1、目 錄引 言31 產品介紹51.1 GWV臥式熱交換器結構51.2 GWV臥式熱交換器的制作工藝流程61.3 材料焊接性分析62 焊接工藝設計112.1 焊前準備112.2 封頭的制作182.3 裝配與焊接212.4 檢驗272.5 涂飾303 工裝卡具設計313.1工裝卡具概述313.2 手動拉緊式夾緊器33致 謝35參考文獻36摘 要本設計的主要內容為GWV臥式熱交換器的制作工藝及工裝設計。根據壓力容器的分類標準，此貯罐屬于類容器，其制造、檢驗和驗收符合GB15098之規定。本文在討論16MnR焊接性的基礎上，詳細制定了熱交換器的制作工藝并設計了工裝夾具手動拉緊式夾緊器。16MnR鋼是制造

2、壓力容器的專用鋼。16MnR的硫、磷和碳含量低，抗拉強度、延伸率、沖擊韌性高。因此，16MnR的力學性能和工藝性能良好，焊接性優良，一般不會因焊接而出現嚴重的硬化組織或淬硬組織，除環境溫度很低或鋼板厚度很大時，冷裂紋傾向較大以外，不易產生其它種類的裂紋。產品制作工藝說明書中，簡要分析了GWV臥式熱交換器的構成、各部分的材料及力學性能和制作使用要求；詳細論述了該容器的裝配焊接工藝；對產品易出質量問題的環節進行了分析說明，并提出了一定的解決方案。結合本產品的技術要求，采用無損探傷和水壓試驗進行檢驗。最后，為了防止產品生銹需對產品進行涂飾。說明書中還對GWV臥式熱交換器容器生產制作過程中所用的工裝夾

3、具手動拉緊式夾緊器進行了設計。對手動拉緊式夾緊器的功能、用途、結構也進行了扼要的說明。關鍵詞：壓力容器；熱交換器；焊接工藝；工裝卡具AbstractThe paper mainly discusses the fabrication process and equipment design of the GWV horizontal heat exchanger. According to the standard for classification of the pressure vessel, the tank is called the class III type, and the

4、process of manufacture, test and acceptance all agree with the regulation of GB150-98. This article, on the basis of a mature discussion of the weldability of 16MnR, formulates the manufacturing technology of the nitrogen tank body in detail, and designs the compact assembly technology clamp pulled

5、by single hand. 16MnR is used as the special-purpose steel for the manufacture of pressure vessels. The low content of the sulphur, phosphor and carbon, great tensile strength, good extensibility and strong toughness are all characteristics of 16MnR. Therefore, 16MnR has favorable mechanical and pro

6、cessing property, excellent weldability; normally, it is hard to find severe hardened structures or quenched structures when welding, except that it is very likely to come out large cold cracks caused by low ambient temperature or the thick steel plate; otherwise, hardly can it produce other kind of

7、 cracks.The instruction to the workmanship analyzes not only the constitution, the request of making and employing of the GWV horizontal heat exchanger, but also the material and the mechanical properties of each part, the thesis describes the assembly welding procedure of the tank detailedly; the t

8、rouble-spot in links are analyzed and some advisable solutions are proposed. In terms of the practical technical requirement of this product, the non-destructive inspection and hydraulic test are adopted as test methods. Finally, finishing the product in order to avoid being rusty. The instruction a

9、lso devises the compact assembly technology clamp pulled by single hand which is used in the process of making GWV horizontal heat exchanger. Furthermore, it also introduces the function, application and structure of the manual compact clamp briefly. Key word:Key words: heat exchanger; welding techn

10、ology; assemblage fixture.引 言所謂容器是指用于儲存氣體、液化氣體、液體和固體原料、中間產品或成品的設備。壓力容器是容器的一種，是指最高工作壓力P 0.1MPa，容積V 25L，工作介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標準沸點液體的容器。它廣泛地用于化工、煉油、機械、動力、輕工、紡織、冶金、核能及運輸等工業部門，是生產過程中必不可少的設備。壓力容器的制造涉及到機械加工、壓力加工、焊接、熱處理和無損檢測等各方面，但其中對壓力容器制造工藝技術進步影響最大的是焊接。近年來，壓力容器制造業在裝備投資中，焊接設備的比例占了40%以上。正由于這些先進高效焊接設備及工藝的采

11、用，使壓力容器制造技術有了更大的提高和發展。就具體的壓力容器焊接而言，焊條電弧焊的比例已逐步縮小，而埋弧自動焊、氬弧焊、CO2氣體保護焊等先進的焊接技術已經得到廣泛應用；帶極堆焊、窄間隙埋弧焊和藥芯焊絲氣體保護焊等高效率的焊接方法設備已成為一些大型壓力容器廠必備的焊接設備；小管徑內壁堆焊、管子-管板自動旋轉氬弧焊、馬鞍形接管自動焊等一系列新型焊機也在不少工廠中得到了應用。這對于穩定地提高壓力容器焊接質量，提高壓力容器制造工藝水平，無疑將起到很大推動作用。20世紀60年代，我國壓力容器制造業雖然已經形成規模生產，但用材上看，品種單一，只有普通碳素鋼一種，到了60年代末開始積極推廣16Mn為主的普

12、通低合金鋼來制造壓力容器，直到70年代末，隨著國外先進技術的引進，我國在壓力容器用鋼上才開始步入一個新階段，從低合金結構鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼、不銹鋼，發展到低溫鋼、高強度鋼和特殊合金。壓力容器用材品種越來越多，所要求的鋼材品質越來越嚴。本論文將焊接技術和GWV臥式熱交換器制造相結合，根據其特點制定了全套的、合理的制造工藝。1 產品介紹1.1 GWV臥式熱交換器結構本次設計為GWV臥式熱交換器由筒體、封頭、法蘭、接管及支座組成。結構圖見圖1。 圖1 GWV臥式熱交換器結構簡圖1封頭 2筒體 3 接管 4法蘭 5支座 筒體 筒體是壓力容器最主要的組成部分，由它構成儲存物料所需要的大部分壓力空間。筒

13、體一般用鋼板卷制或壓制（壓成兩塊半圓或數塊弧形板），由于本次設計的筒體直徑較小，所以用鋼板卷制可以完成。 封頭 根據幾何形狀的不同，壓力容器封頭可分為凸形封頭、錐形封頭和平蓋封頭三種，其中凸形封頭使用最多。凸形封頭包括球形封頭和橢圓形封頭。本次設計為橢圓形封頭。 法蘭 按其所連接的部分分為管法蘭和容器法蘭。用于管邊接和密封的法蘭叫管法蘭；用于容器頂蓋與筒體連接的法蘭叫容器法蘭。法蘭與法蘭之間一般加密封元件，并用螺栓連接起來。 接管與開孔 由于工藝要求和檢修時的需要，常在筒體和封頭上開設各種孔或安裝接管，如人孔、物料進出接管、流量計等接管開孔。筒體與封頭開設孔后，開孔部位的強度被削弱，一般應進行

14、補強。 支座 壓力容器靠支座支承并固定在基礎上。支座主要有鞍式支座、耳式支座等。本次設計為鞍式支座。為了保證采氣安全性，往往對支座中的對接焊縫要進行局部甚至全部的射線檢測或超聲波檢測。上述五部分即構成一臺壓力容器的外殼1。1.2 GWV臥式熱交換器的制作工藝流程GWV臥式熱交換器的制作工藝流程見圖2。圖2 GWV臥式熱交換器的工藝流程圖1.3 材料焊接性分析本產品所采用的材質是16MnR，其特點是焊縫熱影響區具有不同程度的淬硬傾向，焊縫和熱影響區對冷裂紋都比較敏感。電弧焊時，各種冷卻速度下都可能在熱影響區形成馬氏體組織，鋼中碳和合金元素的含量愈高，熱影響區的淬硬傾向就愈大，同時金相組織中的馬氏

15、體組織的比例就愈高。因此，在擬定其焊接工藝時，應以防止接頭各區馬氏體組織和冷裂紋形成及防止熱影響區淬硬變脆為基本出發點。16MnR鋼，焊接性良好，板厚34mm以下，焊前不需預熱，焊后也不必進行熱處理。自動埋弧焊時，由于焊接線能量較大，焊接區冷卻速度較慢，焊前不必預熱。本產品板厚為24mm，所以焊前不需預熱，但此次設計為III類壓力容器，故焊后必須要進行熱處理。16MnR的焊條電弧焊應采用低氫型焊條E5015。選擇埋弧自動焊焊接材料時，應考慮坡口的形式，板厚和受壓部件的熱處理工藝。對于不開坡口的對接接頭，由于母材的熔合比比較高，在焊后不進行熱處理的場合，可選用合金量較低的H08MnA焊絲配HJ4

16、31焊劑。對于板厚超過30mm開坡口的對接接頭，應采用H10Mn2焊絲配HJ431焊劑，對于焊后需作長時間消除應力處理的厚壁容器，應采用H08MnMo焊絲配HJ530焊劑。根據本產品的特點，所選用的焊條為E5015，焊絲和焊劑分別為H08MnA和HJ431。16MnR的化學成分和力學性能見表1和表2。表1 16MnR化學成分鋼 種技術標準C（%）Si（%）Mn（%）P（%）S（%）16MnRGB6654-960.200.200.551.201.600.0300.020表2 16MnR 力學性能鋼種技術標準規格(mm)拉伸試驗沖擊試驗冷彎試驗抗拉強度(MP)屈服強度(MP)伸長率5(%)溫度()

17、Akv（橫向）(J)=218016MnRGB665461651064034521031=21636490620325=3焊接裂紋 焊接裂紋的危害性焊接裂紋不僅給生產帶來很多困難而且可能帶來災難性的事故，據統計，世界上焊接結構所出現的各種事故中，除少數是由于設計不當。選材不合理和運行操作上的問題之外，絕大多數是由于裂紋而引起的脆性破壞。因此，焊接結構的裂紋防治問題必須設計施工人員的重視。 焊接結構中易產生的裂紋 熱裂紋熱裂紋是在焊接時高溫下產生的,故稱熱裂紋，它的特征是沿原奧氏體晶界開裂，根據所焊金屬的結構不同（低合金高強鋼，不銹鋼，鑄鐵，鋁合金和某些特種金屬等），產生熱裂紋的形態,溫度區間和主

18、要原因各有不同。因此,就目前的認識水平，又把熱裂紋分為結晶裂紋，液化裂紋，和多裂紋等三類。 再熱裂紋厚板焊接結構，并采用含有某些沉淀強化合金元素的鋼材，在進行消除應力熱處理或在一定溫度下服役的過程中，在焊接熱影響區粗晶部位發生的裂紋稱為再熱裂紋。 冷裂紋冷裂紋是焊接生產中較為普遍的一種裂紋，它是焊后冷到較低溫度下產生的，根據被焊鋼種和結構的不同，準裂紋也有不同的類別，大致可分為以下三類：延遲裂紋，淬硬脆化裂紋，低塑性脆化裂紋。 母材焊接性分析焊縫中的熱裂紋從熱軋正火鋼的成分看，一般含碳量都較低,而含量Mn都較高。因此，它們的Mn/S比都能達到要求，具有良好的抗熱裂性能，正常情況下不會出現熱裂紋

19、。但當材料成分不合格，或因嚴重偏析使局部C、S含量偏高時，Mn/S就可能低于要求而出現熱裂紋。如果16MnR鋼板，碳有嚴重偏析，鋼板各部分的含碳量相差很大，從0.160.245，因此在焊角焊縫時出現在大量的熱裂紋。在這種情況下，就要從工藝上設法減少熔合化，在焊接材料上采用低碳焊絲H03MnTi和含SiO2，較低的焊劑(含SiO2 30.28, MnO33.43)，以此降低焊縫中的含碳量提高焊縫中的含錳量，解決了熱裂紋的問題。冷裂紋 16MnR鋼的含碳量雖然并不高，但含有少量的合金元素，因此，16MnR鋼的淬硬傾向必然比低碳鋼的大一些。16MnR在連續冷卻時，珠光體轉變區間變窄，使快冷過程中鐵素

20、體析出后剩下富碳奧氏體來不急轉變為珠光體，最后轉變為含碳量較高的貝氏體和馬氏體，并且得到全部馬氏體的臨界冷卻速度比低碳鋼時要小。顯然16MnR的淬硬傾向要比低碳鋼大。冷裂紋是焊接16MnR鋼時的一個主要問題。從材料本身考慮，淬硬組織是引起冷裂紋的決定性因素。因此，焊接時能否形成對氫致裂紋敏感的淬硬組織是評定材料焊接性的一重要指標。16MnR鋼在連續冷卻時，珠光體轉變右移較多，使快冷過程中，鐵素體析出后剩下的富碳奧氏體來不及轉變為珠光體，最后轉變為含碳較高的貝氏體和馬氏體，并得到全部馬氏體的臨界冷卻速度較低碳鋼時要小，顯然16MnR的淬硬傾向比低碳鋼的大。焊條電弧焊16MnR鋼時，過熱區會出現少

21、量鐵素體，貝氏體和大量馬氏體。再熱裂紋16MnR鋼在焊后消除應力處理時不會產生再熱裂紋。從鋼的化學成分考慮，在C-Mn的熱軋鋼中由于不含碳化物形成元素，對再熱裂紋不敏感，因此16MnR鋼在焊后消除應力處理時不會產生再熱裂紋。脆化16MnR鋼不存在產生難溶質點的脆化原因，產生脆化的主要原因是晶粒粗大，以及因冷速過快而在過熱區形成粗大馬氏體和貝氏體混合組織。16MnR鋼主要靠合金元素的固溶強化來保證其具有良好的力學性能，因為在熱軋狀態下使用，所以脆化問題不是很嚴重，16MnR焊后經600、保溫1小時的高溫回火處理后，韌性有了很大恢復，因此消除應力回火處理可防止脆化2。2 焊接工藝設計2.1 焊前準

22、備2.1.1 鋼板檢驗材料到貨后，首先根據材料采購說明書的要求進行規格、數量和包裝狀況的檢查，然后按不同爐批號，不同規格的板材、管材、鍛件各抽查1件，進行必要的化學成分復檢，還要進行力學性能復檢，包括拉伸試驗，彎曲試驗，脆性試驗，斷裂試驗等。2.1.2 矯平鋼材在軋制、運輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支撐不當或裝卸條件不良及其他原因，會產生彎曲、扭曲、翹曲、波浪變形及表面不平等變形。當這些變形超過一定程度時，會給尺寸的度量、劃線、剪切及其他加工帶來困難，而且會影響到成形零件的尺寸和形狀的精度，進而會影響到裝配焊接和整個產品的質量，因此，需要在彎曲成形前對鋼板矯平。鋼板的矯平，一般情況下都是采

23、用多輥板材矯平機進行機械矯平的，但特殊情況，如對于厚板，小塊板料的矯平，也可采用三輥卷板機和各種壓力機來代替多輥板材矯平機矯平，少數情況也有時采用人工矯平。多輥矯平機截面圖如圖3所示：圖3 多輥矯平機截面圖本設計選用國產4200mm 9輥式中厚板矯直機，其技術參數見表3。表3 4200mm 9輥式中厚板矯直機技術參數設備參數厚度（mm）寬度（mm）長度（mm）溫度()屈服極限（t）矯直速度(m/s)輥數輥距（mm）輥徑輥長（有效長）（mm）上橫梁開口度（mm）支承輥列數輥數(個)傳動比（i）主電動機（kw）84015004000400018000600800181470.30.89360320

24、420024014221252.1.3 鋼材的表面預處理為了避免鋼材表面的油污、銹蝕和氧化皮等影響產品的制造質量，應該在進行材料劃線、下料之前進行表面預處理。 鋼材表面的預處理對于提高產品質量、延長產品的壽命、減少環境污染具有重要的意義。本設計選用機械法中的噴丸處理。選用的噴丸設備是GYX-NM型鋼材預處理裝置，它既可以用于鋼板、型鋼的表面處理，也可用于結構部件的表面處理3。2.1.4 劃線、號料劃線和號料就是根據施工圖樣及工藝上的要求，正確地確定一個欲加工零件的配料尺寸和形狀，并用劃線的方法在鋼材上號料，同時標注上必要的加工符號及其他必要內容，用以指導以后各道工序的加工。它直接決定著零件的尺

25、寸和幾何形狀的精度，而且對以后的裝配和焊接工序也有很大的影響?？傮w來看，劃線和號料大致可以分為以下三部分操作內容和步驟：放樣展開、制作樣桿樣板、在鋼材上進行號料。應注意的是，放樣展開最后獲得的尺寸是零件的設計尺寸或者說是零件加工后應得的尺寸，而樣板是用來號料的，其外部尺寸應該是零件加工前坯料尺寸，這兩者是不一樣的。因此，下料時每邊需預留出修邊余量約30mm。零件的坯料尺寸是由零件展開尺寸、工藝余量和加工余量三部分組成的。內筒筒體的展開計算（即以筒節的平均直徑為基準）：L=DmL=（Di+S）L (1-1)通常L=（0.100.12）DmS/Di式中：L -筒節展開長，mm； Dm -筒節平均直

26、徑，mm； Di -筒節內徑，mm； S -板厚，mm； L-鋼板伸長量，mm； P -設計壓力，MPa；根據上面的公式計算，得出下料尺寸，由于要考慮刨邊和余量，把筒節分為3節，故選擇制作筒節的板材為：5580150024二塊5580130024一塊各筒節展開毛坯尺寸如圖4所示 圖4 筒節展開圖2.1.5 下料選用半自動氧乙炔切割機進行下料。半自動切割適用于低碳鋼板進行直線，弧形或圓形工件的氣割，以及焊接V形坡口的氣割。小車式半自動切割機主要技術參數見表4。表 4 小車式半自動切割機主要技術參數名稱氣割機型號G1-100A切割范圍厚度mm10100直徑50150切割速度mm/s50650使用割

27、嘴號數1，2，3割嘴調節范圍垂直mm150水平200外形尺寸（長寬高）mm420440310用途可做直線，圓形和V形坡口切割采用火焰切割方法制備坡口，是目前壓力容器行業廣泛使用的最為經濟的手段。2.1.6 邊緣加工所謂邊緣加工是將工件的邊緣或端面加工成符合工藝要求的形狀和尺寸精度的加工工序。對下料后的零件進行邊緣加工，主要是為了：消除前道工序加工所產生的加工硬化層和熱影響區；消除裝配、焊接工件邊緣或自由邊的各類缺陷，以提高結構的整體質量；提高結構的表面質量，也可為產品的后期制作創造條件。本次設計選用B81050A型刨邊機進行邊緣加工4。2.1.7 筒節的卷制 卷板機的工作原理選用對稱式三輥卷板

28、機，型號為163200，技術參數：卷板最大規格時最小彎曲直徑850mm，電機功率44KW，重量16.8356噸，外形尺寸（長寬高）677017351940（mm）。其原理如圖5所示。上輥1可在垂直方向上下調節，兩個下輥為主動輥，可正反兩方向旋轉，并對稱于上輥中心線排列。彎曲時將鋼板放入上、下輥之間，然后上輥向下移動將鋼板壓緊并使之彎曲，使鋼板達到塑性變形狀態，再驅動兩下輥旋轉，并借助于鋼板與輥子之間的摩擦力使鋼板左、右移動，同時上輥也隨之轉動，這樣，就使鋼板連續通過垂直平面，受到相同的彎曲，產生相同的變形，鋼板成為曲率相同的弧形板。一次行程之后，再將上輥下壓一定距離，又驅動下輥，使鋼板進一步受

29、到彎曲。上輥幾次下壓，就將鋼板彎卷到需要的曲率半徑。板料的兩端不能同時進入三輥之間部分得不到彎曲，成為剩余直邊。剩余直邊的長度約為兩下輥中心距的一半。圖5 三輥卷板機卷制鋼板1-上輥；2-下輥；3-鋼板 卷制工藝 預彎 對中 板料預彎之后，放入卷板機上下輥之間進行滾卷前必須使板料的母線與輥的軸線平行，使板料的縱向中心線與輥的軸線保持相互垂直。 卷圓鋼板對中后，即可用上輥壓住板料并使之產生一定彎曲，開動機床進行滾卷。每滾卷一個行程，便適當下調上輥一次，這樣經過多次滾卷就可將板料彎曲成所要求的曲率。 矯圓進行完點裝和縱焊縫裝配焊接的各筒節需進行矯圓，矯圓多是在卷板機上進行。2.1.8 縱縫裝配焊接

30、 根據所選板材為24mm厚的16MnR鋼板，采用雙面埋弧焊，開X形坡口。定位焊采用焊條電弧焊，選用焊機型號ZXG-300。然后進行焊接，選用埋弧焊機型號MZ-1000。如圖6，此焊機工藝參數如表5所示。圖6 MZ-1000埋弧焊機表5 MZ1000焊機的技術參數焊接電流(A)焊絲直徑(mm)送絲速度(cm/min)焊接速度(cm/min)電流類型4001200355020025117直流或交流 焊前準備： 焊接坡口 本筒體壁厚為24mm，開對稱X形坡口，其坡口形式如圖7所示。焊條需在350下烘干1h，焊劑需在150下烘干2h。 清理 在焊接前應清除待焊部位及其周圍的油銹和污物等雜質。可采用機械

31、法，如用磨光機。 圖7 筒體縱縫坡口示意圖 焊接工藝參數首先，將縱縫用焊條電弧焊進行定位焊，采用直流電源反接。其工藝參數如表6所示。表6 焊條電弧焊接工藝參數焊接材料焊條直徑(mm)焊接電流(A)電流種類E50154180直流反接定位焊后，需檢查裝配及定位焊接質量。然后用埋弧自動焊進行焊接，內外兩面各焊兩層。外面先焊一層，然后焊里面兩層，最后焊外面一層5。其工藝參數如表7所示。表7 埋弧焊焊接工藝參數焊層焊接材料焊絲直徑(mm)焊接電流(A)電弧電壓(V)焊接速度(m/h)第一層H08MnA+HJ4315740-7603432第二層760-7803630 檢驗罐體的對接焊縫需用100%射線探傷

32、，須符合GB3323-2005 I級標準。2.2 封頭的制作封頭制作的鋼材復檢、預處理、邊緣加工工藝與筒節的鋼材復檢、預處理及邊緣加工工藝相同。2.2.1 封頭尺寸計算封頭毛坯直徑D0在考慮了一定得加工余量后，按D0=P+2hk0+2 (2-1) =2144+20.7540+215=2234mm式中：P-封頭橢圓形部分的半周長；k0-封頭沖壓成形時的拉伸系數，通?？扇?.75；-封頭邊緣的加工余量，取15mm。封頭設計尺寸，由JB/T4737-1995查得：公稱直徑（DN）：1800mm；曲面高度（h1）：475mm；直邊高度（h2）：40mm；厚度范圍（）：取24mm。封頭下料尺寸如圖8所

33、示 圖8 封頭下料尺寸2.2.2 封頭拼接采用X形坡口，雙面埋弧焊。根據等強度原則，選用焊絲為H08MnA，焊劑為HJ431。焊前準備，焊前清理焊縫兩側各20mm及焊絲上的油銹、氧化皮等污物。焊劑應在的條件下烘干2小時6。上下兩面都焊兩層，其工藝參數同筒節的工藝參數相同。封頭拼接材料是厚度為24mm的16MnR鋼板，采用雙面埋弧焊，埋弧焊機型號：MZ1000。拼接坡口形式如圖9所示。 圖9 封頭拼接焊縫坡口形式2.2.3封頭的沖壓 沖壓基本原理封頭的制作成形選用的是沖壓的方法。沖壓也稱為拉伸或壓延，它是將平板毛坯或空心半成品利用沖壓模沖壓成一個開口的空心零件，沖壓具有生產率高，成本低，成形美觀

34、等特點。 封頭的沖壓 在沖壓之前，要對板材進行加熱，這樣可以提高板材的塑性、韌性，降低變形抗力，易于16MnR鋼板沖壓成形的加熱的溫度為1050左右。溫度不易過高或過低，溫度過高，板材的結構組織將發生變化；溫度過低，變形抗力大，不易沖壓。 沖壓過程封頭的沖壓過程是屬于拉延過程。在沖壓過程中，材料產生了復雜的變形，而且在工件不同的部位有著不同的應力應變狀態。壓制時如果不用壓邊圈，而封頭毛坯壁厚又較薄，則材料在切向壓應力的作用下，易造成廢品。一般來說，當滿足下式時，便需要采用壓邊圈，即S/D01004.5(1-K) (3-1)式中：D0封頭毛坯直徑S封頭毛坯厚度K材料拉伸系數，通?？扇?.750.

35、8當D0=2000400mm時，上述條件為D0-di 18S,(其中di為封頭內徑)。2.2.4 二次切割修邊余量是考慮在成形加工工藝過程不穩定時，較難掌握其變形及準確形狀，在下料時預先加放的100mm余量，沖壓加工后，再按正確的尺寸二次劃線，予以割除。封頭沖壓完，其多余的直邊要借助于焊接回轉臺切割掉，切割同時還要進行坡口加工，以備部件裝配時使用7。2.3 裝配與焊接裝配在焊接結構制造工藝中占有很重要的地位，這不僅是由于裝配工作的質量好壞直接影響著產品的最終質量，而且還因為裝配工序的工作量大，約占整個產品制造工作量的30%-40%。所以，提高裝配工作的效率和質量，在縮短產品制造工期、降低生產成

36、本、保證產品質量等方面，都具有重要的意義。2.3.1 焊接順序 先焊管子接頭處的焊縫，用焊條電弧焊即可，工藝參數見表8。焊條電弧焊工藝：本產品選用的是板厚為24mm的16MnR，因此根據板厚選擇直徑為4mm的E5015焊條，由焊條直徑選擇焊接電流，見表9。表8 焊條電弧焊的工藝參數焊條電流E5015 =4mm180A表9 焊條電弧焊焊接電流與焊接直徑的關系焊條直徑(mm)456焊接電流(I)160210200270260300 焊管子法蘭處的內外環焊縫,用焊條電弧焊即可。 斷續焊底座的焊縫，工藝同。 焊筒體的縱焊縫，用4mm焊條的焊條電弧焊打底焊，埋弧自動焊正面焊一層，背面清根后焊一層，工藝參

37、數見表10。表10 埋弧焊的工藝參數焊絲焊絲直徑(mm)焊劑送絲速度（cm/min）電流（A）電壓（V）焊接速度（cm/min）焊接電流種類H08MnA 5HJ4311206003550直流反接 焊筒體與封頭連接處的環焊縫，工藝同。 焊封頭與管子連接處的環焊縫，工藝同。選用的埋弧焊機：MZ-1000。2.3.2 焊接接頭和坡口形式筒節對接縱縫屬于A類接頭；筒節間的環縫和橢圓形封頭與筒體間的環縫屬于B類接頭；凸緣管板或平端蓋與筒體封頭的接頭屬于C類接頭；管接頭與筒節、封頭之間的接頭屬于D類接頭。在本設計中所用到的對接接頭和角接接頭的坡口型式有：對接頭：在最后一道焊縫中采用單面V型坡口，用于單面埋

38、弧自動焊，三道；在筒節縱縫、筒節與封頭的環縫中均采用不對稱X型坡口，用于背面焊條電弧焊封底，埋弧自動焊蓋面。角接頭：管接頭單面V型坡口，用于局部焊透或全焊透的角焊縫的焊條電弧焊。 對于焊縫，還需要注意盡量減少焊縫和合理布置焊縫的位置，即將焊縫布置在結構或構件的斷面中性層上；盡量分散分布，以免造成焊接應力集中8。2.3.3 裝配焊接方式的選擇圓柱形焊接容器筒體的組裝方式：將各筒節組裝成一體再組裝兩封頭。2.3.4 筒節的裝配與焊接 筒節在經卷圓后，就需要點焊，在進行校園。裝配定位焊要求：裝配間隙不能過大，盡量避免強力裝配定位，為防止定位焊焊縫裂開，要求定位焊焊縫應有足夠的長度和厚度，定位焊選用焊

39、接時同類型的焊接材料，也可選用強度等級稍低的焊接材料。定位焊的順序，應能防止過大的拘束，容許工件有適當的變形，其焊縫應對稱分布均勻，定位焊所用焊接電流稍大于焊接時的焊接電流。為了消除焊接應力，焊后立即錘擊金屬表面，但這不適于塑性較差的鋼制焊件。定位焊應在-5度以上進行，當氣溫低于-5時，應稍加預熱，方法是焊條電弧焊。定位焊間距要小，采用較大的電流和較慢的焊速。工藝參數如表11。 表11 定位焊工藝參數板厚(mm)選用焊條直徑(mm)采用焊條電流(A)設備244E5015160180ZXG7 -300 筒節縱縫對焊方法采用焊條電弧焊打底單面自動焊的方法。先用焊條電弧焊封底，熔深為板厚的3035(

40、約為7mm)，然后用埋弧焊焊接正面焊縫，采用這種焊接工藝往往是在正面用碳弧氣刨清理焊根再進行埋弧焊。 筒體裝焊臥式裝配法多在滾輪架上進裝置如圖10。 圖圖10 筒節裝配裝置1，3 滾輪架 2 移動輔助夾具工藝過程如下： 將要組裝一邊帶有螺栓法蘭的筒節置于在滾輪架1上； 將另一筒節放置在小車式滾輪架3上. 移動輔助夾具2使筒節靠近，端面對齊。 當兩筒節通過中間的螺栓法蘭連接可靠，將小車式滾輪架上的筒節推向滾輪架1上，再裝封頭。由于本產品筒體組裝后，長度太大無法校圓，應先將單筒節的縱縫組裝定位焊后再進行縱縫和環縫的焊接。此時也必須先焊縱縫后焊環縫，因為若先將環縫焊好再焊縱縫時筒體膨脹和收縮都要受到

41、環縫的限制，其結果會引起過大的應力，甚至產生裂紋。環縫埋弧自動焊技術與筒節縱縫自動焊技術相類似。雙面焊先在焊劑墊上焊接內環縫，然后再焊接外環縫。如內環縫采用焊條電弧焊封底，焊接外環縫前應用碳弧氣刨清理焊根。為了保證焊接質量，近年來，將環縫埋弧自動焊前的焊條電弧焊封底焊，改為氬弧焊封底，這樣，既可避免焊條電弧焊封底時在焊縫根部易產生的缺陷，又可去除清焊根區勞動強度大的工序。采用直徑68mm的焊絲單道焊，強規范下也可一次焊接較厚的板。多層多道焊能有效提高焊縫金屬韌性，采用4mm焊絲，中等的焊接規范進行多層多道焊。焊接規范和工藝條件的選擇，既要考慮所保證焊縫性能，特別是沖擊韌性的要求。對于強度較低的

42、材料16MnR，選用5mm焊絲，并采用較大的電流進行焊接。筒節縱縫和卷曲前平板拼接焊縫目前多采用埋弧焊。中等厚度以下鋼板的對接縫通常有無襯墊雙面自動焊9。2.3.5 筒體與封頭的裝配與焊接封頭的裝配焊接程序有兩種，一是裝配一端封頭并焊接全部焊縫后在裝配另一封頭；二是二封頭全裝配后再焊接。其工藝過程:把第一筒節放置于滾輪架上。把封頭裝在封頭裝配架。此時要把回轉環按照封頭直徑大小沿框架移動至適宜的位置。把夾持封頭的裝配架轉至垂直位置，依靠支承托架的下移，把封頭降至合適的位置，再把筒節推向封頭；利用托架的液壓缸和懸臂上的擋鐵調筒節位置，使封頭的筒節邊緣對齊，進行定位焊；轉動筒節和封頭，沿整個圓周對齊

43、和定位焊。見圖11。圖11 封頭裝配裝置1 封頭 2 筒體 3 吊耳 4 吊鉤 5 滾輪架環縫布置根據GB150之規定，環縫組裝時，相鄰筒節A類焊縫中心線間外圓弧長以及封頭A類焊縫中心線與相鄰筒節A類接頭焊縫中心線間外圓弧長應大于鋼材名義厚度n的3倍，且不小于100mm。如圖12所示。圖12 環縫組裝布置圖 在筒體中心線下的120角范圍內，不允許布置環縫。2.3.6 附件裝配焊接通常組裝焊接后即應加工各種孔并裝配法蘭、管件及支座等法蘭、管件及支座應根據有關設計規范選用。法蘭螺孔不得超過規定的偏斜，法蘭平面必須與接管垂直，本設計還需加加強圈，先焊好接管與筒壁的連接焊縫，再焊裝加強圈。并應在加強圈

44、焊接后再割孔以減少焊接變形。附件裝配焊接后用100%超聲波進行探傷，達到JB/15281鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷I級標準10。2.4 檢驗2.4.1強度試驗壓力容器在其部件或整體制造完成后，都有要進行壓力試驗。大多數壓力容器的耐壓試驗是在所有制造工序完成后進行的，所以又稱竣工試壓。壓力試驗的目的是檢驗容器強度和密封性能，它也是壓力容器設計、材料、制造質量的綜合性檢驗，因此十分重要。水壓實驗又稱耐壓實驗，是用水或其它適宜的液體作為加壓介質（極少數情況用氣體作加壓介質），對容器進行強度和密封性的綜合檢驗，在絕大多數場合耐壓試驗用水作為加壓介質的耐壓試驗。水壓試驗的主要目的是檢驗容器受壓部件的

45、結構強度，驗證其是否具有在設計壓力安全運行所需的承壓能力，在耐壓試驗時，對于高壓或小容器還可進行殘余變形測定，以判明材料是否出現整體屈服。2.4.2 水壓試驗的要求本產品的試驗壓力為1.225MPa。容器耐壓試驗的壓力應符合圖樣要求，且不小于表12中規定。表12 容器耐壓試驗的壓力要求壓力等級PT水壓氣壓低壓1.25P1.20P中壓1.25P1.15P高壓1.25P超高壓1.25P注：P為設計壓力，PT為試驗壓力考慮穩定因素，本產品的試驗壓力為1.225 MPa 水壓試驗時溫度的要求對碳素鋼16MnR鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于5，而水壓試驗的溫度上限一般宜限制在40以下，不得超過60

46、。2.4.3 試驗過程 試驗前的準備 正確決定試驗壓力，本產品試驗壓力為1.225 MPa。 進行耐壓試驗前，必須徹底清除器壁內的殘留物。 將容器的人孔、檢查孔和其它接管孔封嚴安全泄壓裝置應泄下，不允許為圖省事而將安全閥彈簧旋轉加大開啟壓力，容器頂部應留一個排氣孔，也可以用安全閥接口作為排氣孔，以便注水時排出器內空氣。 容量較小的容器作耐壓試驗，最好用手動試壓泵，容量大的容器也應使用專門試壓泵作試驗，以保證壓力能夠緩慢平穩地升高。 各密封部位的緊固螺栓，必須全部裝配齊全，并對其均勻地施加緊固力。 容器試壓前，應裝設兩塊經校驗合格的壓力表，其中一塊裝設在容器上，另一塊裝設在試壓泵的出口管路。 耐

47、壓試驗程序 注液和排空氣 液壓實驗注入液體加壓介質時，器內空氣同時由容器頂部的排氣孔排出，直至整個容器內部充滿液體為止。此時，再停留12分鐘，讓空氣泡有時間逸出。然后關閉頂部排氣孔，連接試壓泵準備打壓。 升壓 再容器溫度與液體溫度趨于一致后，開動試壓泵緩慢升壓，壓力分階段上升。當壓力上升至設計壓力或最高壓力時，應暫停升壓，并對受壓部件外觀和各連接部位進行檢查。若發現有異常情況或泄漏，應做出判斷和處理，但嚴禁在這個壓力下緊固密封件螺栓。若情況正常即可繼續升壓至試驗壓力，并根據容器容量大小和結構確定保壓時間。保證時間一般不小于30分鐘。 檢查 容器在保壓后緩慢泄壓至規定試驗壓力的80%進行檢查。重

48、點檢查焊縫及連接部位有無變形或異常現象，檢查焊縫時，可以用小錘輕敲焊縫周圍。檢查情況應詳細記錄。 泄壓和排液處理 容器檢查完畢后，應將液體排出，并同時把頂部排氣孔打開，液體排盡后再根據要求進行通風干燥處理。耐壓試驗合格標準 容器各焊縫無滲漏。 容器無可見的異常變形。 經返修，焊補深度大于9mm或大于壁厚一半的高強鋼制容器焊補部位按原探傷方法進行復查無超過原定標準時的缺陷。 設計要求進行殘余變形測定的容器，在耐壓試驗同時，應作殘余變形測定，其合格標準為徑向殘余變形率不超過0.03%或容積殘余變形率不超過10%。2.4.4無損探傷焊縫無損探傷包括超聲波、射線、滲透等方法，制造方應根據可能出現缺陷性

49、質，技術掌握情況，設備條件選擇適當的方法。根據壓力容器安全監察規程，容器的焊縫探傷有如下幾點要求： 探傷檢驗工作應由考試合格的探傷人員進行。 容器局部探傷的部位，由制造單位檢驗部門根據實際情況選定，但對筒體與封頭連接部位，筒體縱縫交叉部位，必須進行探傷。探傷的百分數達到20%后，如發現超標的缺陷時，應由檢查員指定位置增加10%(相應焊縫總長)的探傷長度，如還有不合格的，則要對容器所有焊縫進行100%探傷，探傷要求還按第一款第(4)項規定。 對于材料屈服強度大于400MPa，厚度超過16mm的鉻鉬鋼或與其類似的鋼制容器上的接管法蘭、補強圈，與殼體或封頭相接的角焊縫和焊后調質處理的容器焊縫，還應作

50、磁粉或著色探傷。 現場組裝焊接容器殼體，封頭和高強鋼材料的焊接容器，耐壓試驗后，應對焊縫作20%(相應焊縫總長)的表面探傷，若發現裂紋，則應對所有焊縫表面探傷。 容器的全部原始探傷資料(底片、記錄)，制造單位至少保存七年。七年后，若用戶需要，可轉交用戶保管11。本設計的GWV臥式熱交換器應進行射線檢查，并按GB3323-87 I級合格。2.5涂飾產品的涂飾（噴涂、作標志以及包裝）是焊接生產的最后環節，產品涂裝質量不僅決定了產品的表面質量，而且也反映了生產單位的企業形象。制造完畢后，外表涂環氧鐵紅底漆兩層，現場施工保溫層保溫材料為聚苯乙烯泡沫塑料。3 工裝卡具設計3.1工裝卡具概述工裝夾具是指將

51、待裝配的零件準確組對，定位并夾緊的工藝裝備。3.1.1工裝夾具的組成工裝夾具通常由各種定位器、夾緊機構、夾具體和裝配平臺組成。按照所裝配的焊接結構，夾具體上可安裝多個不同的夾緊機構和定位器。夾具體必須按所裝配焊件的結構進行設計，而定位器，夾緊機構和裝配平臺，則大多數是通用的標準件。3.1.2工裝夾具的特點 由于焊件一般由多個簡單零件阻焊而成，而這些零件的裝配和定位焊，在工裝夾具上是按順序進行的，因此，它們的定位和夾緊是一個個單獨進行的。 在焊接過程中，零件會因焊接加熱而伸長或因冷卻而縮短，為了減少或消除焊接變形，要求夾具能對某些零件給予反變形或者作剛性的夾固。為了減少焊接應力，又要允許某些零件

52、在某一方向可以自由伸縮，因此，工裝夾具不是對所有的零件都作剛性的夾固。 裝焊完的結構，其尺寸增大，重量增加，形狀變得復雜，增加了結構從夾具上卸下的難度。 對于熔焊的夾具，工作時主要承受焊件的重力、焊接應力和夾緊力，有的還要承受裝配時的錘擊力；用于壓焊的夾具還要承受頂鍛力。 工裝夾具往往是焊接電源二次回路的一個組成部分，因此絕緣和導電是設計中必須注意的一個問題。 工裝夾具一般比較大，其夾具上的夾緊點、定位點多達幾十個，因此，設計難度較大，特別是定位點、夾緊點的數量、選位和兩者的對應關系，都會影響夾具的功能和定位夾緊的質量。 工裝夾具主要用來保證焊接結構各連接件的相對位置精度和整體結構的形狀精度，而其他（機床）夾具主要用來保證零件的加工精度。 除精密焊接所用的夾具外，一般工裝夾具本身的制造精度及對焊件的定位精度均低于其他（機床）夾具的相應指標。3.1.3工裝夾具的設計要點正確的設計和選用夾緊夾具，可大大縮短裝配和焊接的周期，減輕勞動強度，提高生產效率，保證焊件的裝配和焊接質量。與相應的自動化焊接裝配相配，可進一步發揮焊接裝備的能力，有利于實現裝配焊接的綜合機械化和自動化。3.1