16MnDR尾氯回收塔说明说.docx

1、16MnDR尾氯回收塔说明说1 .前言 本次课程设计的容器为尾氯回收塔，材质16MnDR 钢，筒身直径为800mm，筒体有效长度为9292mm,筒壁厚度为8mm.从设计图纸可以看出基本结构由以下部分组成:筒节，封头，法兰，接管及其密封原件等。 本设备按JB-T4735-1997钢制焊接常压容器和JB-T1205-2001塔器设计技术规定进行制造、试验及验收。焊缝进行X射线局部无损探伤，探伤长度分别不少于纵环焊缝长度的10%，质量评定按JB/T 4730.2-2005承压设备射线检测达到级为合格。塔节两端法兰密封面与筒体轴线应垂直，偏差不大于1mm。塔体总装后弯曲度小于2/1000塔高，且总弯曲

2、度小于8mm。设备制造完成后进行盛水试漏，再进行防腐处理。 16MnDR 钢是低温容器用钢,为了保证产品的焊接质量,提高生产效率,我们在有关规程及标准指导下,结合生产实际,分别进行了手工电弧焊,埋弧自动焊及二者组合焊接的试验,取了较好的焊接效果,据此制定的焊接工艺规范,经受了生产实践的检验。2 .16MnDR 钢的焊接性分析2.1 钢的类型及化学成分16MnDR 钢是铁素体型低温钢,属低合金系统,温度等级为- 40 ,热轧热处理状态,其中碳及其它合金元素含量较低,化学成分见表1。表2-1 16MnDR化学成分（%）CSiMnSP0.200.200.601.201.600.0300.030经分析

3、,16MnDR 钢碳当量不高,淬硬倾向小,室温下焊接一般不易产生冷裂纹。钢在轧中硫、磷含量控制较低,所以也不易产生热裂纹。2.2 焊接性分析16MnDR 钢在焊接时,不需要采取特殊的工艺措施,当钢板厚度较大,焊接接头刚性拘束较大或环境温度过低时,可在焊接前进行合理的预热。有关资料表明,除了面心立方点阵的金属材料(奥氏体钢、铝、铜等) 外,一切体心立方点阵或六方点阵的金属材料均有低温转脆的现象,而低温钢必须具备的,最主要的性能就是低能韧性。因此,必须在焊接过程中通过细化晶粒合金化和提高纯净度等措施来对其焊接接头的组织和性能加以改善。特别是以铁素体为基的16MnDR钢,铁素体晶粒尺寸越细小,钢的脆

4、性转变温度将越向低温方向移动,一定低温下的韧性值相应提高。通过上述分析,可以清楚地认识到:通过细化晶粒来保证16MnDR 钢焊接接头的低温韧性,这是制定16MnDR 钢焊接工艺的一个根本出发点。3 .焊接工艺制定3.1焊接方法的确定焊接方法应根据焊接结构及钢材的特点,制造要求,焊接方法特点及其对焊接接头质量的影响,在各种位置焊接及对现场施工的适应性,生产效率和成本等综合分析而加以选择。根据上述原则,结合实际生产要求和技术能力,我们确定采用埋弧自动焊和手工电弧焊结合的方法。3.2埋弧自动焊焊接材料的选用3.2.1 选择焊接材料在压力容器生产中,对于碳钢,低合金钢焊接材料,一般都是与母材等强性原则

5、来选用,在此原则基础上,我们结合16MnDR 钢的特殊要求,参照其机械性能(见表2-1) , 选择了TH227 焊条, H10Mn2 焊丝和YD504A 焊剂来进行焊接试验。表 3-1 16MnDR机械性能钢板厚度（mm）抗拉强度b（Mpa）屈服点s（Mpa）伸长率5（%）冷弯试验= 3a (180)夏比（V）冲击试验温度（）冲击功AKV（J）62021385006304806103203002119合格合格-40-302.11.43.2.2 焊接材料分析使用埋弧自动焊焊接,在焊丝与焊剂的匹配问题上,我们作了认真分析,从化学成分上看，优于16MnDR 钢,只是硫磷含量略高些,但欲获得高质量的埋

6、弧自动焊的焊接接头,正确选用焊剂是十分重要的,特别对于16MnDR 钢,所用焊剂除了一般优良性能外,最重要的是能够起到细化晶粒的作用,YD504A 焊剂中含有一定量的硼,钛及稀土元素,因而能够通过改善组织来提高熔敷金属的低温韧性。 表3-2CMnSiCrNiSP0.121.501.900.070.200.300.0400.0403.3 手工电弧焊焊接材料的选择3.3 .1 焊接材料的选择 手工电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。具有以下特点：1、设备简单。2、操作灵活方便。3、能进行全位置焊接适合焊接多种材料。 根据分析选择E5015焊条，焊条牌号：J507，焊条名称：低合金钢专用焊

7、条，药皮类型（GB5117-1985）：低氢钠型。药皮主要组成物是碳酸盐、萤石，碱度较高。熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝较凸，熔深适中，脱渣较好。3.3 .2 焊接材料分析 表3-3 熔敷金属化学成分(%)J507成分CMnSiCrMnPS抗拉强度含量百分数0.120.8-1.40.070.0400.035490Mpa 表3-4 参考电流焊条直径mm2.53.24.06.0选用电流A70-9090-130130-150150-1903.4焊材的处理和烘焙焊接前,要对选定的并经质量复验合格的焊接材料进行认真的处理,对焊丝的油、锈等污物进行清理。对焊条、焊剂进行严格的烘焙(烘焙时

8、温度曲线见图3) 。焊丝的清理以及焊条、焊剂的烘焙,对保证焊缝金属的纯净性,降低熔敷金属中的氢含量,起到良好的作用。另外,对于板厚为8mm 的试件, 可进行预热,防止因拘束度过大和焊接内应力而造成的不良影响。一般为1-2h的300-350预热。图3-1焊条,焊剂烘焙时温度曲线图3.5 施焊过程焊接时,最关键的是焊接工艺规范参数的选择,埋弧自动焊的焊接规范参数主要有:焊条(焊丝) 直径,焊接电流,电弧电压,焊接速度,焊接层次等。其中主要的是焊接电流、电弧电压和焊接速度。因此,在选择焊接工艺规范参数时,应在保证焊接宏观质量(包括焊缝表面成形) 的基础上,尽量控制的低些,同时结合层间温度的适当掌握,

9、以避免焊接接头在高温状态的程度过高,停留时间过长而使晶粒长大,导致组织和性能受到不良影响。表3-5 埋弧自动焊焊接规范板厚（mm）焊接方法电源种类与极性焊接层次焊接牌号及规格（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度(cm/min)线能量（KJ/cm）面、层道8埋弧自动焊直流反接正背112H10Mn24YD504A5806002832354026. 528. 9 手工电弧焊同样如此，焊接规范如表3-6 表3-6 手工电弧焊焊接规范板厚（mm）焊接方法电源种类与极性焊接层次焊接牌号及规格（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度(cm/min)线能量（KJ/cm）面、层道8手工电弧焊直流反接

10、正背112E5015|J507（4.0mm)130150203520025013353.6 焊接接头检验3.6.1 外观检查及无损探伤试件焊接完毕,放置48h 后,进行外观检查,合格后进行100 %X射线探伤检测,均未发现超标缺陷。3.6.2 焊缝熔敷金属化学成分分析试件经外观检查和无损探伤检测合格后,取样进行焊缝熔敷金属化学成分分析 。表3-7 焊缝熔敷金属化学成分（%）焊接方法板厚(mm)CSiMnSP埋弧自动焊80.200.371.580.0350.017手工电弧焊焊缝熔敷金属化学成分分析见表3-3 。3.6.3 焊接接头机械性能切取试样,进行机械性能试验,均达到合格指标。 表3-8 焊

11、接接头机械性能试验焊接方法板厚(mm)抗拉强度b (MPa)屈服点s (MPa)冷弯试验= 3a (180- 40 夏比(V)冲击试验硬度部位冲击功(AKV/m部位HV30埋弧自动焊8594603396402面背弯均合格焊缝熔合线热影响区5. 6/ 4. 3/ 54. 1/ 2. 7/ 5. 73. 4/ 2. 3/ 5. 3焊缝熔合线热影响区1631651601591571583.6.4 焊接接头金相组织经检验,焊接接头宏观金相均合格。从微观上看,母材均为呈带状分布的铁素体及珠光体,近缝区为块状及针状铁素体,少量贝氏体及珠光体。焊缝为片块状、针状铁素体、珠光体。4.焊接工艺评定41 焊接方法

12、的选择考虑到尾氯回收塔的结构因素， 壳体与封头钢板为中厚板， 为提高生产效率， 采用埋弧焊和手工电弧焊并用较为合适， 但埋弧焊的焊接热输入大， 会使焊缝低温冲击韧性降低， 这对16MnDR 低温钢的焊接是不利的。因此选择合理的焊接工艺参数和合适的焊丝、焊剂相配， 采取合理的工艺措施， 才能保证焊接接头的强度及低温缺口韧性。42 焊材的选配421 焊丝的选择16MnDR 低温钢为铝脱氧镇静钢， 应选用相同材质的铁素体材料进行埋弧焊焊接， 通过大量的试验证明， 低温冲击韧性值一般偏低， 尤其是经过焊后热处理后， 冲击值更加不稳定。为改善焊缝金属组织， 在焊材中加入少量的Ni。因为Ni 有利于提高焊

13、缝金属的低温缺口韧性， 降低韧脆转变温度的作用。经过比较，选用H10MnZ焊丝较为合适。表4-1 焊丝及其熔敷金属化学成分（%）CSiMnNiPS焊丝009001510225000110009熔敷金属00510340106204600130006有关资料表明， 对于非调质低温钢， 当焊缝金属中的w（Mn）15、w（Ni）20左右时， 二元素对焊缝金属韧性的影响是一个有利的最佳配合。所以选用此种焊丝要比相同材质的铁素体材料焊丝有利于提高和稳定16MnDR 钢的低温冲击韧性。同时， 随着镍的加入， 也提高了焊缝金属的淬硬倾向， 但可通过减小焊接热输入， 控制焊接热输入在一定范围内， 采用多层焊接等

14、焊接条件来减小其不利影响。422 焊剂的选择碱性烧结焊剂一般杂质少， 有益合金元素过渡充分， 有利于提高低温冲击韧性， 故选用YD504A焊剂。43 多层多道焊多层多道焊时， 后序焊道对前焊道有退火作用，铁素体的晶粒尺寸或者贝氏体板条束的尺寸都比单道焊要小， 因此， 韧性也较好。所以， 采用小焊接热输入， 改变熔合比， 薄焊道焊接， 提高焊缝金属经历熔化结晶过程的热循环及后焊道加热前焊道的良好热循环， 是改善焊缝金属组织和韧性的重要措施之一。44 道间温度控制焊道及焊层间的温度在100160 之间， 以防焊接接头的组织淬硬或组织过热以及晶粒粗大。45 焊接参数4. 5. 1坡口形式 图4-1

15、坡口形式4. 5 .2焊接工艺评定参数焊接工艺评定参数见表4-2。表4-2 焊接工艺评定参数焊接层次焊丝规格/mm电源极性焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/（cmmin-1）焊接热输入/（kJcm-1）1340DCRP4805002830505546180417340DCRP520550303255601701928940DCRP5005203032556015018246 焊后热处理虽然16MnDR 钢在40 温度下有较高的低温冲击韧性， 但在生产制造中往往由于热加工及热处理不当， 导致金属材料的低温韧性降低。为使产品在制造后既保证有足够的强度， 又有足够的低温冲击韧性， 就必须制订一

16、个合理的封头热成形及焊后热处理的工艺。16MnDR 钢封头热成形必须保证封头达到所需的外形尺寸， 又要使其内部保持良好的组织状态， 从而保证板材的正火状态和材料标准规定的力学性能。 封头经热成形后应保证其晶粒度级别不降低。为此封头热成形加热温度的选择是在保证合金元素充分熔入固溶体的前提下， 控制加热温度不高于正火温度。如果热成形加热温度过高， 容易造成晶粒粗大， 因此必须对封头重新进行正火处理， 以细化晶粒， 恢复钢板性能。封头热成形的终止温度应略高于铁素体析出温度。这一温度如果过高， 奥氏体在形变终了后的冷却中不仅会发生静态再结晶， 而且晶粒还会长大， 必须重新进行正火处理； 若这一温度低到

17、铁素体析出温度以下， 则析出的铁素体会在形变过程中沿形变方向延伸， 形成带状组织， 使钢的性能产生方向性， 这种现象也只有正火处理才能消除。综上所述， 如果封头热成形的加热温度高于正火温度， 或者终止热成形的温度低于铁素体析出温度，则需通过正火处理来恢复16MnDR 钢的正火货状态。正火处理工艺如图4-2所示。图4-2 正火处理工艺5零件的加工制造5.1 筒体的制作筒节的制造工艺流程如下：1. 钢板复检：对钢板进行复检，内容包括钢的化学成分、各种力学性能、表面缺陷及外形尺寸（主要是厚度）的检验。2.预处理：复检合格后对钢板进行矫正，进行喷丸、喷漆等表面处理。3.划线：划线前应展开，可采用计算展

18、开法。具体展开公式如下： L=（Dg+）+S式中 L-筒节毛坯展开长度（mm） Dg-容器公称直径（mm）-容器壁厚（mm） S-加工余量（mm），如两侧均需刨边，则取1015mm。筒体展开后，其实就是一块矩形金属板。毛坯宽度为筒节的长度，其大小取决于原材料的宽度和容器上焊缝的分布情况（焊缝不允许十字交叉）。注意，毛坯实际宽度也要包括加工余量S。4.下料：采用QH11剪板机下料。5.边缘加工：采用刨边机进行钢板的直线边缘加工和开坡口，加工精度高，坡口尺寸准确。6.卷制：采用对称式三辊卷板机来卷制钢板。 7纵缝装焊：筒节的装配一般在V形铁或焊接滚轮上进行。带铁的螺旋压紧器和斜楔式压紧器可以防止错

19、边，螺旋拉紧器可以调整间隙。通过采用夹具保证纵缝边缘齐整，且沿着整个长度方向上间隙均匀一致后，可进行定位焊。定位焊时，焊点要有一定尺寸，且焊点间距300mm。筒节纵缝采用埋弧焊焊接，其焊接工艺参数见表5-1： 表5-1 筒节纵缝焊接工艺参数板厚/mm坡口形式气体流量L/min焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊丝焊接速度m/h电流极性8Y型232545806002832H10Mn23540直流反接8矫圆：焊接结束后，在卷板机上进行矫圆，大致可分三个步骤。（1）工件放入卷板机上辊之后，根据计算，将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载。（2）使工件在矫正曲率下多次滚卷，并着重于焊缝区的矫

20、正，使圆筒曲率均匀一致。经测量，直到合乎要求为止。（3）逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐卸除载荷的过程中多次滚卷。9无损检验：焊缝进行X射线局部无损探伤，探伤长度分别不少于纵环焊缝长度的10%，质量评定按JB4730.2-2005焊缝射线探伤标准达到级为合格。5.2 椭圆形封头的制造图5-1 椭圆形封头 封头外形尺寸如下：公称直径：DN800mm封头壁厚：a8mm直边高度：h25mm封头总深度：H333mm封头制造工艺如下：钢材复检-对板材进行表面处理-划线-等离子弧切割下料-冲压-二次划线-切割-切割孔-检验5.3 无折边球形封头的制造无折边球形封头的支座流程为：材料净化-矫形-划线-号料-切割

21、及边缘加工-冲压成型-割余量-坡口加工。图5-2 无折边球形封头5.4 全平面带颈平焊法兰根据HG/T 2059220635-2009钢制管法兰.垫片.紧固件，壳体上的管法兰为全平面带颈平焊法兰，公称通径为32mm、20mm和50mm，公称压力为1.0MPa，材料为16MnDR， 图5-3 全平面带颈平焊法兰表5-2 全平面带颈平焊法兰参数公称直径Dg(mm)管子外径dH（mm）法兰外径D（mm）螺孔中心圆直径D1(mm)法兰厚度b(mm)螺孔中心圆直径D2(mm)重量(kg)5057160125181022.0920251057514580.748323813510016781.40管法兰制

22、造工艺如下： 材料复检-预处理-下料-滚圆修整-钻孔-一次检验-粗铣-划线-钻孔-精铣-精车-二次检验5.5 接管的制造 接管的加工工序：毛坯矫正-切断面-加工坡口5.6 支座的制造 选用支撑式支座，共八个。需在支座和封头间加垫板，以改善壳体局部受力情况，由JB-T4724支撑式支座，选用B型支座，采用钢管，钢号为10. 支座的制作工艺工序：下料-切割-机床加工-点固焊-焊接-检验6. 各部件的装焊工艺装配焊接就是将已加工好的零件按图样规定的相互位置加以固定组装成零部件或结构，并焊接成形的过程。6.1 筒体、封头与法兰的装焊筒体与封头的连接采用加有密封圈的法兰进行连接。筒体、封头分别与法兰连接

23、，焊缝为环焊缝,焊后进行法兰间的装配。封头与法兰的装配、焊接都在小型变位器上进行，禁止将法兰密封面与装配平台接触，以避免擦伤密封面。 筒体间焊接方法采用埋弧焊。 表6-1 埋弧焊焊接参数板厚/mm焊接方法气体流量L/min焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊丝焊接速度m/h电流极性8埋弧焊232545806002832H10Mn23540直流反接装配封头和法兰时采用手工电弧焊。 表6-2 手工电弧焊焊接参数板厚/mm焊接方法线能量（KJ/cm）焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊条焊接速度m/h电流极性8手工电弧焊133541301502035E5015|J507200250直流反接焊

24、缝附近的油污等杂质要清理干净。需要在夹具上采用刚性固定，限制角变形。焊后对焊缝进行磁粉探伤。6.2 筒体与接管的装焊划线-装配-焊接 先实施定位焊，应使焊接点对称分布，使工件准确定位。然后采用手工电弧焊进行焊接，焊接参数见表6-2. 检验 检查工件位置、尺寸精度是否符合技术要求。对焊缝进行磁粉探伤。 6.3 封头与接管的装焊封头与接管的焊接接头是角接接头，采用手工电弧焊进行焊接，焊接参数见表6-2. 图6-1 封头与接管装焊示意图6.4 接管与法兰的装焊装配在焊接变位器上进行，它可以将焊件各种位置的焊缝调整到易焊位置施焊。接管与管法兰的连接采用对口焊形式，如图6-2所示。 图6-2 接管与法兰

25、装焊示意图采用埋弧焊焊进行焊接，焊接工艺参数见表6-1。焊缝附近的油污等杂质要清理干净，焊接过程稳定。6.5 支座与筒体的装焊其装焊工艺过程类似筒体与封头的装焊工艺过程，采用手工电弧焊进行焊接，焊接参数见表6-2.7. 产品质量检验本设备按NB/T 47003-2009钢制焊接常压容器和HG 20652-1998塔器设计技术规定进行制造、试验及验收。焊缝进行X射线局部无损探伤，探伤长度分别不少于纵环焊缝长度的10%，质量评定按JB/T 4730.2-2005承压设备射线检测达到级为合格。角焊缝按JB/T 4730.1-2005进行磁粉探伤。塔节两端法兰密封面与筒体轴线应垂直，偏差不大于1mm。

26、塔体总装后弯曲度小于2/1000塔高，且总弯曲度小于8mm。设备制造完成后进行盛水试漏。7.1 表面检验表面检验主要是坡口、焊缝余高、焊缝表面质量检验等。（1）焊接坡口：不得有裂纹、分层、夹渣等。（2）焊缝余高：余高02.0mm。（3）焊缝表面质量：不得有裂纹、飞溅物等。7.2 无损检验7.2.1 X射线探伤X射线探伤是利用X射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷。它适用于检查焊件内部的缺陷。对气孔、夹渣等体积性缺陷，具有较高的检测灵敏度。其一般程序如下：（1）焊缝表面质量检查（2）核对实物与委托单项目（3）机器预热画草图（4）贴片、贴标、屏蔽散射线（5）对位选焦距并开机透照（6）胶片

27、处理（7）底片评定并签发检验报告（8）底片及资料存档。7.2.2 磁粉探伤磁粉探伤是利用外加磁场对工件进行磁化，被磁化后的工件上若不存在缺陷，则它各部位的磁特性基本一致，而存在裂纹、气孔或非金属物夹渣等缺陷时，由于它们会在工件上造成气隙或不导磁的间隙，使缺陷部位的磁阻大大增加，工件内磁力线的正常传播遭到阻隔，根据磁连续性原理，这时磁化场的磁力线就被迫改变路径而逸出工件，并在工件表面形成漏磁场，从而指出缺陷。其一般程序如下：（1）预处理:清除工件表面的油污等杂质。（2）磁化:选用适当的磁化方法和磁化电流，接通电源，对焊件进行磁化。（3）采用湿法来施加磁粉，灵敏度较高。（4）观察记录：在暗室等暗处

28、用紫外灯进行观察。7.3 盛水试漏检验盛水试验时应先将设备焊接接头外表清除干净，使之干燥，盛水试验持续时间不少于1h，试验中焊接接头应无渗漏，否则补焊后重新试验，直至合格。7.4 气密性检验压力容器应按以下要求进行气密性试验：（1）.气密性试验应在液压试验合格后进行。对设计要求作气压试验的压力容器，气密性试验可与气压试验同时进行，试验压力应为气压试验的压力。 （2）.碳素钢和低合金钢制成的压力容器，其试验用气体的温度应不低于5，其它材料制成的压力容器按设计图样规定。 （3）.气密性试验所用气体，应为干燥、清洁的空气、氮气或其他惰性气体。 （4）.进行气密性试验时，安全附件应安装齐全。 （5）.试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压10分钟，然后降至设计压力，对所有焊缝和连接部位涂刷肥皂水进行检查，以无泄漏为合格。如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验。 气密性试验与气压试验是不