400m315rm0v球罐焊接工艺设计毕业设计

400m315rm0v球罐焊接工艺设计毕业设计内容摘要：

状况最佳 考 虑瓣片加工机械（油压机或水压机）的跨度大小，运输条件的可能，尽量采用大的瓣片结构，是焊缝长度最小，减少安装工作量。 考虑钢板的规格，增强球壳板的互换性，尽量提高板材的利用率。 国内自行设计、制造、组装焊接的球馆多为球瓣式和混合式排板组成的球壳，本文则是采用混合式三带球罐，其赤道带和温度带采用橘瓣式、极板采用足球瓣式。 由于这种结构取橘瓣式和足球瓣式俩种结构的优点，所以球壳板的用量减少、焊缝的长度缩短、材料利用率较高。 球罐采用混合式 3 带球壳，分带见图 1 常州机电职业技术学院 9 第 9 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 图 1 混合式 3 带球罐结构 表 2 400m3 混合式 3 带球罐参数 公称容积 m3 内径 mm 每带板数 各带球心角 支柱根数 备注 L M N S1 S2 S3 S4 S5 400 9200 12 6 球壳板材料 化学成分与力学性能 球壳板采用 15CrMoV 低碳 低合金钢，其化学成分和力学性能分别见表 2 和表 3。 表 3 15CrMoV 的化学成分 ∕ % 钢号 C Cr Mo V Mn P S 15CrMoV 表 4 15CrMoV 的力学性能 常州机电职业技术学院 10 第 10 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 钢号 板厚 ∕ mm 状态 σS∕MPa σb∕ MPa δ5∕ % 室温冲击功 ∕ (AKV∕ J) 15CrMoV 38～ 60 正火 ≥285 490～ 620 ≥19 ≥27（横向） 焊接性分析 根据国际焊接学会 （ IIW） 所采用的碳当量 （ CE） 计算公式： 5156 VMoCrCuNiMnCCE  （ %） （ 11） 将 15CrMoV 所含化学成分的相应数值代入上式，计算其碳当量。 通过计算得出 ， 15CrMoV 的碳当量 CE=%～ %。 当 CE=%～ %，钢的淬硬倾向逐渐增加 [8]，所以 16MnR 属于有淬硬倾向的钢。 但是，当 CE 不超过 %时，淬硬倾向尚不严重，焊接性较好，但随板厚增加需要采取一定的预热措施。 400m3球罐的球壳板厚为 48mm，所以在焊接前，为避免出现裂纹，应对其进行预热，预热温度为 120～ 140℃。 焊接方法与焊接材料 焊接方法为焊条电弧焊。 焊接材料如下：球壳板主体焊接采用 E5015 焊条，球罐附件焊接采用 E4303焊条，关于焊条的具体要求见表 4。 表 5 焊接材料表 母材 焊条∕规格 烘干 温度∕时间 球壳板 16MnR E5015∕ 350～ 380℃ ∕ 1h 梯子、平台 Q235–A E4303∕ 100～ 150℃ ∕ 常州机电职业技术学院 11 第 11 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 第三章 400m3 15CrMoV 球罐材料成形与装配 球罐生产工艺流程 球罐的生产工艺流程与其它焊接产品的工艺流程大致相同，主要包括：生产前的准备，金属材料的加工，装配与焊接以及焊后的成品加工四大部分 [5]。 在球罐的整个制造过程中，球壳板的成形，球罐的组装以及球罐的焊接三大环节属于生产中的重点与难点。 400m3球罐生 产工艺流程见图。 备 料材料复验、入库钢材预处理球壳板的成形球罐的组装球罐的焊接无损检测热处理水压试验去锈、涂装气压试验验收、交货一次号料一次下料二次号料二次下料检 查球壳板的压制极板的开孔组装各种管口的组装赤道带与支柱上部组装其它附件组装整球组装 修 形 图 2 球罐生产工艺流程 常州机电职业技术学院 12 第 12 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 球壳板的备料工艺 备料 根据设计图纸，对每块球壳板用计算机放大样，根据放样后的实样，提出球壳板的备料计划，要求备料球壳板的同时，要考虑到球罐焊接产品的试板用量，需复验的材质要求和安装用胎具用量以及球壳板所需的工艺余量和加工余量等，并且应尽量节省材料。 球壳板的备料除外形尺寸必须准确无误外，同时要求各项技术参数必须写清楚，以便购料。 对于球罐附件的备料，要求各项技术参数，参照技术标准 ，相关图纸号以及数量等必须明确、清晰。 球壳板毛坯规格见表 5。 表 6 球壳板的规格 名称 材质 厚度 /mm 长度 /m 宽度 /m 数量 供货状态 极带中间板 15CrMoV 48 2 正火 极带侧板 15CrMoV 48 4 正火 极带围板 15CrMoV 48 8 正火 赤道带板 15CrMoV 48 12 正火 对于球罐的一些标准附件，如开口销、垫圈等，在选购时，要求购买的数量要多于图纸上的规定数量，以便互换使用和方便维修。 此外，球罐的焊接主要采用焊条电弧焊，所以要求准备足够的 E5015 焊条，并按要求做好焊前准备及处理。 材料的复验、入库 无论是球壳用钢板，外购件以及焊材等必须按图纸及相关技术标准进行原材料的复验或外购件的进厂检验，确保原材料的各项性能指标符合要求后方可使用。 对球壳用钢板的具体要求如下：钢板几何尺寸必须符合计划要求，每块球壳板均不得拼接，球壳板的材质 为 15CrMoV（化学成分测定和力学性能试验 有问题 ），并要求在正火状态下供货， 厚 度保证 48mm，钢板减薄量不得大于 ，必须符合 GB6654－ 96《压力容器用钢板》中的规定，并在交货状态下逐张进行超声波检测，按 JB4730－ 94《压力容器无损检测》规定 Ⅲ 级为合格，并须在 19℃做 V 型缺口试验，冲击功不小于 20J。 当材料经检验合格后，存入仓库，并做好标记，妥善保管。 常州机电职业技术学院 13 第 13 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 板材的预处理 板材的预处理包括钢板的矫平和钢板的表面除锈两个方面。 1) 钢板矫平 钢板在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当、或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。 当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困 难，而且会影响到成形零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量 [5]。 所以，划线、下料前必须进行钢板的矫平。 由于 400m3球罐制造所用钢板厚度较厚，所以选用 4200 9 辊式中厚板矫平机进行矫平。 其矫平 原理如图 3 所示 ，使板料通过矫平机上的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀地伸长，使多重原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。 为了提高矫平效果，可使辊间距离前后不等，前边辊间距离较小，使钢板产生较大的变形，以使弯曲均匀，而后面的辊间距离 较大，使钢板的变形逐渐减小和平直，这样一次通过便能达到矫平目的。 360340320 图 3 42009 辊式中厚板矫平机 原理图 2) 钢板表面除锈 钢板的表面除锈采用喷丸的方法。 喷丸是 用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动砂粒冲击工件表面，打落铁锈，使金属表面形成均匀而较光洁的表面，并进一步释放在钢板中的残余应力。 钢材经此清理，并经喷涂保护底漆，烘干处理等工序后，既可保护钢材在生产或使用过程中不再生锈，又不影响机械加工和焊接质量。 常州机电职业技术学院 14 第 14 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 钢板表面除锈选用 GYX－ 3M 型钢材预 处理装置。 其技术特性参数见表 6。 该装置进行钢材预处理的具体工艺过程为：电磁吊上料 → 辊道输送 → 预热（ 40～50℃ ） → 喷丸除锈 → 清理丸料 → 自动喷漆 → 烘干（ 60～ 70℃ ） → 轨道输送出料。 表 7 GYX3M 型钢材预处理装置技术数据 项目 数据 钢板 预处理规格 /mm 宽 1000～ 3000，厚 6～ 600，长 2400～ 12020 轨道最大载荷 2t/m 焊件输送速度 v/ v=～ 4，无级调速 年处理量 /t 20200～ 40000 除锈等级 SISO5 5900Sa2 1/2（ A,B） 涂 膜等级 /μm 15～ 25 球壳板的成形工艺 球壳板的排板 为了便于球壳板制造过程中的检验和以后组装的方便，须根据设计图纸绘制球壳板的排板图，并计算出各类球壳板的立体几何尺寸（见图 4） ，每块球壳板的材质、炉批号、钢板编号及带号都应分别记录在各自的工艺卡上。 常州机电职业技术学院 15 第 15 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 图 球壳板的几何尺寸 示意图 (a) 极带中间板 (b) 极带侧板 (c) 极带围板 (d) 赤道带板 下料前，应逐张核对钢板的炉批号及编号，然后将其标记移植到球壳板的指定位置，并经检查人员检查确认无误后方可下料，同时将检查结果准确记录在工艺卡上。 要求制作过程中的所有工序都必须作好施工记录，包括施工作业时间、作业人员、施工过程中的自检、互检、专检的确认以及施工过程中停止点的见证检验等。 样板的制作 根据设计图纸排板图中球壳板的几何尺寸（图 4）， 对不同尺寸的球壳板分别制作划线样板，该样板 主要用 于 球壳板的检查和球壳板的二次划线号料。 所以要求划线样板的几何尺寸和曲率精度一定要符合设计图纸的要求。 划线样 板采用常州机电职业技术学院 16 第 16 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 厚的镀锌薄钢板制作， 要求有一定的 强度，不易变形。 图 为赤道带划线样板示意图。 其它带板与其做法相似，只是形状、尺寸不同。 把手铆钉 图 5 赤道带 划线样板示意图 图 6 内卡样板示意图 此外，每类球壳板还应各做一套内卡样板，用于检查球壳板的曲率精度。 内卡样板采用 厚的镀锌薄钢板制作，要求有一定的 强度，不易变形，易携带。 内卡样板示意图见图 6。 一次号料与下料 因为球壳为双曲面，是不可能 在平面上精确展开的，所以球壳板一次精确下料困难很大，只能先近似展开，即下荒料，在压制成形后再进行二次切割 [5]。 一次号料时，将所制作的划线样板放在用于制作球壳板的坯料上，在样板轮廓线的基础上，再向外四周分别扩展 150mm,打上下料线。 号料要求沿净尺寸向四周内打检查线，距净尺线距离 50mm（见图 7）。 基准中心线净尺线检查线 图 7 检查线位置示意图 利用小车式直线气割机（半自动切割机）按照钢板毛坯上的下料线进行切割，若条件允许，且所切球壳板尺寸对称，可采用两台半自动 切割机分别沿球壳板两侧同时切割。 一次下料前必须经自检、互检、专检三方确认后才能进行施工，并备有记录。 常州机电职业技术学院 17 第 17 页 共 54 页 勤奋、和谐、求实、进取 球壳板的压形 将 一次切割后 的球壳板用 2020 吨油压机进行压形， 2020 吨油压机的技术参数见表 7。 压形采取 局部 成形的方法（见图 8）， 局部成形属于冷压成形， 坯料每压一次后向前移动一段距离，注意要留有一定的压延重叠面积，以保证曲率均匀一致，要求一次下压量不要太大，应缓慢压至所规定的曲率严禁采用急剧加工成形，在压制过程中，用内 卡 样板检查球壳板，合格后方可下胎。 当球壳板弦长在2020mm 以上时，检查样板弦 长不得小于 2020mm，当球壳板弦长小于 2020mm 时，检查样板的弦长不得小于球壳板的弦长。 样板与球壳板的间隙不得大于 3mm（见图 9），球壳板成形后的实测厚度不得小于。 表 8 2020 吨油压机技术参数 液压系统最高工作压力 快速下行速度 100mm/s 公称压力 2020 吨 加压下行速度 2～ 3mm/s 系统调定工作压力 25MPa 提升速度 80mm/s 图 8 局部成形法示意图 样板弦长 样板 样板样板弦长 图 9 球壳板曲率允许。