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4.加氢反应器制造工艺实例4.1加氢上封头制造工艺实例介绍上封头的总体生产工艺过程（工艺流程）图4-1，工艺流程图原材料检验→喷砂→UT检测→标准移植→气割下料→刨削拼接坡口→预组合并在大型立车上夹紧→车削外圆边缘坡度→在龙门刨床上精加工拼接焊缝坡口→组对焊接（组对时在特制的装有预热装置的场地上进行）预热温度200℃±30℃→检验，包括焊缝的PT，RT检测以及焊缝及热影响区的硬度试验→加热→装焊堆焊焊后热处理最终检测选材，材料检查，材料净化F矫形（图示为拉伸机矫正）F?4075.4展开计算号料与排样切割刨坡口拼焊冲压411027001410开孔及刨坡口冲压→测定成形后球壳各部位实际厚度→焊缝及热影响区内外表面MT→整个球面进行UT→正火+回火（带焊接试板）→试板力学性能试验→在立车上加工人孔开孔与人孔法兰的焊接坡口→检验坡口合格后→与人孔法兰锻件组对→点焊固定（预热）→预热（≥150℃）焊接→UT、MT→硬度检查→直线加速器RT检测（有条件厂家）→组对两个吊耳→局部预热≥150℃→焊接吊耳→焊满后表面打磨→MT、UT→消除应力热处理→UT、MT→硬度检查→球壳内壁打磨光滑呈金属光泽→清洗干净→堆焊不锈钢（如下图）→堆焊人孔衬里过渡层→精加工人孔内圆及人孔密封面镶环槽→组对人孔内圆衬里和密封底镶环→焊接→焊接铁素体检查→焊接表面PT→精加工孔密封面→螺栓孔加工→检验。封头制造的准备钢板的检测和保存表面质量，材料标记化学成份（按炉）分析Cr含量0.80%～1.15%，P≤0.010%，S≤0.010%，(Si%+Mn%)≤1.2%，［H］≤2ppm［O］≤35ppm［N］≤80ppm力学性能（按批）a)常温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）b)高温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）c)夏比冲击试验：（最大模拟焊后热处理）d)冷弯试验：（最小模拟焊后热处理）R180°d=3a（无裂纹）e)金相检验，晶粒度按ASTME112进行≥6级。力容器用钢板材料说明书，在钢板的长度头部或尾部处，在钢板1/2厚度处和离钢板表面1.6mm处取样作上述力学性能试验。材料的净化原材料在轧制以后以及运输和库存期间，表面常产生铁锈和氧化皮，粘上油污和泥土。经过划线、切割成型、焊接等工序后，工件表面会粘上铁渣，产生伤痕，焊缝及近缝区会产生氧化膜。这些污物的存在，讲影响设备制造质量，所以必须净化。在设备制造中净化主要有以下目的：（1）清除焊缝两边缘的油污和铁锈物，以保证焊接质量。（2）为下道工序做准备，即是下道工序的工艺要求。（3）保持设备的耐腐蚀性。常用的净化方法有：手工净化、机械净化、化学净化和火焰净化四种。封头原坯料采用机械净化中的喷砂机除锈。喷砂是大面积去除铁锈和氧化膜的先进方法。它是利用高速喷出的压缩空气流带出来的高速运动的砂粒冲击工件表面而打落铁锈和氧化膜的方法。这种方法主要用于碳素钢和低合金钢的表面除锈。矫形设备制造所用的钢板、型钢、钢管等，在运输和存放过程中，会产生弯曲、波浪变形或者扭曲变形。这些变形直接影响了划线、切割、弯卷和装配等工序的尺寸精度，从而影响了设备的制造质量，有可能造成误差超差而成为废品，所以当材料的变形超过允许范围时必须进行矫正处理。矫正处理的实质是调整弯曲件“中性层”两侧的纤维长度。最后使全部纤维等长。调整过程中，可以中性层为准，使长者缩短，短者伸长，最后达到与中性层等长。如对弯曲的钢板和型钢施以适当的反向弯曲使之矫形。另外一种方法是以长者为主，把其余的纤维都拉长而达到矫形目的的拉伸法矫形。主要用于断面较小的管材和线材，如有色金属管拉直，但要注意其延伸率。常用的矫正方法有手工矫形、机械矫形和火焰加热矫形三种。封头的拼接设计划线划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等、划线工序通常包括对零件的展开计算，号料和打标记等一系列操作。封头的展开计算：由于球形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+2hDo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，由球形封头a：b=1，所以K取1.42由总图可知，Dm=2800+70=2870mmh=0,因此Do=1.42X2870=4075.4mm。所以，内径2800mm半球形封头整体展开尺寸为直径4075.4mm。由15CrMoR钢板标准尺寸的限制以及展开计算可以得知，需要两块块钢板，因此采用拼焊缝技术。号料将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，号料时应注意以下问题：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。查资料知：表6-1，焊缝坡口间隙双U型坡口，0～2㎜取1mm边缘机加工双边余量根据加工长度，查表10㎜切割余量钢板切割加工，查表14㎜焊缝收缩量对接接头双边焊，3～4㎜划线公差保证产品符合国家制造标准，取1㎜但由于此精致反应器的上部球形封头最终下部切削量大，所以不考虑加工余量。所以，实际用料直径=展开尺寸+焊接收缩量+边缘加工余量—焊缝坡=4075.4mm+3mm+24mm-1mm=4103.4mm圆整为4104mm切割下料直径=实际用料直径+切割余量+划线公差=4104mm+5mm+1mm=4110mm排样样板或零件在钢材上如何排列对钢材的利用率影响很大，应尽可能紧凑的排列，充分利用钢板.采用热冲压，毛坯厚度应加上减薄量。减薄量是按该企业经验最大减薄量12%计算，故毛坯厚度选用80mm.查15CrMoR钢板标准尺寸可得80mm厚度的钢板尺寸范围为宽*长2300-2900*9300-12000。选择宽度2700mm钢板，设计排料图见图6-1。411027001410图6-1，排料图打标记划线完成后，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。切割及边缘加工按照所划的切割线从原材料上切割下零件毛坯，该工序称为切割，常用方法有机械切割（锯床、圆盘剪板机等），热切割（氧气切割、等离子切割等）。边缘加工：首先，按照划线切割余量，消除切割时边缘可能产生的加工硬化、裂纹、热影响区及其他切割缺陷；其次，根据图样规定，加工各种形式，尺寸的坡口，通常加工方法有手工加工，机械加工，热切割加工。拼接的焊接设计及焊接工艺编制坡口加工坡口加工的注意事项：（1）坡口工序是一个封头各项数据（包括周长、内总高）达到JB/T4746标准的关键工序。（2）坡口是为了在封头和筒体拼接的时候，使焊接更加彻底。（3）坡口主要的切割工序和下料工序工具一样，都是利用等离子切割。（4）切割时，根据流转卡上的工艺要求，确定坡口的类型（内坡口、外坡口、X型坡口）以及确定坡口的角度。（5）坡口前要对封头涂抹飞溅剂。（6）坡口时先进行试坡，然后量角器量取角度，确定在公差范围内，调整后，进行整坡。坡口的选择及制备由于15CrMoR标准抗拉强度小于450MPa，应经火焰切割的坡口表面。图7-1双U形坡口焊缝结构图按图纸要求，需用刨边机刨纵、环缝坡口。纵缝坡口为双U形坡口，环缝坡口为UX形坡口，见图7-1.焊接技术选择综合考虑钢板厚度，钢板材料等因素，选择埋弧自动焊。焊接材料的选择（1）埋弧焊的焊丝主要有实心焊丝和药芯焊丝两种，生产中主要使用前者。焊丝直径的选取依用途而定，自动埋弧焊一般使用直径为（3-6mm）的焊丝，以发挥埋弧焊大电流和高熔敷率的有优点。表7-1，焊丝直径（mm）1.52.02.54.05.06.0电流范围，A115-500125-600150-600340-1100400-1300600-1600焊丝H08MnA、H08A、广泛用于压力容器等行业，更适用于中、厚板的焊接，三者均属于中锰中硅型焊丝，与中锰、硅的焊剂相匹配，对母材上的锈迹不敏感，焊道成型及脱渣性能优良。其主要参数见表7-2：表7-2，牌号\成分MnCSiSNiCrH08A0.30-0.55≤0.10≤0.03≤0.030≤0.30≤0.20H08MnA0.80-1.10≤0.10≤0.07≤0.030≤0.30≤0.20H10Mn21.50-1.90≤0.12≤0.07≤0.035≤0.30≤0.20（2）焊剂根据生产实习指导书表3-1可选HJ101（3）焊接电源、焊接速度表7-3，焊接电源（A）焊接速度（com/min）电源类型300-500＞100直流600-9003.8-75直流、交流＞120012.5-38交流埋弧焊工艺参数的选择埋弧焊的焊接参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、电流种类、焊丝倾角和伸出长度等。焊接电流一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比。随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。同时，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加。随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。电弧电压电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。但是电弧电压太大时，不仅使熔深变小，产生未焊透，而且会导致焊缝成形差、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。所以在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。焊接速度当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。焊接速度太大会造成未焊透等缺陷。为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。焊丝直径与伸出长度当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。焊丝倾角焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾。倾角的方向和大小不同，电弧对熔池的力和热作用也不同，从而影响焊缝成形。当焊丝后倾一定角度时，由于电弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了预热作用，电弧对熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊缝宽而熔深变浅。反之，焊缝宽度较小而熔深较大，但易使焊缝边缘产生未熔合和咬边，并且使焊缝成形变差。焊条电弧焊工艺参数选择焊条电弧焊电源种类、极性和焊接电流的选择焊条电弧焊采用的电源有交流电源和直流电源两大类，应根据焊条药皮类型和焊条的使用说明来选择焊接电流种类和极性。选择电流时，要考虑焊条直径、药皮类型、焊件厚度、接头类型、焊接位置、焊道层数等因素。一般碳钢焊接结构是根据焊条直径来确定焊接电流.计算经验公式如下：I=Kd表7-4，焊条直径/mm1.62.0-2.53.24.0-6.0K20-2525-3030-4040-50电弧电压的选择电弧电压是由电弧长度所决定的，弧长是指从焊条端部到熔池表面的距离，电弧电压则是影响焊缝宽度的主要因素。焊接速度接速度主要取决于焊条的熔化速度和所要求的焊缝尺寸、装配间隙和焊接位置等，焊接速度对焊缝外观有直接的影响。在厚板焊接时，必须采用多层焊或多层多道焊。在对焊接力学7.5.4、焊接层数的选择性能和致密度要求较高的情况下，要求每层焊道厚度不大于4mm。封头拼焊工艺（1）材料15CrMoR(钢板)（2）焊接位置平焊（3）焊接方法埋弧自动焊（4）焊材焊丝：H08MnMoAΦ4。焊剂：SJ101。焊条（装配、点焊用）：E6015-B3Φ4或Φ5(5)焊接工序焊接坡口干磁粉(MT)检测→预热(预热温度≥200℃)→装配、点焊→窄间隙埋弧自动焊→焊接外坡口(层间温度200~250℃)→后热(200~300℃×2h)→24h后无损检测(100％MT+100％UT+100％RT)。(6)焊接参数焊接电流I=500~550A；焊接电压U=28~30V；焊接速度v=360~400mm/min。冲压成型工