大型塔器或已完成组装的设备 零部件等，当因某种原因而引起局部变 形、瘪塌时，若采用机械矫形就不恰当 ，而采用手工矫形却简单易行得多。 第二篇过程装备制造工艺 （2）机械矫形 机械矫形就是将钢板或型钢放在专用矫形 机上进行的矫形。机械矫形的原理与手工矫形 一样，也是通过反向弯曲来达到矫形的目的。 矫形机分压弯式和滚弯

11、式压弯式和滚弯式两种。压弯式工作是 间断地进行，一般都在通用压力机上完成，如 油压机、水压机、螺旋压力机等。工件的摆放 及压下量的控制全凭工人操作，故矫形质量及 效率依操作水平而异。 第二篇过程装备制造工艺 滚弯式矫形机则是专用设备，它有多根 辊轴，排列如图62。 第二篇过程装备制造工艺 钢板矫形机的辊轴是圆柱形，长度 与钢板宽度适应。滚弯式矫形机调整好 后，将钢材送入并经辊轴一一滚压，反 复弯曲，出机时就被矫平，不仅操作简 单，生产率也高。 钢板被矫平的程度，除与板料在辊子 间移动的次数有关外，还与钢板的厚度 有关。钢板愈厚愈易矫平，反之就难， 因此制造厂常将薄钢板重迭起来矫形， 有时也将薄

12、板放在厚板上一齐矫形。 第二篇过程装备制造工艺 型钢矫形机的工作情况与钢板矫形机（即 矫板机）是一样的。唯一的区别就是辊子的外 形有所不同。型钢矫形机的辊轴断面则与所矫 型钢断面相对应。为了适应矫形工件的形状， 型钢矫形机的轧辊应为滚轮形式，而且可根据 矫形型钢的不同而随时更换。P162页表6-15所 示分别为角钢、槽钢和工字钢的矫形滚轮。 拉伸法矫形主要用于断面较小的管材和线 材，操作简单、劳动强度大、质量不高，适用 于设备无法矫正的场合。 第二篇过程装备制造工艺 （3）火焰矫形）火焰矫形 机械矫形仅适用于设备制造的准备工序。 在设备制造中，尽管材料已矫正，但有时还会 因制造时的应力（如受热

13、不匀、焊接变形、强 力组装或吊装运输的碰撞等）而产生新的弯曲 变形，这种变形往往无法采用机械矫形。有的 甚至连手工矫形也难于施展（如已密封的容器 等），此时可采用火焰矫形。 第二篇过程装备制造工艺 金属一般都具有热胀冷缩的特点，因此当 对钢板的翘曲部分进行局部加热时，受热处就 要膨胀，又因未加热的四周温度低于受热区， 而使膨胀受到限制，即加热部位的金属实际上 受到了来正四周的压缩力的作用。当这种压缩 力超过受热金属的屈服极限时，翘曲部分便受 到挤压（为增大其挤压力，通常还对加热金属 的四周喷洒冷水）。另外金属加热部分在冷却 时还会产生巨大收缩力，在热应力的作用下使 钢板得到矫正。火焰矫形正是利

14、用这一原理来 矫正钢材的。 第二篇过程装备制造工艺 火焰矫形是在变形工件上纤维较长的局部加 热，如图6-4所示，冷却后受热 区缩短就可收到 矫形效果，故加 热法矫形时调整 纤维长度是以短 边为准。生产中 加热方式多为各 种火 焰，如氧乙炔火焰，煤气火焰，故又称火 焰矫形。 第二篇过程装备制造工艺 第二节第二节 划划 线线 划线作业就是将设备零件的空间图形，在钢材上展成平 面图形的一整套工艺过程。划线将直接决定零件成型后的尺寸 和几何形状精度，并影响到以后的组对焊接工序；对节约原材 料也有重要意义。 一，展图一，展图 把零件坯料的空间曲面(筒体、封头等)展成平面称为展图。 (一一)展图依据展图依

15、据 1、可展面与不可展面、可展面与不可展面 凡是由曲线构成的曲面(如球面、椭圆封头)是不可展的， 在由直线构成的曲面中若相邻两素线不在同一平面内者(如螺旋 面)也是不可展的，只有相邻两素线可构成一平面者(如柱面、 锥面)才是可展的。可展面能精确确定展开后的图形和尺寸，不 可展面则只能用近似方法展开。 第二篇过程装备制造工艺 2中性尺寸中性尺寸 板材弯曲时尺寸不变的称中性尺寸，即平均厚度上的尺寸。 展图时按中性尺寸计算; 但对不可展面，尤其是厚板，按中性尺 寸计算的结果有误差，要适当修正。 3近似展图近似展图 近似展图的主要根据有两条。一条是数学上的近似作图法， 即用切线或割线构成的折线可代替曲

16、线，用切面或割面构成的 折面可代替曲面。另一条是利用某些塑性变形的假定作为展图 的依据。例如，假定变形过程中某弧长不变称为等弧长法等弧长法，面 积不变称等面积法等面积法，体积不变称等体积法等体积法。 锻件毛坯尺寸的计算普遍采用等体积法，这是由于材料在 锻造过程中密度不变(锻造铸锭时密度有些增加)，精度较好。 设备制造中是平板变成曲板，密度变化很小，厚度有些变化但 一般也较小，特别是平均厚度变化更小，因而用等面积法展图 就足够精确。工程上用等弧长法展开后的尺寸都偏大，成型后 有一定富余，工件厚时剩余量更多，但计算作图较简单。 第二篇过程装备制造工艺 4经验展图经验展图 不少生产单位在实践基础上总

17、结出某些零件的经验展法， 具有简单易行的优点。仔细分析它们，总可以发现它们是基于 某种近似展法之上发展出来的。 (二二)展图方法展图方法 1计算法计算法 正圆柱面和正圆锥面可以精确计算出来，正圆柱面展开后 为一矩形，L B=(Dg+S)H，正圆锥面展开为一扇形，扇形 半径为锥之斜高， 扇形角为，参见 图 66. 这些可展 面的计算结果都基 于曲面上某一特殊 曲线长与展开后对 应曲线(包括直线) 长相等。 第二篇过程装备制造工艺 2作图法作图法 可展面相贯时用作图法比较简单。在展开作图中，主要是 求空间曲线或直线的真实长度，相贯体展图要首先准确求取相 贯线并为此择优选用辅助面。目前，计算机展图已

18、取得很大进 展。将计算机与自动氧气切割机联机运行，将完全改变传统的 划线与切割作业的面貌。 3作图近似法作图近似法 图611是以球面的切面折面为近似曲面展开的 作图法，球面的切面(割面同 样)是正圆锥面，易于展开。 所取近似曲面是底顶相接的 若干正圆锥台，相接处均取 圆锥之底。这种作法只适用 于大型球体某个球片的展开， 至于小球面整体展开则采用 变形近似法。 第二篇过程装备制造工艺 4变形近似法变形近似法 (1)等弧长法。等弧长法。以碟形封头为例。碟形封头是一个点对称的零件，展平后 亦是一个点对称图形，即是个圆。等弧长法认为展开的圆其直径Da1和碟形 封头过中心的平面上的弧长相等，依图6-12

19、上的尺寸应有： (2)等面积法。等面积法。以设备封头为例。等面积法 认为封头的曲面面积和展平后的圆面积相等。 按此假定碟形封头展开后圆的直径Das为 若长径为短径两倍的标准椭圆封头的中性 直径(平均直径)为Dm，直边高为h，则按等面 积展开后其圆直径Das应为 第二篇过程装备制造工艺 5经验展图法经验展图法 Do=KDm+2h 标准椭圆封头，可采用下面的简单计算式： Do=1.19Dm+2h 二、号料二、号料 工程上把零件展开图正式画在钢材上的作业称为号料。号 料时要注意以下几个问题： (一)余量 展图得到的尺寸称展开尺寸(A展)，它没有考虑以后加工过 程中还会出观的各种问题，因而正式划线到钢

20、材上的尺寸(A划） 要改为： A划A展+加收间l 式中收焊缝收缩余量，与材料的膨胀系数有关，还与焊接 方法、焊接工艺、工件厚度等有关， 第二篇过程装备制造工艺 加边缘加工余量，主要考虑内容为机加工（切削加工） 余量和热切割加工余量。具体见表62224。 间焊接坡口余量。焊接坡口余量主要是考虑坡口间隙b。 坡口间隙的大小主要由坡口形式、焊接工艺、焊接方法等因素 来确定。见表6-25。例如自动焊与手工焊就有差别。同样V形坡 口，带垫板与不带垫板差别很大。 l筒节卷制伸长量。与被卷制直径大小、板厚、材质、卷 制次数、加热条件等条件有关。 钢板冷卷伸长量较小，约78mm。 钢板热卷伸长量较大，用经验公

21、式可估算伸长量l 总之，余量的确定比较复杂，难于硬性规定，生产时可根 据实际情况结合经验确定。展图方法不同得到的展开尺寸不同， 无疑会影响余量的确定。 凡需加热成型的工件，取材时要根据加热方法和加热次数 在厚度上留12mm的烧损余量。 第二篇过程装备制造工艺 (二二)直接划线与样板划线直接划线与样板划线 除了最简单的零件是在钢材上直接划线外， 大部分都是先用纸板或薄铁皮制成样板，再 用 样板在钢材上作图。这样可以保证划线作业的 质量，还可以提高生产率，尤其是对批量生 产 的零件和标准化零件。 当样板用于在已成型好的曲面上号料时， 样板的展开尺寸不是按中性尺寸计算的，而是 按样板贴覆面尺寸计算。 第二篇过程装备制造工艺 (三三)排样排样(排料）排料） 充分利用原材料、边角余料，使材料利用 率达到90以上。 零件排料要考虑切割方便、可行。尽可能 使排样能多利用剪切法下料。 筒体要使其卷制方向与钢板轧制方向（轧 制纤维）一致。 认真设计焊缝位置。在划线下料的同时， 基本上也就确定了焊缝的位置，下面结合国家 标准予以介绍： I 焊缝不仅是承压和耐腐蚀的薄弱区域，而且焊缝过 多、过长还会增加制造成本和检验工时等。因此， 应尽量从整体和局部全面考虑减少焊缝数