甲烷化炉炉体封头的制作工艺模板

《焊接结构制造》课程设计题目：φ1400×5340甲烷化炉炉体制作工艺设计——甲烷化炉炉体封头制作工艺专业：班级：姓名：目录1封头制作工艺 31.116MnR性能概况 31.2封头制作工艺步骤图 41.3钢板复检 41.4钢板预处理 51.5下料 61.6拼板焊缝部署 71.7钢板矫正 81.8边缘加工 81.9拼板焊接 82封头压延模具设计 92.1凸模设计参数 92.2凹模设计 102.3压边圈 113压延力计算 114封头压延工艺过程 125二次切割 13 引言容器是指用于储存气体、液体和固体原料、中间产品或成品设备。依据《压力容器安全技术监察规程》(国家质量技术监督检验检疫总局质技监局锅发(1999)154号)之要求，凡含有下列三个条件容器统称为压力容器：压力容器是容器一个，是指最高工作压力p≥0.1MPa,容积v≥25L，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体容器。压力容器按设计压力（P）分类可分为四个承受等级，即：低压容器（代号L）：0.1MPa≤p＜1.6MPa；中压容器（代号M）：1.6MPa≤p＜10MPa；高压容器（代号H）：10MPa≤p＜100MPa；超高压容器（代号U）：p≥100MPa。从压力容器安全技术角度可将容器分为：固定式容器和移动式容器。压力容器有多个结构形式，最常见结构为圆柱形、球形和锥形三种。压力容器关键由封头、筒体、接管、管板、法兰等部分组成。1封头制作工艺1.1封头制作工艺步骤图封头制作工艺步骤见图1。图2封头制造工艺步骤图1.2钢板复检钢板检验是为了检验所用钢材是否符合国家标准，相关技术要求，质量标准和等级标准，关键检验以下多个方面：钢号、化学成份、力学性能、表面和内部缺点等。1.2钢材入厂时，检验员应该按厂内钢材进货要求检验所入钢材是否为本厂要求同批号钢材，且数量是否足够。1.2在钢板上取样以后，对其进行化学成份校对检验。检验关键元素是碳，锰，硫，磷。化学分析试验操作应符合GB223要求（化学成份表见表1）。表11Cr18Ni9Ti不锈钢板化学成份﹝质量分数）（%）CSiMnPSCrNiTi0.070.720.820.0280.00817.79.600.461.2.经过做静负荷试验，来检验钢材屈服强度，抗拉强度，伸长率，断面伸缩率，硬度，经过动负荷试验来检验钢材常温冲击（力学性能表见表2）。试样形状、尺寸及试验方法参见GB2649—81、GB2651—81、GB2653—81要求。表21Cr18Ni9Ti不锈钢板力学性能бb∕MPaбs∕MPaδ5﹝%﹞ψ﹝%﹞54119740551.2钢材缺点关键有表面缺点和内部缺点两种。（1）检验成品钢材表面缺点是指检验其是否在运输中受损，出现严重损伤划痕、沙眼、裂纹等，通常为可见缺点。（2）检验所入钢材内部缺点是指检验内部是否存在沙眼、气孔、夹渣、裂纹、麻点、疏松等缺点。通常见超声波探伤。1.3钢板预处理为了避免钢材表面油污、锈蚀和氧化皮等影响产品制造质量，应该在进行材料划线、下料之前进行表面预处理。表面预处理方法可采取喷丸和喷漆处理1.5下料（1）封头尺寸计算此次设计采取椭圆形封头。GB150中要求：由封头内直径Di（长轴）、封头曲面深度H和直边高h（为减小封头和筒体连接应力而设）组成。GB150推荐：椭圆形封头采取长短轴比值为2标准型。图2所表示。封头公称直径DN（以内径作为公称直径）DN=1400mmH=1/4DN=350mmh=40mm。图2椭圆封头结构形式坯料直径（包含工艺余量）：Dp=1.211（DN＋δ）＋2h=1.211×（1400＋18）＋2×40=1797.2mmD0取1798（2）直径1400毛坯采取拼焊方法取得，确定各个步骤尺寸后，采取数控切割方法进行下料加工，编制加工程序，不需要划线，直接在钢板上进行切割，见图2。钢板规格为18×1400×9000。因为有2个封头，故下料需下双份。图3在钢板上排版（3）制作加工样板。在变形加工中用来检验工件弯曲形状和角度是否达成要求用样板或样杆和用来检验工件质量。1.6拼板焊缝部署因为直径很大，材料尺寸不够，所以必需采取拼接钢板，然后进行整体冲压。压力容器封头拼板缝通常是在平板状态下完成，焊接条件比很好，焊接坡口采取V形。因为厚度大于10mm，封头拼缝宜采取焊条电弧焊+埋弧自动焊组合。拼焊焊缝位置应满足相关标准要求，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点处撕裂可能。坯料拼缝余高如有碍成形质量，在成形前应打磨和母材齐平，必需时还应作表面检测。本制作工艺采取18×1400×9000规格1Cr18Ni9Ti钢板，其拼板见图4。图4拼板示意图1.7钢板矫正钢板切割后在多辊式矫平机上进行矫平。矫平时，钢板在矫平机上下辊压力作用下，经数次反复弯曲，使钢板得到均匀拉伸，多个原始曲率逐步趋向单一，并不停减小，最终得以矫平。1.8边缘加工钢板矫正后，二次号料，然后采取数控切割机进行边缘加工包含坡口加工。加工坡口时，留取一定余量，采取机械设备打磨坡口周围因气割形成氧化膜。边缘加工所用气割设备和工艺规范和钢材下料时完全相同。其坡口尺寸图4。图4坡口形式及尺寸1.9拼板焊接拼板装配好后，先用焊条电弧焊点固，点固长度25mm，间隔100mm，用Φ3.2mmJ507点固，直流反接，电流130A。点固焊后，采取埋弧焊焊接外侧，焊接材料：焊丝采取Φ4mmH10Mn2A;焊剂采取HJ431。直流反接，采取多层焊，第一层焊是规范要小些，以预防焊后变形。外侧焊完后，用碳弧气刨清根，以后再用埋弧焊焊接内侧。焊接参数见表3。表3焊接规范参数焊接位置焊接电压（V）焊接电流(A)焊接速度（cm/mim）正面30-32.350-40026-28后面30-32350-40030-32图5封头焊缝类型图5所表示。椭圆形封头全部拼接焊缝为A类焊缝，受力最大，要求不管是单面焊或双面焊，应全部焊透。焊接结束后采取100％射线探伤。依据GB150-1998《钢制压力容器》等相关标准进行检验。X射线检验Ⅰ级为合格。2封头压延模具设计2.1凸模设计参数采取热压模具，且以内径为基准封头，模具设计时应将回弹量和收缩量取在凸模上，间隙取在凹模上。凸模设计尺寸图6所表示。图6凸模设计尺寸（1）凸模直径DsmDsm＝Dn（1＋δ）=1400×（1＋0.9%）=1413mm（δ为封头热压时收缩率，直径1400mm封头δ取0.9%）（2）凸模曲面部分高度HsmHsm＝H（1＋δ）=350×（1＋0.9%）=354mm（3）凸模直边高度H0H0＝H1＋H2＋H3＋H4=40＋30＋70＋80=220mm（4）凸模壁厚δsmδsm选择和压力机吨位相关。压力机吨位≤400kN时，δsm=30~40mm;压力机吨位≥1500kN时，δsm=70~90mm。这里：δsm=80mm。（5）凸模上部直径D0D0＝Dsm＋3=14172.2凹模设计凹模设计参数图7所表示。图7凹模尺寸（1）凹模直径DxmDxm＝Dsm＋2δ＋Z=1413＋2×18＋2=1451mm，式中Z为凹模间隙，热压时，取值为（0.1~0.2）δ（2）凹模圆角半径Rxm经按相关标准计算需要压边圈。因为有压边圈，Rxm=3δ=3×18=54（3）凹模直边高度h1h1＝100mm（4）凹模总高度hh＝200mm（5）凹模外径D1D1＝Dxm＋300=1451＋300=1751mm。2.3压边圈（1）压边圈内径：D'=Dxm＋70=1451＋70=2151mm（2）压边圈厚度：h'=200mm3压延力计算封头冲压时，压延力计算常采取经验公式进行，它是正确选择冲压设备依据。封头冲压时压延力按下式计算：式中：F——压延力（N）；e——压边力影响系数，无压边e＝1，有压边时e＝1.2；K——封头形状影响系数，碟形及椭圆形封头K＝1.1～1.2，球形封头K＝1.4～1.5；Dp——坯料直径1798mmDxm——下模直径1451mmδ——坯料厚度18mm——材料高温抗拉强度589Mpa。求得F=1.2×1.211×3.14×(1798－1451)×18×589=16787，单位kN。采取压边力，压边力按下式求之：=0.25×3.14×0.011×[17982－(1451＋2×54)2]=6928，单位N式中：F——压边力（N）；A——压边面积（mm2）；q——单位压边力（MPa）；对于钢q＝(0.011～0.0165)，热压取小值，冷压取大值。Dp——坯料直径（mm）；Dxm——下模直径（mm）；Rxm——下模圆角半径（mm）4封头压延工艺过程在封头冲压过程中，板料变形很大，对于壁厚或冲压深度过大封头，若在冷态下冲压，不仅需要较大功率压力机，而且会使成型后封头产生严重冷作硬化，甚至形成裂纹。为确保封头质量，采取热冲压。对于直径1400mm左右1Cr18Ni9Ti中厚壁板封头，采取Y32系列四柱液压机，THP32-四柱式液压机进行压制，其参数见表4。采取加热后压制（热压）方法来压制封头，压制成形后，进行二次划线，并借助于焊接回转台进行二次切割。经验收合格后待装配。表4THP32-四柱液压机关键参数序号项目单位THP32-1公称力kN02回程力kN25003顶出力kN10004液体最大工作压力MPa275滑块最大行程mm6顶出缸活塞最大行程mm5007最大开口mm24008滑块速度工作mm/s8-18回程mm/s1509顶出速度顶出mm/s35退回mm/s7010工作台有效尺寸左右mm4000前后mm300011电动机总功率KW196.512主机重量Kg15300013全机重量Kg20先用红外线金面反射炉对拼焊后毛坯进行整体加热到980℃，然后进行冲压成形加工，保温时间按2min/mm计算。始压温度950℃，终压温度800℃，空冷。然后将毛坯放置在凹模上，并对准中心；放下压边圈，将坯料压紧到适宜程度，以确保冲压时使坯料各处能均匀变形，预防封头产生波纹和起皱。开动压力机加压，使坯料逐步变形，并落入凹模。最终上提脱模板，使封头和凸模脱离。因为成形后封头在温度降低后会产生收缩，加之凸模受热后又稍有膨胀，所以封头被紧紧裹在凸模上，使脱模困难。为处理这个问题，需严格控制终压温度，另外，还能够在凹模圆周方向穿几只活动销来脱模。Dp－Dn=1798mm－1400mm=398mm≤45（45=5二次切割封头成形后，从新号料。确定尺寸，去除加工余量并加工坡口，另外，封头上有很多孔接盘,需要在封头不一样位置上开出带有坡口孔，其坡口尺寸见图8。图8封头和筒体坡口参考文件[1]宗培言.焊接结构制造技术和装配[M].北京:机械工业出版社,.8[2]夏巨椹.钣金工手册[M].北京:化学工业出版社,.[3]王政.焊接工装夹具及