工艺说明书范本.docx

工艺说明书

27
2020年4月19日
文档仅供参考

二氧化碳吸收塔设计说明书

班 级： 图 号： A2

编 制： 审 核：

摘要
本产品为二氧化碳吸收塔，主要用于化工行业。其外形尺寸为,主要用焊接组装成行，用到16MnR低合金钢，16MnR +0Cr18Ni9Ti复合钢板0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti四种钢材。吸收塔的设计压力为2.21Mpa，工作温度为，属于二类中压中温压力容器。 压力容器主要考虑强度和耐腐蚀性。在焊接时焊缝表面不得有咬边。重要焊缝统一采用对接式坡口，主要焊接缺陷为冷裂纹、未焊透，咬边等。为保证焊接的质量和焊接效率，采用埋弧焊，焊后对容器进行退火处理。
关键字：二氧化碳吸收塔、复合钢板焊接、埋弧焊

1.工艺性分析
1.1结构特点
二氧化碳吸收塔主要由筒体、封头、接管、法兰组成。筒体由三节组成，分别为一节，材料为16MnR +0Cr18Ni9Ti。三节，材料为16MnR，筒体的板厚为28-30mm。封头为椭圆形，材料为0Cr18Ni9Ti，变截面筒体长度为2500mm两端直径分别为和，材料为16MnR，法兰和接管主要用1Cr18Ni9Ti。结构图如下

变截面筒体16MnR
筒体16MnR
筒体16MnR +0Cr18Ni9Ti
封头材料为
0Cr18Ni9Ti

图1.1
焊接时主要问题是筒体之间的组焊强度合和成分保证问题。在复合钢板焊接时易出现裂纹问题等。
1.2材料分析
1.2.1 16MnR焊接性分析
16MnR是低合金高强钢，属于热轧钢，它主要靠锰、硅的固溶强化提高其力学性能，其含碳量在0.12%~0.2%，含锰量在1.2%~1.6%，是应用最广的低合金高强结构钢，有较好的韧性，优良的冷成行性和焊接性。屈服强度为343Mpa，焊接时一般不必预热。在大厚度、大刚性结构上进行小工艺参数、小焊道的焊接时，有可能出现裂纹，因此在大厚度、低温条件下焊接时，应适当的预热。对于本结构厚度28mm分析不需要预热处理。焊接方法能够是焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊。相同材料之间的焊接焊条选用H08MnA 焊剂用HJ431。
1.2.2 0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti焊接性分析
0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，含铬量为18%，含镍量为8%~10%，奥氏体不锈钢焊接性良好，焊接时一般不需采用特殊的工艺措施。但如果焊接材料选用不当或焊接工艺不正确，会产生晶间腐蚀、热裂纹及应力腐蚀开裂。
下料不宜用氧乙炔，可采用机械切割和等离子切割。焊前清理将坡口两侧20~30 的范围用丙酮擦洗，并涂白垩粉，以避免奥氏体不锈钢表面被飞溅金属损伤。0Cr18Ni9Ti焊接埋弧焊焊丝为H06Cr21Ni10 焊剂为HJ260。1Cr18Ni9Ti接埋弧焊焊丝为H08Cr19Ni10Ti 焊剂为HJ260。
2. 主要部件（筒节、封头等）的制造
2.1钢板复检
设计选用的金属材料是分别为16MnR +0Cr18Ni9Ti复合钢板0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti
16MnR钢板四类。在使用前应对钢板进行必要的化学成分复检，还要进行力学性能复检，包括拉伸试验，弯曲试验，脆性试验，断裂试验等。同时也要对材料的表面质量和材料的几何尺寸进行复检。复检合格后，方能进行下一步的生产加工。
2.1.2钢板的矫正
1) 钢材的矫正的原理与目的
钢材在搬运和贮存中难免会产生凹凸不平、弯曲、扭曲等变形现象。这种变形如果不予矫正，就会妨碍到后续的划线、下料和切割工作的正常运行，也影响下料的几何尺寸精度和装配焊接的质量。为此在焊接结构制造之前，必须对钢材进行矫正，卷筒钢板在开卷后必须经过矫平才能使用。矫正的基本原理是钢板在外力作用下经过多次重复额变形，使短金属纤维拉长。
2）钢材矫正的方法及使用设备
具体的矫正方法按操作方法的不同可分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正三种。本设计选用CDW43S 40*2500mm辊式厚板矫平机。
2.2.3钢材的预处理
由于钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮等都会影响产品的质量。因此，在进行材料划线、下料之前必须先进行表面预处理。工业生产中常见的机械除锈法包括：风动或电动砂轮、钢丝刷、喷丸、喷沙等。其中喷丸是当前工厂应用较多的大面积净化方法之一。
本次设计选用的喷丸设备是GYX-3M型钢材预处理装置。该装置进行钢材预处理的工艺过程为：电磁吊上料→辊道输送→预热→喷丸→清理丸料→喷漆→烘干→轨道输送出料。
2.2.毛坯尺寸计算及划线、下料
在划线、下料之前应先选取制作筒体钢板的尺寸规格。由于筒体为圆柱形回转体，划线前要进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，一般按中径展开。
壳体的展开公式： （2-1）
L、 Dg—为壳体毛坯展开长度（mm）、为容器公称直径（mm）
δ、S1、S2—为容器壁厚（mm）、加工余量(mm) 、修边余量（mm）
将数据带入公式2-1得：L=3.14（3200+28）+28+50=10314mm
壳体的展开长度就是选用板材的长度，根据钢板规格及考虑加工余量，下料时每边需预留出修边余量约50mm。根据以上计算，选择制作筒节的板材为：
16MnR +0Cr18Ni9Ti复合钢板28mm×2050mm×12500mm一块
16MnR 钢板 28mm×2700mm×12500mm四块
经过相应的计算可得各壳体展开毛坯尺寸如图2-3所示
椭圆封头的下料设计，其下料直径计算如下：
下料直径
式中：——封头直径 ——封头壁厚 ——封头直边高 ——加工余量
计算得
故下料尺寸为一块，需要拼接
.2.5边缘加工
为了消除前道工序加工所产生的加工硬化层和热影响区；消除装配、焊接工件边缘或自由边的各类缺陷，以提高结构的整体质量；提高结构的表面质量，也可为产品的后期制作创造条件。常见边缘加工的方法为刨削、铣削和车削等切削加工工艺。本设计选用B8150A型刨边机进行边缘加工，其技术参数见表2-4。
表2-4 B8150A型刨边机技术参数
产品名称
刨边机
型号
B8150A
最大刨削尺寸长×宽(mm)
6000×80
最大牵引力(KN)
6
刀架数及回转角调整范围
2个,±25º
工作精度-直线度(mm)
0.1
净重
30
外形尺寸：长×宽×高(mm)
12275×3750×2735

2.3 主要结构的成行
2.31筒体的成行
2.2.6 壳体的卷制
1） 卷板机的工作原理
卷制成形是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形连续、操作简便、快速、均匀。在筒节制造中能够利用金属材料的塑性变形、将毛坯弯曲成一定曲率、一定角度形成所需形状工件。
壳体的弯卷过程是钢板的弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生的塑性变形沿钢板厚度方向是变化的。其外圆周受拉应力伸长，内圆周受压应力缩短，中间层由于不受任何力保持不变。
本设计选用对称式三辊卷板机，其型号为 Wn-16×3200。其技术参数见下表2-5。
表2-5 Wn-16×3200对称式三辊卷板机技术参数
产品名称
对称式三辊卷板机
型号（厚*宽）
Wn—30×3200
卷板最大规格时最小弯曲直径(mm)
850
电机功率(KW)
48
重量(t)
16.8356
外形尺寸：长×宽×高(mm)
6770×1735×1940
对称式三辊卷板机其原理如图2-4所示。

图2-4 三辊卷板机卷制钢板
1- 上辊；2-下辊；3-钢板

3) 卷板的质量控制
① 筒体卷制质量要求筒体卷制公差见表2-6。
② 卷制筒体常见缺陷及控制措施：在卷制接近曲率要求时，要逐渐调整下压量使之逐步展开；当出现过卷时，可用大锤锤击筒身的一侧边缘使直径扩展，以消除过卷；当产生鼓腰时，增加下辊的刚性或在鼓腰处加垫块一起滚卷；检查坯料尺寸和形状、认真对中。
表2-6 一般结构件筒体卷制公差
外径Dn
/mm
外径偏差ΔDw
/mm
圆度误差Dmax－Dmin/mm
棱角度Δc
/mm
错边量b
/mm
壁厚≤30
壁厚＞30
﹥2500～3000
±13
20
13
5
不大于壁厚的10%，且不超过2mm

2.3.2封头的冲压
1）坯料加热
在封头冲压过程中，板料的变形很大，若在冷态下冲压，不但需要较大功率的压力机，而且会使成形后的封头产生严重的冷作硬化，甚至形成裂纹。为保证封头的质量，提高材料的变形能力，多采用热冲压。热冲压时钢板的加热温度在950～1100℃之间，这取决于坯料出炉装料过程的时间长短、压力机的能力大小、过高温度对材料性能的影响等因素。
2）压延力计算
（2-3）
其中：e----压边力影响系数，有压边时e=1.2；
K----封头形状影响系数，椭圆形封头K=1.2；
----坯料直径（mm）
----材料的高温抗拉强度（MPa）
s----坯料板厚（mm）
-----公称直径（mm）
代入数据：F=1.2×1.2×3.14×（4373-3200）×28×400＝ 50402973(t)

2.3.3二次切割
封头在制作过程中为了防止因压偏而造成产品的报废，在下料的时候多留出一些余量，封头冲压完成之后需将多余部分切掉。把冲压好的封头放在焊接回转台上，找出封头的中心，将封头定位进行二次划线，然后进行切割，并开出坡口。
2.5装配焊接工艺
在焊接结构制造中，装配和焊接是两道重要工序，它们占全部加工时间的30～70%，装配和焊接对焊接产品质量影响极大，因此在焊接结构生产中，正确地设计、选用各种工装夹具将工件准确定位并夹紧，用各种变位机械实现焊件、焊机或焊工位置改变的机械化、自动化，可大大缩短装配、焊接时间，保证产品的装配精度和焊接质量，充分发挥焊接设备能力，扩大其使用范围。
1） 定位焊
为了固定焊件的相对位置和防止变形，需要对焊件进行定位焊。定位焊采用焊条电弧焊。
① 定位焊的相关参考数据见表2-7。
表2-7 16MnR相关定位焊参考2数据
焊件厚度
/mm
定位焊间距
/mm
定位焊缝长度
/mm
焊点高度
/mm
10
200～210
20～30
5～8
② 定位焊焊接工艺参数的选择
因定位焊为断续焊，焊件温度比正常焊接时要低，热量不足容易产生未焊透，故电流应比正常焊接电流大。定位焊后应尽快焊接，避免中途停顿和间隔时间过长。其工艺参数如表2-8所示。
表2-8 焊条电弧焊接工艺参数
焊接材料
焊条直径(mm)
焊接电流(A)
电流种类
E5016
5
250
直流反接
③ 焊接设备选用焊机型号ZXG-300
2） 纵缝的焊接
为防止纵缝装配后在吊运和存放过程中筒节产生变形而影响它的圆度，可在筒内焊上临时支撑。纵缝焊接时要备有焊接试板。
纵缝的焊接顺序是先内后外。筒体的内、外纵缝焊接时，分别将焊机置于筒体内、外端的钢轨道上，由焊机自动行走进行焊接。其焊接工艺如下：
① 焊前准备：
a 坡口加工本筒体壁厚为28mm，开双面X形坡口，其坡口形式如图2-11所示。选用刨边机加工坡口，当坡口处有残留渣迹和残余变形时，要用砂轮打磨平滑和矫正平齐。

筒体复合板间坡口 筒体16Mn间坡口

b 清理 在焊接前应清除待焊部位及其周围的油锈和污物等杂质。可采用机械法，如用磨光机。
c 引弧板和收弧板的配备 施焊以前要配备引弧板和收弧板，板的厚度和化学成分要与母材一致，板的长度不得小于150mm，宽度不得小于50mm。
d 焊接材料的烘干 焊剂需在300~400℃下烘干2小时；焊条在400~450℃下烘干2小时。
② 焊接工艺参数
定位焊后，需检查装配及定位焊接质量。然后用埋弧焊进行焊接。其工艺参数如表2-9所示。
表2-9埋弧焊焊接工艺参数

焊接材料
焊丝直径(mm)
焊接电流(A)
电弧电压(V)
焊接速度(m/h)
焊丝干伸长度（mm）
16MnR+16MnR
H08MnMoA+HJ431
6
180~190
34~36
21
40
0Cr18Ni9Ti+16MnR

1Cr18Ni9Ti+
16Mn

0Cr18Ni9Ti(16MnR)+ 16MnR

所有焊接工艺参数均需经焊接工艺评定试验后确定，既根据有关技术标准规定焊接试板，并从焊成试板中取出拉伸、弯曲、冲击等试样，测试试样是否具备所要求的性能。
③ 焊后检验
a 外观检验，焊缝宽4mm，余高1.5～2mm；
b 经100%X射线探伤，Ⅱ级；
c 力学性能，σb=235MPa,冷弯角90º（d=2s）；
2.5.2 壳体间环缝装配焊接
1） 壳体间环缝的装配
壳体间的环缝装配方法采用卧式装配。
卧装的方法是在装配胎架上进行，筒体在滚轮架和辊筒架上装配。对接装配时，将两筒节置于胎架上紧靠或按要求留出焊缝间隙，然后采用测量筒节同轴度的方法，矫正两节圆筒的同轴度，矫正合格后施行定位焊。筒节装配装置如图2-12所示。

1－滚轮架 2－移动辅助夹具 3－滚轮架
图2-10 筒节装配装置
为使两壳体易于获得同轴度和便于装配中翻转，装配前两壳体应分别在进行矫圆，使圆度等符合技术要求，为防止壳体椭圆变形能够在壳体内使用径向推掌器撑圆。
浮头式换热器体积较大，焊缝较多，有纵焊缝、环焊缝。其位置如图2-13所示。

图2-11 焊缝位置分布图
筒节环缝装配比较困难。一方面由于各筒节下料的精度可能有误差，另一方面是受弯卷拉伸的影响，可能造成各筒节间直径和圆度上的偏差。因此，在可能的条件下，可按偏差相近的筒节进行选配或均匀地分布错边量。
筒体环缝的装配顺序如图2-14所示。按图中标号顺序从1~6依次焊接。首先将筒体两两对接，再在筒体一侧与封头装配，最后两个对称的半个容器利用筒节与筒节的装配方法对焊在一起。并在最后一道环缝装配前开人孔。

图2-12 筒体装配顺序
2） 壳体间环缝的焊接
筒体装配好之后，进行环缝的焊接。先焊内环缝，清根后再焊外环缝。除了最后一道环焊缝内部采用焊条电弧焊，其它部位焊接均采用埋弧焊。
① 筒体环焊缝的焊接
筒体环焊缝（除最后一道环焊缝）的焊接工艺参数与纵焊缝基本相同，环焊缝共焊2层。坡口形式参见图2-13。

图2-13 坡口形式示意图
② 筒体的二次划线和定尺加工
筒体的二次划线是在环焊缝完成后,最后一道焊缝焊接前进行的,主要对其接管、人孔等位置以及总长度的定尺加工进行划线，二次切割采用氧-乙炔火焰切割。

2.5.3 壳体与封头装配焊接
1）筒体与封头装配
在滚轮支架上放置筒体，并在封头端部上焊一吊环，供吊封头使用，将封头和筒体用形固定板固定，调整好间隙和错边量后进行定位焊，然后用埋弧焊进行焊接。
封头的装配可采用如图2-14所示的带有真空夹紧器的专门装置来完成,真空夹紧器是利用真空泵或抽气机筒而使夹具内腔形成真空，借助大气压力将工件夹紧（吸引）的装置。它适用于夹紧特薄件或挠性件，以及用其它方法夹紧容易引起变形或无法夹紧的场合。

图2-14 封头装配示意图
1.封头 2.筒体 3.吊耳 4.吊钩 5.滚轮架 6.形固定板
2）封头与筒节的环缝焊接
由于封头与筒体壁厚度不同，故在封头与筒体对接焊缝焊接工艺参数和筒节与筒节之间的对接焊缝略有不同。焊接封头与筒体的环焊缝时需要在滚轮架上进行，借助伸缩臂式操作机进行埋弧自动焊。采用X型坡口，双面埋弧焊，坡口形式如图2-15所示。

图2-15 封头与筒体环缝坡口示意图
其焊接工艺同筒节的纵缝焊接工艺一致，因此焊接工艺参数如表2-7、表2-8所示。
2.5.4最后一道环缝焊接工艺
最后一道环焊缝内部采用焊条电弧焊，外部采用埋弧焊。先焊内部焊缝，再焊外部焊缝。外部焊缝焊前，应先将焊条电弧焊的根部清理干净，再进行埋弧焊。否则，根部将会出现焊接缺陷。
1) 焊接方法及坡口形式
开X形坡口，其坡口形式如图2-16所示。

图2-16 最后一道环缝坡口示意图
2) 焊接工艺参数
①内部焊条电弧焊：采用直流反接的方法，短弧焊接共焊两层，具体工艺参数如表2-10所示。

表2-10 焊条电弧焊的工艺参数

第一层
第二层
焊条牌号
E5016
焊条直径（mm）
4
4
焊接电流(A)
160
180
②外部埋弧自动焊：选用的焊丝为H08A，焊剂为HJ431。焊前应先用碳弧气刨将焊条电弧焊的根部清理干净，再进行埋弧自动焊，否则根部将会出现焊接缺陷。外部埋弧焊焊一层，具体工艺参数如表2-11所示。

表2-11埋弧自动焊工艺参数
焊丝直径（mm）
4
焊接电流(A)
730
电弧电压(V)
35
焊接速度(m/h)
45
干伸长度(mm)
40
2.5.5附件装配焊接
封头、筒体装配焊接后，要对其它附件进行装配焊接。附件包括：外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、外头盖及丝孔、钢圈等等。一般采用焊条电弧焊焊接，其中法兰螺孔不得超过规定的偏斜，法兰平面必须与接管垂直，焊后进行超声波探伤。
2.5.5附件装配焊接
封头、筒体装配焊接后，要对其它附件进行装配焊接。附件包括：外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、外头盖及丝孔、钢圈等等。一般采用焊条电弧焊焊接，其中法兰螺孔不得超过规定的偏斜，法兰平面必须与接管垂直，焊后进行超声波探伤。
2.5.6整体消除应力热处理
整体热处理的目的是消除槽车中的焊接残余应力。整体热处理采用高温回火，对于Q235钢，回火的温度在650℃左右。保温时间按每毫米板厚保温1～2分钟计算，结合本次所设计的槽车板厚，回火保温时间为40分钟左右。
2.6焊后检验
壳体焊接完成后，需要进行焊缝质量检验。焊缝的质量取决于焊接时所用的焊丝、气剂、气体质量、接头的装配质量、焊接顺序、坡口的清理、施工条件、焊工操作技术水平高低和选用的焊接规范等因素。为保证焊接质量，必须严格检查焊接结构制造过程中的各个环节，及时防止各种缺陷的产生。完工后的焊接部件及整个产品必须进行全面的质量检验。
2.6.1 X射线检测
X射线探伤是检查焊缝内部最有效的方法，它能确定焊缝内部的气孔、夹渣、未焊透、内部裂纹的位置等缺陷。但直径在0.2mm以下的显微气孔、显微裂纹和微小的未焊透等缺陷不易用X射线探伤法探测到。该产品经100%X射线探伤达到JB1152－81《锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤》标准II级为合格品。
2.6.2 超声波检测
本产品的重要位置焊缝需进行超声波检验，达到JB/152—81《钢制压力容器对焊缝超声波探伤》标准II级合格。
2.6.3 水压试验
水压试验的目的是检查焊缝的致密性及焊缝中存在的微小缺陷是否会影响到产品的工作性能。水压试验介质采用洁净水。
1) 水压试验前准备
水压试验水温不得低于5℃，水压试验压力为设计压力的1.25倍，而且在试验前应在容器顶部和底部各设置一块量程相同、其量程为试验压力的1.5倍，精度等级不低于1.5级的压力表。压力表的直径以不小于150mm为宜，试验压力以容器顶部压力表读数为准。
2) 水压试验过程
①充水时容器顶部应设排气口，以便将容器内的空气排尽。试验过程中应保持容器外表面的干躁。
②试验时压力应缓慢上升，压力升至试验压力的50％时，保持15min，然后对容器所有焊缝和连接部位进行渗漏检查，确认无渗漏、无异常现象后再升压。
③压力升至试验压力的80％时，保持15min，再次进行渗漏检查，确认无渗漏、无异常现象后再升压。
④升压至试验压力后，保持30 min，然后将压力降至设计压力，进行检查，以无渗漏及其它异常现象为合格。
⑤水压试验完毕后，应将水排尽并用压缩空气将容器内部吹干。
2.6.4涂漆
产品的涂漆（喷涂、作标志以及包装）是焊接生产的最后环节，罐体涂漆后表面粗糙度高，色彩柔和典雅，而且突出了金属的质感。表面覆盖的一层漆膜晶莹剔透，不但能抵抗水、泥、砂浆和酸雨的浸蚀，而且对于产品也有很好的装饰效果，这是其它处理方法不能相比的。近些年，随着涂漆工艺中反渗透技术的成熟与应用，为涂漆工艺的推广使用奠定了坚实的基础。产品涂装质量不但决定了产品的表面质量，而且也反映了生产单位的企业形象。

2.2．1筒体的设计与加工
复合板筒体部分尺寸为，材料选用16MnR +0Cr18Ni9Ti。复合层厚度为2mm，总板厚为28mm。准备下料尺寸为1050mm*2050。火焰切割后对割口进行机加工，去除热影响区，并按设计要求开坡口。破口尺寸为：

图2.1

加工到钢板尺寸为1000* ，用冷滚压工艺进行加工卷曲成 圆筒，控制对接缝间隙为1mm。
筒体部分尺寸，材料选用16MnR。，总板厚为28mm部分的成行。划线准备下料尺寸为1050mm*2050。火焰切割后对割口进行机加工，去除热影响区，并按设计要求开坡口。破口尺寸为：

16Mn筒体尺寸

图2.2

加工到钢板尺寸为1000* ，用冷滚压工艺进行加工卷曲成 圆筒，控制对接缝间隙为1mm。
变截面筒体部分尺寸，材料选用16MnR。，总板厚为28mm部分的成行。划线准备下料尺寸为。火焰切割后对割口进行机加工，去除热影响区，并按设计要求开坡口。

封头为椭圆形，材料选用0Cr18Ni9Ti。，总板厚为28mm，部分的成行。划线准备下料尺寸为。火焰切割后对割口进行机加工，去除热影响区，并按设计要求开坡口。

3.接头的焊接方法及坡口设计与说明
3.1焊接方法的确定
二氧化碳吸收器尺寸为大型设备，板厚达28mm，为提高焊接效率，保证焊接质量 容器主体部分选用该埋弧焊。
3.2破口设计
3.2.1封头与复合钢筒体部分的焊接
破口形式为

4. 产品的装焊工艺过程卡；
5. 壳体的焊接工艺卡。