气化炉结构设计及制造工艺.doc

气化炉结构设计及制造工艺摘 要 煤炭资源在我国一次能源中占70%以上，所认为了适应我国缺油、少气、富煤的基本国情，本设计针对水煤浆制取合成气的大型设备气化炉进行研究，根据一开始所选择的炉型，对其重要零部件设计计算，涉及上下封头、筒体、支座、密封和人孔等结构，并绘制出气化炉的装配草图。然后对整个气化炉制造过程及以上各零部件的制造工艺研究分析，阐述关键制造工序并提出解决制造难点的方案。结合设备制造的过程经验，针对SA387Gr11CL2材料表面堆焊耐蚀层、复合钢板对接、各零部件组焊等焊接工艺也做了重点分析，并做出总结。通过查阅相关资料，最终选择合适的热解决方式，即分部件单个热解决并辅助加工手段逐层消除保证后，做最后的整体消除应力热解决以达成最终效果。同时，由于设备的大型化，难以运送，所以本文对设备的现场组装、压力实验等也做了一定的介绍。关键词：德士古气化炉，结构设计，制造工艺，焊接Structure Design and Manufacturing Process of GasifierABSTRACT Coal resources accounted for more than 70% in Chinas primary energy, in order to adapt to Chinas basic national conditions of lacking oil and gas and riching in coal resources, the design mainly discuss gasifying furnace which is used to produce synthetic gas from coal water slurry, first I design and calculate the main parts of the gasifier according to the furnace type before, including the heads of gasifier, cylinders, supporting seats, sealing and manhole structure, next draw the assembly sketches of gasifier. Then, analyze the manufacturing technology of the whole gasifier and the major parts, elaborate the key manufacturing procedure and put forward the plan to solve the questions of difficult manufacturing process. Analyze and summarize the surfacing process of SA387Gr11CL2, the butt welding of the composite steel, and the welding technology of the parts by combining with the process experiences of the equipment manufacturing. And choose the suitable heat treatment finally, through accessing to relevant information, which is heating the parts of gasifier with the auxiliary means of processing layer by layer to eliminate stress. Then, heat the whole of gasifier to eliminating stress to achieve the final effect. At the same time, due to the large-scale of equipment, it is difficult to transport, so this paper also introduces the field of equipment.Key words: Texaco gasification furnace, structure design, manufacturing process, welding目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究的背景及理论意义11.2 气化炉的选型11.3 煤气化炉的发展趋势11.4 德士古气化炉介绍21.4.1 德士古炉型气化炉的技术特点21.4.2 水煤浆气化特点21.5 气化炉容器外壳的选材21.5.1 反映室壳体选材21.5.2 激冷室壳体选材31.6 重要材料的力学性能31.7 气化炉的制造问题41.7.1 运送问题41.7.2 装备问题41.7.3 制造与检查42 德士古气化炉重要部件的设计52.1 气化炉结构特点与技术特性52.2 重要部件的设计计算52.2.1 燃烧室筒体壁厚的计算与校核52.2.2 激冷室筒体的设计62.2.3 上球形封头的设计72.2.4 下锥体封头的设计72.2.5 密封结构设计82.2.6 人孔补强结构设计82.2.7 支座结构设计123 气化炉的制造工艺研究133.1 制造规范及规定133.1.1 制造规范133.1.2 技术规定133.2 重要部件的制造工艺流程133.2.1 重要部件成型前的通用工艺流程133.2.2 上球形封头成型143.2.3 激冷室筒体的成型173.2.4 燃烧室筒体的成型213.2.5 下锥体封头的成型234 气化炉制造中的焊接技术研究264.1 SA387Gr11CL2耐热钢焊接性的分析264.2 耐热型低合金钢焊接的规定274.3 重要结构的焊接工艺分析274.3.1 上球形封头环向坡口焊接274.3.2 燃烧室筒体纵焊缝焊接284.3.3 激冷室（复合钢板）筒体纵焊缝焊接294.3.4 筒体锻件的局部堆焊314.3.5 下锥形封头与大法兰组焊324.3.6 接管与复合钢板筒体的焊接344.3.7 筒体锻件与内件的焊接355 气化炉的组装37致 谢38参考文献391 绪论1.1 课题研究的背景及理论意义我国石油和化学工业在快速发展的同时，正面临着资源、能源和环境等多重压力。由于我国石油和天然气短缺，煤炭相对丰富的资源特性，加之国际油价的连续高位运营状态，煤炭在我国的能源和化工的未来发展中所处的地位会变得越来越重要。国家在“十五”规划中明确指出，“必须下大力气调整能源结构，从各个方面采用措施节约石油消耗，大力发展洁净煤气化技术”。由于煤化工的气头，即气化方式是煤产品的根源，因此煤气化炉就成为煤化工产品的龙头。国外煤气化技术早在20世纪50年代已实现工业化，20世纪70年代因石油天然气供应紧张使得煤气化新工艺研究和开发得到快速发展，并成功地开发出对煤种适应性广、气化压力高、气化效率高、污染少的新一代煤气化炉。其中具有代表性的有荷兰的壳牌（Shell）炉、美国的德士古（Texaco）炉和德国的鲁奇（Lurgi）炉等。在国内运用最为广泛的为GE水煤浆和Shell煤粉气化工艺。运用煤碳在气化炉中发生一系列的化学反映，制取合成气，为合成氨、制取甲醇提供原料气。针对我国的国情，可以充足运用煤炭这一能源。采用德士古气化炉设备，有着较高的转化率和可靠性，并且对环境无污染，环保性能好。1.2 气化炉的选型 按照气化炉内料流形式，气化技术大体分为固定床、流化床和气流床三大类典型的固定床气化炉有间歇式固定床气化炉、加压鲁奇固定床气化炉；流化床有灰熔聚流化床气化炉、恩德炉等，气流床有德士古气流床、Shell粉煤气化炉等。气流床技术由于煤种适应性强，效率高，合成气中有效成分高，运营可靠且环保性能良好。所以气流床技术在我国也运用的较为普遍，其代表炉型为德士古气化炉和壳牌干粉煤气化两种气化炉。 德士古气化炉的设备结构简朴，内件很少；理论上可以用任何煤种；其有较长的运营实践经验，操作危险性小，可用率达80%85%；气化炉的运营费用较低。Shell气化炉的碳转化率虽然比较高，但投资也高，设备造价较高，配合的干燥、磨煤、高压氮气及回炉激冷用合成气加压所需的功耗较大。所以本次设计以德士古气化炉作为研究对象。1.3 煤气化炉的发展趋势 （1）气化压力向高压发展 提高气化效率、碳转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效回收运用，减少合成气的压缩能耗或实现等压合成。 （2）气化炉的能力向大型化发展 大型化便与实现自动控制和优化操作，减少能耗和操作费用。 （3）气化温度向高温发展 气化温度高，煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应广。1.4 德士古气化炉介绍1.4.1 德士古炉型气化炉的技术特点 GE水煤浆气化炉是一种以水煤浆为原料、氧气为气化剂的加压气化技术。水煤浆经原料加压泵加压后与高压氧通过气化炉顶部的气化烧嘴进入气化炉，在燃烧室（气化反映室）内在表压5.56MPa，约1400条件下水煤浆与氧发生部分氧化反映，生成CO、H、CO、HO和少量CH、HS、COS及微量的NH、HCOOH等气体。从气化反映室出来的粗合成气，直接向下通过下降管进入气化炉的激冷室完毕合成气的激冷洗涤，出激冷室的合成温度260左右。粗合成气中的炭黑在激冷室中大部分被清除，由渣水出口进入破渣机。气化室的温度大约在1400，耐火材料设计温度可达1540左右。气化炉壳体外壁设有壁温监测系统，反映室内的温度通过伸入到耐火材料内的热电偶来测量，当反映室外壁某区域温度达成345370时高温报警。因合成气中具有少量的HS气体，为防止湿HS腐蚀，气化炉外壁温度不低于225，以避免内壁结露导致露点腐蚀。1.4.2 水煤浆气化特点 a）气化炉结构简朴，气化强度高，设备体积小，布置紧凑、生产能力大。 b）水煤浆气化工艺规定原料水煤浆要有良好的稳定性、流动性，较低的灰熔点及泵易输送等。 c）与干粉进料相比，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的过程，体现出了安全并容易控制的特点，取消了气化前对原料的干燥，节约能源。 d）连续性生产。 e）对环境污染小。1.5 气化炉容器外壳的选材1.5.1 反映室壳体选材 考虑反映室外壳的操作、设计条件，壳体材料在设计温度下，强度不应有显著的下降，同时还应有良好的抗腐蚀性能。 奥氏体不锈钢具有良好的抗腐蚀能力，但是成本太高，并且在温度升高到设计温度时，奥氏体不锈钢的强度明显下降。按ASME SEC (锅炉和压力容器规程),最经济合用的容器钢板为SA387Gr11CL2耐热钢，由于Gr、Mo元素的存在，提高了钢在高于350温度下工作的高温强度和持久强度，这种钢通常称为耐热性低合金钢。同时该材料尚有良好的抗氢腐蚀能力。在所有的铬钼钢里，SA387Gr11CL2板材的韧性、强度、焊接性能都比较好，所以作为反映室的壳体材料使用。但由于Gr、Mo元素提高了钢的淬透性，使焊接性能变差，易产生冷裂纹和再热裂纹。为保证焊接焊接质量，预热、后热和焊后消除应力热解决等措施必不可少。1.5.2 激冷室壳体选材 为了避免异种钢焊接，减少气化炉的造价，气化炉激冷室壳体的基材也采用SA387Gr11CL2。同时为了避免HS、SO等酸性气体以及渣水的腐蚀，在基层上应堆焊耐腐蚀的奥氏体不锈钢（316L），并且采用含镍较高的材料作为过渡层堆焊（319L），所以最终采用轧制复合钢板SA387Gr11CL2+316L。1.6 重要材料的力学性能表1-1 316L不锈钢和SA182力学性能材料N/%屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率/%316L0.0622052045SA18223550021表1-2 316L化学成分化学成分C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Mo%N%316L0.03120.030.0350.81.113.5162.230.2表1-3 SA182化学成分化学成分C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Mo%SA1820.120.180.170.370.40.70.0350.0350.81.10.30.40.55表1-4 SA387Gr11CL2化学成分C%Si%Mn%P%Gr%Mo%Ni%0.05%0.17%0.50%0.80%0.40%0.65%0.010%0.012%0.10%0.15%0.45%0.65%0.20%0.25%表1-5 SA387Gr11CL2力学性能钢板厚度/mm抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率A/%温度/冲击吸取能量KV2/J180弯曲实验弯曲直径（b35mm）6100520680310192034d=3a100150510670300192034d=3a1.7 气化炉的制造问题现在随着国家技术的发展，国内煤化工和石油化工公司得到了大力地发展。每个公司都在追求最佳经济效益，设备装置连续走大型化发展路线。设备装置的大型化给中国化工机械制造行业带来机遇的同时，也改变了大型压力容器制造方式。重要存在的问题有：1.7.1 运送问题 由于现在设备的大型化，直接面对的便是设备高参数、大直径、重吨位。有些设备重量甚至超过两千吨，唯一的选择就是分段、分部件运送现场组装。1.7.2 装备问题 设备大型化带来的再一个问题就是为满足制造过程中各方面的规定而配备的加工装配问题。如锻造、成型、机加、焊接、无损检测、热解决等装备。1.7.3 制造与检查 1）现场热解决和水压实验 由于现场条件的限制，所以在现场热解决的情况比在制造厂内的效果要差，所以现在很多工厂在现场搭建积木式炉，对设备进行整体热解决。对于大型设备，在现场进行水压实验也是装备的一个难点，由于大型设备一般都选择现场合拢，这样就无法再制造厂内实现水压实验，并且有些设备注水后总重上千吨，对支撑点也会有很大的作用力。因此，很多的大型设备，其水压实验选择在设备安装现场。 2）质量检查 因运送条件的限制，大型设备制造过程中的很多工作往往会遗留到现场进行，对焊接质量等的检查也提出了更高的规定。如今国内大型设备制造厂家采用TOFD超声检测方法代替射线检测，对焊缝进行探伤。TOFD技术是运用超声波衍射的时差反映来对焊缝进行扫描，从而对焊缝中的缺陷进行定位。3） 焊接技术 设备的大型化也使得设备壁厚增大，目前的解决方法是采用双丝进行双行窄间隙焊接。2 德士古气化炉重要部件的设计2.1 气化炉结构特点与技术特性气化炉由喷嘴、球形封头、燃烧室、激冷室、Y形锻件、下锥体、大法兰等组成。本次研究的气化炉技术参数为：设计压力5.56MPa,操作压力为4MPa，上球形封头的锻件材料为SA387Gr11CL2，直径为3200mm；燃烧室的筒体锻件为SA387Gr11CL2，直径为3200mm,操作温度为1400左右，设计温度455；激冷室筒体采用轧制复合钢板SA387Gr11CL2+316L，堆焊总厚度为6mm,直径3188mm,操作温度约260，设计温度为455。工作介质高温煤气、煤气、熔渣、黑水等，属类压力容器。水压实验压力为7.57MPa。由于气化炉的内件结构较为复杂，所以本次结构设计以重要部件作为研究对象，分别有：上球形封头，燃烧室筒体，激冷室筒体和下锥体封头以及其他比较重要的部件。2.2 重要部件的设计计算2.2.1 燃烧室筒体壁厚的计算与校核1） 高压容器的筒体壁厚计算公式为： (2-1)筒体的壁厚，mm；P设计压力，MPa；燃烧室筒体的内径，mm；焊接接头系数；设计温度下材料的许用应力，MPa;SA387Gr11CL2的机械性能为：常温 =310MPa =515MPat=455 =230MPa =373MPa 已知燃烧室筒体的直径为3200mm,设计压力为5.56MPa；双面对接焊缝100%无损探伤，=1。取以下数值较小者：MPa MPaMPa MPa取MPa.于是 (mm)圆整后取筒体厚度为75mm，则筒体的直径比为。2）内压与温差同时作用时的强度校核 气化炉壳体外壁设有壁温检测系统，当反映室内的温度通过伸入到耐火材料内的热电偶来测量，当反映室温度外壁温度达成345380时高温报警，所以，取壳体的内壁温度为290。因合成气中具有少量HS气体，为防止湿HS腐蚀，气化炉外壁温度不应低于225，以避免内壁结露导致露点腐蚀，所以取壳体的外壁温度为240。内壁壁温高于外壁壁温时，校核外壁的叠加应力：当加热的情况，两种应力的叠加，外壁应力恶化，此时应校核外壁的叠加应力，即： (2-2)其中， (MPa) (2-3)温差应力的工程近似计算: (2-4)其中，其值接近1，令，则m值见下表，由此温差应力的近似计算方法为： (2-5)表2-1 材料的m值材料高碳钢低碳钢低合金钢Cr-Co钢，Mo钢，Cr-Ni钢m1.51.61.71.8铬钼钢为低合金钢，所以m=1.7。(MPa) (MPa)所以计算所得的壁厚满足强度规定。2.2.2 激冷室筒体的设计 激冷室腐蚀比较严重，所以采用复合钢板，筒体过渡层堆焊厚度为3mm，复层堆焊厚度为3mm,总堆焊厚度为6mm，激冷室筒体的内径为3188mm,激冷室筒体壁厚的计算和燃烧室同样，考虑堆焊层总厚度，所以筒体的厚度取为（75+6）mm。2.2.3 上球形封头的设计球形封头壁厚计算方法： (2-6) 已知球形封头的壁厚为3200mm，双面对接焊缝100%无损探伤，=1；MPa。所以有： (mm)取球封壁厚t=60mm。 球形封头的中心开孔采用整体锻件补强，其补强结构如图2-1所示，它的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部位，应力集中系数最小，且与壳体采用对接焊缝，使焊缝及热影响区离开最大应力点的位置，故抗疲劳性能好。整体锻件补强一般用于有严格规定的重要设备。比如：高强度（MPa）钢和铬钼钢制造的容器等。图2-1 球形封头的补强结构2.2.4 下锥体封头的设计锥形封头壁厚计算公式为： (2-7)锥体半顶角，；锥体半顶角为30，其计算内径为3200mm。 (mm)圆整后取其厚度为85mm。2.2.5 密封结构设计 高压容器的密封部件是高压设备中除筒体外的另一个重要部件。 高压设备的密封原理与中压和低压设备的密封原理基本相似，防止流体在密封口处泄露的基本途径是在密封面处增长流体流动的阻力。当压力介质通过密封面的阻力大于密封面两侧的压力差时，介质就可以被密封住。本次研究的是与燃烧器相连的凸缘法兰的密封装置八角垫，其结构如图2-2所示。八角垫属于径向自紧密封，它的压紧面是梯形槽内外锥面（重要是外锥面）与垫圈接触而形成密封，这种压紧面一般与槽的中心轴线成23夹角。密封垫圈材料可用纯铁、低碳钢、Cr5Mo、0Cr13等。图2-2 八角垫垫圈和槽2.2.6 人孔补强结构设计（1）人孔接管壁厚计算可以将人孔接管看作是单层厚壁的圆筒，单层厚壁的圆筒的算法如下，即在计算压力不超过0.4t时，按公式：(2-8)式中， 计算厚度，mm；图2-3 人孔接管P计算压力，p=5.56MPa；焊接接头系数,一般情况下焊接接头系数取=1.0；筒体内径，mm；许用应力（组合许用应力），接管锻件SA 182F11,CL2在0455范围内的许用应力值为120MPa。 所以： (mm) （2）补强结构的设计 为了使容器可以进行正常的操作并满足容器制造、安装、检查、维修等规定，在容器壳体和封头上不可避免的需要开孔。 压力容器上的开孔接管对容器所产生的影响重要有以下三个方面：一方面是因开孔导致了承载材料的削弱；另一方面是由于开孔而导致孔边沿局部应力集中；第三是接管和壳体的连接构成了不连续结构，从而在接管的一定长度范围内和壳体的孔边附近引起附加的边沿力。 因此，在开孔接管部位某些局部区域的应力将大大超过容器在正常设计状态下的应力水平，因而在静载荷下也许引起过大的变形或破坏，或在交变载荷下也许逐步萌生疲劳裂纹直至破坏。所以，压力容器设计中心开孔及其补强设计就显得非常重要。压力容开孔补强的计算方法有很多种，如等面积法、压力面积法、开孔补强等，下面以国际工程设计中最常使用的方法，且为我国国家标准GB 150所采用的等面积补强法进行介绍。表2-2 适合开孔的范围项目在壳体上允许的最大开孔直径d筒体内径D1500mm内径D1500mmd1/2D且d500mmd1/3D且d1000mm凸缘封头或球壳锥壳（锥形封头）d1/3D(D为开孔中心处的锥壳内直径）在椭圆形或蝶形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面D壳体内直径，mm；d开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍厚度附加量，mm； 激冷室筒体直径为3200mm1500mm，开孔直径d=601.6mm1/3D=1066.7mm，所以该人孔需要补强。（3）内压激冷室壳体开孔所需补强面积 壳体开孔后，在开孔边沿产生局部高应力。根据局部应力的分布衰减规律，在距开孔边沿较远处其应力便恢复到正常水平。为有效发挥补强材料的强度，补强材料应设立在开孔附近的高应力区域，及有效补强范围内。 有效补强范围涉及开孔壳体和接管两个部分。 a)开孔壳体上的有效补强范围，是以受拉伸开孔大平板孔边应力的衰减范围进行考虑的，即补强范围取2倍的开孔直径。 b)接管上的有效补强范围，是以端部受均匀分布载荷的圆柱壳的环向薄膜应力的衰减范围进行考虑的，补强范围取（d为开孔直径；为接管名义厚度）。（4）补强计算 内压容器开孔后所需的补强面积，按下式计算： (2-9)式中， d开孔直径，取厚度负偏差为0.3mm，则有d=600+0.82=601.6mm； 强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值，查得，接管锻件SA 182F11CL2在0455范围内的许用应力值为120MPa，前面已经计算过SA387Cr11CL2在0455范围的许用应力，为124.33MPa。两者的比值近似为1。所以。 壳体开孔处的计算厚度，mm； 接管有效厚度，(mm)； 接管名义厚度，(mm)； C厚度附加量，mm。 钢板的负偏差取为0.8mm，该接管和筒体的内壁都堆焊6mm的不锈钢耐蚀层，所以取腐蚀余量为=0mm。所以厚度附加量：mm(mm)有效补强面积： 壳体开孔后，在有效补强范围内，可作为补强的截面积（涉及来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件）按下式计算： (2-10) (2-11) (2-12)式中， 补强面积,mm；壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm；接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm；焊缝金属截面积，mm；B有效补强厚度, (mm);壳体开孔处的名义厚度，mm；壳体有效厚度，mm;接管外侧有效补强高度，mm；接管的外伸高度为600mm，mm，所以mm。接管内侧有效补强高度，mm；接管的内伸高度为0,所以=0。接管计算厚度，mm；腐蚀余量，此处为0mm。所以，mmmm为额外增长的补强金属，取为0mm。mm 由于(mm)时，所以该人孔需要补强，可以通过增长接管壁厚来使得结构的强度满足规定。 可以运用公式来求的接管所需的最小厚度。 mm则接管的名义厚度：mm2.2.7 支座结构设计 立式圆筒形容器的支撑可分为耳式支座、支承式支座、支腿式支座、裙式支座等。操作温度较高时，为了避免产生温差应力，一般应设立特制的滑动支撑板，其结构如图2-4所示。气化炉制作采用耳式支座，所以以下针对耳式支座的两种结构进行讨论。 1）不带整体加强环耳式支座一般容器采用4个耳式支座均布。对于大直径且重量较重的容器，可以适当增长耳式支座的数量。 2）整体加强环耳式支座 由于耳式支座处圆筒内局部应力较高，所以本设计采用整体加强环耳式支座，带整体加强环耳式支座可设立2个、3个、4个、6个、8个支撑点，沿环周向均布。其结构见图2-5所示。 图2-4 立式容器滑动支撑板结构 图2-5 带加强环耳式支座容器 考虑气化炉设备较为庞大，且其操作温度高，所以采用4个带整体加强环耳式支座支撑设备，并在支座下方设立特别的滑动支撑版，避免温差应力。3 气化炉的制造工艺研究3.1 制造规范及规定3.1.1 制造规范 制造规范为GB 150-1998钢制压力容器；HG 20584-1998钢制化工压力容器制造技术规定。3.1.2 技术规定（1）用作壳板的钢板、锻件和焊接材料到达锻件制造厂后需要对材料的化学检查及复验化学成分按ASMESA20进行。逐张检查钢板表面质量和材料标志，锻件JB4726-2023的级锻件规定订购，锻件应有符合JB4726-2023中8.3条内容齐全的质量合格书，且符合技术条件及附件二技术条件中SA387Gr11CL2及SA 182 F11，CL2压力容器锻件材料说明书的规定，钢板和锻件还必须按模拟焊后热解决累积最长时间做常温和设计温度下的力学性能复验。焊接材料对焊接试样的焊缝金属做化学成分分析,对试样做射线照相实验、拉伸实验、冲压实验和扩散氢实验。（2）必须做A类焊缝产品试板，涉及锥形封头堆焊，Gr-Mo钢由堆焊筒体处各做产品焊接试板，且随部件同炉热解决，试样按JB4744-2023进行涉及拉伸（常温和高温）、弯曲和冲击实验的试样制备和实验。（3）设备焊接前预热温度推荐200，焊缝消氢（DHT）300350，且保温24h。考虑设备制造周期较长，筒节完毕A、B类焊缝焊接后增长中消除应力热解决（ISR），温度控制在620650。（4）筒体和封头在热成型过程中，若破坏了钢板和锻件热解决供货状态，必须进行恢复机械性能热解决，且不允许焊缝熔敷金属参与急速冷却。3.2 重要部件的制造工艺流程本设计针对上球形封头、下锥体封头、激冷室和燃烧室筒体等重要部件的制造工艺进行具体的介绍。3.2.1 重要部件成型前的通用工艺流程表3-1 各部件成型前的通用工艺流程序号工作内容规定、加工方法、加工设备或工具1原材料入库续表3-1序号工作内容规定、加工方法、加工设备或工具2原材料复验 外观检查、几何尺寸检查、理化检查和钢板的超声波探伤，有时可委托钢厂进行，其中超声波探伤结果ZBJ74003-88压力容器用钢板超声波探伤规定的质量分级，应不低于级。3划线及标记钢印标记、板材矫平、划线、钢印移植4下 料对于直边用剪切；曲线边用气割；对于不锈钢和有色金属，气割用等离子弧；对于特厚板材，若剪切困难则用气割。5边沿加工用气割或等离子弧开V型、X型坡口，并用砂轮打磨；用机加工方法进行边沿加工或开坡口，其中牛头刨和龙门刨进行直线加工, 用立车或大型普通车床进行圆弧轮廓加工；用刨边机刨边和开坡口；3.2.2 上球形封头的成型球形封头的结构具有良好的加工工艺，以及较高的承载能力、受力均匀，经常用于高压容器中，且壁厚较其他封头小,成本低。球封采用的材料为低合金耐热钢SA387Gr11CL2，封头规格为SR1600mm，壁厚为60mm。为保证封头组件端部平行度及同轴度，规定顶部法兰凸缘内孔及上端面预留二次加工余量，待封头组件中间热解决再二次加工（涉及密封槽等）。（1）冷热冲压条件按冲压前毛坯是否需要预先加热分为冷冲压和热冲压，其选择的重要依据如下：a)材料的性能 对于常温下塑性较好的材料，可采用冷冲压；对于热塑性较好的材料，可以采用热冲压。b)根据毛坯的厚度与毛坯直径Do之比即相对厚度/Do来选择冷热冲压。（具体见表3-1）表3-1 封头冷、热冲压与相对厚度的关系冲压状态碳素钢、低合金钢合金钢、不锈钢冷冲压1000.51000.7热冲压1000.51000.7 上球形封头材料为SA387Gr11CL2，为低合金钢。球形封头的毛坯厚度是68mm，毛坯直径4600mm。所以，该球形封头采用整体热冲压。（2）上球形封头坯料厚度通常在封头曲率大的部位，由于经向拉应力和变形占优势，所以壁厚较薄较大。查资料得Gr-Mo钢材料的球形封头成型温度在9501100之间，脱胎温度在750800之间，其工艺减薄量一般在12%14%之间，而直边和靠近曲率较小的部件，由于切向应力和变形占优势，所以壁厚增长，并且越接近边沿，增长壁厚越大。取球形封头热冲压的减薄量可达12%，所以坯料厚度为68mm。其结构如图3-1所示。图3-1 球形封头对于厚壁封头，由于所需的冲压力较大，同时因毛坯较厚部分不易压缩变形，特别是对球形封头，在成型过程中边沿厚度急剧增厚，因而导致底部材料严重拉薄。通常在压制这种封头时，也可预先把封头坯料车成斜面，再进行冲压。如图3-2所示：图3-2 厚壁球形封头的冲压（2）封头的号料根据面积法展开封头，此时： /4=+(+) (3-1)式中 球形封头边沿的机械加工余量，mm； 此外，也可按近似公式计算： (3-2)mm取=4600mm。划线时考虑以后加工过程的加工余量、切割余量、边沿加工余量、焊缝收缩量等。所以取封头坯料划线尺寸为4630mm，划线完毕后，为保证加工尺寸精度以及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心线及装配中心线等处均匀打上孔眼，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。 注意，气割下料预热150，避免出现淬硬组织及裂纹。（3）坯料的拼接采用整体热冲压时，坯料直径较大，难以加工成型，所以采用两张板拼焊后整体热冲压成型。坡口加工使用龙门刨，按焊接工艺加工拼接焊缝坡口。焊后及时消氢解决，300350/2h，100%MT，级合格。封头内表面焊缝修磨与母材平齐，外表面修磨圆滑，必要时还应做表面检测。拼接焊缝的位置应满足有关标准的规定。即焊缝距封头中心不得大于1/4公称直径，公称直径可预先经100%无损检测合格。这可避免在冲压过程中坯料从焊缝缺陷处撕裂的也许。（4）板坯加热和热解决：图3-3 热解决示意图 该材料的最佳热冲压温度为920950,温度低于920要停止冲压，否则容易引起材料的脆化。热冲压后，封头进行正火+回火解决，焊接试板、母材试板同炉热解决。检查内容是： 测厚mm； 拼接焊缝：100%RT，JB/4730-2023 级；100%UT,JB/T4730-2023 级；封头外表面及焊缝100%MT,JB/T4730-2023 级； 母材试板检查（化学成分和力学性能检查）； 焊接试板检查（保存一半，待整体热解决后再检查），按JB4744-2023进