精馏塔封头制造

65°
图 7-1
7.4 焊接注意事项 由于材料为奥氏体不锈钢，所以焊接过程中需要注意一下方面： （1） 焊前准备 焊件表面清理：焊件待处理两侧各 20mm 表面应彻底清理干净。 焊条的烘干：奥氏 体不锈钢焊缝中的气孔主要是氢气孔，熔滴及熔池中的氢主
要来源是药皮中的水分，所以焊条使用前应进行复烘。 （2）焊接过程中 1） 不允许焊条在非焊接部位引弧，地线应与工件夹紧，焊接平台不应作地线 用，以免引弧点和局部受热出现局部腐蚀。
（4） 焊接电弧电压 焊接电弧电压的大小一般为 20~30V，主要由电弧长度决定。电弧长则电 弧电压高；反之电弧电压低。 电弧长度一般为 2~6mm。 （5） 焊接速度 焊接速度的大小直接影响着生产效率，通常在保证焊缝熔透的情况下尽量 采用较大的焊接速度。 （6） 焊接层数 焊接层数用下式估算 其中 n=δ/d n---焊接层数 δ---工件厚度，mm d---焊条直径，mm
7.5 检测方法： 封头拼接焊缝属于凸型封头上拼接焊缝， 为 A 类焊缝， 进行或者超声波检测. 探伤标准如表 7-3 所示
表 7-3 超声波探伤 射线探伤
探伤标准
JB1152-81《锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤》 GB3323-87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》
8 不锈钢封头成型 的注意事项，成形工艺设计及相关计算、模具设计、设备选用等， 检 测方法选择、热处理方法选择，边缘加工方法等。
奥氏体不锈钢焊条选用要保证焊缝金属具有与母材的化学成分和机械性能 大致相近，同时还要求保证焊缝金属具有优良的耐腐蚀性能。含碳量对不锈钢的 耐腐蚀性能影响很大，一般选用焊条熔敷金属中的含碳量不高于母材的焊条。 根 据《钢制压力容器焊接规程》选用 A212 型焊条，A212 是钛钙型药皮的低碳含 Nb 稳定剂的 Cr18Ni12Mo2Nb 不锈钢焊条，其具有很好的抗晶间腐蚀性能，有优良的 操作工艺性能，而且可交直流两用。 一般情况下焊条直径根据被焊工件的厚度来选择，水平焊对接时焊条直径 的选择见表 7-1. 另外还要考虑接头形式、焊接位置、焊接层数等的影响。
则
源自文库n=18/5≈4
7.3 焊接坡口设计： 当压力容器板厚超过一定厚度是，为保证压力容器的焊缝全部焊透而无缺 陷，应将钢板接头处开各种形状的坡口，这些坡口的尺寸和形状取决于被焊材 料和采用的焊接方法。
常用的对接接头形式： a.直边对接， 用于不开坡口的单面焊或背面双面焊； b.单面 V 形坡口，用于单面焊或背面清根的双面焊；c.不对称 X 形坡口，用于 手工电弧焊封底的埋弧自动焊或双面埋弧自动焊；d.对称 X 形坡口，用于双面 手工电弧焊或埋弧自动焊；e.单面 U 形坡口，用于背面手工电弧焊封底的埋弧 自动焊或正面手工氩弧焊封底的埋弧自动焊；f.双 U 形坡口，用于双面埋弧自 动焊或双面手工电弧焊；g.单面双 V 形坡口，用于手工电弧焊或手工氩弧焊封 底的埋弧自动焊。 焊接坡口形式的选定要保证全焊透，方便从坡口加工、焊接、修磨整个实 焊过程，而且要尽量减少焊接量。 钢板厚度为 18mm，材料为奥氏体不锈钢，选择手工电弧焊，坡口选择 V 型 焊接坡口，结构尺寸如图 7-1 所示:
相对厚度的关系知，该封头为热冲压，冲压前，把板坯加热至始锻温度，放在压
力机上冲压，到终锻温度时停止冲压，封头毛坯加工工艺如图 5-1 曲线所示。
图 5-1
6 封头的拼接设计：
因为展开计算后的圆形坯料 D0 为 2000mm≥1500mm，所以拼焊焊缝数取为 1， 焊缝距圆形中心线距离≤D0/4=500mm,取 400mm.
7 拼接的焊接方法 选择、 焊接工艺设计， 工艺参数确定以及相应的检测、 热处理方法等；
7.1 拼接的焊接方法选择: 手工电弧焊电弧稳定性好，设备简单、操作维护方便适合全位焊接，适用于 各种钢种，各种角度和各种结构的焊接，因电弧温度高，焊接速度较快，热影响 区小，焊接接头的机械性能较为理想，所以焊接质量好，同时，手工电弧焊易于 分散应力和控制变形，所有焊接结构中，因受热应力的影响，都存在着焊接残余 应力和变形，采用手工电弧焊，可以通过工艺调整，如跳焊、对称焊等方法来减 少变形和改善应力分布。该封头的厚度较小，所以综上选择手工电弧焊。 7.2 焊接工艺设计 7.2.1 焊接参数 （1） 焊条的选择和焊条直径
表 5-1 加工余量选择： 边缘加工余量 7mm 焊接坡口间隙 4mm 焊缝收缩量 --切割余量 10mm 划线公差 7mm
实际用料线尺寸=展开尺寸－焊接坡口间隙+焊缝收缩量＋边缘加工余量 =1880-4+7=1883mm 切割下料尺寸线=实际用料线尺寸+切割余量+划线公差 =1880+10+7=1897mm 考虑余量后，板坯尺寸取 2000×18(mm)
不锈钢焊接线能量应在保证熔合良好的情况下尽量采用小线能量。 （3） 焊接电流 对于手工电弧焊，焊接电流是影响焊接质量的关键。焊接电流过小，电 弧燃烧不稳定，对工件加热不充分，易造成未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺 陷；焊接电流过大，易使焊条发红、药皮崩落和失效，使其保护作用下降，影 响接头成形，使热影响区增宽、晶粒粗大。一般情况下根据焊条直径来选择焊
表 7-1
焊条直径的选择
工件厚度/mm
≤1.5~2
3
4~12
8~12
>12
焊条直径/mm
1.6~2.0
2.5~3.2
3.2~4
4~5
5~6
故由工件厚度 18mm 选择焊条直径 5mm （2） 焊接线能量 焊接线能量公式为 Q=IU×60/V 其中 Q---焊接线能量（J/cm） U---电弧电压（V） I---焊接电流（A） V---焊接速度（cm/min）
接电流的范围，如表 7-2 所示，同时还要考虑板厚、接头形式、焊接位置、施 焊环境温度、工件材质等因素。
表 7-2 焊接电流与焊条直径的关系 焊条直 径/mm 焊接电 流/A 25~40 40~65 50~80 100~130 160~210 200~270 260~300 1.6 2.0 2.5 3.2 4 5 6
8.1 不锈钢封头成型的注意事项 封头的冲压过程属于拉延过程， 在冲压过程中各部分的应力状态和变形情 况都不同，处于压边圈下部分的毛坯边缘 A 部分，由于封头的下压力使其经受径 向拉伸应力，并向中心流动，坯料外直径减小；边缘金属沿切向收缩，产生切向 压缩应力，会使边缘丧失稳定性而产生褶皱；常用压边圈将边缘压紧，则在板厚 方向又产生压应力，即法兰部分承受三向应力状态。处于下模圆角部分的材料， 除受到径向拉伸应力和切向压缩应力外，还受到弯曲应力。空隙部分仍受到径向 拉伸应力和切向压缩应力， 而板厚方向不受力， 处于自由状态， 封头底部的材料， 径向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，所以壁厚略有减薄。 8.2 成形工艺设计及相关计算
1
排样
样板或零件在钢材上如何排列对钢材的利用率影响很大，应尽可能紧凑的 排列，充分利用钢板。
2
打标记 线完成后，为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、
刨边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼，用油漆标明标号、产品工号和材 料标记移植等，以指导切割，成型，组焊等后续 5.3 切割及边缘加工 按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯，该工序称为切割，常用方 法有机械切割（锯床、圆盘剪板机等） ，热切割（氧气切割、等离子切割等） 。 机械切割操作简单，成本低，但其生产效率低，切口精度差，而且不适合 用于切割太厚、形状较复杂的钢板，它只适用于切割矩形或棒料。 等离子切割机的特点是切割速度快、切缝狭窄、切口平整、热影响区小、工 件变形度低、操作简单，并且具有显著的节能效果。它不受物性限制，可切金属 也可切非金属，适用于任何材料的切割，但是它的成本太高。 气割是用可燃气体与氧气混合燃烧的预热火焰，将金属加热到燃烧点，并在 氧气射流中剧烈燃烧而将金属分开的加工方法。 可燃气体与氧气的混合及切割氧 的喷射是利用割炬来完成的。 气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢 气等。氧炔焰气割过程是：预热一燃烧一吹渣。并不是所有金属都能被气割， 只 有符合下列条件的金属才能被气割： 热量。 (2)金属导热性不应太高。 (3)金属燃烧点要低于它的熔点。 (4)金属氧化物的熔点要低于金属本身的熔点。 (5)生成的氧化物应该易于流动。 精馏塔封头钢板切割选用等离子切割 边缘加工： 首先， 按照划线切割余量， 消除切割时边缘可能产生的加工硬化、 裂纹、热影响区及其他切割缺陷；其次，根据图样规定，加工各种形式，尺寸的 坡口，通常加工方法有手工加工，机械加工，热切割加工。 5.4 板坯加热 因为 相对厚度δ/Do×100=18/2000×100=0.9>0.7 且封头冷、 热冲压与 (1)金属能同氧剧烈反应，并放出足够的 工序的进行。
4 上封头的总体生产工艺过程（工艺过程） ：
原材料入库→原材料复检→预处理→划线及标记→下料→边缘加工→开破口→ 拼接→修平焊缝→热冲压成型→修正并去除氧化皮→热处理→无损探伤
5 封头制造的准备：
包括如钢板的检测和保存，钢板的预处理方法和工艺；展开计算、划线，切割加 工等，封头的拼接设计； 5.1 钢板的检测和保存： 外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，其中超声波探伤 结果按 ZBJ74003-88《压力容器用钢板超声波探伤》规定的质量分级，应不低于 Ⅲ级。 5.2 钢板的处理方法和工艺 5.2.1 原材料净化: 原材料在轧制以后以及运输和库存期间，表面常产生铁锈和氧化皮，粘上油 污和泥土。经过划线、切割成型、焊接等工序后，工件表面会粘上铁渣，产生伤 痕，焊缝及近缝区会产生氧化膜。这些污物的存在，讲影响设备制造质量，所以 必须净化。在设备制造中净化主要有以下目的： （1）清除焊缝两边缘的油污和铁锈物，以保证焊接质量。 （2）为下道工序做准备，即是下道工序的工艺要求。 （3）保持设备的耐腐蚀性。 常用的净化方法有：手工净化、机械净化、化学净化和火焰净化四种。封头 原坯料采用机械净化中的喷砂机除锈。 喷砂是大面积去除铁锈和氧化膜的先进方 法。 它是利用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动的砂粒冲击工件表面而打 落铁锈和氧化膜的方法。 5.2.2 矫形： 设备制造所用的钢板、型钢、钢管等，在运输和存放过程中，会产生弯曲波 浪变形或者扭曲变形。这些直接影响了划线切割弯卷和装配等工序的尺寸精度， 从而影响了设备的制造质量， 有可能造成误差超差而成为废品，所以当材料的变 形超过允许范围时必须进行矫正处理。 常用的矫形方法有手工矫形，机械矫形，火焰加热矫形。
封头中径 Dm=Di+δ=1500+18=1518mm
根据等弧长法，将封头展开成圆形板坯，其尺寸： Da=1.213Dg+1.5h=1.213×1500+1.5×40=1880mm （2）号料 将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，其要考虑加工余量，加工余量主要 包括变形余量，机加工余量，切割余量，焊焊接工艺余量等。由于实际加工制造 方法， 设备， 工艺过程等内容不尽相同， 因此加工余量的最后确定是比较复杂的， 要根据实际情况来确定。 号料时应注意以下问题如表 5-1 所示：
5
2） 由于奥氏体不锈钢电阻大，导热性差，可采用小焊接电流、高焊速、窄焊道、 短弧、不做横向摆动，以降低热输入，提高熔池冷却速度，减少偏析。 3） 采用多层多道焊，焊缝的打底采用单面焊双面成形技术，打底焊道应确保熔 透。 4） 原则上不预热，每焊完一道要彻底清除熔渣，层间温度控制在 60℃以内， 每道焊缝焊完后用水冲淋，以减少焊缝的高温停留时间。 5） 与腐蚀介质接触的焊层可考虑最后施焊，以提高焊缝金属的耐腐蚀能力。 6） 焊后对焊缝进行酸洗钝化处理以增强其耐腐蚀性能。
5.2.3 划线： 划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线下料线各种位置线和检查线 等，划线工序通常包括对零件的展开计算，号料和打标记等一系列操作。 (1)封头的展开计算 将零件的空间曲面展成平面称为展图，是划线的主要工作环节。 该封头为标准椭圆形封头，材料为 06Cr18Ni12Mo2Ti， 封头内径 Di=1500mm 封头壁厚δ=18mm 直边高度 h=40mm