锁斗制造工艺设计Word文档格式.docx

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材检——喷丸——探伤——号料——气割——刨坡口——坡口探伤——压头——卷板——装焊——退火——校圆——打磨——探伤——装焊——炉外消氢——打磨——最终探伤——组装

4.2.锁斗筒体制造工艺过程卡片

工序号工序名称工艺要求及工序图

1材检1钢板除应符合GB6654《压力容器用钢板》

的有关规定外，尚应符合3311-00JT中的有

关要求。

2质证齐全、标记清楚。

2喷丸1钢板单面喷丸，彻底除锈。

3探伤1对钢板进行100%UT检测，按JB/T4730.3-20

05及3311-00JT中的有关要求执行。

4号料1号出筒体的下料线，筒体的下料尺寸为：

L=3400mm。

2号筒体的纵向焊接接头试板一对

5气割1按线气割下料并清理熔渣。

6刨坡口1按图纸要求刨筒节纵、环缝坡口

7探伤1坡口表面100%MT检查，按JB/T4730.4-200

5中一级合格。

8压头1用大型油压机压头

9卷板1用日本三辊卷板机进行冷卷。

10装焊1组装纵向焊接接头并进行尺寸检查错边量<

1mm.

2焊接详见焊接工艺说明书。

3纵向焊接接头试板一对

4焊接接头取样做化学成分分析，其结果应符

合4.1.4的规定。

11退火1进行退火热处理，执行热处理工艺。

2带筒体纵向焊接接头试板一对。

12校圆1筒体进行冷校圆，椭圆度<

3mm.

13打磨1对坡口表面进行打磨清理。

2处理干净坡口表面的锈质。

3仔细检查直到合格为止。

14探伤1对焊接接头进行100%RT检测，按JB/T4730

.2-2005中二级合格。

2焊接接头进行100%UT检测，按JB/T4730.3

-2005中一级合格。

3焊接接头表面进行100%MT检测，按JB/T4

730.4-2005中一级合格。

15装焊1组装筒体与管箱侧法兰环缝，焊接详见焊接

工艺说明书。

16炉外消氢1用环形加热装置进行炉外消氢执行热处理

工艺。

17打磨1对焊接接头表面进行打磨，内表面与母材

平齐，外表面焊缝加强金属高<

2mm,焊缝表

面不允许存在咬肉、裂纹、气孔、弧坑、

夹渣等缺陷。

18探伤1对焊接接头进行100%RT检测，按JB/T4730

2焊接接头进行100%UT检测，按JB/T4730.3

3焊接接头表面进行100%MT检测，按JB/T4

730.4-2005中一级合格

4.3.筒体工艺设计

4.3.1选材

（1）压力容器的选材原理

1．具有足够的强度，塑性，韧性和稳定性。

2．具有良好的冷热加工性和焊接性能。

3．在有腐蚀性介质的设备必须有良好的耐蚀性和抗氢性。

4．在高温状态使用的设备要有良好的热稳定性。

5．在低温状态下使用的设备要考虑有良好的韧性。

（2）筒体选材

压力容器材料的种类：

1．碳钢，低合金钢；

2．不锈钢；

3．特殊材料：

①复合材料（16MnR+316L）；

②刚镍合金；

③超级双向不锈钢；

④哈氏合金（NiMo:

78%20%合金）

常用材料：

常用复合材料：

16MnR+0Gr18Ni9，A：

按形状分：

钢板、棒料、管状、铸件、锻件B：

按成分分：

碳素钢：

20号钢20RQ235;

低合金钢：

16MnR、16MnDR、09MnNiDR、15CrMoR、16Mn锻件、20MnMo锻件;

高合金钢：

0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti

锁斗是煤气化装置重要设备之一，主要起储存和排放炉渣的作用，是一台承受循环

载荷的压力容器。

按其载荷性质设备遵循压力容器应力分析设计规范进行设计和制造，

该设备分析设计采用国家标准，材料宜采用16MnR。

锁斗内的工作介质为气化炉渣/黑水，含有硫化氢,氯离子，硫酸根离子等腐蚀性介质，锁斗

循环水中的氯离子浓度确实最高，这股水应该与激冷室黑水和洗涤塔黑水的水质差不多，

因此具有强腐蚀性，因此需要在锁斗内堆焊6mm厚的不锈钢材料以满足防腐蚀要求，因

此国内采用低合金钢锻件16MnR.

4.3.2材检

4.3.2.1化学成分分析

（1）化学成分如下表所示（查表3.416Mn专业用钢的化学成分/%【Ⅰ】）

钢号

C

Si

Mn

P

S

16MnR

<

0.2

0.20~0.60

1.20~1.60

=0.035

化学成分：

钒V：

0.02%～0.15%；

铌Nb：

0.015%～0.060%钛Ti：

0.02%～0.20%

物理性质：

综合力学性能好，焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。

4.3.2.2力学性能和工艺性能

（查表3.516Mn专业用钢的力学性能【Ⅰ】）℃

板厚/mm

状态

σs/Mpa

σb/Mpa

δ5/%

弯曲

180度

温度/℃

冲击功Akv/J

时效冲击

60~110

热轧或热处理

>

=265

450-590

=18

d=3a

室温

=27

横向

----

4.3.2.3试验温度

牌号

钢板厚度

mm

200℃

250℃

300℃

350℃

400℃

450℃

500℃

16MnR高温规定的残余应力Map

60~100

225

205

185

175

165

155

4.3.2.4室温弯曲试验：

d=3a,弯曲180℃，无裂纹

4.3.3材料要求

a.16Mn之类的低合金钢大都采用正火工艺，细化晶粒，均匀组织。

b.该材质正火之后一般不需要回火，大件最好回下火,回火温度以下50度左右，可以

去疲劳，提高寿命。

c.16Mn锻件和钢板的材料力学性能总体上差不多，但低温冲击和疲劳性能差异较大

d.正火处理：

1.≤250℃装炉，升温≤180℃/h，5小时；

2.900℃保温4小时；

3.空冷。

注：

筒体钢板使用状态为正火+回火处理，钢板生产商必须以试板进行正火+回火

+模拟焊后热处理其各项性能均满足本技术条件的要求。

e.钢板应按JB/T4730.3-2005进行超声检测，必须进行100%扫查，验收标准为I级。

4.3.4划线

4.3.4.1.筒体的展开计算

a.已知筒体高度H、公称直径Dg、中性层直径Dm、壁厚δ，计算时以中性层为基准。

b.分析确定零件展开后图形的形状及所求的几何参数，圆柱形筒体展开后为矩形，所求的几何参数分别为长和宽。

则

L=πDm=π（Dg+δ）；

h=H

c.筒体公称直径Dg，Dg选取3400㎜

L=π（3400+90）=10964.16㎜

H=3400㎜

4.3.4.2.号料

工程上把零件展开图画在板料上的过程，该过程中主要注意两个方面的问题：

全面考虑各道工序的加工余量；

考虑划线的技术要求。

a.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。

筒节卷制伸长量，与被卷材质，厚板，卷制直径大小，卷制次数，加热等条件有关。

边缘加工余量包括焊接坡口余量，主要考虑内容为机加工（切屑加工）余量和热加工切割余量。

焊接坡口余量主要考虑坡口间隙，坡口间隙的大小主要有破口形式，焊接工艺，焊接方法等因素来确定。

焊缝的收缩量，弯曲变形量等受多种因素影响，在划线时若能准确的考虑由于焊接变形所产生的各种焊接余量是十分困难的，因此查表取近似值。

筒节卷制伸长量

冷卷伸长量较小，通常忽略，约7～8㎜

焊缝收缩量

对接接头双边焊，3～4㎜

焊缝坡口间隙

单U型坡口，2～3㎜

边缘机加工双边余量

根据加工长度，查表10㎜

切割余量

钢板切割加工，查表14㎜

划线公差

保证产品符合国家制造标准，取1㎜

展开尺寸

10967.16㎜

b.划线技术要求

实际用料线尺寸=展开尺寸-卷制伸长量+焊缝收缩量-焊缝坡口间隙+边缘加工余量

=10964.16-7+3-3+10=10967.16㎜

切割下料线尺寸=实际用料尺寸+切割余量+划线公差

=10967.16+14+1=10982.16㎜。

c.合理排料

（1）充分利用原材料，边角余料，使材料利用率达到90%以上。

（2）零件排料要考虑到切割方便、可行。

例如，剪板机下料必须是贯通的直线等。

（3）筒节下料时注意保证筒节的卷制方向应与钢板的轧制方向一致

（4）排料必须符合国家标准规定，充分利用原材料。

（5）在钢板上划线下料，规格L=10983×

1715，10983×

1715，并号试板一对600×

120×

101㎜

4.3.5下料

下料的加工方法分析及选用

常用的切割方法有机械切割、氧气切割和等离子切割。

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。

它是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：

（1）金属能同氧剧烈反应，并放出足够的热量。

（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。

与机械切割相比较，气割的最大优点是设备简单操作灵活、方便，适应性强，它可以在任意位置，任何方向切割任意形状和任意厚度的工件，生产效率高、切口质量也相当好,有些焊接坡口可一次直接用切割方法切割出来，切割后直接进行焊接。

气体火焰切割的精度和效率大幅度提高，依据以上分析，筒体钢板切割选用氧气切割。

4.3.6筒节弯卷

4.3.6.1.筒节弯卷成形分析

筒节的弯卷成形时用钢板在卷板机上弯卷而成形的。

根据钢板的材质、厚度、弯曲半径、卷板机的形式和卷板能力，实际生产中筒节的弯卷基本上可分为冷卷和热卷。

筒体选用材料

16MnR锻件

筒节的最小冷弯半径计算公式

Rmin=10δ（双向拉伸）

筒节实际壁厚

90mm

允许最小冷弯半径的最大值

Rmin=10δ=900㎜

筒节内径

D=3400㎜

即筒节的实际半径D/2大于允许的最小冷弯半径Rmin，可以冷弯卷制。

因为D/2=1700mm>

Rmin=900mm,所以采用冷卷成型。

冷卷成形通常是指在室温下的弯卷成形，不需要加热设备，不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作，费用低。

4.3.6.2.成形设备的选择

卷板机有三辊卷板机、四辊卷板机和立式卷板机，其中对称式三辊卷板机的主要特点如下：

（1）与其他类型卷板机相比，其构造简单，价格便宜，应用很普遍。

（2）被卷钢板两端各有一段无法弯卷而产生直边，直边长度大约为两个下辊中心距的一半。

直边的产生使筒节不能完成整圆，也不利于校圆、组对、焊接等工序的进行。

因此在卷板之前通常将钢板两端进行预弯曲。

4.3.6.3.筒节弯卷的设计和计算

1）直边预弯

预弯是筒节成型的一个关键工序，制造完成预弯模具后将下料钢板放在油压机上进行预弯工序。

为了保证预弯曲率的一致性，在钢板两端进行每隔50mm划线工作，每次压机的下压点均落在线上，而且保证每次的压力大小均等。

预弯成型后预制样板进行检查，间隙保证小于0.5m

2）直边预留

留一部分直边，此方法浪费直边部分钢材，而且工艺麻烦，适用于单台装备制造或筒节制造精度要求较高的情况。

所以通常采用第一种的方案，直直边预弯。

3）筒节弯卷的回弹估算

弯卷钢板在辊子压力下既有塑性弯曲，又有弹性弯曲，故钢板卸载后，会有一定的弹性回复，即回弹。

筒节在热弯卷时，回弹量很小，不予考虑。

只要掌握好筒节的下料尺寸，使弯卷钢板两端面刚好闭合即可，直至钢板温度下降到500℃以下为止。

但是，在冷弯卷时，钢材的强度越大，回弹量越大。

为了尽量控制回弹量，冷弯卷时要过卷。

同时，在最终成行前进行一次退火处理。

a.冷卷回弹量的计算筒节回弹前的内径Dn1可按下式估算：

Dn1=（1-2Koσs/E）Dn/1+K1σSDn1/Eδ

b.过卷量△l可按下式计算：

△l=π（Dn-Dn1）/2

式中Dn——筒节内径，3400mm

σs——钢材屈服极限，MPa

E——钢材弹性模量，MPa

K1——钢板界面形状系数，矩形K1=1.5

δ——钢板厚度，90mm

Ko——钢材相对强化模数，16MnR钢材的Ko=5.8

查阅标准，得σs=345MPa，E=200GPa.

根据设计数据，筒节回弹前的内径

Dn1={（1-2×

5.8×

345）×

0.000005/（1+1.5×

345×

Dn1）}÷

（200000×

90）×

3400

得Dn1=3664.1mm

过卷量△l=π（Dn-Dn1）/2=3.14×

（4000-3664.1）/2

=527.5mm

3）筒节弯卷成形

预弯工序结束后即采用对称式三辊卷板机进行筒节的成型工序。

为保证卷圆的质量及椭圆度指标，按照工艺要求规定卷板机下压成型的次数在6次以上，保证椭圆度在5mm以内。

4.3.7装焊纵缝

4.3.7.1焊接方法：

①手工电弧焊,手工电弧焊适合于各种不规则形状，各种焊接位置的焊接。

手弧焊是主要根据焊件厚度，破口形式，焊缝位置等选择焊接工艺参数。

在保证焊接质量的前提下，应尽可能采用大直径焊条和大电流焊接，以提高生产效率。

②16Mn自动焊方法是埋弧自动焊，电渣焊，CO2气体保护焊等。

埋弧自动焊由于具有熔敷率高，大溶深以及机械自动化操作的优点，适合于大型焊接结构的制造，广泛应用，多用于平焊和平角焊位置，电渣焊焊缝及热影响区过热，晶粒粗化，焊后要进行热处理。

焊接基本金属为低合金钢16MnR，筒体规格φ3400×

90mm，所要求的焊工资格代号SAW-1G（K）-07/09,焊接方法为埋弧自动焊，焊接姿势为平焊，焊丝直径为4.0mm,焊接电流：

正：

700~720，反：

720~740，焊接电压：

36-38V；

焊接速度：

0.6cm/s；

焊接顺序：

先正焊，在反焊；

焊接材料为E50（点焊），焊丝牌号H08MnA，焊剂SJ507.（查表3.1916Mn钢对接埋弧焊工艺参数【Ⅰ】）

4.3.7.2坡口的形式

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。

根据两个筒体筒节的厚度90mm和110mm，查表11.21对称双U形对接坡口【Ⅰ】

焊接方法

坡口及焊缝尺寸/mm

坡口角/°

适用范围

δ

b

R

E

C=c1

H=h1

α

埋弧自动焊

40-60

0-2

7-9

10-11

23-33

29-39

0-3

10-14

钢板拼焊缝、

筒节纵焊缝

95-160

32-43

38-49

8-12

手工电弧焊

30-90

1-3

6-7

14-20

20-46

6-8

95-150

6-7

17-22

23-28

4-6

结论：

对于90mm厚的筒节采用手工电弧焊，而对于110mm厚的筒节采用埋弧自动焊。

焊缝的形状见CAD图纸。

4.3.7.3焊接工艺：

预热温度≥120℃，层间温度控制在（120--250）℃，后热温度及时间（600--650）℃×

2hr回火，坡口加工方法为机加工坡口，清理焊口：

焊前检查坡口、组装间隙是否符合要求，定位焊是否牢固，焊缝周围不得有油污、锈物。

清除油锈，清根方法为碳弧气刨并打磨，焊缝外形要求为焊缝与母材圆滑过渡，e≤2，并打磨平齐。

焊丝牌号：

H08MnA,焊剂牌号：

HJ250，焊后采用回火热处理,并进行100%UT、RT、MT检测,分别按JB/T4760.3-2005中Ⅰ级合格、JB/T4760.2-2005中Ⅱ级合格、JB/T4760.2-2005中Ⅰ级合格。

4.3.8装焊环缝

4.3.8.1焊接方法

由于两个筒节的壁厚不一样，所以厚壁筒节与薄壁焊接时，需要将厚壁削平一个过渡部分，削平的角度为5°

-10°

。

根据两个筒体筒节的厚度90mm和110mm，查表11.22U-V形组合对接坡口【Ⅰ】，其焊缝的尺寸见下图，形状见CAD图纸。

坡口角度/°

适用

范围

H

c

C1

α1

手工电弧焊封底

的埋弧自动焊

30-60

2-4

9-11

23-34

26-40

16-20

8-1

70-75

筒节

环缝

65-90

32-40

38-46

6-10

95-130

34-48

40-54

130-200

39-51

45-57

5-6

双面手工

电弧焊

15-21

21-27

19-22

25-28

结论：

根据壁厚90mm，采用手工电弧焊封底的埋弧自动焊。

4.3.8.2坡口形式

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。

查书【Ⅰ】表11.22，根据适用范围选择适合筒体环缝的U-V形组合对接坡口

4.3.8.3焊接工艺

查表3.25低合金钢焊接结构预热，层温，后热和焊后热处理的规范【Ⅰ】

预热温度≥150℃，层间温度不限，后热温度不需要，坡口加工方法为机加工坡口，清理焊口：

手工电弧焊焊条牌号为J506或J507，焊后采用600-650℃回火热处理,保温2.4h,并进行100%UT、RT、MT检测,分别按JB/T4760.3-2005中Ⅰ级合格、JB/T4760.2-2005中Ⅱ级合格、JB/T4760.2-2005中Ⅰ级合格。

4.3.9筒体内壁堆焊

4.3.9.1堆焊原理

石油化工行业的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器及核电站的厚壁压力容器等内表面均需大面积堆焊耐高温，抗氧及硫化氢等腐蚀的不锈钢衬里。

带极电渣堆焊是利用导电熔渣的电阻热熔化堆焊材料和母材的，除引线阶段外，整个堆焊过程应设有电弧产生。

堆焊技术可以改变零件