急冷塔制作工藝設(shè)計(jì)

1、急冷塔制作工藝設(shè)計(jì) 專業(yè)： 焊接技術(shù)與工程 班級： 11焊接一班 姓名： 張 桄 遞 摘 要本文介紹壓力容器的制造過程，并且簡述了各主要部件（包括筒體、封頭、接管、支座等）的制造過程。由于急冷塔的內(nèi)直徑較大，筒壁厚較薄，需要采用現(xiàn)場制造。根據(jù)急冷塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該產(chǎn)品主要由Q235A材質(zhì)制造而成，本文將在介紹Q235A壓力容器用鋼材料的焊接性的基礎(chǔ)上，簡述壓力容器（急冷塔）的制作工藝。介紹急冷塔的焊接質(zhì)量保證措施以及焊接變形的防止措施，對同類設(shè)備的制造有著很重要的借鑒意義。本設(shè)計(jì)首先介紹了壓力容器（急冷塔）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且分析了制造本產(chǎn)品所用材料Q235A壓力容器用鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能以及焊接

2、性。然后根據(jù)壓力容器（急冷塔）的結(jié)構(gòu)，制定該壓力容器的焊接工藝和工裝流程。采取合理的制造工藝才能保證設(shè)備順利的完工，并且優(yōu)化焊接工藝，可以提高焊接質(zhì)量。關(guān)鍵詞：壓力容器（急冷塔）、Q235A、焊接性、結(jié)構(gòu)、焊接、檢驗(yàn)、組裝。AbstractThis article describes the manufacturing process of the pressure vessel, and outlined the major components (including cylinder, head, over, mount, etc.) manufacturing process. Due

3、to the large inner diameter of the quench tower, the wall thickness of thin, need on-site fabrication. According to the characteristics of the quench tower, the products are mainly made of Q235A material from, this article will introduce the weldability of base material Q235A pressure vessel steel,

4、the brief pressure vessel (quench tower) of the production process. Introduction quench tower welding quality assurance measures and measures to prevent welding deformation, similar equipment manufacturing has a very important reference.This design introduces the pressure vessel (quench tower) struc

5、tural design and analysis of the manufacturing of the products used by the chemical composition, mechanical properties and the welding material Q235A steel pressure vessel. Then according to the pressure vessel (quench tower) structure, the development process of the welding process and tooling pres

6、sure vessel. Take reasonable manufacturing process to ensure the successful completion equipment, and optimize the welding process, welding quality can be improved.Key words:Pressure vessel (quench tower), Q235A, weldability, structure, welding, inspection, assembly.引 言壓力容器是容器中其中的一種，為了與一般容器(常壓容器)相區(qū)別

7、，只有同時(shí)滿足下列三個條件的容器，才稱之為壓力容器：（1）工作壓力大于或者等于0.1Mpa(工作壓力是指壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能達(dá)到的最高壓力（表壓力）); （不含液體靜壓力） （2）內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m。且容積（V）大于等于0.025立方米，工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa-L(容積，是指壓力容器的幾何容積）; （3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于或者等于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體.壓力容器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開機(jī)械、冶金、石油化工、電腦信息、經(jīng)濟(jì)管理和安全防護(hù)等諸多工程技術(shù)的改革創(chuàng)新，或者說它是在多項(xiàng)新材料、新技術(shù)、新工藝綜合開發(fā)的基

8、礎(chǔ)上發(fā)展的工業(yè)產(chǎn)品。在科學(xué)技術(shù)不斷提高的今天，壓力容器行業(yè)的發(fā)展當(dāng)然也離不開先進(jìn)技術(shù)的使用。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，承壓設(shè)備法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的國際化趨勢也已經(jīng)越來越明顯。10年來，國內(nèi)外鍋爐、壓力容器和管道的焊接技術(shù)取得了引人注目的新發(fā)展。隨著鍋爐、壓力容器和管道工作參數(shù)的大幅度提高及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對焊接技術(shù)提出了愈來愈高的要求。所選用的焊接方法、焊接工藝、焊接材料和焊接設(shè)備首先應(yīng)保證焊接接頭的高質(zhì)量，同時(shí)必須滿足高效、低耗、低污染的要求。因此，在這一領(lǐng)域內(nèi)，焊接工作者始終面臨復(fù)雜而艱巨的技術(shù)難題，要求不斷尋求最佳的解決方案。通過不懈的努力已在許多關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到成

9、功的應(yīng)用，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，使鍋爐、壓力容器和管道的焊接技術(shù)達(dá)到了新的發(fā)展水平。通過對急冷塔焊接工藝的設(shè)計(jì)，有著非常重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。首先，在寫開題報(bào)告時(shí)，對設(shè)計(jì)急冷塔的結(jié)構(gòu)、材料的選取以及母材的分析等有概括性的認(rèn)知。其次，在板材的焊接工藝評定中，我們擬定焊接方法，進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)前試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而編寫焊接工藝規(guī)程。最后，根據(jù)編寫的焊接工藝規(guī)程，指導(dǎo)生產(chǎn)，并將焊接工藝規(guī)程作為生產(chǎn)過程中的指導(dǎo)性文件。1 壓力容器的制作工藝設(shè)計(jì)1.1 壓力容器簡介本次設(shè)計(jì)的為總長6720mm、筒體直徑1500mm、筒體厚度為12mm、設(shè)計(jì)壓力為0.3 MPa的壓力容器。本次設(shè)計(jì)的壓力容器主

10、要用于急冷塔的使用，急冷塔廣泛應(yīng)用于各種化工、電工電子、銅鋅冶煉、工業(yè)生產(chǎn)等多種領(lǐng)域的降溫、除塵、氣體吸收、凈化工藝，采用專利霧化器進(jìn)行液體霧化，使汽液完全飽和接觸。此種塔處理的主要有害氣體為窯爐高溫?zé)煔庖约捌渌邷馗g氣體，我國急冷塔發(fā)展行業(yè)在未來一段時(shí)期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長，該行業(yè)直接關(guān)系到我國工業(yè)化發(fā)展的規(guī)模和速度，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到了舉足輕重的作用。目前我國普遍采用常溫壓力容器一般有兩種形式: 球形貯罐和圓筒形貯罐。球形貯罐和圓筒形貯罐相比: 前者具有投資少, 金屬耗量少, 占地面積少等優(yōu)點(diǎn), 但加工制造及安裝復(fù)雜, 焊接工作量大, 故安裝費(fèi)用較高。一般貯存總量大于500或單罐容積大于200

11、時(shí)選用球形貯罐比較經(jīng)濟(jì); 而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡單, 安裝費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn), 但金屬耗量大占地面積大, 所以在總貯量小于500, 單罐容積小于100時(shí)選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。圓筒形貯罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。1.1.1 結(jié)構(gòu)形式 壓力容器的結(jié)構(gòu)見圖1-1壓力容器的主要組成部分是筒體，主要組成材料為Q235A，由于本次設(shè)計(jì)的罐體直徑為1500mm，容器長度達(dá)到了6720mm，因此需要用鋼板卷制后再焊接形成。圖1-1 結(jié)構(gòu)示意圖 封頭 根據(jù)圖紙以及封頭的分類（凸形封頭、錐形封頭、和平蓋封頭），該罐體的封頭屬于凸形封頭中的橢圓形封頭。 法蘭 根據(jù)法蘭的分類（管法蘭和容器法蘭）得知該結(jié)構(gòu)的法

12、蘭結(jié)構(gòu)屬于容器法蘭。法蘭與法蘭之間一般加密封元件，并且用螺栓連接起來。 開孔 為了工藝要求和檢修時(shí)的需要，用來檢查容器內(nèi)部并用來裝拆和洗滌容器內(nèi)部裝置常需要開人孔或是手孔。該處的強(qiáng)度被消弱，應(yīng)該給予補(bǔ)償。 接管 同人孔一樣，接管也是壓力容器不可缺少的結(jié)構(gòu)，便于物料的進(jìn)出，以及安裝壓力表、液位計(jì)、流量計(jì)和安全閥等接管的開孔。 支座 壓力容器依靠支座并固定在基礎(chǔ)上。該容器采用的是立式容器支座和臥式容器支座中的臥式容器支座。1.1.2 主要參數(shù)壓力容器（急冷塔）主要參數(shù)見表1-1，表1-1 壓力容器（急冷塔）主要參數(shù)名稱材料（尺寸）容器總長（mm）6720筒體直徑（mm）1500筒體材料Q235A筒

13、體厚度（mm）12支座長度（mm）2207設(shè)計(jì)壓力（MPa）0.31.2 產(chǎn)品制作相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1.2.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GB150-2011 鋼制壓力容器JB/T4708-2008 鋼制壓力容器焊接工藝評定JB4730-2005 壓力容器無損檢測JB4700 鋼制壓力容器焊接工藝評定1.3 母材性能分析本設(shè)計(jì)產(chǎn)品選用的母材是Q235A，它是一種專門制造壓力容器的低碳鋼，在國內(nèi)應(yīng)用相當(dāng)廣泛。它有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能和加工性能，是一種十分成熟的鋼種。Q235-A的含碳量(0.25%)低，其它合金元素含量也較少，在通常情況下不會因焊接而引起嚴(yán)重的硬化組織或淬火組織，因而適用于各種焊接方法進(jìn)行焊接，一

14、般而言不需要采用特殊的焊接工藝措施即可得到優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。這種鋼材的塑性和沖擊性優(yōu)良,焊接接頭的塑性也很好，在焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱，控制層間溫度和后熱，焊后也可不用熱處理改善組織。在焊接Q235-A鋼時(shí)，應(yīng)著重注意防止結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力和不均衡的熱應(yīng)力所引起的裂紋。 用電弧焊焊接低碳鋼時(shí)，為了焊縫金屬的塑性、韌性和抗裂性能，通常都是使焊縫金屬的碳含量低于母材，依靠提高焊縫中的硅、錳含量和電弧焊所具有較高的冷卻速度來達(dá)到與母材等強(qiáng)度。因此，焊縫金屬會隨著冷卻速度的增加，其強(qiáng)度會提高，而塑性和韌性會下降。為了防止過快的冷卻速度，當(dāng)厚板單層角焊縫時(shí)，其焊角尺寸不宜過?。欢鄬雍笗r(shí)，應(yīng)盡量連續(xù)施焊；焊補(bǔ)表面缺

15、陷時(shí)，焊縫應(yīng)具有一定的尺寸，焊縫長度不得過短，必要時(shí)應(yīng)采用100150的局部預(yù)熱。某些焊接方法熱源不集中或線能量過大，如氣焊和電渣焊等，引起焊接熱影響區(qū)的晶粒區(qū)晶粒更加粗大，從而降低接頭的沖擊韌性，因此，重要結(jié)構(gòu)焊后往往要進(jìn)行正火處理。 Q235A是低碳鋼。Q235A含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、窗鋼等型鋼，中厚板鋼，大量用建筑及工程結(jié)構(gòu)，用以制作鋼筋或建造廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋爐、容器、船舶等，也大量用作對性能要求不太高的機(jī)械零件。Q235A鋼有良好的熱加工性能，一般在熱軋狀態(tài)下使用

16、，正火溫度900930，除應(yīng)力回火溫度為580680，其韌性和塑性較好，合金元素含量較少，是焊接性良好的鋼種。表2 Q235A的化學(xué)成分（GB/T 700-2006）牌號質(zhì)量等級化學(xué)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）CSiMnPSQ235A無0.200.351.400.0450.045表3 Q235的力學(xué)性能（GB/T 700-2006） 牌 號質(zhì) 量 等 級b/MPab/MPa5/%厚度（直徑，邊長）/mm161640406060100Q235A無235225215215370-500231.4 焊接性分析：整個焊接過程不需要采取特殊的工藝措施，如不需要預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采取熱處理改善接頭熱影

17、響區(qū)和焊縫組織，采用通常的焊接方法焊接后，接頭中不會產(chǎn)生淬硬組織或冷裂紋。當(dāng)母材成分中碳含量偏高或在低溫下焊接大剛性結(jié)構(gòu)時(shí)，可能產(chǎn)生冷裂紋，這是應(yīng)采用預(yù)熱或采用低氫型焊條等措施。低碳鋼電弧焊焊縫通常具有較高的抗熱裂紋能力，但當(dāng)母材含碳量接近上限（0.25%），在接頭焊縫具有窄而深的形狀時(shí)，焊縫最易產(chǎn)生熱裂紋。低碳鋼因C、Mn、Si含量少，正常情況下焊接時(shí)，整個焊接過程不需要采取特殊的工藝措施，如不需要預(yù)熱、控制層（道）間溫度和后熱，焊后也不采取熱處理改善接頭熱影響區(qū)和焊縫組織，其焊接熱影響區(qū)不會因焊接而引起嚴(yán)重的硬化組織或淬火組織。此時(shí)，鋼材的塑性和沖擊韌度優(yōu)良，焊接接頭的塑性和沖擊韌度也很好

18、，接頭產(chǎn)生裂紋的可能性小，其焊接性優(yōu)良。碳當(dāng)量分析：=0.433%碳當(dāng)量小于0.4%時(shí)，焊接性良好；在0.40.6%時(shí)，焊接性差，焊接時(shí)需要預(yù)熱并采取其他措施防止裂紋；大于0.6的話，焊接時(shí)需要較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施了。焊縫沖擊性能與焊接材料的選擇密切相關(guān)。一般情況下，酸性焊條所焊焊縫金屬的焊接性能低。若選用酸性焊條焊接的焊縫金屬的焊接性能達(dá)不到要求，可改用同強(qiáng)度級別的堿性焊條。堿性焊條所焊焊縫金屬仍達(dá)不到要求，可改用其他焊接方法，如氬弧焊。焊接接頭的強(qiáng)度過低，與焊縫金屬強(qiáng)度過低或焊接熱影響區(qū)的軟化有關(guān)。焊縫金屬強(qiáng)度過低，或因選擇的熔敷金屬的關(guān)系，或熔敷金屬強(qiáng)度能達(dá)到要求，但熔敷金屬的

19、合金元素因參與熔滴、熔池的脫氧冶金過程，參與脫氧的合金元素越多，將減少最后焊縫金屬中的合金元素的量，由可能造成焊縫金屬的強(qiáng)度降低。對于熱軋或正火狀態(tài)的低碳鋼，一般不會因焊接造成熱影響區(qū)強(qiáng)度下降。反過來，若選用的焊接材料的熔敷金屬強(qiáng)度過高，盡管強(qiáng)度過高，但會帶來接頭其他性能問題，如塑性低，疲勞壽命降低等。對于低碳鋼，鋼板的厚度增加時(shí)，焊接性也會發(fā)生變化。一方面，在鋼廠生產(chǎn)厚板時(shí)，因連鑄或模鑄坯厚度規(guī)格有限，導(dǎo)致生產(chǎn)不同厚度鋼板的壓縮比差異過大。在壓縮比變化過大時(shí)，會造成鋼板表面至心部性能差異過大，尤其是沖擊性能和塑性。由于鋼板的性能檢驗(yàn)時(shí)，通常在鋼板厚度1/4處取樣，而通常不檢驗(yàn)鋼板1/2處性能

20、。這樣，對鋼板性能合格的厚鋼板，因焊接時(shí)，心部與其他部位的性能差別太大，而導(dǎo)致彎曲性能不合格。嚴(yán)重時(shí)，因心部組織的致密度不夠，在厚度方向上施加應(yīng)力過大或產(chǎn)生的焊接應(yīng)力作用下，甚至?xí)纬梢蚪M織致密度不足，沖擊吸收功低而產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。這種撕裂現(xiàn)象與通常的不用偏析帶存在硫化物或氧化物造成的層狀撕裂不同。因此對于低碳鋼厚板，尤其是特厚板因關(guān)注其鋼材心部性能及其與其他部位的性能差異。焊縫中產(chǎn)生熱裂紋的原因和情況。從成分上看，低碳鋼焊縫產(chǎn)生熱裂紋原因主要是所用焊接材料的熔敷金屬的S、P含量偏高，或熔敷金屬S、P含量達(dá)到要求，但低碳鋼母材的S、P含量平均偏高，或存在局部偏聚。對于前者，應(yīng)選用熔敷金屬的S、P

21、平均含量低的焊接材料，對于后者，應(yīng)停止使用。低碳鋼焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，應(yīng)從焊接熱影響區(qū)淬硬組織、接頭拘束度和焊縫中的含氫量等角度分析，并采用相應(yīng)的措施防護(hù)和解決。低碳鋼焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)熱裂紋情況主要是與母材中局部存在S、P偏聚及其與氧化物形成低熔點(diǎn)的復(fù)合相有關(guān)。2.1產(chǎn)品制作工藝流程圖2.1.1內(nèi)筒筒節(jié)制作工藝流程圖圖2 內(nèi)筒筒節(jié)制作工藝流程圖2.1.2夾套筒節(jié)制作工藝流程圖夾套部分分為上夾套、下夾套和夾套封頭，其中上、下夾套的工藝相同如圖3所示。圖3 夾套筒節(jié)制作工藝流程圖2.1.3封頭制作工藝流程圖本設(shè)計(jì)中有兩個封頭，內(nèi)筒封頭和夾套封頭，它們的制作工藝是相同的，如圖4所示。圖4 封頭制

22、作工藝流程圖2.1.4上下封頭的組對焊接 封頭根據(jù)外協(xié)廠家提供的下料圖進(jìn)行下料，頂蓋在拼縫焊接完畢之后與瓜瓣一起運(yùn)到外協(xié)廠家進(jìn)行成型。由于上下封頭的直徑較大，封頭的拼接和組隊(duì)結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。 圖5 上下封頭的拼接和組裝示意圖 這種封頭組對是多靠支持鋼結(jié)構(gòu)來支撐，通過調(diào)整支撐鋼結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)支撐塊位置調(diào)整封頭瓣片的位置，在多次調(diào)整后可以使封頭滿足設(shè)計(jì)要求。封頭頂蓋在拼接完成后再進(jìn)行成型，因此即使拼接成型后有一定的變形，在壓制過程中也能滿足要求。下端采用瓜瓣成型之后進(jìn)行組對焊接。由于焊接時(shí)不再清根，為了減少焊接變形，封頭所有拼接焊縫坡口如圖6所示。 圖6 封頭拼縫坡口示意圖2.2筒體制作工藝2.2

23、.1 鋼板復(fù)檢鋼板在進(jìn)行加工之前要對其進(jìn)行復(fù)檢，所謂的復(fù)檢就是對鋼板進(jìn)行必要的化學(xué)成分、各種力學(xué)性能、內(nèi)部和表面缺陷及外觀尺寸的檢查。鋼板進(jìn)廠后，要對其附帶的料單進(jìn)行驗(yàn)收。需要查驗(yàn)料單上列出的鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上還要對鋼板進(jìn)行抽樣來做化學(xué)成分和力學(xué)性能的檢驗(yàn)（如拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等等）。待復(fù)檢合格后，才能對其進(jìn)行加工。對于試驗(yàn)所得出的結(jié)論與料單不符的鋼板，要進(jìn)行返貨。2.2.2鋼材預(yù)處理(1)鋼材矯正的原理與目的鋼材在搬運(yùn)和貯存中難免會產(chǎn)生凹凸不平、彎曲、扭曲等變形現(xiàn)象。這種變形如果不予矯正，就會妨礙到后續(xù)的劃線、下料和切割工作的正常運(yùn)行，也影響下料的幾何尺寸精度和裝配焊接的質(zhì)量。為此在焊接結(jié)構(gòu)制造之前，必須對鋼材進(jìn)行矯正，卷筒鋼板在開卷后必須經(jīng)過矯平才能使用。矯正的基本原理是鋼板在外力作用