过程设备制造与检测课程设计指导书四.docx

2.精馏塔制造实例介绍
2.1 精馏塔上封头制造工艺设计模板
上封头的总体生产工艺过程（工艺过程）：
原材料入库→原材料复检→预处理→划线及标记→下料→边缘加工→开破口→拼接→修平焊缝→热冲压成型→修正并去除氧化皮→热处理→无损探伤
封头制造的准备：
包括如钢板的检测和保存，钢板的预处理方法和工艺；展开计算、划线，切割加工等，封头的拼接设计；
钢板的检测和保存：
外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，其中超声波探伤结果按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Ⅲ级。
钢板的处理方法和工艺
原材料净化:
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
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。
常用的矫形方法有手工矫形，机械矫形，火焰加热矫形。
划线：
划线是在原材料或经初加工坯料上划出下料线下料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。
(1)封头的展开计算
将零件的空间曲面展成平面称为展图，是划线的主要工作环节。
该封头为标准椭圆形封头，材料为06Cr18Ni12Mo2Ti，
封头内径Di=1500mm 封头壁厚δ=18mm
封头中径Dm=Di+δ=1500+18=1518mm 直边高度h=40mm
根据等弧长法，将封头展开成圆形板坯，其尺寸：
Da=1.213Dg+1.5h=1.213×1500+1.5×40=1880mm
（2）号料
将展开图正式画在钢板上的作业称为号料，其要考虑加工余量，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。
号料时应注意以下问题如表5-1所示：

表5-1加工余量选择：
边缘加工余量
焊接坡口间隙
焊缝收缩量
切割余量
划线公差
7mm
4mm
---
10mm
7mm

实际用料线尺寸=展开尺寸－焊接坡口间隙+焊缝收缩量＋边缘加工余量=1880-4+7=1883mm
切割下料尺寸线=实际用料线尺寸+切割余量+划线公差
=1880+10+7=1897mm
考虑余量后，板坯尺寸取2000×18(mm)
① 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。
② 打标记
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）。
机械切割操作简单，成本低，但其生产效率低，切口精度差，而且不适合用于切割太厚、形状较复杂的钢板，它只适用于切割矩形或棒料。
等离子切割机的特点是切割速度快、切缝狭窄、切口平整、热影响区小、工件变形度低、操作简单，并且具有显著的节能效果。它不受物性限制，可切金属也可切非金属，适用于任何材料的切割，但是它的成本太高。
气割是用可燃气体与氧气混合燃烧的预热火焰，将金属加热到燃烧点，并在氧气射流中剧烈燃烧而将金属分开的加工方法。可燃气体与氧气的混合及切割氧的喷射是利用割炬来完成的。气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气等。氧炔焰气割过程是：预热一燃烧一吹渣。并不是所有金属都能被气割，只有符合下列条件的金属才能被气割： (1)金属能同氧剧烈反应，并放出足够的热量。
(2)金属导热性不应太高。
(3)金属燃烧点要低于它的熔点。
(4)金属氧化物的熔点要低于金属本身的熔点。
(5)生成的氧化物应该易于流动。
精馏塔封头钢板切割选用等离子切割
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。
板坯加热
因为 相对厚度δ/Do×100=18/2000×100=0.9>0.7 且封头冷、热冲压与相对厚度的关系知，该封头为热冲压，冲压前，把板坯加热至始锻温度，放在压力机上冲压，到终锻温度时停止冲压，封头毛坯加工工艺如图5-1曲线所示。

图5-1
封头的拼接设计：
因为展开计算后的圆形坯料D0为2000mm≥1500mm，所以拼焊焊缝数取为1，焊缝距圆形中心线距离≤D0/4=500mm,取400mm.
拼接的焊接方法
选择、焊接工艺设计，工艺参数确定以及相应的检测、热处理方法等；
拼接的焊接方法选择:
手工电弧焊电弧稳定性好，设备简单、操作维护方便适合全位焊接，适用于各种钢种，各种角度和各种结构的焊接，因电弧温度高，焊接速度较快，热影响区小，焊接接头的机械性能较为理想，所以焊接质量好，同时，手工电弧焊易于分散应力和控制变形，所有焊接结构中，因受热应力的影响，都存在着焊接残余应力和变形，采用手工电弧焊，可以通过工艺调整，如跳焊、对称焊等方法来减少变形和改善应力分布。该封头的厚度较小，所以综上选择手工电弧焊。
焊接工艺设计
焊接参数
（1） 焊条的选择和焊条直径
奥氏体不锈钢焊条选用要保证焊缝金属具有与母材的化学成分和机械性能大致相近，同时还要求保证焊缝金属具有优良的耐腐蚀性能。含碳量对不锈钢的耐腐蚀性能影响很大，一般选用焊条熔敷金属中的含碳量不高于母材的焊条。根据《钢制压力容器焊接规程》选用A212型焊条，A212是钛钙型药皮的低碳含Nb稳定剂的Cr18Ni12Mo2Nb不锈钢焊条，其具有很好的抗晶间腐蚀性能，有优良的操作工艺性能，而且可交直流两用。
一般情况下焊条直径根据被焊工件的厚度来选择，水平焊对接时焊条直径的选择见表7-1. 另外还要考虑接头形式、焊接位置、焊接层数等的影响。

表7-1 焊条直径的选择

工件厚度/mm
≤1.5~2
3

4~12
8~12
>12
焊条直径/mm
1.6~2.0
2.5~3.2
3.2~4
4~5
5~6

故由工件厚度18mm选择焊条直径5mm
（2） 焊接线能量
焊接线能量公式为Q=IU×60/V
其中 Q---焊接线能量（J/cm） I---焊接电流（A）
U---电弧电压（V） V---焊接速度（cm/min）
不锈钢焊接线能量应在保证熔合良好的情况下尽量采用小线能量。
（3） 焊接电流
对于手工电弧焊，焊接电流是影响焊接质量的关键。焊接电流过小，电弧燃烧不稳定，对工件加热不充分，易造成未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺陷；焊接电流过大，易使焊条发红、药皮崩落和失效，使其保护作用下降，影响接头成形，使热影响区增宽、晶粒粗大。一般情况下根据焊条直径来选择焊接电流的范围，如表7-2所示，同时还要考虑板厚、接头形式、焊接位置、施焊环境温度、工件材质等因素。

表7-2焊接电流与焊条直径的关系
焊条直径/mm
1.6
2.0
2.5
3.2
4
5
6
焊接电流/A
25~40
40~65
50~80
100~130
160~210
200~270
260~300

（4） 焊接电弧电压
焊接电弧电压的大小一般为20~30V，主要由电弧长度决定。电弧长则电弧电压高；反之电弧电压低。
电弧长度一般为2~6mm。
（5） 焊接速度
焊接速度的大小直接影响着生产效率，通常在保证焊缝熔透的情况下尽量采用较大的焊接速度。
（6） 焊接层数
焊接层数用下式估算 n=δ/d
其中 n---焊接层数
δ---工件厚度，mm
d---焊条直径，mm

则 n=18/5≈4
焊接坡口设计：
当压力容器板厚超过一定厚度是，为保证压力容器的焊缝全部焊透而无缺陷，应将钢板接头处开各种形状的坡口，这些坡口的尺寸和形状取决于被焊材料和采用的焊接方法。
常用的对接接头形式：a.直边对接，用于不开坡口的单面焊或背面双面焊；b.单面V形坡口，用于单面焊或背面清根的双面焊；c.不对称X形坡口，用于手工电弧焊封底的埋弧自动焊或双面埋弧自动焊；d.对称X形坡口，用于双面手工电弧焊或埋弧自动焊；e.单面U形坡口，用于背面手工电弧焊封底的埋弧自动焊或正面手工氩弧焊封底的埋弧自动焊；f.双U形坡口，用于双面埋弧自动焊或双面手工电弧焊；g.单面双V形坡口，用于手工电弧焊或手工氩弧焊封底的埋弧自动焊。
焊接坡口形式的选定要保证全焊透，方便从坡口加工、焊接、修磨整个实焊过程，而且要尽量减少焊接量。
钢板厚度为18mm，材料为奥氏体不锈钢，选择手工电弧焊，坡口选择V型焊接坡口，结构尺寸如图7-1所示:

图7-1

焊接注意事项
由于材料为奥氏体不锈钢，所以焊接过程中需要注意一下方面：
（1） 焊前准备
焊件表面清理：焊件待处理两侧各20mm表面应彻底清理干净。
焊条的烘干：奥氏 体不锈钢焊缝中的气孔主要是氢气孔，熔滴及熔池中的氢主要来源是药皮中的水分，所以焊条使用前应进行复烘。
（2）焊接过程中
1） 不允许焊条在非焊接部位引弧，地线应与工件夹紧，焊接平台不应作地线用，以免引弧点和局部受热出现局部腐蚀。
2） 由于奥氏体不锈钢电阻大，导热性差，可采用小焊接电流、高焊速、窄焊道、短弧、不做横向摆动，以降低热输入，提高熔池冷却速度，减少偏析。
3） 采用多层多道焊，焊缝的打底采用单面焊双面成形技术，打底焊道应确保熔透。
4） 原则上不预热，每焊完一道要彻底清除熔渣，层间温度控制在60℃以内，每道焊缝焊完后用水冲淋，以减少焊缝的高温停留时间。
5） 与腐蚀介质接触的焊层可考虑最后施焊，以提高焊缝金属的耐腐蚀能力。
6） 焊后对焊缝进行酸洗钝化处理以增强其耐腐蚀性能。

7.5 检测方法：
封头拼接焊缝属于凸型封头上拼接焊缝，为A类焊缝，进行或者超声波检测.
探伤标准如表7-3所示

表7-3 探伤标准
超声波探伤
JB1152-81《锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤》

射线探伤
GB3323-87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》

不锈钢封头成型
的注意事项，成形工艺设计及相关计算、模具设计、设备选用等，检测方法选择、热处理方法选择，边缘加工方法等。
不锈钢封头成型的注意事项
封头的冲压过程属于拉延过程，在冲压过程中各部分的应力状态和变形情况都不同，处于压边圈下部分的毛坯边缘A部分，由于封头的下压力使其经受径向拉伸应力，并向中心流动，坯料外直径减小；边缘金属沿切向收缩，产生切向压缩应力，会使边缘丧失稳定性而产生褶皱；常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生压应力，即法兰部分承受三向应力状态。处于下模圆角部分的材料，除受到径向拉伸应力和切向压缩应力外，还受到弯曲应力。空隙部分仍受到径向拉伸应力和切向压缩应力，而板厚方向不受力，处于自由状态，封头底部的材料，径向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，所以壁厚略有减薄。
成形工艺设计及相关计算
成形工艺设计：
由相对厚度18×100/2000=0.9查表7-7可知采用热冲压
加热规范如表7-4所示：
表7-4 加热规范
加热温度/℃
终压温度/℃
冲压后的热处理温度/℃
≤1150
≥950
------

上封头采用在水压机上整体热冲压成形，关键条件有合适的吨位，开档，行程的水压机和相应的工装模具，高温加热炉以及合理的冲压工艺。如附图所示，将毛坯对中放在下模上，然后开动水压机使活动衡量空程向下，当压边圈与毛坯接触后，开动压边缸将毛坯边缘压紧，接着上模空程下降，当与毛坯接触时，开动主缸使上模向下冲压，对毛坯进行拉伸，至毛坯完全通过下模后，封头便冲压成型。最后开动提升缸和回程缸，将上模和压边圈向上提起，与此同时用脱模装置将包在上模上的封头脱下，并将封头从下模支架中取出，冲压过程结束。
相关计算：
计算冲压力 P=CKπ(D0-DW)δσbt
C——压边力影响系数，无压边力C=1，有压边力C=1.2；
对于椭圆形封头，压边条件Do-Dn≥(18-20) δ,
2000-1500=500>（18-20）×18=324-360
所以采取压边圈，故取C=1.2
K——封头形状影响系数，椭圆形封头K=1.25-1.35；K取1.3
D0——封头外径，mm
Dw——筒节外径，mm
所以 P=1.2×1.3×3.14×（2000-1500-2×18）×18×530=21.68t
模具设计
上模（冲头）其结构及主要设计参数
 上模直径Dsm
根据封头内径和热冲压的收缩率φ或冷冲压的回弹率φ计算，材料为不锈钢，取φ=0.5 Dsm= Dn（1±φ）=1500（1±0.5）=750-2250mm
‚ 上模曲面部分高度Hsm
Hsm=hn（1±φ）=375（1±0.5）=187.5-562.5mm
ƒ 上模直边高度H0
H1—封头高度修边余量，一般为15-40mm,取H1=25mm
H2—卸料板厚度，一般为40-80mm，取H2=50 mm
H3—保险余量，一般为40-100mm，取H3=50mm
所以，H= h1+ H1+ H2+ H3=40+25+50+50=165 mm
④ 上模上部分直径Dsm’
Dsm’=Dsm+(2-3) mm=752-2252mm
⑤ 上模壁厚δ
当水压机吨位小于等于400 t时，δ=30-40 mm，取δ=35 mm
下模（冲环）其结构及主要设计参数
① 上下模间隙a
附加值z——热冲压时，z=（0.1-0.2）δ=0.18×40=7.2 mm，
椭圆形封头取较大值
a=δ+ z=18+7.2=25.2 mm
② 下模内径Dxm
Dxm= Dsm+2a+δm
δm——下模制造公差，取δm=2 mm
Dxm=（750-2250）+2×25.2+2=（802-2302）mm
③ 下模圆角半径r
根据经验选取，采用压边圈时，r=(2-3)δ（mm）=2×18=36mm
④ 下模直边高度h1
h1=（40-70）mm，取h1=50 mm
⑤下模总高度h
h=（100-250）mm，取h=200 mm
⑥ 下模外径D1
D1= Dxm+（200-400）mm=（1102-2602）mm

⑦ 下模座
外径D应大于毛坯直径D0，（2000 mm），高度H= h+（60-100）mm 下口内径D2应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径Dxm大（5-10）mm
检测方法选择
椭圆形封头冲压后各部分的壁厚有变化，通常在封头曲率大的部位，由于经向拉应力和变形占优势，所以壁厚减薄较大。而直边和靠近直边曲率较小的部件，由于切向压应力和变形占优势，所以壁厚增加，而且越接近边缘，增加壁厚越大。所以选择超声波检测来检测封头壁厚变化情况。
热处理方法的选择
奥氏体不锈钢封头在冷压后不需要进行热处理，但在热压后产生晶间腐蚀和热裂纹时需要进行热处理。
边缘加工方法
对图纸中有技术要求焊接坡口，等离子切割后的边缘等要进行边缘加工
常用的边缘加工方法有铲边、刨边、铣边和碳弧电气刨边四种。
接管孔的加工以及接管的焊接工艺；

接管与封头焊接设计
针对奥氏体不锈钢的性能和焊接特点，从焊接坡口型式和焊条牌号的选用、焊接参数的确定焊接工艺措施方面入手，制定焊接方案。
（1）焊接接头坡口形式的选定
保证全焊透，方便破口加工、焊接、背面清根、修磨整个施焊过程，尽量减少焊接质量。不锈钢管孔采用等离子机切割制管孔后角向砂轮磨制成形的磨制方法。据此采用如图9-1所示坡口型式。

图9-1

（2）焊条的选用
奥氏体不锈钢焊条的选择除了要保证焊缝金属具有与母材成分和机械性能大致相近，还要求保证焊缝金属具有优良的耐腐蚀性。含碳量对不锈钢耐腐蚀性能影响很大，一般选用焊条熔敷金属中的含碳量不高于母材的焊条。
按JB/T4709-20<<钢制压力容器焊接规程》，依据规程选择以下焊条用于06Cr18Ni12Mo2Ti焊条为A132、A137两种，焊条的熔敷金属化学成分标准值要求如表8-1
表8-1 A132、A137焊条化学成分标准值

C
Mn
Si
Cr
Ni
S
P
A212
<=0.08
0.5~2.5
<=0.9
18.0~21
0.9~11.0
<=0.03
<=0.04
A137
<=0.08
0.5~2.5
<=0.9
18.0~21
0.9~11.0
<=0.03
<=0.035

A132焊条为碱性焊条而A137属于低氢焊条，碱性焊条最大优点是焊缝金属中含氢量低，因而抗裂性好，由于奥氏体不锈钢本身具有良好的塑性韧性，综合考虑选用A132焊条。
焊条直径选择5mm。
（1） 焊接参数的确定
焊接层数
n=δ/d
其中 n---焊接层数
δ---工件厚度，mm
d---焊条直径，mm

则n=18/5≈4
各焊接参数如下表8-2

表8-2 焊接参数
层数
焊条牌号
焊条规格
直径（mm）
电源极性
电流（A）
电压（v）
焊速（cm/min）
1
A212
3.2
直流反接
80~100
21~23
8~12
2~4
A212
4
直流反接
120~150
23~26
12~18

检测方法
对接管的焊焊采用渗透检测。
焊接注意事项
（1）坡口间隙不能过小，间隙过小，容易产生未熔透，但是太大会产生裂纹夹渣等缺陷。
（2）焊接之前需要将接头附近杂质清理干净。
（3） 原则上不预热，每焊完一道要彻底清除熔渣，层间温度控制在60℃以内，每道焊缝焊完后用水冲淋，以减少焊缝的高温停留时间。
（4）焊后对焊缝进行酸洗钝化处理以增强其耐腐蚀性能。
2.2 精馏塔筒节制造工艺实例
筒体制造工艺简明流程图
材检——喷砂——探伤——号料——下料——刨坡口——拼接——筒体成形——加工破口（检测）——再卷圆——装焊纵缝——校圆——喷砂——打磨——探伤——刨坡口——探伤——组焊——打磨——探伤
筒体制造工艺过程卡片
1.筒节材检 1）筒体用316Ti钢板除应满足GB6654-1996规定外，还应符合Ⅱ1572-00-JT中的有关要求；
2）材料质证齐全，标记清楚。
2.喷砂 喷砂清理钢板表面氧化皮
3.探伤 钢板逐张按JB/T4730.3-2005进行100%UT检测，Ⅰ级合格
4.号料 1）号筒体下料线，刨边线、检查线，L=4779㎜
2) 号筒体纵缝试板一对，规格2000x1750㎜，2779x1750mm
5.下料 按线气割下料，清除熔渣
6.刨坡口 按图刨筒体纵环向接头坡口，削边段坡口暂不加工
7.拼接 按排料图将板块拼接成一块
8.筒体成形 筒体在美三辊卷板机上冷卷成形，符合图样要求
9.加工破口 按图刨坡口，剖口进行检测
10.再卷圆 再卷圆，减小错边量，进行UT检测
11.装焊纵缝 1）组装筒体纵向接头，控制对口错边量≤3㎜
2）焊接详见焊接工艺说明书
3）带筒体纵缝试板一对
4）打磨.清理焊缝表面
12.校园 筒体在三辊卷板机上进行校圆，检查几何尺寸，符合GB150的有关规定
13.喷砂 喷砂清理表面氧化皮
14.打磨 打磨、清理焊缝表面
15.探伤 1）焊接接头进行100%RT,按JB/T4760.2-2005中Ⅱ级合格
2）焊接接头进行100%RT,按JB/T4760.3-2005中Ⅰ级合格
16.刨坡口 加工组焊用破口
17.组焊环缝 1）组装环缝，控制对口错边量≤3㎜
2）焊接详见焊接工艺说明书
3）打磨、清理焊缝表面
18.打磨 打磨、清理焊缝表面
19.探伤 1）焊接接头进行100%RT,按JB/T4760.2-2005中Ⅱ级合格
2）焊接接头进行100%RT,按JB/T4760.3-2005中Ⅰ级合格
筒体制造的准备
钢材的预处理
钢材的预处理是对钢板、管子和型钢等材料的净化处理、矫形和涂保护底漆。
净化处理
主要是对钢板、管子和型钢在划线、切割、焊接加工之前和钢材经过切割、破口加工、成型、焊接之后清除其表面的锈、氧化皮、油污和熔渣等。
由于筒体材料选择不锈钢，故应先进行酸洗在进行钝化处理，以形成均匀的的金属保护膜，提高其耐腐蚀性能。
不锈钢酸洗配方为：浓硝酸20％；氢氟酸10％；水70％。室温，时间15～30min。
喷砂处理：可除锈、氧化皮等，使之形成均匀的有一定粗糙度的表面。砂粒均为石英砂，压缩空气的压力一般为0.5～0.7MPa，喷嘴受冲刷磨损较大，常用硬质合金钢或陶瓷等耐磨材料制成。
矫形
对钢板在运输、吊装或存放过程中的不当所产生变形进行校正的过程。有些制造精度要求高的设备对保存好的钢板也要矫形。就钢板而言，供货的技术要求钢板的平面度每米不得大于10mm，不能满足一般用钢的变形量允许偏差每米小于1mm或1.5mm的要求。
精馏塔筒体钢材选择冷矫（机械矫正），根据钢板厚度选择7辊辊式矫板机。
划线
在原材料或经过加工的坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等，并打上必要的标志、符号。划线的工序通常包括对零件的展开计算、放样和打标记
零件的展开计算
筒体展开图见图6-1：

（a）展开前的形状及尺寸 （b）展开后的形状及尺寸
图 6-1 筒节展开
（1）筒体展开计算如公式（6-1）、（6-2）：
Dm=Dg+δ （6—1）
L=π×Dm （6—2）
已知：H=13825mm、Dg=1500mm、δ=18mm
则由公式（6—1）得：Dm=Dg+δ=1500+18=1518mm
由（6—2）得：L=π×Dm=3.14×1518=4766.52mm
h=H=13825mm
（2）留余量
（a）筒体卷制的伸长量：与被卷材质、板厚、卷制直径的大小、卷制次数等条件有关，而本次采用冷卷，钢板冷卷的伸长量较小，约为7～8mm。
（b）边缘加工余量：主要考虑内容为机加工余量和热切割加工余量，见表6-1、表6-2：
表 6-1 边缘机加工余量/mm
不加工
机加工
要去热影响区
0
厚度≤25
厚度＞25
＞25
3
5

表 6-2 钢板切割加工余量/mm
钢板厚度
火焰切割
等离子切割
手工
自动及半自动
手工
自动及半自动
10～30
4
3
11
8
考虑到筒节很长，故取最大值10mm。
(3) 坡口间隙
查课本表6-25，取坡口间隙为2mm
（4）焊缝变形量
对于尺寸要求严格的焊接结构件，划线时要考虑焊缝变形量（焊缝收缩量），可以查相关的标准。对于简单结构在自由状态下进行电弧焊接时，也可以对焊缝收缩量等变形进行大致的估算。Y型坡口（板厚为16～20mm），焊缝收缩量为1.9～2.4mm。
实际用料线尺寸=展开尺寸-卷制伸长量+焊缝收缩量-焊缝剖开间隙+边缘加工余 （6—3）
切割下料线尺寸=实际用料线尺寸+切割余量+划线公差 （6—4）
（5）划线公差
筒节的划线及公差要求见图6-2：

图 6-2 筒节的划线及公差要求
长度L和宽度h如图二所示，对角线之差不大于1mm两平行线的不平行度不大于1mm，若考虑相对长度、宽度的关系则更为完善。一般情况下划线公差也可以考虑为制造公差的一般。
（6）排料
筒体排料的要求：
（a）每节筒节，其纵向焊缝数量，公称直径Dg不大于1800mm时，拼接焊缝不多于2条；公称直径Dg大于1800mm时，拼接焊缝不多于3条；
（b）每一节筒体的纵向焊缝中心线间的弧长不应小于300mm，见图6-3（a）；
（c）相邻筒体的纵向焊缝与筒体纵向焊缝应互相错开，并且两焊缝中心间的弧长不得小于100mm，见图6-3（b）；
（d）最短筒节长度不应小于300mm;

图 6-3 筒体上焊缝位置
由公式（6—3）得：实际用料线尺寸 l=4766.52-7+1.9-2+10=4769.42mm
≈4770mm
h=13825-7+1.9-2+10=13827.9mm
≈13828mm
由公式(6—4)得:切割下料线尺寸 l=4770+8+1=4779mm
h=13828-7+1.9-2+10=13830mm
成型加工
筒节的弯卷成型
筒节弯卷成形分析
（1）弯卷选择
筒节的弯卷成形是用钢板在卷板机上弯卷而成形的。根据钢板的材质、厚度、弯曲半径、卷板机的形式和卷板能力，实际生产中筒节的弯卷基本上可分为冷卷和热卷。
最小冷弯半径见公式（7-1）
Rmin=3.3δ （7—1）
有公式（7—1）得：Rmin=3.3δ=3.3×18=59.4mm
筒节的实际半径D/2=1500/2=750mm
实际半径大于允许的最小冷弯半径，可以冷弯卷制。冷卷成形通常是指在室温下的弯卷成形，不需要加热设备，不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作，费用低。
（2）设备选择
a．选择三辊卷板机，构造简单，价格便宜，应用普遍。
查书中表7-1得：上辊直径r1=550mm；
下辊直径r2=530mm；
下辊中心距 610mm；
卷板速度 3.35m／s；
下辊升降速度 100 m／s；
b．由于被卷钢板两端各有一段无法弯卷的直边，故需对钢板进行预弯卷，可用三辊卷板机预弯。
筒节弯卷的设计和计算
（1）卷制的工作过程如下：
（a） 调整设备，轴线平行；
（b） 把板坯装入上下辊之间；
（c） 上辊下压，将板坯压弯；
（d） 驱动两下辊旋转，板坯借助摩擦力而移动，并带动上辊转动；
（e） 板坯移动过程中，连续通过最大受力位置（上辊最低线），使整个板坯（除两端）产生均匀一致的塑性变形，得到一定曲率的弧形板。
（2）直边预弯
预弯是筒节成型的一个关键工序，制造完成预弯模具后将下料钢板放在油压机上进行预弯工序。为了保证预弯曲率的一致性，在钢板两端进行每隔50mm划线工作，每次压机的下压点均落在线上，而且保证每次的压力大小均等。预弯成型后预制样板进行检查，间隙保证小于0.5m
(3) 筒节下压量的计算
三辊卷板机下压量见公式（7-2）：
h＝√[﹙R＋δ＋r2﹚²－﹙l÷2﹚²]－﹙R－r1﹚ (7—2)
由公式(7—2)得：h＝√[﹙750＋18＋530﹚²－﹙610÷2﹚²]－﹙750－550﹚
＝1061.66mm
（4）筒节弯卷的回弹估算
弯卷钢板在辊子压力下既有塑性弯曲，又有弹性弯曲，故钢板卸载后，会有一定的弹性回复，即回弹。筒节在热弯卷时，回弹量很小，不予考虑。但是，在冷弯卷时，回弹量很大，钢材的强度越大，回弹量越大 。为了尽量控制回弹量，冷卷时要过卷，同时，在最终成形前进行一次退火处理。
筒节回弹前的内径Dn1可按公式（7-3）估算：
Dnl=（1-2 Koσs∕E）∕(1+ K1σs Dnl∕Eδ) （7—3）
过卷量△l可按公式（7-4）估算：
△l= π(Dn-Dnl）／2 （7—4）
式中 Dn——筒节内径，1500mm ；
σs—— 钢材屈服极限，常温205MPa 200℃时为310MPa ；
E——钢材弹性模量,2.06 GPa ；
K1——钢板界面形状系数，矩形K1=1.5 ；
δ——钢板厚度，18mm ；
Ko——钢材相对强化模数，查表7-2得06Cr18Ni12Mo2Ti的Ko=3,
由公式（7—3）：Dnl=（1-2 Koσs∕E）∕(1+ K1σs Dnl∕Eδ)
=(1-2×3×310 ∕(2.06×10∧5))×1500∕(1+1.5)
解得：Dnl=1280.752mm
≈1281mm
由公式（7-4）得：△l 3.14×（1500-1281）÷2=344mm
筒体的校圆
筒节纵缝焊完后根据棱角度和圆度情况确定是否校圆。校圆前筒节上的试板、（熄）引弧板必须采用切割方法取下，不得用锤击方法取下，校圆时控制圆度：对于普通容器、塔器其圆度≤筒体内径的1%，且≤25mm（卷制接管≤1%Di，且≤5mm），对于刚性不大的筒节只需对棱角度进行校正（棱角≤1/10δs +2mm，且≤3mm）。
筒体的焊接
筒体制造的主要工序：
制造的特殊要求
1.不锈钢的制作，要求有一个清洁的场地和环境，避免铁素体污染和磕碰划伤，否则会影响不锈钢的耐蚀性能。因此，参加精馏塔或其他内件制造的工人要接受这方面工艺守则的教育，并在施工过程中严格遵守；下料场地应打扫干净，消除杂物，可采用橡胶板铺地，并禁止穿带有铁钉子的皮鞋，撬具、吊耳也应采用奥氏体不锈钢制作。卷制筒体时必须在专用的卷板机上进行。不能与卷过铁素体钢的卷板机混合使用，除非将卷过碳钢的卷板机辊子表面进行认真的清洗。当奥氏体不锈钢冷变形超过20%，应进行提高耐蚀性能的固溶热处理。热处理炉内的气体应尽量减少硫的含量，防止硫化物对不锈钢的渗透降低耐蚀性能。当不锈钢表面或焊缝需要打磨时，应采用含有橡胶氧化铝的砂轮打磨，打磨时间不应太长，避免造成回火色。不能用普通粉笔当作记号笔在不锈钢上乱写乱画。标记移植用记号笔应采用不含氯离子、硫化物的颜料。
2.卷板机应专用，上辊不能有焊渣、焊瘤，最好在上辊套一不锈钢套筒。避免筒体卷制过程中压出麻点或划伤以及铁离子污染。
焊接方法及焊机材料选择
（1）焊缝坡口的选择
考虑到该筒体的材料为316Ti(06Cr18Ni12Mo2Ti)，第一节筒体厚度为18mm，故选择60°V型坡口，手工电弧焊（手工电弧焊设备简单、操作方便、适合全方位焊接）。
（2）焊条及设备
焊条：不锈钢主要用于耐腐蚀,但也用作耐热钢和低温钢。因此,在焊接不锈钢时,焊条的性能必须与不锈钢的用途相符。焊条烘干温度150-200度，保温1-2小时，不锈钢焊条必须根据母材和工作条件(包括工作温度和接触介质等)来选用[8]。
（a） 一般来说,焊条的选用可参照母材的材质,选用与母材成分相同或相近的焊条。
（b） 由于碳含量对不锈钢的抗腐蚀性能有很大的影响,因此,一般选用熔敷金属含碳量不高于母材的不锈钢焊条。
（c） 奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。可通过焊接工艺评定进行验证。
（d） 对于在各种腐蚀介质中工作的耐蚀不锈钢,则应按介质和工作温度来选择焊条,并保证其耐腐蚀性能(做焊接接头的腐蚀性能试验)。
A212焊条应为最佳选择。A类焊接接头，故采用100%无损检测探伤。射线探伤不低于JB4730规定的二级为合格
设备：焊条选择A212（ A212焊条 E318-16 焊条钛钙型 交直流 焊接重要的 0Cr17Ni12Mo2 不锈钢设备，如尿素、合成纤维等设备）故尽可能选择直流电源，电流不宜过大。选择弧焊整流机。
焊前准备：
(a）组对前将坡口两侧20mm范围内油污赃物清理干净(用不锈钢刷)，对于有油污不可以用钢丝刷和砂轮清理，用丙酮和或酒精进行清理。
(b）坡口加工或下料采用机械加工或等离子加工，不能用火焰切割机。
(c）在搬用、坡口的制备、装配个过程，应避免损伤钢材的表面。
(d）奥氏体型不锈钢焊缝中的气孔主要是氢气孔，熔滴及熔池中的氢的主要来源是药皮中的水分，焊条使用前应进行复烘，确保药皮中的水分控制在0.4%~1.6%（质量分数）
焊接工艺
1.不允许焊条在非焊接部位引弧，地线应与工件夹紧，焊接平台不应作地线用，以免引弧点和局部受热出现局部腐蚀。
2.由于奥氏体不锈钢电阻大，导热性差，可采用小焊接电流、高焊速、窄焊道、短弧、不做横向摆动，以降低热输入，提高熔池冷却速度，减少偏析。
3.采用多层焊，焊缝的打底采用单面焊双面成形技术，打底焊道应确保熔透。
4.原则上不预热，每焊完一道要彻底清除熔渣，层间温度控制在60℃以内，每道焊缝焊完后用水冲淋，以减少焊缝的高温停留时间。
5.与腐蚀介质接触的焊层可考虑最后施焊，以提高焊缝金属的耐腐蚀能力。
6.焊后对焊缝进行酸洗钝化处理以增强其耐腐蚀性能。
焊接接头实验
1.焊缝外观检查：焊缝与母材连接过渡圆滑，成型良好，