第七章弯管部分教材课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,节,管子的弯曲,基本要求,1.,掌握管子弯曲时的,应力分析,和,变形量,计算；,2.,掌握弯管缺陷产生的主要影响因素；,3.,熟悉常用弯管的方法；,4.,了解管件制造的技术要求和相关标准。,第3节 管子的弯曲 基本要求,1,第三节,管子的弯曲,3.1,管子弯曲应力分析和变形量计算,3.1.1,应力,和变形,分析（自由弯曲）,管子外侧壁,管子在,弯矩,M,作用下，轴线外侧管壁,受拉应力,；,随着变形率的增大，拉力逐渐增大，管壁可能,减薄,、,严重时可产生微裂纹,；,第三节 管子的弯曲 管子外侧壁管子在弯矩M作用下，轴线,2,管子内侧壁,严重时可使管壁,失稳产生内折皱,受压应力作用，管壁可能,增厚,管子内侧壁 严重时可使管壁失稳产生内折皱,3,管子横截面变形,在,N,l,与N,2,作用下，管子,横截面变形,；,自由弯曲时,，变形将近似为椭圆形；,管子横截面变形 在Nl与N2作用下，管子横截面变形；,4,半圆槽内弯曲,，内侧基本上保持半圆形,外侧变扁。,半圆槽内弯曲，内侧基本上保持半圆形外侧变扁。,5, 影响,弯管缺陷产生的主要因素,a,相对弯曲半径R/d,w,，它表示弯曲程度。,由,：变形率,d,w,/(2R) 100,管子外径d,w,越大，弯曲半径R越小，,内、外侧的变形率越大,。, 影响弯管缺陷产生的主要因素,6,b,相对弯曲壁厚,/d,w,表示弯曲,横截面,的稳定性；,壁厚越小，管子直径越大，,弯曲横截面的稳定性越差，越容易失稳。,b 相对弯曲壁厚/dw,7,实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式,是控制管子的,弯曲半径。,弯曲半径有关规定，对一般,受压10MPa,的管子，如换热器,U,形弯管段的弯曲半径,R,2d,w,；,常用换热器的最小弯曲半径,R,min,如下表：,3.1.2,管子变形率的控制,实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式是控制管子,8,3,.2,弯管方法,冷弯和热弯,；,有芯和无芯弯管,；,手工和机械弯管,等多种方法。,3.2弯管方法,9,冷弯和热弯,主要考虑变形的难易程度及防止缺陷产生，直径较大,（dw,108)、,厚壁,较大的,管等用热弯。,有芯和无芯弯管,主要考虑弯管后的形状、尺寸及防止缺陷产生。,手工和机械弯管,效率，质量，能力。,冷弯和热弯,10,3.3,控制缺陷的几种典型方法,反变形法,弯管过程,管子安装在弯管机中，并用,夹头,加紧。随着主动扇形轮的旋转，在,扇形轮槽内,弯管。,注意,：,压紧辊,具有,反变形槽,，在弯管前使管子先产生一个,预变形,（,弯曲,实际,变形方向相反,）。,主动扇形轮（模）,压紧辊,导向辊,夹头,e,在,0,12mm,间调整。,管子,3.3 控制缺陷的几种典型方法 注意：压紧辊具有反,11,反变形轮槽结构,扇形轮,槽宽Bdw,安装间隙,12mm,反变形轮槽结构扇形轮槽宽Bdw安装间隙 12mm,12,反变形槽的设计,反变形槽的设计,13,有芯弯管法,适,用于,:,直径较大的管子弯曲。,特点,管子随,扇形轮,转动弯曲,芯棒固定,夹头,导向辊,有芯弯管法管子随扇形轮转动弯曲芯棒固定夹头导向辊,14,圆柱式芯棒,特点,：形状简单，应用广泛。,芯棒直径,:,取d=(90)dn,;,通常,比管内径小0.51.5mm,；,长度,:,L=(35) d,圆柱式芯棒芯棒直径:长度:,15,芯棒伸入弯管区的,距离,e,管子弯曲点,芯棒伸入弯管区的距离e管子弯曲点,16,热弯的加热及热弯的特点,加热温度,碳钢 9501000,低合金钢 1050,188型不锈钢11001200,加热方法,中频加热,热弯的加热及热弯的特点,17,3,.4,管件制造的技术要求,以换热管设计、制造为例。,换热管的拼接,须符合下列要求。,同一根换热管，对接焊缝数量不得超过下列规定：直管,一条,或U形管,两条,。,最短管长不得小于300mm。,U形管段(包括至少50mm直管段)的范围内,不得有拼接焊缝。,对口错边量,应不超过管子壁厚的15%，且不大于0.5mm。,3.4 管件制造的技术要求,18,对接后，焊接接头进行,通球检查,，以钢球通过为合格。,通球直径,选取（mm）,换热管外径dw dw25 25dw40 dw40,钢球直径 0.75dn 0.8dn 0.85dn,对接焊接接头应作,焊接工艺评定,。,对接后，焊接接头进行通球检查，以钢球通,19,对接焊接接头应进行,射线检测,抽查数量应不少于接头总数的10%，且不少于一条，以GB3323一87的级为合格。,如有一条不合格时，应加倍抽查；再出现不合格时，应100%检查。,对接后的换热管，应逐根做液压试验，试验压力为设计压力的两倍。,对接焊接接头应进行射线检测,20,壳体制造技术要求,GB151-89钢制管壳式换热器中，对圆筒壳体制造的有关技术要求如下：,用板材卷制时，内径允许偏差可通过外圆周长加以控制。,外圆周长允许上偏差为10mm，下偏差为零。,3.5,壳体制造要求与管子管板的连接,壳体制造技术要求3.5 壳体制造要求与管子管板的连接,21,断面圆度要求,圆筒同一断面上，最大直径与最小直径之差e,1200mm时，其值不大于7mm。,圆筒直线度允许偏差,：,为圆筒总长L/1000；且L6000mm时，其值不大于4.5mm； L,6000mm时，其值不大于8mm。,断面圆度要求,22,管子与管板连接,连接方式有：,胀接,、,焊接,和,胀焊,连接。,胀接过程：,胀管器插入到需要胀接的,管口内,；,加机械力或液压力,，使,管端,胀大产生,塑性变形,，,管板孔,产生,弹性变形,；,退出胀管器，管板孔,弹性变形恢复,，,使管子与管板孔,接触表面,上产生很大的,挤压力并紧密结合,；,达到了密封又能抗拉脱力。,胀接：,管子与管板连接胀接过程：胀接：,23,前胀后，管子直径增大，管板孔直径增大。,胀接前管板,胀接前管子,前胀后，管子直径增大，管板孔直径增大。胀接,24,胀管率,就是管子、管板的变形率；就要控制合理的胀管率，保证胀接质量。,胀管率的计算,推荐两种计算方法：,管子内径增大率K；,管子壁厚减薄率W。,胀管率,25,计算胀管率需要测量的数据,测量,管板孔径,D,测量胀接前管子外径,d,w,测量胀接前管子内径,d,1,测量胀接后的管子内径,d,2,计算胀管率需要测量的数据测量管板孔径D测量胀接前管子外径dw,26,计算胀管率的公式,管子内径增大率,K=(d,2,d,l,)(Dd,w,) D 100%,管子壁厚,减薄率,W=(d,2,d,l,)(Dd,w,) 2 100%,计算胀管率的公式管子内径增大率,27,胀管率的合理值,它与胀接接头的,形式,、,管子的,规格,及,材质,、,管板尺寸,、,材质,等有关,，,不宜做,统一,要求。,例如： 20钢，252.5mm钢管胀接,取,内径增大率,K=0.8%1.6%,相当于,壁厚减薄率,W=4%8%。,若管子直径大、管壁薄,，,胀管率,取小值;,管子直径小,管壁厚，,胀管率,取大值。,胀管率的合理值,28,过胀,a 胀管率过大,它可能使管子壁厚减薄量过大，硬化现象严重，甚至产生裂纹；,b 还可能使,管板,产生塑性变形，使,胀接,强度下降。,c 过胀后很难修复。,注意:,欠胀,胀管率过小,不能保证必要的连接强度和密封性。,过胀注意:欠胀,29,直径,不大、管壁,厚度不大,的管子,；,管板材料的力学性能,(如硬度),应比管子材料的高，当管子产生,塑性变形,时,，,管板仍处于,弹性变形,阶段,，,以保证胀接的强度,；,故相同材料不宜胀接,。,胀接应用及特点：,直径不大、管壁厚度不大的管子；胀接应用及特点：,30,胀接后管子与管板孔的间隙比焊接的小,，,提高管端的耐腐蚀性,；,胀接的强度和密封性不如焊接,；,胀接不适合,管程,和壳,程温差较大,的场合,，,胀接强度下降,；,胀接表面要求清洁,，,管板孔表面粗糙度值不大于,12.5m,。,胀接后管子与管板孔的间隙比焊接的小，提高管端的,31,胀接增强方法：,管板孔内开槽；,管端翻边；,胀接增强方法：管板孔内开槽；管端翻边；,32,端部坡口,端部坡口,开槽位置,管端伸出长度,适用于管板厚25mm的胀接形式,端部坡口端部坡口开槽位置管端伸出长度适用于管板厚25mm,33,端部坡口,端部坡口,两槽位置,管端伸出长度,局部未胀接,适用于管板厚25mm的胀接形式,端部坡口端部坡口两槽位置管端伸出长度局部未胀接适用于管板厚,34,端部坡口,端部坡口,两槽位置,管端伸出长度,局部贴胀接,适用于厚管板及避免间隙腐蚀的胀接形式,端部坡口端部坡口两槽位置管端伸出长度局部贴胀接适用于厚管板及,35,主要特点,对不能胀接的管子与管板,，,可以采用焊接连接,；,如管子与管板材料相同、小直径厚壁管、大直径管及管程和壳程介质温差较大的场合等,，,焊接的强度较高、密封性好,；,管子与管板连接采用的自动脉冲钨极氩弧焊、效率高、质量好,；,但,焊接连接的管子与管板孔的间隙较大,，,容易产生间隙腐蚀。,应用比较广泛。,焊接：,主要特点 应用比较广泛。焊接：,36,强度低,强度高,减小焊接应力,焊接形式：,强度低强度高减小焊接应力焊接形式：,37,适宜于高温、高压下工作的换热器,。,胀焊工艺：,先焊后胀,，,应用较广泛,，,要防,后胀出现裂纹,；,先胀后焊,，,间隙小,。,胀焊连接同时具备了胀接和焊接的优点。,胀焊：,适宜于高温、高压下工作的换热器。胀焊连接,38,第六节 高压容器制造,高压容器制造及结构型式,单层结构型式,多层结构型式,以单层卷焊式为主,热套式,扁平钢带倾角错绕式,层板包扎式,第六节 高压容器制造高压容器制造及结构型式单层结构型式多层结,39,单层容器和多层容器制造工艺比较,单层容器制造工艺过程简单、生产效率较高。,多层容器工艺过程较复杂,工序较多,生产周期长。,单层容器使用钢板相对较厚,而厚钢板的轧制比较困难,抗脆裂性能比薄板差,质量不易保证,价格昂贵。,多层容器所用钢板相对较薄,质量均匀易保证,抗脆裂性好。,单层容器和多层容器制造工艺比较,40,多层容器的,安全性高,即使个别层板存在缺陷,也不容易延展至其他层板，不会产生瞬时的脆性破坏, 。,另外,多层容器钻有,透气孔,可以排出层间气体,若,内筒发生腐蚀破坏,介质由透气孔,泄出易于发现,。,多层容器的安全性高,41,由于,层间间隙,导热性,小得多,高温工作时热应力大。,层板间隙,的存在,环焊缝,处必然存在缺口的应力集中,由于层间间隙, 导热性小得多,高温工作时热应力大。层板间,42,为提高厚壁筒的承载能力,在内壁面产生预压缩应力,达到均化应力沿壁厚分布的目的。,多层也采用内层预紧，改善受力。,没有深的纵焊缝,但它的,深环焊缝,难于进行热处理。,单层厚壁容器在内压作用下,筒体沿壁厚方向的应力分布很不均匀,筒体,内壁面应力大,、,外壁面应力小,随着简体外直径和内直径之比的增大,这种不均匀性更为突出。,为提高厚壁筒的承载能力,在内壁面产生预压缩应力,达到,43,分段热套合,利用热套法套合成几段,多层筒节,、再焊环缝制成整体容器。,这种方法技术成熟,应用较广泛。,1、,有两种热套形式,段热套合 、 整体热套合。,一、热套式容器,分段热套合1、有两种热套形式一、热套式容器,44,下料,筒节各层板成型,筒节各层板焊接并加工,三层分段热套合容器(氨合成塔）,工艺过程如下：,下料筒节各层板成型筒节各层板焊接并加工三层分段热套合容器(氨,45,热套。,外层加热，把内层套入,再热套,筒节成形并加工环坡口,热套。再热套筒节成形并加工环坡口,46,筒节间焊接,筒节间焊接,47,筒体与封头焊接,筒体与封头焊接,48, 整体热套合,如图是双层箍式容器。,然后,分段热套,外筒,先焊好,内筒,全长,顶塞,底塞,外筒之间(轴向)不焊接，容器轴向力完全由内筒承受。,整体套合不方便,特点:, 整体热套合然后分段热套外筒先焊好内筒全长顶塞底塞,49,层数增多,可以减薄各层圆筒的厚度,提高抗脆性断裂能力；,但会影响筒壁的传热,增加制造的复杂性,费用高；,以3层较普遍，层数一般不超过5层,通常各层厚度相同更为方便。,对,腐蚀性介质,，内筒采用,耐腐蚀,的材料。,2、,热套层数要求,层数增多,可以减薄各层圆筒的厚度,提高抗脆性断裂能力,50,过盈量取套合直径的0.1% 0.2%。,4、每个套合圆筒上，必须,钻泄放孔,。,3、,过盈量的选择,过盈量取套合直径的0.1% 0.2%。4、每个套合,51,1、制造工艺,(1)制造内筒,板厚为1225mm，若有防腐要求，可选用不锈钢板或钛板；,制造工艺大致同单层容器，但要加工焊缝表面。,层板加工,预先将层板弯卷成瓦片状,层板厚612mm,国外层板已选1220mm 。,二、层板包扎式高压容器,1、制造工艺(1)制造内筒二、层板包扎式高压容器,52,将,预弯,的瓦片状层板，放在内筒上,，用钢丝绳拉紧、点固并焊接纵,缝。,(注意,纵缝位置,要预先安排好，不能重叠或太近),修磨焊缝，准备下层的包扎。,将预弯的瓦片状层板，放在内筒上 ，用钢丝绳拉紧、点,53,每层层板包扎后需要进行松动面积检查。,GB150中规定，对内径不大于100Omm的容器,每,一松动部位,：,沿,环向长度,不得超过Dn的30%；,沿,轴向长度,不得超过600mm;,对于内径大于100Omm的容器,每,一松动的部位,：,沿,环向长度,不得超过300mm；,沿,轴向长度,不得超过600mm。,每个多层筒节上必须钻泄放孔。,每层层板包扎后需要进行松动面积检查。,54,多层包扎式尿素合成塔筒体制造工艺介绍,多层包扎式尿素合成塔筒体制造工艺介绍,55,目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多，有,800mm,、,1000mm,、,1250mm,、,1400mm,、,1500mm,、,1600mm,、,1800mm,、,2100mm,、,2200mm,、,2650mm,、,2800mm,等，适用于年产,4,万吨、,8,万吨、,11,万吨、,12,万吨、,16,万吨、,21,万吨和,52,万吨的尿素生产装置。 尿素合成塔的操作压力根据不同的工艺也不尽相同，主要有,21MPa,和,16MPa,两种系列，操作温度均小于,200,。,目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多，有800,56,由于尿素合成塔是一种典型的,耐压,、,耐较高温度,和,耐强烈腐蚀,的反应器；,制造质量的优劣直接影响到正常运行，甚至影响到整个尿素生产装置的安全可靠性。,制造厂,必须严格,按国家,标准,和相应的工程标准进行设计、选材、制造和验收，制造竣工后进行认真的质量评议，得到行业专家的认可后才能出厂交付使用。,由于尿素合成塔是一种典型的耐压、耐较高温度和耐强烈腐,57,高压筒体,承受着高压、高温和强腐蚀介质的作用。,其组合形式主要有以下几种类,单层外壳、,复合板,不锈钢衬里层,;,热套多层壳体，,热套,内层不锈钢衬里层,;,多层多层包扎焊接壳体，,包扎,不锈钢内层,;,外层多层包扎焊接壳体，内筒,热套,不锈钢衬里。,高压筒体,58,经过多年的实践和比较，目前用得最多的，最可靠的结构形式有：,以不锈钢作为内筒，外层直接包扎焊接多层层板。,以南京化工机械厂,尿素合成塔,制造工艺为例（公称直径,15001850mm),，简介其筒体的制造。,经过多年的实践和比较，目前用得最多的,59,在制造上，具有许多优点：,不需要,大型复杂机械,国内许多压力容器生产厂家都可以制造；,层板逐层焊接,各层,纵焊缝,不重合，相互不影响；,逐层纵缝在圆周上均匀分布,收缩应力均匀，筒体圆周几何度均匀。,在制造上，具有许多优点：,60,衬里受紧压,内筒工作应力,大大降低，甚至为压应力，,应力腐蚀,的可能性降低；,衬里焊缝在,塔外焊接,便于进行,RT,检测,和,PT,检测,，有缺陷时,返修方便,，可充分保证,主焊缝的质量,。,衬里受紧压,61,设置一,层过渡层,(,盲板,),盲层板,的纵焊缝,间断焊、不焊透；,盲层板,的内壁也开出纵横交错的,沟槽,，作为检漏通道。,在强度计算时，衬里层、盲层板均不计入。,层板不接触介质，因此主要考虑强度方面。, 设置一层过渡层(盲板),62,内筒制造,内筒材料：耐腐蚀，选用厚度为,810mm,的,316L,不锈钢。,内筒的制造工艺过程是,:,材料复验、准备、下料（,详细,）,等离子弧切割下料,按内筒中径展开计算，加焊后收缩量等；下料时必须严格控制,板材对角线之差,1mm,；,刨边,刨出内筒纵焊缝坡口；,卷圆,冷卷成形；,必须在专用的卷板机上进行。,避免卷制过程中压出麻点、划伤以及铁离子污染。,内筒制造内筒材料：耐腐蚀，选用厚度为810mm的316L,63,组对焊接,应控制对口错边量,1.5 mm，并严格按焊接工艺施焊；,探伤,焊缝100%RT检验，按JB4730-1994中的I级要求；,热处理:,作消除焊接应力热处理；,焊缝内外表面磨平，并校圆；,尺寸检查,检验员测量内筒周长（两端及中间部分共3处），换算成直径，记录于表中，作为,盲板层,下料的依据；,组对焊接,64,探伤,纵缝作UT复探和PT检验，按JB4730-1994中的I级要求；,大车,筒节两端加工平，并以一端作为基准端，作好标记；,划线,划内筒检漏孔线，并将检漏孔中心线延长到内筒端面，作出,标记,，以备层板包扎用；, 待热套。,探伤,65,制造过程注意事项,:,卷圆、矫圆内筒时必须在专用的卷板机上进行。,避免卷制过程中压出麻点、划伤以及铁离子污染。,制造场地和环境清洁,避免铁素体污染和磕碰划伤，否则会影响不锈钢的耐蚀性能。,打磨,用含有,橡胶氧化铝,的砂轮，打磨时间不应太长，避免造成回火色。,不能用普通的粉笔当做记号笔在不锈钢上乱写乱画。标记移植用的记号笔应采用不含氧离子、,硫化物,的颜料。,制造过程注意事项:,66,盲层板制造,盲层板主要是,保护内筒,，只要求可焊性，采用,Q235,。厚度,68mm,结构特点,在盲层板内壁要加工出纵向和环向榴若干条。的深为,2.5mm,，宽,6mm,。,盲层板是在平板状态时开槽，要在专用的工装上进行。,纵向槽深度应适当控制。过深了、在育层板卷制成圆后会有棱角出现，不利于将来的层板包扎。,盲板筒体,卷制,盲层板制造,67,第七章弯管部分教材课件,68,盲板层纵缝焊接,注:预热温度:100;,层间温度150。,盲板层纵缝焊接注:预热温度:100;,69,盲板层纵缝焊接,表4-4 盲板层纵缝焊接工序,盲板层纵缝焊接,70,盲板与不锈钢内筒的热套工艺：,盲板与不锈钢内筒的热套工艺：,71,层板的制造,材料16MnR，厚度812mm；,层板筒体瓦片（23片）焊接而成。,层板可分为,两等分,，,三等分,，,四等分,。其中两等分的模具设计稍显麻烦，冲压性能差；四等分会导致焊缝增多，增加工作量。所以，采用三等分比较合适。,包扎层瓦片冲压制作,层板的制造,72,层板制造工艺过程,层板制造工艺过程,73,包扎工艺,包扎工艺,74,焊缝位置的设计,多层包扎筒体能够有效防止单壁容器中，焊缝裂纹缺陷扩展到整个筒壁的情况，但是如果焊缝相错角度设计不合理，同样会影响其强度。,最佳的焊缝相错角度时通过计算得来的。,计算得：当,n=9,时，焊缝相错角度,48,最后一层HB,焊缝位置的设计最后一层HB,75,层板纵缝焊接,层板纵缝焊接,76,检漏系统,检漏系统,77,筒体组对环缝焊接,注:预热温度:100;,层间温度150;,保护气体种类Ar(99.99%);,筒体组对环缝焊接,78,端面封焊,端面封焊,79,环缝焊接,环缝焊接,80,第七章弯管部分教材课件,81,材料的选择（下封头）,19Mn6钢是德国钢种，与16MnR钢属于同一类碳锰钢，其含碳量高于16MnR，故焊接性略差于16MnR。,19Mn6,化学成分,19Mn6 正火温度 890950 ,消应力退火温度 520580 ,材料的选择（下封头）19Mn6 正火温度,82,封头的展开计算,封头内径Dg=1866mm =89mm。,中性层直径Dm=Dg+=1955mm,利用等面积法计算： Da= 2765mm,加工余量计算,边缘加工余量，加工厚度大于25mm时，边缘加工余量为5mm ；焊接变形量，取3mm；修边余量取12mm；,钢板氧气切割加工余量为10mm；,焊缝坡口间隙，取1mm,封头的展开计算,83,划线,实际用料线尺寸=封头展开直径焊接变形量,-,焊缝坡口间隙+修边余量,=2765+3-1+12=2779mm,切割下料尺寸=实际用料线尺寸+边缘加工余量+划线公差（近似取为6mm ）,=2779+5+6=2790mm,划线,84,冷、热冲压的选择,采用热冲压。,加热温度 1050 终压温度850,加热曲线如下图,冷、热冲压的选择,85,压边圈的采用条件,封头冲压后一般最大减薄量为1415%，所以为保证冲压后封头的尺寸有：,（115%）=89 有=104.7mm,所以取封头毛胚厚度为105mm,D,o,D,n,= 2790,-,1850 = 940mm,14= 1260,D,o,D,n,14,不用压边圈。,压边圈的采用条件,86,冲压力的计算,上模具的设计,下模具的设计,冲压力的计算,87,冲压工序,1号料、标记移植、氧气切割。,2车削外圆,边缘,坡度。,3模具安装调试。 4材料加热。 5进行第一次冲压。,6加热工件并更换下模具，进行第二次冲压。,7加热工件并更换下模具，进行最后一次冲压。,8对封头进行正火处理,9对封头内外表面进行喷砂处理。,10对内外表面做100%PT(JB4730-2005级)+100%UT (JB4730-2005级),冲压工序 3模具安装调试。 4材料加热。 5进行第一次,88,下封头成型后的加工工序,下封头成型后的加工工序,89,第七章弯管部分教材课件,90,第七章弯管部分教材课件,91,第七章弯管部分教材课件,92,