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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，关键用于化工行业。其外形尺寸为,关键用焊接组装成行，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。 压力容器关键考虑强度和耐腐蚀性。在焊接时焊缝表面不得有咬边。关键焊缝统一采取对接式坡口，关键焊接缺点为冷裂纹、未焊透，咬边等。为确保焊接质量和焊接效率，采取埋弧焊，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关键由筒体、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，法兰和接管关键用1Cr18Ni9Ti。结构图以下变截面筒体16MnR 筒体16MnR 筒体16MnR +0Cr18Ni9Ti封头材料为0Cr18Ni9Ti图1.1焊接时关键问题是筒体之间组焊强度合和成份确保问题。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，它关键靠锰、硅固溶强化提升其力学性能，其含碳量在0.12%0.2%，含锰量在1.2%1.6%，是应用最广低合金高强结构钢，有很好韧性，优良冷成行性和焊接性。屈服强度为343Mpa，焊接时通常无须预热。在大厚度、大刚性结构上进行小工艺参数、小焊道焊接时，有可能出现裂纹，所以在大厚度、低温条件下焊接时，应合适预热。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。相同材料之间焊接焊条选择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，焊接时通常不需采取特殊工艺方法。但假如焊接材料选择不妥或焊接工艺不正确，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，可采取机械切割和等离子切割。焊前清理将坡口两侧2030 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. 关键部件（筒节、封头等）制造2.1钢板复检设计选择金属材料是分别为16MnR +0Cr18Ni9Ti复合钢板0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti16MnR钢板四类。在使用前应对钢板进行必需化学成份复检，还要进行力学性能复检，包含拉伸试验，弯曲试验，脆性试验，断裂试验等。同时也要对材料表面质量和材料几何尺寸进行复检。复检合格后，方能进行下一步生产加工。2.1.2钢板矫正1) 钢材矫正原理和目标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。这种变形假如不予矫正，就会妨碍到后续划线、下料和切割工作正常运行，也影响下料几何尺寸精度和装配焊接质量。为此在焊接结构制造之前，必需对钢材进行矫正，卷筒钢板在开卷后必需经过矫平才能使用。矫正基础原理是钢板在外力作用下经过数次反复额变形，使短金属纤维拉长。2）钢材矫正方法及使用设备具体矫正方法按操作方法不一样可分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正三种。本设计选择CDW43S 40*2500mm辊式厚板矫平机。2.2.3钢材预处理因为钢材表面油污、锈蚀和氧化皮等全部会影响产品质量。所以，在进行材料划线、下料之前必需优异行表面预处理。工业生产中常见机械除锈法包含：风动或电动砂轮、钢丝刷、喷丸、喷沙等。其中喷丸是现在工厂应用较多大面积净化方法之一。此次设计选择喷丸设备是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、下料之前应先选择制作筒体钢板尺寸规格。因为筒体为圆柱形回转体，划线前要进行展开，可采取计算展开法，考虑壁厚原因，通常按中径展开。壳体展开公式： （2-1） L、 Dg为壳体毛坯展开长度（mm）、为容器公称直径（mm）、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 壳体展开长度就是选择板材长度，依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。依据以上计算，选择制作筒节板材为：16MnR +0Cr18Ni9Ti复合钢板28mm2050mm12500mm一块16MnR 钢板 28mm2700mm12500mm四块经过对应计算可得各壳体展开毛坯尺寸图2-3所表示椭圆封头下料设计，其下料直径计算以下：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加工硬化层和热影响区；消除装配、焊接工件边缘或自由边各类缺点，以提升结构整体质量；提升结构表面质量，也可为产品后期制作发明条件。常见边缘加工方法为刨削、铣削和车削等切削加工工艺。本设计选择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)600080最大牵引力(KN)6刀架数及回转角调整范围2个,25工作精度-直线度(mm)0.1净重30外形尺寸：长宽高(mm)12275375027352.3 关键结构成行2.31筒体成行2.2.6 壳体卷制1） 卷板机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。壳体弯卷过程是钢板弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生塑性变形沿钢板厚度方向是改变。其外圆周受拉应力伸长，内圆周受压应力缩短，中间层因为不受任何力保持不变。本设计选择对称式三辊卷板机，其型号为 Wn-163200。其技术参数见下表2-5。表2-5 Wn-163200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）Wn303200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)677017351940对称式三辊卷板机其原理图2-4所表示。图2-4 三辊卷板机卷制钢板1- 上辊；2-下辊；3-钢板3) 卷板质量控制 筒体卷制质量要求筒体卷制公差见表2-6。 卷制筒体常见缺点及控制方法：在卷制靠近曲率要求时，要逐步调整下压量使之逐步展开；当出现过卷时，可用大锤锤击筒身一侧边缘使直径扩展，以消除过卷；当产生鼓腰时，增加下辊刚性或在鼓腰处加垫块一起滚卷；检验坯料尺寸和形状、认真对中。表2-6 通常结构件筒体卷制公差外径Dn/mm外径偏差Dw/mm圆度误差DmaxDmin/mm棱角度c/mm错边量b/mm壁厚30壁厚30250030001320135小于壁厚10%，且不超出2mm2.3.2封头冲压1）坯料加热在封头冲压过程中，板料变形很大，若在冷态下冲压，不仅需要较大功率压力机，而且会使成形后封头产生严重冷作硬化，甚至形成裂纹。为确保封头质量，提升材料变形能力，多采取热冲压。热冲压时钢板加热温度在9501100之间，这取决于坯料出炉装料过程时间长短、压力机能力大小、过高温度对材料性能影响等原因。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） -材料高温抗拉强度（MPa） s-坯料板厚（mm） -公称直径（mm）代入数据：F=1.21.23.14（4373-3200）28400 50402973(t)2.3.3二次切割封头在制作过程中为了预防因压偏而造成产品报废，在下料时候多留出部分余量，封头冲压完成以后需将多出部分切掉。把冲压好封头放在焊接回转台上，找出封头中心，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，装配和焊接是两道关键工序，它们占全部加工时间3070%，装配和焊接对焊接产品质量影响极大，所以在焊接结构生产中，正确地设计、选择多种工装夹具将工件正确定位并夹紧，用多种变位机械实现焊件、焊机或焊工位置改变机械化、自动化，可大大缩短装配、焊接时间，确保产品装配精度和焊接质量，充足发挥焊接设备能力，扩大其使用范围。1） 定位焊 为了固定焊件相对位置和预防变形，需要对焊件进行定位焊。定位焊采取焊条电弧焊。 定位焊相关参考数据见表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/mm10200210203058 定位焊焊接工艺参数选择 因定位焊为断续焊，焊件温度比正常焊接时要低，热量不足轻易产生未焊透，故电流应比正常焊接电流大。定位焊后应立即焊接，避免中途停顿和间隔时间过长。其工艺参数如表2-8所表示。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E50165250直流反接 焊接设备选择焊机型号ZXG-3002） 纵缝焊接 为预防纵缝装配后在吊运和存放过程中筒节产生变形而影响它圆度，可在筒内焊上临时支撑。纵缝焊接时要备有焊接试板。纵缝焊接次序是先内后外。筒体内、外纵缝焊接时，分别将焊机置于筒体内、外端钢轨道上，由焊机自动行走进行焊接。其焊接工艺以下： 焊前准备： a 坡口加工本筒体壁厚为28mm，开双面X形坡口，其坡口形式图2-11所表示。选择刨边机加工坡口，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油锈和污物等杂质。可采取机械法，如用磨光机。c 引弧板和收弧板配置 施焊以前要配置引弧板和收弧板，板厚度和化学成份要和母材一致，板长度不得小于150mm，宽度不得小于50mm。d 焊接材料烘干 焊剂需在300400下烘干2小时；焊条在400450下烘干2小时。 焊接工艺参数 定位焊后，需检验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所表示。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+16MnRH08MnMoA+HJ4316180190343621400Cr18Ni9Ti+16MnR1Cr18Ni9Ti+16Mn0Cr18Ni9Ti(16MnR)+ 16MnR全部焊接工艺参数均需经焊接工艺评定试验后确定，既依据相关技术标准要求焊接试板，并从焊成试板中取出拉伸、弯曲、冲击等试样，测试试样是否含有所要求性能。 焊后检验a 外观检验，焊缝宽4mm，余高1.52mm；b 经100%X射线探伤，级；c 力学性能，b=235MPa,冷弯角90（d=2s）；2.5.2 壳体间环缝装配焊接1） 壳体间环缝装配壳体间环缝装配方法采取卧式装配。卧装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，然后采取测量筒节同轴度方法，矫正两节圆筒同轴度，矫正合格后施行定位焊。筒节装配装置图2-12所表示。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取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，为预防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。其位置图2-13所表示。图2-11 焊缝位置分布图筒节环缝装配比较困难。首先因为各筒节下料精度可能有误差，其次是受弯卷拉伸影响，可能造成各筒节间直径和圆度上偏差。所以，在可能条件下，可按偏差相近筒节进行选配或均匀地分布错边量。筒体环缝装配次序图2-14所表示。按图中标号次序从16依次焊接。首先将筒体两两对接，再在筒体一侧和封头装配，最终两个对称半个容器利用筒节和筒节装配方法对焊在一起。并在最终一道环缝装配前开人孔。图2-12 筒体装配次序2） 壳体间环缝焊接筒体装配好以后，进行环缝焊接。先焊内环缝，清根后再焊外环缝。除了最终一道环焊缝内部采取焊条电弧焊，其它部位焊接均采取埋弧焊。 筒体环焊缝焊接筒体环焊缝（除最终一道环焊缝）焊接工艺参数和纵焊缝基础相同，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 筒体二次划线和定尺加工筒体二次划线是在环焊缝完成后,最终一道焊缝焊接前进行,关键对其接管、人孔等位置和总长度定尺加工进行划线，二次切割采取氧-乙炔火焰切割。2.5.3 壳体和封头装配焊接1）筒体和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。封头装配可采取图2-14所表示带有真空夹紧器专门装置来完成,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）装置。它适适用于夹紧特薄件或挠性件，和用其它方法夹紧轻易引发变形或无法夹紧场所。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）封头和筒节环缝焊接因为封头和筒体壁厚度不一样，故在封头和筒体对接焊缝焊接工艺参数和筒节和筒节之间对接焊缝略有不一样。焊接封头和筒体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。采取X型坡口，双面埋弧焊，坡口形式图2-15所表示。图2-15 封头和筒体环缝坡口示意图其焊接工艺同筒节纵缝焊接工艺一致，所以焊接工艺参数如表2-7、表2-8所表示。2.5.4最终一道环缝焊接工艺最终一道环焊缝内部采取焊条电弧焊，外部采取埋弧焊。先焊内部焊缝，再焊外部焊缝。外部焊缝焊前，应先将焊条电弧焊根部清理洁净，再进行埋弧焊。不然，根部将会出现焊接缺点。1) 焊接方法及坡口形式开X形坡口，其坡口形式图2-16所表示。图2-16 最终一道环缝坡口示意图2) 焊接工艺参数内部焊条电弧焊：采取直流反接方法，短弧焊接共焊两层，具体工艺参数如表2-10所表示。表2-10 焊条电弧焊工艺参数第一层第二层焊条牌号E5016 焊条直径（mm）44焊接电流(A)160180外部埋弧自动焊：选择焊丝为H08A，焊剂为HJ431。焊前应先用碳弧气刨将焊条电弧焊根部清理洁净，再进行埋弧自动焊，不然根部将会出现焊接缺点。外部埋弧焊焊一层，具体工艺参数如表2-11所表示。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)402.5.5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。附件包含：外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、外头盖及丝孔、钢圈等等。通常采取焊条电弧焊焊接，其中法兰螺孔不得超出要求偏斜，法兰平面必需和接管垂直，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。附件包含：外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、外头盖及丝孔、钢圈等等。通常采取焊条电弧焊焊接，其中法兰螺孔不得超出要求偏斜，法兰平面必需和接管垂直，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目标是消除槽车中焊接残余应力。整体热处理采取高温回火，对于Q235钢，回火温度在650左右。保温时间按每毫米板厚保温12分钟计算，结合此次所设计槽车板厚，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。焊缝质量取决于焊接时所用焊丝、气剂、气体质量、接头装配质量、焊接次序、坡口清理、施工条件、焊工操作技术水平高低和选择焊接规范等原因。为确保焊接质量，必需严格检验焊接结构制造过程中各个步骤，立即预防多种缺点产生。完工后焊接部件及整个产品必需进行全方面质量检验。2.6.1 X射线检测 X射线探伤是检验焊缝内部最有效方法，它能确定焊缝内部气孔、夹渣、未焊透、内部裂纹位置等缺点。但直径在0.2mm以下显微气孔、显微裂纹和微小未焊透等缺点不易用X射线探伤法探测到。该产品经100%X射线探伤达成JB115281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 超声波检测本产品关键位置焊缝需进行超声波检验，达成JB/15281钢制压力容器对焊缝超声波探伤标准II级合格。2.6.3 水压试验水压试验目标是检验焊缝致密性及焊缝中存在微小缺点是否会影响到产品工作性能。水压试验介质采取洁净水。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1.5倍，精度等级不低于1.5级压力表。压力表直径以大于150mm为宜，试验压力以容器顶部压力表读数为准。2) 水压试验过程充水时容器顶部应设排气口，方便将容器内空气排尽。试验过程中应保持容器外表面干躁。试验时压力应缓慢上升，压力升至试验压力50时，保持15min，然后对容器全部焊缝和连接部位进行渗漏检验，确定无渗漏、无异常现象后再升压。压力升至试验压力80时，保持15min，再次进行渗漏检验，确定无渗漏、无异常现象后再升压。升压至试验压力后，保持30 min，然后将压力降至设计压力，进行检验，以无渗漏及其它异常现象为合格。水压试验完成后，应将水排尽并用压缩空气将容器内部吹干。2.6.4涂漆产品涂漆（喷涂、作标志和包装）是焊接生产最终步骤，罐体涂漆后表面粗糙度高，色彩柔和典雅，而且突出了金属质感。表面覆盖一层漆膜晶莹剔透，不仅能抵御水、泥、砂浆和酸雨浸蚀，而且对于产品也有很好装饰效果，这是其它处理方法不能相比。近些年，伴随涂漆工艺中反渗透技术成熟和应用，为涂漆工艺推广使用奠定了坚实基础。产品涂装质量不仅决定了产品表面质量，而且也反应了生产单位企业形象。2.21筒体设计和加工 复合板筒体部分尺寸为，材料选择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，材料选择16MnR。，总板厚为28mm部分成行。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，材料选择16MnR。，总板厚为28mm部分成行。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，材料选择0Cr18Ni9Ti。，总板厚为28mm，部分成行。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.接头焊接方法及坡口设计和说明3.1焊接方法确实定二氧化碳吸收器尺寸为大型设备，板厚达28mm，为提升焊接效率，确保焊接质量 容器主体部分选择该埋弧焊。3.2破口设计3.2.1封头和复合钢筒体部分焊接破口形式为4. 产品装焊工艺过程卡；5. 壳体焊接工艺卡。