锥形封头制造工艺设计通用模板.pdf

锥形封头的展开计算a.已知筒体直径Φ=2400mm、小端内径 d=300mm、锥顶角β=60°、折边中性层半径 rm=510+60÷2=540mm、直边高度 h=50mm、壁厚δ=60mm，计算时以中性层为基准b.分析确定零件展开后图形的形状及所求的几何参数， 锥形封头示意图见图5-1，展开为扇形见图 5-2 所示图 5-1 锥形封头示意图图 5-2 锥形封头展开示意图 所求的几何参数展开后展开后的圆心角α，锥形封头小端半径 r＇和大端半 径 R计算得：大端中性层直径 Dm=2400+2×60÷2=2460mm小端中性层直径 dm=300+2÷60÷2=360mmα=360°sinβ÷2=180°r＇=（dm÷2）÷sin30°=dm=360mm利用等弧长法求展开后大端展开半径 R,展开后中性层处半径等于展开前中性层弧长R=oc+ce+h=Dm-0.433rm+0.524rm+h=2599.14≈2600mm号料按锥体封头展开尺寸分四等分，并在扇形直边和高度方向各留 50mm 单边余量平分的四瓣片冲压后，再组焊成形工程上把零件展开图画在板料上的过程，该过程中主要注意两个方面的问题：全面考虑各道工序的加工余量；考虑划线的技术要求。

a.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边缘加工余量包括焊接坡口余量，主要考虑内容为机加工（切屑加工）余量和热加工切割余量 焊接坡口余量主要考虑坡口间隙，坡口间隙的大小主要有破口形式，焊接工艺，焊接方法等因素来确定焊缝的收缩量，弯曲变形量等受多种因素影响， 在划线时若能准确的考虑由于焊接变形所产生的各种焊接余量是十分困难的，因此查表取近似值焊接坡口余量选取焊缝收缩量对接接头双边焊，3～4 ㎜焊缝坡口间隙单 U 型坡口，2～3 ㎜边缘机加工双边余量根据加工长度，查表 10 ㎜切割余量钢板切割加工，查表 14 ㎜划线公差保证产品符合国家制造标准，取 1 ㎜展开尺寸2600 ㎜b.划线技术要求实际用料线尺寸=展开尺寸+焊缝收缩量-焊缝坡口间隙+边缘加工余量=2600+3-3+50=2650 ㎜切割下料线尺寸=实际用料尺寸+切割余量+划线公差=2650+14+1=2665 ㎜c.合理排料（1）充分利用原材料，边角余料，使材料利用率达到 90%以上2）零件排料要考虑到切割方便、可行。

例如，剪板机下料必须是贯通的直线等3）筒节下料时注意保证筒节的卷制方向应与钢板的轧制方向一致（4）排料必须符合国家标准规定，充分利用原材料d.考虑到锥形封头的展开尺寸及钢板规格选择钢板厚为 60mm、长 3400mm、宽 2000mm 的钢板划线见图 5-3 所示图 5-3 封头排料示意图e.打标记划线完成后，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下料下料的加工方法分析及选用常用的切割方法有机械切割、氧气切割和等离子切割机械切割操作简单，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是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与机械切割相比较， 气割的最大优点是设备简单操作灵活、 方便， 适应性强，它可以在任意位置，任何方向切割任意形状和任意厚度的工件， 生产效率高、切口质量也相当好,有些焊接坡口可一次直接用切割方法切割出来，切割后直接进行焊接气体火焰切割的精度和效率大幅度提高，依据以上分析，椎体封头采用气割下料，预热≥200℃，切割后进行边缘加工，去除毛刺及硬化层等焊缝焊接方法①手工电弧焊,手工电弧焊适合于各种不规则形状，各种焊接位置的焊接手弧焊是主要根据焊件厚度，破口形式，焊缝位置等选择焊接工艺参数在保证焊接质量的前提下，应尽可能采用大直径焊条和大电流焊接，以提高生产效率②16Mn 自动焊方法是埋弧自动焊，电渣焊，CO2 气体保护焊等埋弧自动焊由于具有熔敷率高， 大溶深以及机械自动化操作的优点，适合于大型焊接结构的制造，广泛应用，多用于平焊和平角焊位置，电渣焊焊缝及热影响区过热，晶粒粗化，焊后要进行热处理。

焊接基本金属为低合金钢 16MnR，筒体规格φ3400×90 mm，所要求的焊工资格代号 SAW-1G(K)-07/09,焊接方法为埋弧自动焊，焊接姿势为平焊，焊丝直径为 4.0mm,焊接电流：正：700~720，反：720~740，焊接电压：36-38V；焊接速度：0.6cm/s；焊接顺序：先正焊，在反焊；焊接材料为 E50(点焊)，焊丝牌号 H08MnA，焊剂 SJ507.（查表 3.1916Mn 钢对接埋弧焊工艺参数坡口形式（1）首选机械加工坡口2）采用热切割坡口，切割前后将割口边缘 100mm 预热 150 摄氏度以上，热切割后边缘应进行机械或砂轮打磨，而后进行磁粉探伤检测，合格后转下道工序3）考虑到椎体封头的加工方法，焊接坡口形式见图 5-4图 5-4 锥形封头焊缝示意图锥形封头成型工艺钢板加热和热处理热冲压加热图见图 6-1图 6-1 热冲压加热示意图该材料最佳热冲压温度为 920——950℃，温度低于 920℃要停止冲压，否则容易引起材料的脆化热压形在压力机上胎具压形， 并用径向弧向样板检查压制时采用平面样板检验上下口尺寸以及轮廓处的R，保证样板与单片锥体间的间隙在1 mm左右，压制成型后，用1：1的立体样板进行实际测量，根据测量情况，用水压机对不符合尺寸要求的部为进行校正，然后根据立体样板的尺寸划出余量线，气割取出余量线后，图 6-2 下锥体封头拼缝示意图再用立体样板进行精整型直至达到设计要求。

热处理热压形后，封头要进行正火＋回火处理，焊接试板﹑母材试板同炉热处理检查内容是：测厚δ≥60；母材试板检验（化学成分和力学性能检验） ；焊接试板检查（保留一半，待整体热处理后再检查） ，按 JB4744-2000 进行常温拉伸试验、高温拉伸试验、冷弯试验、热影响区的硬度值 HB≥240对于有缺陷的位置要进行修复，修复完成之后要再进行 X-射线检测焊前准备及过程压形合格后， 两直边进行二次加工并加工拼接焊缝坡口 坡口见图 6-2 所示组对时， 把准备好的三块瓣片在胎具上放置到位，再应用固定夹焊在两块瓣片间固定尺寸焊前准备（1）焊接前清理焊道两侧 20mm 范围内油，锈等污物先焊内侧焊缝，然后从外侧清根后再焊外侧焊缝2）焊前采用履带式电热带对整条焊缝进行预热，预热宽度为坡口两侧各不小于 200mm 范围履带放置在外侧焊缝处，内侧用岩棉进行保温预热过程随时用远红外测温仪测温， 保证预热温度的均匀性，温度升至 200 摄氏度后断电进行焊接3）采用埋弧焊，焊接参数严格执行焊接工艺评定结果，并严格控制焊接热输入，每条焊缝要一次焊完，中间不得停留，并严格控制道间温度不低于 200摄氏度， 否则应重新进行加热。

内侧焊缝焊完后， 从外侧采用碳弧气刨进行清根，清根前焊缝温度要求不低于 200 摄氏度，否则要进行预热处理4）每条焊缝焊完后立即进行（250-300）摄氏度 X2h 的消氢处理，以降低扩散氢含量，并促使焊缝晶界的有害杂质进一步弥散，减少因 S，P 杂质偏析而导致的裂纹，同时降低焊接接头硬度，提高焊接接头的冲击韧度，避免延迟裂纹的产生5）每条焊缝焊接完毕，待 48h 后进行射线探伤焊接工艺焊接工艺见表 6-1注意，焊接完成后再拆除固定夹锥体封头的焊接工艺焊接过程检验要求1清理坡口及坡口检查100%MTJB/T4730-2005 I 级2在平台上划线、组对、预热并点焊垫板（与锥体同材质）目测3SMAW 焊垫板角焊缝4SAW 焊满，焊缝余高 0~0.5mm，目检5消氢处理 300~350℃/2h；或消应力 600±14℃/2h7去垫板，打磨平内壁堆焊面焊缝打磨平100%RTJB/T4730-2005Ⅱ 级100%UTJB/T4730-2005 I 级100%MTJB/T4730-2005 I 级8整体焊后热处理100%UTJB/T4730-2005 I 级100%MTJB/T4730-2005 I 级9 测硬度（母材、焊缝、热影响区各一组）HV10≤240层 焊接方法焊材牌号规格mm电流(A)电压(V)速度(cm/min)烘烤温度℃保温时间hSMAWCMA-96MBφ5200~23023~263502SAWUS-511Nφ4500~60030~34PF-2003502预热温度≥200℃。

校圆组焊后在卷圆机上校圆，校圆温度 150～200℃焊后热处理对于低合金钢 16MnR 来说，焊后热处理的目的不仅是消除焊接应力，而且更重要的是改善金属组织， 降低焊缝及热影响区硬度，提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，达到提高接头的综合力学性能的目的由于低合金钢在370-565 摄氏度温度区间长期运行过程具有回火脆性，因此在热处理工艺时一定要避免在此温度区间长期停留热处理和最终热处理均采用台车式煤气热处理加热炉 炉内空间大, 对热电偶的布置、煤气的燃烧等都比较熟悉,对炉内的温度控制也有成熟的方法使用的是分辨式燃油局部热处理加热炉炉内有若干个喷火嘴,炉壁衬耐火材料作为保温层由于炉内空间小,为防止热量散失,保证焊缝全厚度方向受热均匀,在反应器内部焊缝加热部位也铺设了耐火材料, 以形成保温墙 根据热电偶表温度曲线的变化, 通过调节风阀、 油嘴的闭合,来控制炉内的升温速度和恒温温度,从而保证了焊缝内外表面温度均匀一致对接焊缝焊接完成后,需立即进行中间消应力热处理( ISR) ,其热处理规范为 620 -640℃×2 h出炉后经 100 %MT、UT、TOFD 探伤探伤合格后进行焊接接头的最终热处理( PWHT) ,其热处理规范为 640 -680 ℃×2 h。

堆焊锥体封头内壁堆焊耐蚀层示意图见图 7-1 所示，堆焊工艺见表 7-1 所示下锥体封头内壁堆焊工艺焊接过程检验要求1清理坡口及坡口检查，并对不锈钢侧涂保护涂料100%MTJB/T4730-2005 I 级2组对、预热，预热温度≥200℃、点焊锥体堆焊耐蚀层示意图3里口焊条电弧焊打底焊； 里口焊条电弧焊焊到离交界面 1mm；外观4外口清根、打磨100%MTJB/T4730-2005 I 级5外口 SAW 焊满，预热温度≥200℃6堆焊表面磨平及检查100%MTJB/T4730-2005 I 级7预热温度≥100℃，SMAW 堆焊过渡层≥2mm100%PTJB/T4730-2005 I 级 100%UTJB/T4730-2005 I 级8消应力 600±20℃/2h测厚7SMAW 堆焊耐蚀层，总堆焊厚度≥5mm（与两边复层 平齐）100%PTJB/T4730-2005 I 级8校圆层 次焊接方法焊材牌号规格 mm电流 (A)电压 (V)速度 (cm/min)烘烤温 度℃保温时 间 hSMAWCMA-96MBφ4160~18023~243502φ5230~25024~263502A042φ4120~14023~242002A022φ。