焊接专业毕业设计（论文）加热槽槽体设计

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）摘 要本次设计的加热槽槽体是加热及搅拌沥青的专用容器。以通入夹套中的高温蒸气为热源加热沥青。设计产品普遍应用于石油化学工业、建筑业等行业上。该设计中详细制定了加热槽的制作工艺和封头冲压模具的设计。根据压力容器的标准，此加热槽属于II类压力容器。其设计、制造、检验和验收应符合GB15098钢制压力容器的规定。16MnR钢是制造压力容器的专用钢。16MnR的硫、磷含量低，抗拉强度、延伸率、冲击韧性高。因此，16MnR的力学性能和工艺性能良好。除环境温度很低或钢板厚度很大时，冷裂纹倾向较大以外，不易产生其它种类的裂纹。Q235B钢的含碳量低，虽然强度不高，但塑性和冲击韧性很好，焊接性优良。一般不会因焊接而出现严重的淬硬组织。通过分析母材的各种性能及本产品的结构特点，编制出适合本产品的生产工艺流程。主要是筒节、封头的加工工艺及加热槽槽体的总装配焊接工艺。制定下料及其成形工艺，填写零件加工工艺过程卡；制定装配工艺及焊接工艺，填写焊接工艺卡；制定焊后加工工艺。制定夹套的翻边、翻孔工艺。在制作封头时，还需根据封头的尺寸计算出封头冲压模具上模及下模的具体尺寸，制作冲压模具。结合本产品的技术要求，采用无损探伤和水压试验进行检验。最后，为了防止产品生锈需对产品进行涂漆。关键词：加热槽， 焊接工艺， 夹套， 冲压模具AbstractThe heating trough body of this time design is the appropriation container which heats and mixes blend the asphalt. Take passes over in the clamp cover the high temperature steam to heat up the asphalt as the heat source. The design product generally applies to profession and soon in petrochemical industry, architecture industryetc. In this design in detail formulated to the manufacture craft of the heating trough and the design of the head of the trough ramming mold. According to the standard of pressure container, this heating trough is belonged to II kind of pressure container. Its design, manufacturing, examination and acceptance should conform to the provision of GB15098Steels system pressure containers.The 16MnR steel is the appropriation steel which makes pressure container. The content of sulfur, phosphorus in 16MnR is low, the tensile strength, the elongation ratio and pounds at tenacity are high. Therefore, mechanics function and craft function with 16MnR are good. In addition to the environment temperature is very low or when the steel plate thickness is very big, greatly outside the cold crack is easy to creation, don't easily creation other categories crack. The Q235 B steel contains amount of carbon low, although the strength isn't high, plasticity and resilience are very good and the weldability is fine. Generally will not appears the serious hard organization because of weld. Through analyzes various function of the parent metal and the structure characteristics of this product, draw up the production technical process suited this product. Mainly is the processing craft of the tube stanza, the head and the final assembly welding craft of the heating trough a body. Establishment the craft of Inciseing material and taking it shape , fill in the components processing craft process card; establishment assembly craft and welding craft, fill in the welding craft card; draw up after welding processing craft. Formulates the clamp cover flange, turns the holed craft. When manufacture the head of heating trough, according to the size of the head calculates the ramming mold top die and the stamping die concrete size. Unifies the specification of this product, uses not damage the crack detection and the hydraulic pressure test carries on the examination. Finally, in order to prevent the product rusts must carry on to the product spreads the decoration. Key word: heating trough, welding craft, clamp cover, ramming mold 引 言在承受压力等级的基础上，综合压力容器工作介质的危害性（易燃，致毒程度）可以将压力容器分为I、II、III类。本次设计的加热槽槽体属于II类压力容器。符合下列其中一项的即为二类容器：中压容器(III类规定的除外)；易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；低压管壳式余热锅炉；低压的搪瓷玻璃压力容器。工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的密闭设备，称为压力容器。目前压力容器在各行业中的应用已十分广泛。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。其整个制造过程涉及冶金、结构设计、机械加工、焊接、热处理和无损检测等专业技术门类。因此，压力容器行业的国际地位在一定程度上反映了国家的综合实力。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于内部或外部承受气体或液体压力，是对安全性有较高要求的密封容器。早期主要用于化学工业，压力多在10兆帕以下。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后，要求压力容器的压力达100兆帕以上。随着化工、石油化工等工业的迅猛发展，压力容器的工作温度范围越来越宽、容量不断增大，有些还要求耐介质腐蚀。20世纪60年代开始，核电站（电站锅炉）的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和设计要求。从而促进了压力容器的进一步发展。为了生产和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经无法满足产品质量要求，正在被新技术、新工艺所代替，而冶金、机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体技术水平提高的前提条件。由于压力容器发展迅速，压力容器的工作条件越来越苛刻，对焊接技术的要求也更加严格。现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、力学性能等于甚至高于被连接体的焊缝。焊接的密封性好，适于制造各类容器。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质的目的。焊接已成为现代工业中不可缺少、而且日益重要的加工工艺方法。传统的压力容器通常采用低碳钢或低合金高强度钢母材制造。近年来随着焊接技术的不断完善，高强度钢在现代压力容器结构中获得了广泛应用。目前，焊条正向着高效、低污染和具有特殊性能方向发展。气体保护焊和埋弧焊焊丝逐渐由实芯焊丝向药芯焊丝方向发展，药芯焊丝具有高效、节能及成分调节方便等优点，是未来发展的方向。埋弧焊用焊剂也逐渐由大量使用熔炼型焊剂向烧结型焊剂过渡。烧结型焊剂具有节能、成分调节方便及制造简单等一系列优点，也是焊剂的发展方向。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠、轻巧的电弧跟踪方法。本次设计的加热槽槽体为圆柱形钢制容器，是加热及搅拌沥青的专用容器，以通入夹套中的高温蒸气为热源加热熔化沥青。首先，要根据产品要求设计出结构各个部件的主要尺寸及制作工艺；其次，要合理选择材料，以满足加热槽的强度、刚度等质量要求。加热槽的制造工艺已基本成熟且应用十分广泛。目前加热槽的设计正在向大型化高参数方向发展；材料广泛应用各级别的低合金高强度钢。近几年我国压力容器制造业尝试应用计算机技术。如焊接工艺编制采用焊接专家系统；焊接工艺评定和焊工培训考试使用计算机管理；编制零部件制造工艺过程卡等。焊接机械化和自动化水平已得到提高，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人。随着焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，加热槽等压力容器的安全性和可靠性得到了显著提高。第一章 产品介绍1.1 产品结构分析本次设计的加热槽槽体属于II类压力容器。工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的密闭设备，称压力容器1。目前压力容器在各行业中的应用已十分广泛。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。它在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用。本加热槽的设计目的是加热及搅拌沥青，沥青是毒性程度为中度危害的介质，每个焊缝都必须保证质量达到要求。本产品主要是由内筒、上夹套、下夹套、内筒封头、夹套封头和一个角钢法兰所组成。产品的简要数据如表1所示。表1 产品简要数据表设计压力 (MPa)1.46设计温度()200工作压力 (MPa)1.32全容积(m3)16物料名称沥青容器类型II类加热槽上还有支座、支架、支撑架等几个附件，具体位置如图1所示：图1 产品结构简图1高温蒸汽出口；2支架；3高压蒸汽进口；4支座；5支撑架； 6人孔；7废料排出口；8沥青出口；9吊架。1.2 母材性能分析根据产品的设计要求，加热槽的内筒及内筒封头部分选用的材料为16MnR钢，夹套及夹套封头等部分选用的材料为Q235B钢。16MnR钢是制造压力容器的专用钢。16MnR的硫、磷含量略低于16Mn，冲击韧性比16Mn有所提高。16MnR的力学性能和工艺性能良好。Q235B钢的含碳量低，虽然强度不高，但塑性和冲击韧性很好，焊接性优良。1.2.1内筒材料的性能分析(1)16MnR钢的化学成分分析材料的化学成分直接影响着材料的各项性能，因此需控制材料中的有害杂质硫、磷的含量。材料中含硅量超过了0.6%对冲击韧性不利，使脆性转变温度提高。含碳量超过0.3%和含锰量超过1.6%，焊接时易出现裂纹，同时在热轧钢板上还易出现脆性的贝氏体组织。16MnR钢的屈服强度为345MPa，是屈服强度在294392MPa之间的热轧钢。这一类热轧钢主要通过锰、硅等合金元素的固溶强化获得高强度。16MnR钢的化学成分如表2所示。表2 16MnR钢的化学成分牌号化 学 成 分（%）CSiMnSP16MnR0.200.200.551.201.600.0300.035(2)16MnR钢的力学性能分析本设计中选用的16MnR钢板的厚度为16mm，该厚度钢板的力学性能如表3所示：表3 16MnR钢的力学性能2牌号热处理状态规格(mm)拉 伸 试 验冲击试验冷弯试验屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率(%)温度()20横向 (J)=2 180º16MnR热轧1634551064021031d = 2a材料的力学性能与焊接结构的使用安全有很大关系，因此材料的力学性能必须达标才可使用。(3)16MnR钢的焊接性分析16MnR钢是制造压力容器的专用钢，对硫、磷等杂质控制严格，但在焊接接头中仍有可能产生缺陷及性能变化：热裂纹 焊缝中的热裂纹是指焊缝在结晶时形成的沿晶间开裂的裂纹。热轧钢含碳量较低，且锰含量较高，即焊接热裂纹倾向较小。但在埋弧自动焊时，焊接热输入较高，熔池尺寸较大，柱状晶体发达，晶间偏析较严重，焊接接头中也会出现各种形式的热裂纹，此时产生的热裂纹主要是结晶裂纹。结晶裂纹在结晶后期(温度稍高于固相线温度以上)，由于低熔点共晶形成的液态薄膜削弱了晶粒间的联系，在拉伸力作用下发生开裂3。而16MnR钢板中碳、硫、磷等元素含量必须控制在要求值以下。由于同时16MnR钢的含锰量相对较高，锰硫比 (Mn/S)能达到除硫要求，所以具有较好的抗热裂性能，正常焊接条件下热裂纹倾向较小。冷裂纹 热轧钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下（除环境温度很低或钢板厚度很大时）冷裂纹倾向不大。焊接接头在焊后的冷却过程中，会产生组织应力、热应力及拘束应力等内应力，又因扩散氢及淬硬组织的共同作用，故极易在钢材的热影响区产生具有延迟特征的冷裂纹。本设计中16MnR钢板采用的是16mm的中等厚度钢板，因此不易产生冷裂纹。再热裂纹 再热裂纹易出现在含有沉淀强化元素的高强钢、珠光体钢、奥氏体钢中，其基本特征为：厚板焊接结构消除应力处理过程中，在热影响区的粗晶区存在不同程度的应力集中时，由于应力松弛所产生附加变形大于该部位的蠕变塑性，则发生再热裂纹。由于不含强碳化物形成元素，所以16MnR钢对再热裂纹不敏感15。层状撕裂 层状撕裂是指有角接接头或丁字接头的大型厚板结构焊接时，在钢板厚度方向承受较大的拉应力，导致沿钢板轧制方向形成的阶梯状的裂纹。内筒部分选用厚度为16mm的16MnR钢板，不易产生层状撕裂。过热区脆化 焊接接头过热区脆化取决于母材成分和焊接热循环方式，后者以高温停留时间和冷却速度为主要指标。奥氏体晶粒在过热区(高于1100区域)显著长大甚至产生魏氏体，使韧性急剧降低；钢中的碳化物、氮化物等难溶质点高温时溶入过热区，冷却时未能及时析出而保留在奥氏体晶粒中等，均是引起脆化的原因。此外，冷却过程中还可能产生一系列不利的组织转变，例如生成粗大马氏体，铁素体-贝氏体-高碳马氏体脆性混合组织和M-A组元等，都是产生脆化的原因4。16MnR钢主要靠合金元素的固溶强化作用来保证其具有良好的力学性能，且在热轧状态下使用仅以粗晶脆化为主，其它脆化不易产生。16MnR钢焊后经600，1h的回火处理后。16MnR经消除应力回火处理后，韧性有很大恢复，可防止脆化。经过对16MnR钢的焊接性进行分析，得出以下结论：16MnR钢板可装配成各种不同的焊接接头，适合不同位置焊接，且焊接工艺和技术要求相对简单。焊前一般不需要预热。塑性和冲击韧性良好，焊接接头产生冷裂纹或热裂纹的倾向小，适合各类大型结构和受压容器。16MnR钢，对焊接电源设备没有特殊要求，交直流弧焊机都可以焊接；对焊接材料也无特殊要求，酸性、碱性焊条和焊剂都可以使用。1.2.2夹套材料的性能分析(1) Q235B钢的化学成分分析Q235B钢含碳量小于或等于0.20%，锰、硅等元素含量也比较少。其焊接用钢均为镇静钢，具体化学成分如表4所示：表4 Q235B钢的化学成分牌号等级化 学 成 分（%）脱氧方法CMnSiSPQ235B0.120.200.300.700.30.0450.045F、b、z(2) Q235B钢的力学性能分析Q235B钢属于典型的碳素结构钢。本次设计选用的Q235B钢板的厚度为12mm，该厚度钢板的力学性能如表5所示：表5 Q235B钢的力学性能牌号等级规格(mm)拉 伸 试 验冲击试验冷弯试验屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率(%)温度()V型纵向冲击吸收功 (J)=2 180ºQ235B616235375500262027纵a，横1.5a(3)Q235B钢的焊接性分析Q235B钢属于碳素结构钢中的低碳钢。其含碳量少，锰、硅等元素含量较少，一般用熔焊法或其他焊接方法通常不会因焊接而出现严重的硬化组织或淬硬组织。这种钢的强度不高，塑性和冲击韧性良好，焊接接头的塑性和冲击韧性也很好。焊接时一般不需要预热、层间保温和后热，焊后也不必热处理。所以Q235B钢的焊接性优良5。但是，当刚性大的结构件在低温条件下焊接时，可能出现裂纹。为此，在寒冷天气焊接时有必要采用适当的预热和缓冷措施。第二章 零部件加工工艺本加热槽内筒与夹套选用了不同的材料，根据材料的性能以及各部件的特殊要求制定制作工艺流程。2.1产品制作工艺流程图2.1.1内筒筒节制作工艺流程图此加热槽的内筒筒体部分是由两节筒节焊接而成，筒节的制作工艺流程如图2所示；图2 内筒筒节制作工艺流程图2.1.2夹套筒节制作工艺流程图夹套部分分为上夹套、下夹套和夹套封头，其中上、下夹套的工艺相同，如图3所示：图3 夹套筒节制作工艺流程图2.1.3封头制作工艺流程图本设计中有两个封头，内筒封头和夹套封头，它们的制作工艺是相同的，如图4所示：图4 封头制作工艺流程图2.1.4总制造工艺流程图各部件制造完成后，进行整体装配焊接，工艺过程如图5所示：图5 总装配工艺流程图2.2焊缝位置分布封头拼板焊缝环焊缝纵焊缝本加热槽内筒焊缝的位置分布如图6所示。焊缝如此布置，是为了保证焊缝没有十字交叉。图6 焊缝布置图2.3内筒筒节制作工艺2.3.1钢材复检压力容器是质量要求严格的重要焊接结构。加热槽的内筒及内筒封头部分选用厚度为16mm的16MnR钢板制作，夹套及夹套封头等部分选用厚度为12mm的Q235B钢板制作。这两种钢材在使用前应进行必要的化学成分和力学性能复检，还应检验金属材料的表面及内部质量(如夹层、砂眼等) 17。2.3.2钢材预处理(1)钢材矫正钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，表面常会出现凹凸不平或弯曲、扭曲、波浪变形等现象。当这些变形超过一定程度时，会影响焊接结构件生产过程中各工序的正常进行，并将降低产品的质量6。按操作方法的不同对钢板的矫正可分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正三种方法。在本设计中对16MnR和Q235B钢板的矫正选用的是机械矫正法，采用的专用设备是4200mm×9辊式中厚板矫平机，其工作原理如图7所示，技术参数如表6所示：图7 4200mm×9辊式中厚板矫平机原理图1 导向辊； 2上支承辊； 3上工作辊； 4下工作辊； 5下支承辊。表6 4200mm×9辊式中厚板矫平机技术参数厚度(mm)宽度(mm)长度(mm)最大较平温度矫正速度m/s辊数×辊距(mm)840150040004000180006008000.30.89×360辊径×辊长(有效长)（mm×mm）上横梁开口度(mm)支撑辊列数×辊数(个)传动比主电动机功率(kw)320×42002402×7=1422125(2) 表面清理钢材表面存在的铁锈、氧化皮及各种污物等，都将直接影响零件和产品的制造质量，焊前应进行清理的工作。除锈的方法有种：化学法和机械法。本设计中对16MnR和Q235B钢板清理选用的是机械法中的喷丸方法。采用GYX-nM型钢材预处理装置，它是一种大型喷丸除锈设备，既可以用于钢板、型钢的表面处理，也可用于结构部件的表面处理。钢材矫正后，利用电磁吊上料、辊道输送到加热室预热，再进入喷砂机中将铁锈及氧化皮除掉，清理掉丸料后，装置自动喷底漆并烘干，以防钢板在加工过程中再次生锈7。2.3.3划线、下料选定钢板尺寸规格后，在板材上进行划线，所谓划线即按构件设计图样的图形与尺寸1:1划在待下料的钢板上，随后按划线图形进行下料加工的工序。下料是指将零件从金属材料上按划线标记切割下来的工序。下料的方法可分为两类：机械切割和热切割。本设计中16MnR和Q235B钢板选用的都是中等厚板的板材，对其下料均选用热切割的方法，采用的设备是CNC-4A型数控切割机，用氧乙炔火焰进行切割8。在划线下料前应先对制作内筒筒节的板材进行选取，因为钢材在卷圆后，内层纤维受压而缩短，外层纤维被拉伸而伸长。而在内层与外层之间存在着一层既不缩短也不伸长的纤维，该层即为中性层。制作内筒筒节所用钢材的展开尺寸计算就是以中性层为依据的。首先，按弯曲内径与板厚的比值确定中性层位置，为中性层位置系数。，所以值取0.5。故筒节的展开直径： (2-1)筒节的展开长度： (2-2)筒节的展开长度即为选用板材的长度；再根据筒体的总长选择板材数量以及每块板材的宽度。筒体总长4200mm，选取两块板材即可，宽度分别为1900mm和2300mm。采用数控切割机下料时，钢板边缘处厚度不均匀，影响焊接质量，因此，需预留出余边量为50mm。根据以上计算，选择制作筒节板材的尺寸,一块；,一块。所选内筒筒节板材，如图8所示。图8 内筒筒节下料尺寸注：为毛坯尺寸；-为选板尺寸2.3.4边缘加工边缘加工是按工艺要求采用一定的加工方法将工件的边缘或端面加工成符合工艺要求的形状、平直度和粗糙度的生产过程。边缘加工可以消除前到工序加工所产生的加工硬化层和热影响区；根据工艺要求完成坡口加工；消除装配、焊接工件边缘或自由边的各类缺陷，以提高加热槽的整体质量；提高结构的表面质量，也可为产品的后期制作创造条件。常用边缘加工的方法为刨削、铣削、车削等切削加工工艺。在设计中所选用的设备是B81050A型刨边机进行边缘加工。2.3.5筒节卷制钢板的弯曲加工，实际上是通过旋转的辊轴，使钢板在辊轴的作用力和摩擦力的作用下，自动向前推进产生塑性变形而弯曲。本设计选用对称式三辊卷板机，钢板卷制的基本原理如图9所示：图9 三辊卷板机工作原理图坯料经卷弯后所得的曲率取决于辊轴的相对位置、钢材的厚度和力学性能，如下式所示： (2-3)式中：-上辊的直径，mm； -上辊的直径，mm；-钢板的厚度，mm；-零件的曲率半径，mm；-上辊与下辊的中心距，mm；-两下辊之间的中心距，mm。钢板在弯曲加工时，通常规定，可以进行冷弯试验，若，超过了材料在常温塑性变形能力，则必须进行热弯。其中：为圆筒直径，为钢板的厚度钢板。加热槽的内筒，可以进行冷弯。根据工艺要求，本设计采用Wn-16×3200型号的对称式三辊卷板机，其技术参数如表7所示。表7 Wn-16×3200型对称式三辊卷板机技术参数卷板最大尺寸(宽度×宽度) (mm×mm)卷标速度(m/min)最小弯曲直径(mm)材料屈服极限(MPa)电机功率(kw)16×3200585024544(1)预弯 使用对称式三辊卷板机进行钢板卷制时，在钢板的两端各存在一个平直段（约为两下辊中心距长度的一半）无法卷弯。为此，在卷制之前，应采取的措施将钢板两端弯曲成所需要的曲率。预弯的方法有以下两种：模压预弯和弯胎预弯。在此选择弯胎预弯的方法，即利用弯曲胎板在卷板机上进行的。其原理如图10所示：胎板工件图10 预弯胎板法工作原理图预弯胎板一般用厚度大于筒体厚度两倍以上的板材制成。在本设计中预弯胎板的厚度取35mm。在冷变形时需考虑到回弹量，预弯胎板的曲率半径应略小于筒体的半径，所以取900mm。预弯长度应大于两下辊中心距的一半，通常为(620)s，在此取240mm。(2)对中 为防止钢板在卷制过程中出现扭斜，产生轴线方向的错边，滚卷之前在卷板机上摆正钢板的过程为对中。常用的方法有：对中挡板对中法、倾斜进料对中法、辊上槽线对中法。本设计所选用的是辊上槽线对中法，即先在钢板上划出中线，然后与下辊表面的槽线对正，即可对中。(3)卷制 对中后可实施滚卷，使上辊下压，钢板产生一定曲率的弯曲。卷制时应注意：冷卷时，不超过材料允许的最大变形率；上辊下压产生的下压力保证辊子不打滑；根据板厚、材质，一次下压量不超过卷板机的额定功率；考虑冷卷时的回弹量，应过卷2030mm，并随时用样板进行测量。卷制达到要求曲率时，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。(4)矫圆 在滚圆完毕并对纵缝进行装配焊接之后，应再次滚圆，以使筒节的圆度达到规定的范围。步骤如下：逐渐加载，达到最大矫正曲率；重点矫正焊缝区，经测量直到合格；逐渐卸载，至卷制过程结束9。2.3.6纵缝焊接(1)焊前准备 由于筒节所用的材料是16mm厚的16MnR钢板，所以采用双面埋弧自动焊的焊接方法，坡口形式为对称的X形坡口，如图11所示：外内图11 筒节纵缝焊接坡口形式在焊接前首先应对坡口进行机械清理，清除坡口内外两侧各20mm范围内的油污、铁锈、氧化皮等杂质。焊条需在350的温度下烘干1小时；焊剂需在150的温度下烘干2小时。(2)焊接工艺参数 首先，将纵缝用焊条电弧焊进行定位焊，电源采用的是直流反接。选用的电机型号为ZXG-300，工艺参数如表8所示。表8 焊条电弧焊接工艺参数焊接材料焊条直径(mm)焊接电流(A)电源种类E50154180直流反接纵缝定位焊后，需检查装配及焊点焊接质量。此时可以根据坡口形式采用双面埋弧自动焊焊接。埋弧焊机型号：MZ-1000，此焊机的技术参数如表9所示。表9 MZ-1000焊机的技术参数焊接电流(A)焊丝直径(mm)送丝速度(cm/min)焊接速度(cm/min)电流种类4001200355020025117直流或交流由于内筒筒节部分选用的是16 mm的钢板，内、外两面都各焊一层，采用双面埋弧焊要求边缘必须平直，保证间隙小于2 mm。焊接第一面的熔深为板厚的40%50%,第二面要控制熔深达到板厚的60%70%，以保证焊透。工艺参数如表10所示。表10 埋弧焊接工艺参数10焊缝类别焊层焊接材料焊丝直径(mm)焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度(m/h)内焊缝第一层 H08MnA+HJ4314720740 34362832外焊缝第二层740760所有焊接工艺参数均需经焊接工艺评定试验后确定。所谓工艺评定就是：为验证所拟订的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果的评价。(3)焊后热处理 焊后需进行消除应力处理，16MnR钢回火温度在650左右。因筒节板厚为16mm，是中厚板，回火后保温时间应长一些，取 35min。2.4夹套筒节制作工艺夹套筒节制作的钢材复检、预处理、边缘加工工艺与内筒筒节的钢材复检、预处理及边缘加工工艺相同。下面介绍夹套筒节制作的其它工艺。2.4.1划线、下料夹套部分选料与筒节部分相同，制作夹套的Q235B钢板展开尺寸的计算以中性层为依据。首先，按弯曲内径与板厚的比值确定中性层位置。，所以值取0.5故夹套的展开直径： (2-4)夹套的展开长度： (2-5)上夹套宽1766mm，下夹套宽1484mm，预留出加工余量。根据以上计算，选择制作夹套板材的尺寸，上夹套的钢板一块；下夹套选用的钢板一块。所选板材尺寸如图12，所示。(a) (b)图12 夹套展开尺寸(a)上夹套毛坯尺寸; (b)下夹套毛坯尺寸（注：为毛坯尺寸；-为选板尺寸）2.4.2翻边、翻孔加热槽夹套上有多处接管需要进行翻孔；且上、下夹套的边缘需要翻边。(1) 翻孔翻孔工艺的示意图，如图13所示：图13 翻孔工艺示意图H翻边的高度，mm ； h圆弧中心高，mm ；t工件厚度，mm ；d翻边预冲孔直径，mm；D翻边后孔中径，mm；B凸缘宽度，mm；r翻边与工件平面的圆角半径，mm； 时，取 (2-6) (2-7)根据零件翻边后孔中直径，计算预冲孔直径，并核算翻边高度。当不能翻出要求的高度时，可先拉深，后在底部冲孔，再翻孔的方法。如果多次翻边，由于每两道工序之间要进行退火，不经济且工件变薄较严重，故一般不予采用。最大翻边高度： (2-8)其中，-第一次翻边系数孔的加工方法是预先钻个小孔，去毛刺后用模具冲孔。翻边低孔的粗糙度直接影响工件质量，如孔边有毛刺存在，就会导致翻翻口的破裂。使用球底上模时圆孔翻边力： (2-9)式中，-系数，与有关；-伸长率；-抗拉强度。翻边模具设计如图14所示:图14 有预制孔的翻孔模具形状及尺寸圆角半径应尽可能选用较大的数值，但不应超过公式的计算值。还应注意圆孔翻边的弹孔间隙一般控制在(0.750.85)时，可使孔壁稍微变薄且垂直度好。(2)外缘翻边外缘翻边分为内曲翻边和外曲翻边，本加热槽的夹套，采用内曲的方法来翻边。内曲翻边是用模具把坯料上内凹的外边缘翻成竖边的冲压方法，与圆孔的翻边相似，属于伸长类翻边11。翻边力： (2-10)式中，-曲变线长度，mm； -系数，取0.20.3。外缘翻边的制作工作原理如图15所示。图15 外缘翻边原理图1下模；2上模；3毛坯；4压料板；5气垫顶杆。2.5封头制作工艺封头制作的钢材复检、预处理、边缘加工工艺与内筒筒节的钢材复检、预处理及边缘加工工艺相同。下面介绍封头制作的其它工艺。2.5.1封头部分的选料封头在划线下料前应先对制作封头的坯料进行计算。坯料直径（包括加工余量）： (2-11)式中：-毛坯料直径,mm；-封头内径,mm； -封头形状影响系数； -板厚, mm； -直边量, mm；100-二次切割余量, mm。所以，内筒 由于毛坯料直径过大，所以采用拼板的方法来制作毛坯料，为了避免焊缝十字交叉，压力容器的封头由两块或有左右对称的三块钢板且对接焊缝距封头中心1/4。内筒封头坯料由：和的两块板材拼焊而成，封头拼板如图16所示。图16 封头拼板示意图2.5.2封头拼接施焊封头拼接采用双面埋弧自动焊，坡口形式为对称的X形坡口，如图17所示。埋弧焊机型号：MZ-1000，封头拼焊工艺参数同表8和表10。 图17 封头拼接焊缝坡口形式 2.5.3加热拉延前要对板材进行加热，这样可以提高板材的韧性，降低变形抗力，易于拉延成形。采用室式加热炉加热。内筒封头材料为16MnR钢板，冲压的起始温度为1050左右，冲压结束温度不得低于700，如温度低于700冲压后必须进行回火处理。温度过高，板材的结构组织将发生变化；温度过低，变形抗力大不易拉延。2.5.4压制压制封头的方法很多，可采用人工锤击法、冲压成形法及爆炸成形法等。本设计采用的是冲压成形法。整体封头压制属于拉延过程。拉延也称为拉伸或压延，它是平板毛坯或空心半成品利用拉延模具拉延成一个开口零件的过程。此加热槽的内筒封头及夹套封头设计为标准椭圆形。首先，对冲压封头的压延力进行计算： (2-12)式中，-压边力影响系数，有压边； -封头形状影响系数； -毛坯直径，mm； -封头内径，mm； -板厚，mm； -材料的高温抗拉强度，N/mm2。根据上式计算出内筒封头的压延力： 内筒冲压设备采用水压机或油压机。根据上述的延压力计算来选择压力机的吨位，并且需要考虑到冲压直径。所以可选用500t的四柱式油压机。在压制封头过程中，当，需要采用压边圈。内筒封头的，所以要采用压边圈。压边圈主要用来防止由于冲压力过大而产生起皱的现象。压边圈应安装在下模上面，与下模表面之间应留有1.151.2倍板厚的间隙。由于，。因此，该产品的封头属于中壁封头，中壁封头可一次拉延成形。2.5.5二次划线、切割因考虑到在冲压成形加工工艺过程中存在不稳定因素，较难掌握封头的变形及准确形状，在封头毛坯下料时已预留出100mm修边余量，以便加工后进行修整。因此，封头冲压成形后利用焊接回转台再按照内筒封头的展开尺寸，进行二次划线及二次切割。为提高工作效率，可使钢板的二次切割和坡口加工同时进行。将封头夹持于可旋转的回转平台上，开口朝上，而将割枪夹持于工作平台侧面的支架上，使之对准切割线，由电动机驱动回转平台旋转。即可切出直边、V形或X形坡口。切割时主要考虑封头的对中方法，本设计采用三角对中法，即将封头放在等边三角形支架上，找出最低点，装夹好即可。另外，由于封头中心与回转台中心不同轴及封头高度差异造成封头边缘的径向跳动，使切割不稳定，为此，可采用与割嘴相连的导向滚轮，用弹簧压紧在封头壁进行切割。 第三章 装配焊接工艺在焊接结构制造中，将组成结构的各个零件按照一定的位置、尺寸关系和精度要求组合起来的工序，称为装配。装配在焊接结构制造工艺中占有很重要的地位，这不仅是由于装配工作的质量好坏直接影响着产品的最终质量，而且还因为装配工序的工作量大，约占整个产品制造的30%40%。因此，应正确的选用工装夹具定位并夹紧工件；选用适合的变位机调整焊件、焊机或焊工的位置，可提高装配工作的效率和质量，缩短产品制造工期、降低生产成本、保证产品质量。3.1装配的基本条件进行焊接结构的装配，必须具备定位、夹紧和测量三个基本条件。定位就是将带装配的零件按图样的要求保持正确的相对位置的方法。夹紧就是借助于外力是零件准确到位，并将定位后的零件固定。测量是指在装配过程中对零件间的相对位置和各部位尺寸进行一系列的技术测量，以衡量定位的准确性和夹紧的效果，以指导装配工作。3.2工件的定位3.2.1定位器定位器是将装配零件在装焊夹具中固定在正确位置的器具。在装焊工装夹具中常用的定位器主要有挡铁、支撑钉、定位销、定位槽、V形铁、定位样板等。装焊夹具在使用前，应按规定的程序校验定位器与基准面之间的形位公差，是否符合夹具设计图样的要求。在安装基面上的定位器要承受焊件的重力，并与焊件表面接触。3.2.2零件的定位方法根据零件的具体情况，选取零件的定位方法。根据定位方法的不同可分为划线定位、样板定位、定位元件定位、台卡具定位。本设计中采用的是划线定位的方法18。3.2.3定位焊 定位焊是用来固定各焊接零件之间的相互位置，以保证整个结构件得到正确的几何形状和尺寸，它是装配常用手段之一。进行定位焊时应注意：定位焊的起头和结尾处应圆滑，否则在焊接时容易在该处造成未焊透；定位焊应与该构件的焊接工艺相同(如预热、焊材等)；定位焊由于是间断焊，工件温度较正式焊接时低，因热量不足而容易产生未焊透和淬硬组织，因此定位焊的焊接电流应较正式焊接时高10%15%；在焊缝交叉处和焊缝方向急剧变化处，不要进行定位焊；局部强行组对的结构，其定位焊缝长度可视其情况适当加长19。 因为加热槽各部分板厚都大于9mm，故定位焊缝长度3545mm，间距250350mm。3.3容器的装配焊接3.3.1内筒筒节间的装配焊接内筒筒节对接装配首先应定位准确、可靠，符合施工图样规定的尺寸和公差要求。为使筒节易于获得同轴度及便于装配中翻转，装配前筒节已进行了矫圆，为了防止筒体变形可以在筒体内使用径向推撑器撑圆。本设计中筒节间的装配采用的是卧式装配的方法，装配是在焊接滚轮架上进行的。将两筒节置于滚轮架上按要求预留出焊缝间隙，进行定位焊。接头装配后，错边量不应超过壁厚的15%，最大不超过5.0mm。内筒筒节间的环焊缝焊接采用双面埋弧自动焊，坡口形式为对称的X形坡口，如图18所示。埋弧焊机型号：MZ-1000，工艺参数同表8和表10。图18 内筒筒节间的环焊缝坡口形式3.3.2内筒与内筒封头间的装配焊接内筒与内筒封头装配时，内筒放置在滚轮架上，封头则是用吊车吊至装配处。定位焊方法及焊接工艺均与筒节间的装配焊接相同。3.3.3下夹套与夹套封头的装配焊接下夹套与夹套封头的环焊缝坡口如图19所示：图19 下夹套与夹套封头的环焊缝坡口形式装配时，定位焊采用焊条电弧焊，工艺参数如表11所示。定位焊缝长度2025mm，间距150200mm。 表11 焊条电弧焊接工艺参数焊接材料焊条直径(mm)焊接电流(A)电源种类E43034180直流反接焊接采用双面埋弧自动焊，工艺参数如表12所示：表12 埋弧焊接工艺参数焊缝类别焊层焊接材料焊丝直径(mm)焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度(m/h)内焊缝第一层H08A+HJ4314600620 363845外焊缝第二层6406603.3.4夹套与内筒的装配焊接内筒各环焊缝装配焊接后，进行夹套与内筒的装配。夹套与内筒的装配也是在滚轮架上进行的。应注意确定夹套的装配位置，用夹具夹紧固定，然后进行定位焊。装配及焊接工艺如下夹套与夹套封头的装配焊接工艺。3.4附件的装配焊接容器的其它部件，如接管、法兰、吊架及支座等，在定位后采用焊条电弧焊进行定位焊，然后焊接。3.5焊后热处理为了消除焊缝附近的残余应力，需进行焊后热处理。焊后热处理采用的方法是整体消除应力处理，即对槽体进行高温回火12。由于内筒部分的母材为16MnR，回火温度在650左右保温时间按每毫米板厚保温12分钟计算，本加热槽加热后的保温时间需30分钟16。3.6焊接工艺装备选用3.6.1焊接滚轮架的选用焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩擦力，带动焊件旋转的变位机。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接，焊件也可以在滚轮架上进行修整、翻孔及探伤等作业13。本设计中选用的是自调心式的滚轮架如图20所示，自调心式的滚轮架可根据焊件的直径自动调整滚轮之间距离。 图20 自调心式焊接滚轮架3.6.2焊接操作机 焊接操作机是在焊接作业中将焊件回转或倾斜，使焊件上的焊缝置于有利施焊位置的焊接变位机械。焊接操作机按结构形式可分为伸缩臂式焊接操作机、平台式焊接操作机、门架式焊接操作机三种。本次设计选用的是伸缩臂式焊接操作机，其焊接机头和工作台安装在伸臂的一端，伸臂可水平伸缩。与所选用的焊接滚轮架配合，可以焊接加热槽的内、外环缝和纵缝。第四章 加热槽检验 焊接检验工作必须贯穿于加热槽的整个焊接生产过程中。焊接检验主要是为了检查出焊接接头中的缺陷，检查是否存在可能影响焊接接头质量的工艺，以确保加热槽的制造质量。在各部件整体装配焊接完成后，还需要对加热槽进行耐压试验。耐压试验的目的是检验容器的密封性能和强度，它是压力容器设计和制造质量的综合性检验。4.1无损检验本加热槽采用X射线探伤的方法进行焊接缺陷的无损检验。无损检验是指不使焊接结构受伤、分离或者破坏，而了解其内部结构的均匀性和完整性所进行的各种检验，是保证焊接产品质量的有效方法。射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种检验方法。按所使用的射线源种类不同，可分为X射线探伤、射线探伤和高能射线探伤等。X射线探伤又分为射线照相法、荧光屏检测法、工业电视检测法、射线剂量检测法等。在焊接结构制造中多采用射线照相法。射线照相法的探伤原理是利用了射线在穿过物质时的衰减规律及对某些物体产生荧光和光化作用为基础实现的。射线透照工件时，因为有、无缺陷部位对射线的吸收比不同，因而透过的射线能量大小也不同，就会在底片上引起不同的感光度。X射线探伤 适用于检查加热槽各对接焊缝的内部缺陷。对气孔、夹渣等体积性缺陷，具有较高的检测灵敏度14。 加热槽上的对接焊缝检测长度为100%焊缝长度，其检验结果必须符合GB332387中规定的II级合格，并辅以20%的超声波探伤。4.2水压试验 耐压试验是用水或其它适宜的液体作为加压介质（极少数情况用气体作加压介质），对容器进行强度和密封性的综合检验，在绝大多数场合耐压试验用水作为加压介质的耐压试验又称为水压试验。水压试验的主要目的是检验容器受压部件的结构强度，验证其是否具有在设计压力安全运行所需的承压能力，在耐压试验时，对于高压或小容器还可进行残余变形测定，以判明材料是否出现整体屈服。容器耐压试验的压力应符合图样要求，且不小于表9中规定。表9 容器耐压试验的压力要求压力等级PT水压气压低压中压高压超高压1.25P1.25P1.25P1.25P1.20P1.15P注：P为设计压力，PT为试验压力。考虑稳定因素，本产品的试验压力为2.2兆帕。对16MnR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5，而水压试验的温度上限一般宜限制在40以下不超过60。对夹套容器的压力试验要先进行内筒压力试验，合格后再焊夹套，然后再进行夹套内的压力试验。容器灌满水后用水泵加压，达到规定试验压力后，在试验压力下持续不少于30分钟。然后降至试验压力的80%，保持足够的时间，检查焊接接头和连接部位。4.3涂漆涂漆工作是焊接结构生产的最后环节，产品涂漆主要是为了保护产品表面质量，另外还可以增加产品的美观。为了保证质量，涂漆前必须仔细清理焊件上的氧化皮、铁锈、油污、飞溅等，清锈后应及时涂漆。涂漆的方法有手工刷涂、滚涂与喷涂(静电喷漆)，本设计采用喷涂的方法，喷涂时应注意薄厚均匀。产品涂漆后还需及时烘干。最后，应在涂漆后的焊接产品上作出必要的标记，如制造厂名等。第五章 冲压模具设计5.1冲压模具的设计要求(1)热压模具应考虑工件的收缩量，冷压模具应考虑工件的回弹量；(2)上模应有脱模斜度，脱模方法应简单、方便、可靠；(3)模具结构应考虑防止受热变形而损坏；(4)模具结构应考虑进出料方便、省力、坯料定位装置简单、迅速、准确。5.2上模设计尺寸计算5.2.1上模直径上模直径的计算公式为： (5-1)式中，-封头内径，mm； -热压收缩率。 本加热槽内筒封头的直径为2000 mm，所以热压时收