材料成型及控制工程焊接课程设计说明书.doc

中北大学课程设计说明书 第  PAGE 28 页 共  NUMPAGES 28 页 1 前言 本设备按GB6654-1996《钢制焊接容器技术条件》和国家技术监督局《钢制列管式换热器技术条件》进行制造、试验及验收,并同时《遵从压力容器安全监察规程》有关规定。此容器为塔顶冷凝器，属于压力容器，容器类别属于一类,材料为热轧钢：16mn，主要有对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝组成，可以实现自动化焊接生产。塔顶冷凝器主要组成有筒体，法兰，接管，支座等。容器总长 3476m；筒体直径 1000mm；厚度8mm,设计的压力为0.29MPa,壳程及管程设计的温度小于200℃；在容器的制造过程中采用埋弧焊、CO2气体保护焊；焊后要进行射线探伤,加工完后,壳程及管程都以0.39MPa(表压)进行水压试验。 2 焊接生产工艺性分析 2.1 焊接结构工艺性审查 2.1.1 产品技术特性及检验要求 本次设计生产的设备为塔顶冷凝器壳体，属于一类压力容器，筒体直径2490mm，容器总长3647mm，壁厚8mm，生产数量为1台。 由设计图尺寸可知：筒体由三段筒节经对接环焊而成，筒体两端通过埋弧焊焊接接连接标准椭圆形封头各一个，右端封头上的管箱接有两对接管及法兰是冷凝器水的进出口，筒体上接有三对接管，其中三个接管都分别连接一个平焊法兰，筒体上下端的一个是冷凝液的出口，另外两个是气体出口,整个设备采用鞍式支座安装和支撑。 图2-1塔顶冷凝器壳体结构图 筒体与封头采用容器双头螺栓连接，有利于减少环焊缝数量，纵焊缝交错分布，避免了十字交叉，有利于减少焊接应力及变形；封头与接管均采用标准件，减少了劳动量；主要加工手段为焊接，此外还采用冲压、卷弯、机加工等辅助工艺。焊接方法采用埋弧自动焊、手工电弧焊，接头形式为对接、角接，焊缝质量易于保证，焊缝位置分布合理，施焊方便，有利于焊后检验，具有良好的工艺性。 2.1.2 产品技术特性及检验要求 塔顶冷凝器壳体技术特性如表2-1所示： 表2-1塔顶冷凝器壳体技术特性表 设计压力/MPa设计温度/℃介质焊缝系数φ腐蚀裕度/mm换热面接/㎡容器类别管程0.49-200水 12140一类壳程0.49-200甲醇蒸汽2.2 母材的焊接工艺性分析 2.2.1 16mn的特性 16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右，屈服点等于343MPa（强度级别属于343MPa级）。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。 16Mn锻件的化学成分： C ：0.13～0.19 Si ：0.20～0.60 Mn ：1.20～1.60 Cr≤0.30 P≤0.030 S≤0.030 Ni≤0.30 Cu≤0.25 16Mn锻件的力学性能： 公称壁厚≤300 mm 热处理状态：正火，正火+回火 回火温度℃≥600 。 拉伸试验：450～600 MPa，≥275 MPa：≥20% 冲击试验：试验温度0℃; 硬度试验HB：121～178 2.2.2 16mn的焊接性分析 16Mn属于低合金结构钢中的热轧钢，这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，首先来分析一下这类钢的焊接性，焊接性通常变现为两方面的问题：一是焊接引起的各种缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。 (1) 裂纹问题 ① 热裂纹：热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此它们Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出现热裂纹。锰在钢种可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。增大焊缝成形系数，减小母材在焊缝中的熔合比都防止热裂纹的产生。 ② 冷裂纹：钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而刚才的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些，所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。 ③ 再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。 (2) 脆化问题 ① 过热区脆化：热轧钢焊接时近缝区中被加热到100℃以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接