课程设计焊接工艺设计说明书.docx
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课程设计焊接工艺设计说明书
净化器
焊接工艺设计说明书
院系：
材料科学与工程学院
班级：
成型05-4
姓名：
王博
学号：
0508020414
指导老师：
刘少平回书利綦秀玲
1产品的技术要求及原始数据分析
1.1产品概况
（1）名称：
净化器
（2）技术要求：
容积：
0.25m3；设计压力：
55kgf/cm2；设计温度≤320℃;介质：
压缩空气；焊缝系数0.8；腐蚀裕度：
1mm；耐压压力：
87kgf/cm2
（3）简图如图1所示，各部分组成：
两个法兰、两个接管、一个补强圈、一个补强板、一个上封头、筒体、一个下封头、三个底脚、压盖座、一个压盖，丝对M16、螺帽M16。
（4）作用：
使进入净化器中的空气保持一定的压力，并净化容器中的气体，去除空气中的杂质、油污、粉尘和水分等等。
图1：
净化器简图
1.2产品的技术要求
合理选择净化器各部件材料，切割允许偏差0.5mm；零部件加工按照焊接工艺要求确定，包括画线、切割、机加工等工艺；组装前严格检查并清除零件加工时残余的锐角，毛刺和异物；装配焊接应该按照装配—焊接的次序及所用的焊接工艺方法依次进行；焊接检验和修整根据产品的技术条件进行。
1.3产品各部分所用材料选择
部件名称
材料
化学成分
机械性能
C%
Si%
Mn%
P%
S%
σb
MPa
σs
MPa
σ5
%
AKV
J/cm2
接管、补强圈、上封头、筒体、下封头
20g
0.16~
0.24
0.15
~
0.03
0.35
~
0.65
≤0.04
≤0.045
450
240
25
65
压盖座、压盖
ZG200-400
0.20
0.50
0.80
0.01
0.01
400
200
25
60
法兰，底脚
Q235
0.16~
0.24
0.15
~
0.03
0.35
~
0.65
≤0.04
≤0.045
450
240
25
65
2备料加工工艺过程
焊接结构的备料加工一般要经过钢材的矫正、预处理、划线、放样、下料、弯曲、压制、校正等工序，这对保证产品质量、缩短生产周期、节约材料等方面均有重要的影响。
2.1接管
2.1.1尺寸
长度75mm，壁厚5mm，内径102mm，接管其中一端为30°棱边，如图
图2：
接管
2.1.2加工方法
（1）原材料复验。
钢厂所提供的20号锅炉钢（简称20g）无缝钢管成品
（2）划线。
留出3mm余量加工坡口。
（3）切割下料：
用HD3070精细等离子切割机（切割厚度6.4mm，采用电流30A，切割速度635mm/min，切割气体氧气，保护气体氮气），从成品钢管上截取长160mm钢管。
钢管的其中一端用CG1-3小车式半自动气割机（切割厚度5～60mm）加工成角度为30°棱边。
2.2补强圈
2.2.1尺寸
外径：
190mm，内径122mm，壁厚12mm，在上面有个M10的螺纹通孔，通孔中心线到邻近一端的距离为16mm，冲压后内径会产生一个角度，具体尺寸及形状如图3所示
图3：
补强圈
2.2.2加工方法
（1）原材料复验：
20g钢板，钢板尺寸：
能够从它上面截取一个直径为190mm的圆形钢板。
（2）矫正：
采用CDW43S12×2500型多辊钢板矫正机对钢板进行矫正，这种矫正机辊子数目为5~11个，钢板在空隙较板厚略小的两排辊子中间通过，在垂直板的平面内反复弯曲，使钢板整体均匀的伸长，此伸长消除原有的不平处，达到了矫正的目的。
（3）划线、放样：
留出2mm余量进行切割后的清理加工。
（4）切割下料：
采用HD3070精细等离子切割机（切割厚度12.7mm，采用电流100A，切割速度1625mm/min，切割气体氧气，保护气体氮气）切割加工出所需形状尺寸的双圆环形钢板。
（5）冲压成形：
放在一定形状的冲压模上，将双圆环形钢板冲压成形。
（6）加工螺纹：
用钻孔机打孔，在此基础上用攻丝套扣加工出M10的螺纹。
2.3补强板
与补强圈类似，但不完全相同。
与2.2.2加工方法中（5）稍有差别，冲压前两者形状尺寸完全相同，由于冲压成形时所用的冲压模不同，成形后的形状有差别。
其形状尺寸如图4所示
图4：
补强板
2.4上封头
2.4.1尺寸
厚度：
16mm，与筒体焊接处留有20mm的直边，直边的端部要加工出30°棱边，预留钝边高度2mm。
整个封头成碟形，与接管连接处加工成通孔，通孔的直径112mm，通孔处要加工出40°棱边，如图5所示。
图5：
上封头
2.4.2加工方法
（1）原材料复验：
20g钢板，钢板尺寸：
能够从它上面截取一个直径为540±10mm的圆形钢板。
（2）矫正：
采用CDW43S12×2500型多辊钢板矫正机对钢板进行矫正。
（3）划线、放样：
留出2mm余量进行切割后的坡口加工和清理加工。
（4）切割下料：
采用KLG-50空气等离子切割机（切割厚度1～20mm，切割电流50A）切割，得到所需形状尺寸的圆形钢板。
（5）加热：
将圆形钢板置于电阻炉中加热到A3点（相变点大约950℃）以上。
（6）冲压成形：
将加热后的钢板放在冲压机冲头下的凹模上，在凸模的冲击作用下形成碟形封头。
有个20mm的直边被夹具夹紧，防止外圈收缩，影响尺寸精度。
（7）加工通孔：
用KLG-50空气等离子切割机在封头中心加工出直径为112mm通孔，并用CG1-3小车式半自动气割机加工出棱边。
2.5下封头
2.5.1尺寸
厚度：
16mm，与筒体焊接处留有20mm的直边，直边的端部要加工出30°棱边，预留钝边高度2mm。
整个封头成碟形，与接管连接处加工成通孔，通孔的直径78mm，通孔处不开坡口，如图6所示。
图6：
下封头
2.5.2加工方法
与上封头相似。
区别：
第（7）步加工通孔时，在风头中心加工出直径为78mm通孔，在20mm的直边端部用CG1-3小车式半自动气割机加工出棱边。
2.6筒体
2.6.1尺寸
壁厚：
16mm，外径：
410±1mm，由两端焊接而成：
一段长700mm，一段长1350mm，总长2051mm。
如图7所示。
图7筒体：
2.6.2加工方法
原材料复验。
20g钢板，长1300mm，宽750mm，厚16mm和长1300mm,宽1400mm，厚16mm两块钢板。
（1）划线、放样。
留出的5mm余量加工坡口。
（2）切割下料：
将原材料用KLG-50空气等离子切割机切割。
（3）卷制成形：
把切割下来的钢板用不对称三辊式卷板机将切割下来的钢板卷成圆筒形，采用温卷变形。
这种卷板机的特点：
剩余直边小，结构较简单，但坯料需调头弯边，操作不方便，辊筒受力较大，弯卷能力较小。
使用于卷制薄而短的轻型筒节。
一般32×3200mm以下。
具体过程：
剩余直边与预弯—对中—卷圆—矫圆。
（4）焊接：
采用手弧焊打底焊加埋弧焊的焊接工艺。
如图8所示。
图8焊接破口：
（6）加工通孔：
用KLG-50空气等离子切割机在长1350mm的筒体上加工出直径为112mm通孔，并用CG1-3小车式半自动气割机加工出棱边，为焊接坡口作准备。
2.7压盖座和压盖
2.7.1尺寸
压盖座：
内直径：
60mm，外直径：
140mm，突台高度10mm，压盖座上加工两个M16螺孔，且加工出一段螺纹。
如图9所示。
图9：
压盖座
压盖：
内直径：
80mm，外直径：
140mm，下陷高度10mm，压盖上加工两个M16螺孔，与压盖座的相对应。
如图10所示。
图10：
压盖
2.7.2加工方法
采用砂型铸造方法来生产压盖座和压盖。
（1）对废钢，生铁等材料进行熔炼，调整铁水的成分，检验其是否符合ZG200-400的成分。
（2）制作砂型，然后进行浇注。
（3）对浇注出来的坯料进行机加工：
用车床加工出突台，钻孔机进行打孔，攻丝套扣加工出螺纹。
2.8法兰、M16螺杆（2个），M16六角螺帽（2个）
都是标准件，尽量选择成品，也可以自己生产。
其尺寸形状如图10所示。
图10:
法兰
2.9底脚
用Q235钢板焊接而成，其作用：
支撑整个容器，使其保持平衡。
3装配—焊接工艺设计方案说明与分析
包括产品材料的可焊性分析、焊接工艺分析、焊接材料与方法设备的选择，规范参数与过程中的工艺技术措施等综合性分析。
3.1产品材料的可焊性分析
在净化器的制作过程中，采用三种材料，分别是20g、Q235、ZG200-400，三种材料的化学成分已在1.3中列出，根据碳当量公式计算出三种材料的CE均小于0.4，说明其冷裂敏感性小，不易产生冷裂，焊接性好。
如：
20g钢的力学性能：
交货状态，以不热处理或热处理（退火、正火和高温回火）状态交货。
抗拉强度≥410N/mm2，屈服强度≥245N/mm2，伸长率≥25%，断面收缩率≥55%，硬度，未热处理≤156HB。
焊接性能：
强度比15g稍高，很少淬火，无回火脆性。
冷变形塑性高，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。
切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好。
3.2焊接工艺分析与设计
3.2.1采用手工电弧焊部位
上封头与接管，补强圈的焊接，接管与法兰，接管与筒体，下封头与压盖座，底脚与下封头的焊接。
（1）焊接方法分析：
手工电弧焊是应用最广泛的一种焊接方法，设备简单，操作方便，在焊接生产中起着举足轻重的作用。
（2）采用ZX5-160B国产桥式全控整流晶闸管式弧焊整流焊机，电源采用直流反接，焊接电压：
36V，额定空载电压：
60V，焊接速度15cm/min。
焊条采用J427（E4315）比较好，焊前烘干，烘干温度350
℃，烘干时间60min。
打底焊缝（第一层焊缝）焊条直径：
4.0mm,焊接电流200A；第二层焊缝：
焊条直径：
5.0mm，焊接电流250A。
（3）焊前不需要预热，焊后进行600℃～650℃回火热处理。
3.2.2采用埋弧自动焊
两个筒体的焊接。
（1）焊接方法分析：
埋弧焊是电弧在焊剂下燃烧以进行焊接的熔焊方法。
这种方法生产率高，焊接质量好，劳动条件好，节约金属和电能。
但也存在缺点，如焊接使用的位置受到限制，焊接厚度受到限制，对焊件坡口加工与装配要求严格。
但它至今仍是锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造的主要焊接手段，特别是对于中厚板、长焊缝的焊接具有明显的优越性。
（2）采用MZ1-1000交直流埋弧焊机，电源电压380V，焊接电流1000A，变速送丝，结构紧凑，控制系统简单，重量轻，使用方便，可焊接各种型式与位置的焊接。
选用焊丝型号：
H08A，直径5mm。
焊剂型号HJ433，焊前需250℃烘干2h。
（3）焊前不需要预热，焊后进行600℃～650℃回火热处理。
（4）焊接过程中注意：
将两个筒体放在滚轮架上，用小钢板经电焊固定，然后采用埋弧自动焊，焊枪不动，工件以一定的速度旋转，完成焊接。
3.2.3采用手工电弧焊打底焊，接着埋弧自动焊
下封头与筒体进行的焊接，上封头与筒体的焊接。
（1）手工电弧焊接采用ZX5-160B国产桥式全控整流晶闸管式弧焊整流焊机。
电源采用直流反接，工作电压：
36V，额定空载电压：
60V，额定焊接电流：
160A，焊接速度15cm/min。
焊条采用J427比较好，但价格有些昂贵，J422也可以。
手工电弧焊打底焊时，注意母材两边的熔合，采用两边摆动焊接的手法。
焊接电流要适当，既要保证熔合，又不能焊穿。
（2）埋弧自动焊采用MZ-630埋弧自动焊机。
焊接电流880A，焊接电压40V，焊接速度21.5cm/min。
焊丝型号H08A，直径5mm。
焊剂型号HJ434，焊前需300℃烘干2h。
（3）由于所选材料冷裂倾向小，焊前不需要预热，焊后需要进行回火处理（600℃～650℃）。
（4）焊接过程
将筒体放在滚轮架上，用起吊装置将封头吊起并移至焊接合适位置，用小钢板经过点焊固定，随着滚轮转动使筒体和封头同步转动，先经过手工电弧焊打底，在经过固定在焊缝位置的埋弧自动焊将筒体和封头焊成一体。
4装配步骤
由于在备料加工的过程中对所有的零部件没有进行表面局部清理，在焊接之前，采用机械或者化学的方法，去除所有锈渍、油渍和切割时产生的杂物等。
（1）焊两段筒体，采用埋弧自动焊，将筒体放在滚轮架上进行焊接。
（2）接管焊在上封头通孔处——补强圈焊在接管和筒体上——法兰与接管进行对接焊接。
（3）容器的上部：
先将接管焊在筒体上——套上补强圈，将其焊在接管和筒体上——法兰与筒体焊接。
（4）下封头与压盖座焊接
（5）下封头与筒体进行焊接——上封头与筒体进行焊接。
（6）将三个底脚焊在下封头上。
（7）用点焊机将铭牌焊在适当位置。
（8）将两个M10的螺钉旋入补强圈的螺孔里，拧紧——将两个M16的螺杆旋入压盖座里，安装压盖，把螺母拧紧固定。
5焊接技术要求
（1）必须按图样、工艺文件，技术标准施焊。
（2）焊接环境。
在出现下列任一情况时需采取有效防护措施否则禁止施焊。
a.风速：
大于10m/s。
b.相对湿度大于90%。
c.雨雪环境。
d.焊件温度低于-20°C。
当焊件温度为0~-20ºC时，应在开始焊处100mm范围内预热道15ºC以上。
（3）应在引弧板或坡口内引弧，禁止在非焊接部位引弧，焊缝应在引出板上收弧，弧坑应填满。
（4）防止地线电缆线焊钳与焊件打弧。
（5）电弧擦伤处的弧坑需要打磨，使其均匀过度到母材表面，若打磨后的厚度低于规定值则需要补焊。
（6）角焊缝的根部应保证焊透。
（7）接弧处应保证焊透与融合。
（8）层间温度不超过规定范围。
（9）每条焊缝应尽可能一次焊完。
6产品质量检验
6.1外观检验
焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法，是成品检验的一个重要内容，主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。
一般通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检验。
若焊缝表面出现缺陷，焊缝内部便有存在缺陷的可能。
6.2致密性检验
贮存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透和疏松组织等，可用致密性试验来发现。
致密性检验方法有：
煤油试验、载水试验、水冲试验等。
如：
上封头处焊有补强圈，补强圈上有个M10的螺纹通孔。
补强圈焊接好以后，采用载水试验，从这个地方充气打压，可以检验出补强圈是否焊好而不漏气。
6.3强度检验
受压容器，除进行密封性试验外，还要进行强度试验。
本净化器焊件采用水压试验，压力为14MPa。
能检验在压力下工作净化器的焊缝致密性，水压试验危险性小，进行试验时，必须遵守相应的安全技术措施，以防试验过程中发生事故。
7焊后处理
焊接完成后表面要进行磷化处理，并涂上薄薄一层置换型防锈油。
并在检验合格后涂漆
参考文献
（1）《机械工程手册》―第26、43、42篇
（2）《焊接结构生产》邢晓林主编
（3）《电弧焊》姜焕中主编
（4）《容器设备制图》石油工业出版社
（5）《焊接结构及生产设计》天津大学贾安东主编
（6）《焊接手册》第一、第三卷
（7）GB-3323-87《钢熔化焊对接接头探伤射线照相和质量等级》
（8）GB-1152-81《锅炉及压力容器对接焊缝超声波探伤》
（9）焊接手册1、3册.机械工业出版社
（10）焊接冶金学.机械工业出版社
（11）焊接结构及生产设计.化学工业
（12）钢结构焊接与制造.化学工业出版社
（13）焊接结构生产.化学工业出版社
（14）电弧焊基础.哈尔滨工业大学出版社
（15）电弧焊基础.哈尔滨工业大学出版社
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