加热器课程设计(苑永生).doc

辽宁石油化工大学实习设计本辽宁石油化工大学实习设计本专业班级： 焊接 0932姓名： 苑永生 学号：0920883202实习、设计名称： 耐热钢压力容器（换热器）的焊接生产实习、设计地点： 辽宁石油化工大学实习、设计时间：2011 年 9 月 日至 2011 年 10 月 12 日指导教师： 郭淑娟 闫伟成绩：评阅人： 2前言为强化所学专业知识，使之能融会贯通，学以致用，所以进行了此次课程设计，用以提升学生专业能力，为不久的就业工作做准备本次课程设计是对压力容器的焊接结构生产进行分析设计，以 15CrMoR 珠光体耐热钢作为母材，对换热器（加热器）的筒体环焊缝的焊接生产进行分析研究此次设计涉及多种焊接相关知识，如焊接结构、焊接材料、焊接方法、焊接工艺制定及焊接工艺卡的编制等各方面内容，较为全面的概括了所学的知识，使之与生产实践相接轨，所以做好此次设计能为以后的工作打下良好的基础在设计过程中，本人在图书馆参阅了相关的许多资料与书籍，并得到了郭淑娟老师、严伟老师的指导与帮助，对此，作者表示深切的谢意鉴于编者水平有限，本次设计中难免会出现一些错误和需要改进的地方，恳请指导老师批评指正。

苑永生2011 年 10 月3目录1、课程设计目的与要求··········································51.1 设计目的·····················································5 1.2 设计要求·····················································52、换热器（加热器）的简介······································61.1 换热器的分类··················································61.2 填料函式换热器（加热器）的结构原理····························63、母材的焊接性分析·············································83.1 15CrMoR 钢的化学成分及分析·································4··83.2 15CrMoR钢的焊接性分析········································83.2.1 淬硬性···················································93.2.2 再热裂纹倾向·············································93.2.3 回火脆化················································104、焊接工艺 ·····················································12 4.1 焊接方法的选择···············································124.2 焊接材料的选择···············································12 4.3 焊接参数的选择···············································1354.4 坡口的选择与制备·············································134.5 焊前准备·····················································144.6 焊前预热·····················································144.7 焊后热处理···················································154.8 焊后检测·····················································15结论······························································16课程设计总结 ····················································17附录······························································19附录 A 焊接工艺规6程···············································19附录 B 焊接工艺卡·················································22参考文献·························································2471、课程的设计目的与要求1.1 设计目的分析设计以珠光体耐热钢 15CrMoR 为母材的填料函式换热器（加热器）筒体环焊缝的焊接生产。

1.2 设计要求（1）结构名称：加热器（2）壳程壁厚：30mm；管程壁厚：16mm（3）筒体直径：500mm （4）壳体材质：15CrMoR图 1-1 加热器简图82、换热器（加热器）的简介1.1 换热器的分类列管式换热器种类很多，根据结构特点的不同可分为固定管板式、浮头式、U 型管换式和填料函式等1.2 填料函式换热器（加热器）的结构原理填料函式换热器属于列管式换热器，它的组成主要有筒体、封头及接管、法兰、管束，管板，耳座等组成，其中筒体、封头，接管是换热器压力容器制造的关键部分管板式是列管式的基本形式，故以固定管板式为例来说明填料函式换热器（加热器）的结构原理9工作原理和结构 图 1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造A 流体从接管 1 流入壳体内，通过管间从接管 2 流出B 流体从接管 3 流入,通过管内从接管 4 流出如果 A 流体的温度高于 B 流体,热量便通过管壁由 A 流体传递给 B 流体；反之，则通过管壁由 B 流体传递给 A 流体壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体 (A 流体)管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B 流体)。

管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成通常壳体为圆筒形;管子为直管或 U 形管为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转 45°和同心圆形等多种形式，前 3 种最为常见按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大管板和管子的总体称为管束管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用折流板的形状有弓形、圆形和矩形等为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为 2 程和将管程分为 2 程、4 程、6 程和 8 程等管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为 1400～2850 瓦每平方米每摄氏度10〔W/(m(℃)〕;用水冷却气体时,为 10～280W/(m(℃)；用水冷凝水蒸汽时,为570～4000W/(m(℃)填函式换热器 图 5 [填函式换热器]为填函式换热器的结构管束一端与壳体之间用填料密封管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。

拆下管箱、填料压盖等有关零件后,可将管束抽出壳体外,便于清洗管间管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大 3、母材的焊接性分析3.1 15CrMoR 钢的化学成分及分析依据 GB713—2008 可查得 15CrMoR 钢板化学成分如下：表 3—1 15CrMoR 钢板化学成分( 质量分数) (%)化学成分( 质量分数) (%)牌号CSiMnMoCrPS15CrMoR0.12~0.180.15~0.400.40~0.700.45~0.600.80~1.20≤0.025≤0.01011由表3—1中可以看出15CrMoR钢的化学成分，根据国际焊接学会(IIW)推荐的反映低合金钢淬硬和冷裂倾向的公式：CE（IIW）=( C + Mn／6+ (Cr+ Mo+ V)／5 +(Ni+ Cu)／15 计算出15CrMoR钢碳当量值Pcm 在0.437 ～0.657 之间根据有关资料得知：当Pcm≤0．4 时．焊接时基本无淬硬顺向，焊接性良好．不须采用预热和严格控制焊接线能量等措施；但是当0.4 ≤Pcm≤0．5 时，淬硬顺向还很不明显．焊接性尚可，随着板厚的增加，焊接往往需要预热；；当Pcm>0．5 时，淬硬颇向显著．冷裂倾向随之增加． 为避免冷裂纹．应严格控制焊接工艺。

根据JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》常用钢号推荐的预热温度、层间温度和施焊环境等因素综合考虑，15CrMoR 的焊接预热温度设定为≥150℃，选择200℃，层间温度保持在250～350℃之间3.2 15CrMoR钢的焊接性分析15CrMoR珠光体耐热钢的焊接具有以下特点：首先它具有很大的淬硬倾向在焊接热循环决定的冷却速度下，焊缝金属和热影响区内可能形成对冷裂纹敏感的显微组织：其次，15CrMoR珠光体耐热钢中含有Cr、Mo等强碳化物形成元素从而使接头的过热区具有一定程度的再热裂纹敏感性最后，某些耐热钢焊接接头，当有害的残余元素总含量超过容许极限时会出现回火脆性或长时脆变3.2.1 淬硬性15CrMoR钢中的主要合金元素Cr和Mo显著提高了钢的淬硬性, Mo的作用比Cr约大50倍这些合金元素推迟了冷却过程中的转变, 提高了过冷奥氏体的稳定性在焊接过程中, 热输入过小时, 易出现过硬组织; 热输入过大时, 焊缝金属及热影响区晶粒显著变粗两者明显降低了焊缝金属及热影响区的塑韧性为了解决这一问题，通常采用较小的焊接线能量，同时又采取适当的预热、后热措施因此，根据现场实际情况决定采用火焰加热进行焊前预热．纵缝用乙炔焰直接加热．环缝采用钢管钻眼喷焰的方法。

123.2.2 再热裂纹倾向再热裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及其含量以及焊接热规范如下图所示：图图3——1Cr、Mo、V 合金元素对钢材再热裂纹敏感性性的影响图 3—213热处理温度对再热裂纹敏感性的影响(钢的基本成分（质量分数）:C0.16%,Cr0.99%,Mo0.46%,Mn0.60%)为防止再热裂纹的产生, 应采取如下措施:( 1) 严格控制母材和焊材的合金成分, 特别是要将V, Ti,Nb等合金元素的含量严格控制到最低程度 2) 选用高温塑性优于母材的焊接材料 3) 采取焊前预热, 焊后保温缓冷( 后热) 的措施 4) 采用较小热输入的焊接工艺和方法, 减小焊接过热区宽度, 细化晶粒 5) 选择合理的热处理制度, 避免在敏化温度区间停留较长时间3.2.3 回火脆性Cr-Mo 钢及其焊接接头在 370 ~ 565℃温度区间长期运行过程中发生渐进的脆变现象称为回火脆性或长时脆变15CrMoR 钢的回火脆化与其杂质含量有着密切关系,如 P,As,Sb 和 Sn 沿晶界的扩散偏析，其综合影响可以以脆性指数来表征对于焊缝金属。