封头制造工艺设计和接管焊接顺序设计及方法设计通用步骤模板Word下载.docx
《封头制造工艺设计和接管焊接顺序设计及方法设计通用步骤模板Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《封头制造工艺设计和接管焊接顺序设计及方法设计通用步骤模板Word下载.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
焊接
组对、焊接接管
10
焊后热处理
加热到850℃保温两小时后空冷
11
焊缝修磨光洁圆滑、焊缝铁素体测定、焊缝表面PT。
封头工艺设计
材检
化学成分分析
化学成分如表5-2所示
表5-2316Ti（06Cr18Ni12Mo2Ti）的化学成分表
钢号
C
Cr
Ni
Mo
Ti
316Ti（06Cr18Ni12Mo2Ti）
≤0.08
16.00~19.00
11.00~14.00
1.80~2.50
≥5*C%~0.70
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。
力学性能和工艺性能
力学性能如表5-3所示
表5-3316Ti（06Cr18Ni12Mo2Ti）的力学性能表
板厚/mm
状态
σs/Mpa
[σ]t/Mpa
σb/Mpa
温度/℃
06Cr18Ni12Mo2Ti
40~55
热轧或热处理
220
134
520
室温
封头的展开计算
由于椭圆封头属于不可展的零件，但生产中冲压加工或旋压加工是毛坯料展开后的图形都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可
采用经验法进行计算
Do=KDm+2h（5-1）
Do为包括了加工余量的展开直径；
K为经验系数
Dm中性层直径
h封头的直边高
经查表，由椭圆封头a：
b=2，所以K取1.19[1]
Do=1.19Dm+2h（5-2）
筒体公称直径Dg，Dg选取1500㎜，厚度45mm
中性层直径Dm=Dg+δ=1545mm
直边高度h=50mm
展开直径Do=1.19Dm+2h=1938.55mm
划线完成后，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，组焊等后续工序的进行。
其展开后的图形如图5-1所示：
图5-1封头展开图
划线
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。
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。
此次设计封头的加工余量如表5-4.
表5-4加工余量
焊缝收缩量
对接接头双边焊，3～4㎜
焊缝坡口间隙
单面V型坡口，2～3㎜
边缘机加工双边余量
根据加工长度，查表取10㎜
切割余量
钢板切割加工，查表取14㎜
划线公差
保证产品符合国家制造标准，取1㎜
展开尺寸
1938.55㎜
b）划线技术要求
由于采用一块钢板冲压，固取焊缝收缩量，焊缝坡口间隙为0
则实际用料线尺寸=展开尺寸+焊缝收缩量-焊缝坡口间隙+边缘加工余量
=1938.55+0-0+10=1948.55㎜
切割下料线尺寸=实际用料尺寸+切割余量+划线公差
=1948.55+14+1=1963.55㎜。
c）合理排料
充分利用原材料，边角余料，使材料利用率达到90%以上。
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
d）打标记
划线完成后，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，组焊等后续工序的进行。
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。
由于等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；
其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5~6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。
所以本次切割采用等离子切割。
对于不锈钢，主要采用等离子切割。
其特点如下：
它是通过一束细长、高温且高速的流体的加热和冲击切割，故它不受物性的限制，能切割任何材料，可切割金属也可切割非金属。
按着上一步的号料时所画的切割线，进行切割。
上述过程不断重复，金属切割就连续地进行。
打磨
打磨属于机加工领域，它由床身、工作台、立校、磨头及砂轮修整器等部件组成。
长方形工作台装在床身的导轨上，由液压驱动作往复直线运动，可用工作台手轮对其进行调整。
工作台上装有电磁吸盘或其他夹具，用于装夹工件。
磨头可沿施板的水平导轨作横向进给运动，它可由液压驱动或横向进给手轮操纵。
拖扳也可沿立核的导轨垂直移动，以调整磨头的高低位置并完成垂直进给运动（这一运动也可通过转动垂直进给手轮来实现）。
砂轮由装在磨头壳体内的电动机直接驱
通过磨床对上一步气割后的圆面进行机加工，去除气割留下的残余体。
同时对下步焊接的坡口进行净化处理。
探伤无损检测
无损检测目前公认方法：
射线检验（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）和液体渗透检测（PT）四种。
1）.磁粉检测100%MT
由于不锈钢不具有磁性，所以首先排除磁粉检测。
2）.超声波检测100%UT
采用A型探伤仪，斜探头，以有机油作为耦合剂
3）.射线100%RT
射线源选择300kV的X射线，射线质量透射等级为A级，选择金属增感屏，象质计组别1/7。
检测前的胶片应保存在低温、低湿度的环境中，室温在10-15℃，相对湿度在为（55%-65%）宜。
并且避免与有毒、腐蚀性气体（如煤气、乙炔气、氨气、硫化氢等）接触，避免胶片的人为缺陷产生，如变形、折压、划损、污染等。
检测后的底片及评定结果应有检测报告，保存五年以上，随时待查。
4）.渗透检测100%PT
在工序4处进行了超声波检测，检测不锈钢钢板的厚度，因为其热冲压成型后厚度有减薄，通过检测可以判断其是否符合要求。
在工序11处进行了PT检测，此处主要是为了检测焊缝是否有热裂纹产生。
封头冲压
板坯加热
1）.封头冲压时，板坯塑性变形很大，且为厚壁中压封头封头冷热冲压与相对厚度的关系见表5-5。
冲压状态
碳素钢，低合金钢
合金钢，不锈钢
冷冲压
δ/Do×
100≤0.5
1000≤0.7
100≥0.5
100≥0.7
表5-5[2]封头冷热冲压与相对厚度的关系
100=51/1963.55×
100=2.60≥0.7故用热冲压。
2）.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毛坯热冲压的加热温度的选择。
封头冲压时，板坯塑性变形很大，且为厚壁高压封头，故用热冲压，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。
3）.冲压加工常用的润滑剂
润滑剂选取石墨粉+水
4）.冲压过程：
椭圆形下封头采用厚板在2000t水压机上整体冲压成形，关键条件是有合适吨位、开档、行程的水压机和相应的工装模具，高温加热炉以及合理的冲压工艺。
将毛坯对中放在下模（冲环）上，然后开动水压机使活动横梁空程向下，上模（冲头）空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成形。
最后开动提升缸和回程缸，将上模向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱下，并将封头从下模支座中取出，冲压过程即告结束。
设备选用及模具设计
1）计算冲压力
计算冲压力时影响因素较多，且冲压过程是变化的较复杂，目前计算冲压力常用下面公式：
（5-3）
C——压边力影响系数，无压边力C=1，有压边力C=1.2；
K——封头形状影响系数，椭圆封头K=1.25-1.35；
D0——封头外径，mm
Dw——筒节外径，mm
采用压边圈是毛坯料只能在压边圈与下模之间滑动，可以防止折皱的产生，而且在有压边圈产生的摩擦力作用下，增加了经向拉应力，也有利于防止封头鼓包的尝试。
因此，确定在什么条件下需要采用压边圈是关系到封头质量好坏的重要因素。
采用压边圈的条件主要决定与Do，Dn，与δ的关系条件如下公式
Do—Dn≥（18～20）δ（5-4）
Do：
毛坯直径，1963.55mm；
Dn：
封头内径，1500mm；
δ：
钢板厚度，51mm
Do—Dn=1963.55—1500=463.55＜（18～20）x51=（918～1020）mm
因此需不采用压边圈
故取C=1，椭圆封头取K=1.3
冲压力P=CKπ（DO-Dw）δσbt
=1x1.3xπ（1963.55-1545）x51x520/3
=1510t
封头的冲压成型通常是在50-8000t水压机或油压机上进行，此处选择2000t的水压机。
2）模具设计
上模（冲头）其结构及主要设计参数
a）上模直径Dsm
根据封头内径和热冲压的收缩率φ或冷冲压的回弹率φ计算，主材为16MnR取φ=0.9%
Dsm=Dn（1±
φ）=1500×
（1±
0.8%）=1488~1512mm
b）上模曲面部分高度
Hsm=hn（1+φ）=375×
（1±
0.8%）=372~378mm
c）上模直边高度H0=h+H1+H2+H3（5-5）
h---封头直边高度，50mm
H1---封头高度修边余量，一般为15-40mm,取H1=20mm
H2--卸料板厚度，一般为40-80mm，取H2=50mm
H3--保险余量，一般为40-100mm，取H3=50mm
所以，H0=h+H1+H2+H3=50+20+50+50=170mm
d）上模上部分直径Dsm，
Dsm、=Dsm+（2~3）mm=1490~1515mm
e）上模壁厚δ
当水压机吨位小于等于400t时，δ=30-40mm
当水压机吨位大于等于1500t时，=70-80mm，取δ=75mm
上模具设计如图5-2所示
图5-2封头的冲压上模
下模（冲环）其结构及主要设计参数
a）上下模间隙a,附加值z——热冲压时，z=（0.1-0.2）δ=（0.1-0.2）×
50=5-10mm，椭圆封头取较大值Z=10mm。
a=δ+z=50+10=60mm
b）下模内径Dxm
Dxm=Dsm+2a+δm（5-6）
δm--下模制造公差，取δm=2mm
Dxm=（1982~2018）+2×
60+2=（2014—2140）mm
c）下模圆角半径r
根据经验选取，不采用压边圈时，r=（4-6）δ（mm）=5×
50=250mm
d）下模直边高度h1
h1=（40-70）mm，取h1=50mm
e）下模总高度h
h=（100-250）mm，取h=200mm
f）下模外径D1
D1=Dxm+（200-400）mm=（2214—2540）mm
g）下模座
外径D应大于毛坯直径D0，，高度H=h+（60-100）=50+70=120mm
下口内径D2应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径Dxm大（5-10）mm
下模具设计如图5-3所示
图5-3下模具
封头冲压及其应力分析、典型缺陷分析
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，会使毛坯边缘丧失稳定而产生褶皱；
常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生压应力，即材料承受三向应力状态。
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，还受到弯曲而产生弯曲应力。
考虑到该板相对厚度较大，固没有采用压边圈。
在冲头与下模空隙的部分金属材料，仍受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；
封头底部的金属材料，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。
封头冲压时常出现的缺陷有拉薄、褶皱和鼓包等，其影响因素很多，简要分析如下：
a）.拉薄碳钢封头冲压后，其壁厚会产生不等程度的变化球形封头深度大，底部拉伸减薄最多。
b）.褶皱冲压时板坯周围的压缩量最大，其值为
△L=∏（Dp-Dm）（5-7）
式中Dp——坯料直径；
Dm——封头中径。
封头越深，毛坯直径越大，周围缩短量也越大，周向缩短产生两个结果，一个是工件周边区的厚度和径向长度均有所增加，另一个是过分的压应变使板料产生失稳而褶皱。
板热加热不均、搬运和夹持不当造成坯料不平，也会造成褶皱。
c）.鼓包产生原因与褶皱类似，但主要影响因素是拼接焊缝余量的大小以及冲压工艺方面的原因，如加热不均匀，压边力太小或不均匀、封头与下模间隙太大以及下模圆角太大等。
为了防止封头冲压时产生缺陷，必须采用下列措施：
板坯加热均匀；
选定合适的下模圆角半径；
降低模具（包括压边圈）表面的粗糙程度；
合理润滑以及在大批量冲压封头时应适当冷却模具。
超声波检测
冲压成型后的封头要进行超声波检测测其厚度，使其厚度达到标准值，因为其热冲压成型后厚度有减薄。
接管孔切割
封头二次划线号料
按图号出封头端口及中心孔的气割线，加工线，检查线。
切割
1）封头开孔
为了连接接管，在封头上要开孔，这些孔可以先划好线然后用手工气割切出。
首先在封头上找孔中心，划好中心线并用色漆写上中心线编号，按图纸画出接管的孔，在中心和圆周上打冲印，然后切出孔，同时切出焊接坡口。
装接管或、手孔的孔中心位置的允许偏差为±
10mm。
对直径在150以下的孔，其偏差为-0.5-1.5mm；
直径在150-300mm之间，偏差为-0.5-2.0mm；
直径在300mm以上，偏差为-0.5-3.0mm，开孔可以用手工气割或机械化气割.
2）边缘余量切割
用封头切割机来切割封头的边缘余量，工作过程如下：
封头置于转盘上并随之转动；
机架上装有割枪固定设备，装有弹簧使滚轮紧靠在封头外侧，以控制割嘴与封头之间间隙不会随封头椭圆变化而影响切割。
放置封头时，一定要注意放正，让转盘的回转轴尽量和封头的回转轴重合，割前应按照封头的规格、直边尺寸划好切割线，并检查保证割距在整个圆周上正冲切割线。
封头与接管焊接工艺设计
产品结构形式
封头为标准椭圆封头，封头上需焊接2根插人式接管，接管分两种规格，1根280*10mm,1根200*8mm。
焊缝坡口型式如图4所示，全部外侧单面坡口。
产品图纸对接管的形位尺寸要求非常严格，1根200*8规格的管焊后要求的方位坐标寸、偏差为0.20mm,1根280*10规格的接管焊后要求的方位坐标尺寸偏差为1.5mm。
焊前准备
焊前材料处理
1）.焊接坡口型式和尺寸应按图样要求或焊接工艺卡的规定进行加工，组对和检查。
2）.不锈钢材料坡口加工，采用机械加工。
3）.焊接坡口两侧各20mm的油污、锈蚀、水分、毛刺等脏物要打磨干净，并在坡口两侧加石棉垫或刷白糊剂，防止焊接飞溅粘附母材。
4）.不锈钢件在下料、加工、点焊及组装搬运的过程中，应准备一定数量的枕木，避免损伤而降低产品耐蚀性能。
5）.不锈钢焊接件点焊所用焊条及焊接工艺，应与产品采用焊条及工艺规定相同。
点焊高度不得超过焊件的厚度的三分之二，点焊长度据板厚而定，一般在10~20mm的范围内。
6）.点焊焊缝如有裂纹等缺陷，必须清除重焊。
坡口的制备
本设计奥氏体不锈钢焊件坡口形状和尺寸时，应充分考虑奥氏体不锈钢的线膨胀系数会加剧接头的变形，所以采用单V形双面坡口，尺寸和口角度如图6-1。
图6-1封头与接管的焊接破口形式
焊接方法选择
常用的焊接方法有：
手工焊、TIG、埋弧焊。
1）.手工焊主要用于碳钢3-6mm板材的焊接。
2）.埋弧焊以8mm以上碳钢不锈钢板材的的焊接为主。
3）.氩弧焊以3-6mm不锈钢的焊接为主。
奥氏体不锈钢具有较好的焊接性，可以采用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊等进行焊接。
其中氩弧焊是焊接奥氏体不锈钢的理想方法，焊接过程中合金元素烧损很小，焊缝表面洁净无渣，焊缝成形好。
此外，由于焊接热输入较低，特别适宜对过热敏感的奥氏体不锈钢的焊接。
所以选用氩弧焊打底然后手工电弧焊焊接。
手工电弧焊是最常用的焊接方法，具有操作灵活、方便等优点。
为提高焊缝金属抗裂纹能力，宜选择碱性药皮的焊条。
焊接材料选择
奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则，应使焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同，并尽量降低焊缝金属中碳含量和S、P等杂质的含量。
又由于奥氏体不锈钢对在腐蚀介质中工作的，主要按腐蚀介质和腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相近或相同的焊接材料。
由于含碳量对抗腐蚀性有很大影响，因此熔敷金属中碳的质量分数不能高于母材。
腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含Ti或Nb等稳定化元素或超低碳焊接材料.
常用的不锈钢焊丝有A212，E308-16和E308-16等，选用A212,
由于焊丝焊剂易受潮，平时将焊丝焊剂储存在红外线电子烘干机内，焊丝A212的烘干温度分别为150℃。
焊接工序是完全按照《焊接工艺》执行的，板材的厚度决定焊接时需要双面焊，在焊接结束后要对焊缝进行RT探伤（X射线）判断有没有气孔，裂纹等缺陷，如发现以上缺陷，要进行返修，直至拍片过关。
产品施工
焊接坡口与工装:
为克服焊接过程中封头的变形，减小接管的倾斜、C形弯曲变形，在预制坡口时，熔敷金属的部分预制V型坡口，尽量减少填充金属量的差别。
焊接方法选择---选用热输人量较小的焊接方法，产品施焊采用手工TIG（一层）十手工电弧焊，熔敷金属与基体材料相近。
装配---装配时封头侧的坡口钝边留1-3mm厚，增加封头的刚度，同时保证接管的装配位置精度。
接管与封头坡口的装配间隙要尽量小。
焊接过程控制---产品焊缝施焊时，要控制道间、层间温度尽量低。
首层焊后，其它各道焊接时采用水冷方法加速焊缝冷却，每道焊缝一次施焊长度尽量短。
为促进焊接应力释放，从焊缝第三层开始对每一道焊道立即对焊缝进行均匀锤击。
焊接过程中合理安排顺序，先在焊缝最终熔敷金属量较小的焊接一层，再焊接最终熔敷金属量较大的另一层。
在后序施焊时，以加大最终熔敷金属量较小的一层对接管的接应力，
焊接工艺规程---焊接方法选用手工氩弧焊打底+手工电弧焊填充，.焊接顺序安排要求先封头外侧施焊，焊接4层后从内侧清根，清根后从内侧焊满坡口。
焊接工装---为增加部件的结构刚性，克服纵向焊接应力引起的弧段收缩，设计了专用装焊胎体，在装焊胎体上加固支撑弧板，在每条焊缝两领组各布一块支撑弧板以控制焊缝的纵向收缩。
升级会员 