聚酯反应器筒体制造

筒体整体结构分析

3.1筒体加工简明流程图

【材检——喷砂——探伤】——号料——下料——【刨坡口——探伤】——筒体成形——【装焊纵缝】——校圆——喷砂——打磨——【探伤——加工环缝——组焊环缝——打磨——探伤】——【堆焊过渡层——探伤——堆焊表层——探伤】——组装

3.2受压元件成型前的工艺流程

板材成型前的通用工艺流程列于表3-1。

表3-1， 板材成型前的通用工艺流程 序号 工作内容 要求、加工方法、加工设备或工具 外观检验、几何尺寸检验、理化检验和钢板的超声波探伤，1 原材料入库 2 原材料复验 有时可委托钢厂进行，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。 3 划线及标记 4 下 料 钢印标记、板材矫平、划线、钢印移植 对于直边用剪切；曲线边用气割；对于不锈钢和有色金属，气割用等离子弧；对于特厚板材，若剪切困难则用气割。

续表3-1

用气割或等离子弧开V型、X型坡口，并用砂轮打磨； 5 边缘加用机加工方法进行边缘加工或开坡口，其中牛头刨和龙门刨进行工 直线加工, 用立车或大型普通车床进行圆弧轮廓加工；用刨边机刨边和开坡口； 3.3夹套材料 夹套材料为16MnR

16MnR是屈服强度350MPa的普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性 3.4筒体材料

筒体内层材料为304不锈钢，外层材料为16MnR。

304不锈钢化学牌号为06Cr19Ni10 旧牌号（0Cr18Ni9） 含铬19%，含镍8-10%。304不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性。在大气中耐腐蚀， 如果是工业性气氛或重污染地

区，则需要及时清洁以避免腐蚀。适合用于食品的加工、储存和运输。 具有良好的加工性能和可焊性。 板式换热器、波纹管、家庭用品、建材、化学、食品工业等。304不锈钢为国家认可的食品级不锈钢。

16MnR是屈服强度350MPa的普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。

表3-2， 304不锈钢和16MnR力学性能 材料 304 16MnR 化学成C% 分 304 ≤0.08 量% 氮含MPa 0.06 屈服强度205 510-655 抗拉强度MPa 520 ≥345 伸长率% 40 表3-3， 304的化学成分 Si% Mn% P% ≤0.05 S% ≤0.03 Cr% Ni% ～Mo% N% ≤1 ≤2 18～8.0020 10.5 2.2～3 ≤0.2 表3-4， 16MnR的化学成分 化学成分 16MnR C% Si% Mn% P% ≤0.03 S% ≤0.02 ≤0.2 0.2～0.55 1.2～1.6 3.5 工艺设计 3.5.1选材

聚酯反应器筒体材料选择复合钢板。基层16MnR，复层304不锈钢。16MnR是普通低合金钢,它的强度较高、塑性韧性良好。常见交货状态为热轧或正火。属低合金高强度钢

304不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于650℃。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。

夹套选择16MnR低合金钢。 3.5.2材检

一般来说，为了保证工程质量，所有原材料、构配件等，均要进行进场复检，并做好记录。有些原材料需要抽样送检，并取得合格报告后方可使用。具体实施按照工程验收规范、国家标准执行。

3.5.3划线 （1）、展开计算

见图3-1

（a）展开前的形状及尺寸 （b）展开后的形状及尺寸

图3-1 筒节展开

已知：H=2100mm、Dg=2200mm、δ=22+6mm 则有：Dm=Dg+δ=2200+22+6=2228mm L=π×Dm=3.14×2228=6995.92mm h=H=2100mm （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）、主要考虑内容为机加工余量和热切割加工余量 见图3-2：

图3-2 筒节的划线及公差要求

（3）、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。

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+边缘加工余量

切割下料线尺寸=实际用料线尺寸+切割余量+划线公差 （4）、划线公差

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。 3.6筒体的排料

（1）、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； （2）、每一节筒体的纵向焊缝中心线间的弧长不应小于300mm.

（3）、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3-3：

图3-3 排料要求图

（4）、最短筒节长度不应小于300mm;

3.7 坡口加工

坡口加工按机加工制备，按焊接工艺刨纵、环缝坡口，在12m的刨边机上加工，刨边机在下尽料的钢板两端按焊卡刨坡口，另两块钢板一端按焊卡刨坡口，另一端待筒体滚圆后制作。根据实际生产情况，直缝和环缝坡口型式分别如图1所示。焊接前要检查坡口型式及装配质量，坡口处要进行清除铁锈、油污、氧化皮等影响焊接质量的杂质，并对坡口进行PT表面探伤检测，确认无缺陷后方可进行焊接。开设焊接坡口的目的主要是为了保证电弧能深入接头根部，使接头根部焊透，其次是便于清理熔渣，获得较好的焊缝成形，再次是调节焊缝中金属和母材的比例。开设坡口主要是为了焊透，能否焊透主要由坡口的尺寸和形式决定的，焊接坡口应根据板厚、焊接方法以及图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计坡口。选择和设计坡口形式和尺寸应综合考虑以下因素: （1）保证焊缝焊透； （2）坡口形状易于加工； （3）便于装配；

（4）尽量减少焊缝金属填充量，提高生产效率； （5）保证焊接接头质量，避免产生焊接缺陷； （6）减少焊接残余应力与变形； （7）有利于焊接防护，改善劳动条件； （8）方便焊工操作；

（9）复合钢板坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率。

因此，焊接坡口形式与尺寸设计见图3-4：

70°22+6330°70°25

图3-4 复合板筒节环缝示意

该坡口形式具有以下优点:

（1） 过渡层位置明确 基层与复层界面一目了然, 过渡层的位置有明确标记, 不会将碳钢焊条焊到复层上, 焊工无心理负担, 施焊时得心应手。

（2）避免夹渣的产生 复层边缘远离焊缝中心, 因此在焊接热循环过程中, 最高峰值温度大大降低, 避免了因基层焊接时反复受热膨胀, 引起复层张口, 并出现夹渣的可能。

（3）保证了过渡层厚度的要求 过渡层能完全覆盖基层, 并且能达到技术条件中要求的a、b 值, 保证过渡层的焊接质量,使其真正起到承上启下的作用。 多年的实践证明,坡口能更好的保证不锈钢复合板的焊接质量, 同时对其它类型的复合材料焊接坡口的设计有一定的参考价值。

四、焊接工艺

4.1焊前准备

为了保证焊接接头的耐蚀性，防止焊接缺陷，在焊前准备中，对下列问题应予以特别注意。

⑴ 下料方法 根据材料厚度查得，坡口加工方法可选用切削或磨削。此盘管坡口加工适宜选择磨削加工方法。其优点是现在的磨削工具小型轻便，使用起来比较方便，总成本低，而且用途广，对于厚度小于8mm的部件，多采用磨削方法加工坡口，这种方法更适用于现场修磨坡口。

⑵ 焊前清理 为了保证焊接质量，焊前应将坡口及两侧20~30mm范围内的焊件表面清理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别

高的焊件，应在适当范围内涂上用白垩粉调制的糊浆，以防止飞溅金属损伤钢材表面。

⑶ 表面防护 在搬运，坡口制备、装配及点焊过程中，应注意避免损伤不锈钢表面，以免使产品的耐蚀性能降低，如不允许在钢材表面随意打弧及用利器划伤钢板表面等。

⑷ 自冷作硬化现象 因奥氏体不锈钢的线胀系数大，对冷作硬化敏感，在刚性固定条件下焊接时，焊缝在冷却中会产生较大的塑性变形，而发生自发的冷作硬化现象，经“自冷作硬化”的焊缝，屈服点提高40%左右，塑性有所降低。 ⑸ 焊丝应有制造厂的质量合格证，领取和发放有焊材管理员统一管理。焊丝在使用前应清除油锈及其他污物，露出金属光泽。 ⑹ 氩气

氩气瓶上应贴有出厂合格标签，其纯度≥99.95%，所用流量6-9升/分钟，气瓶中的氩气不能用尽，瓶内余压不得低于0.5MPa ，以保证充氩纯度。 ⑺ 焊接工具

a 采用直流电焊机，用WSE-315和TIG400两种型号焊机。

b选用的氩气减压流量计应开闭自如，没有漏气现象。切记不可先开流量计、后开气瓶，造成高压气流直冲低压，损坏流量计；关时先关流量计而后关氩气瓶。

c输送氩气的胶皮管，不得与输送其它气体的胶皮管互相串用，可用新的氧气胶皮管代用，长度不超过30米。 ⑻其它工器具

焊工应备有：手锤、砂纸、扁铲、钢丝刷、电磨工具等，以备清渣和消缺。 4.2筒节与筒节环缝焊接方法及焊接工艺 4.2.1 复合板筒节与筒节环焊接如图4-2

70°22+6330°570°2

图4-1 堆焊工艺 图4-2 筒节环缝焊接

4.2.2 筒节与筒节环焊缝焊接工艺

表4-1， 复合板筒节与筒节环焊缝焊接工艺 焊接过程 1 2 清理坡口及坡口检查，并对不锈钢侧涂保护涂料 组对、预热，预热温度≥200℃、点焊 检验要求 100%MT JB/T4730-2005 I级

续表4-1

3 4 5 6 里口焊条电弧焊打底焊； 里口焊条电弧焊焊到离交界面1mm； 外口清根、打磨 外口SAW焊满，预热温度≥200℃ 堆焊表面磨平及检查 预热温度≥100℃，SMAW堆焊过渡层≥2mm 外观 100%MT JB/T4730-2005 I级 100%MT JB/T4730-2005 I级 100%PT JB/T4730-2005 I级 100%UT JB/T4730-2005 I级 7 8 7 8 层次 消应力600±20℃/2h SMAW堆焊耐蚀层，总堆焊厚度≥5mm（与两边复层平齐） 校园 焊接方法 SMAW B A042 A022 号 CMA-96M4 φ5 φ4 φ4 0 0 120~144 0 120~144 23~2焊材牌规格mm φ0 230~256 23~2电流 (A) 160~184 24~2电压 (V) 23~2测厚 100%PT JB/T4730-2005 I级 烘烤度℃ 350 350 200 200 保间h 2 2 2 2 温温时 SAW US-511N PF-200 φ4 0 500~604 30~3 350 2 表4-2， 筒体内壁堆焊工艺 焊接过程 1

续表4-2 检验要求 100%MT JB/T4730-2005 I级 堆焊面检查 2 清理堆焊面，预热≥100℃ 带极堆焊过渡层一层≥3mm， 目测≥3mm 100%UT JB/T4730-2005 I级 100%PT JB/T4730-2005 I级 3 4 消应力热处理600±20℃/1h 带极堆焊耐蚀层，满足图纸要求尺寸， 100%UT JB/T4730-2005 I级 100%PT JB/T4730-2005 I级 5 6 层次 整体焊后热处理 焊接方法 焊材牌号 JSS309L JFS-300S 0.5 mm 60×00 规格电流 (A) ~1128 电压 (V) ~in) 速度 (cm/m烘度℃ 200 保间h 2 烤温温时 SAW 4.2.3 材料时应注意遵循以下原则:

a. 复层用焊材应考虑有10% 的合金元素烧损, 选择合金成分高的焊材。过渡层用焊材应考虑碳钢对不锈钢的稀释作用, 合金成分应比母材高25% 左右。

b. 焊材的含碳量应尽可能的低, 有条件时可选择超低碳钢焊条。

c. 当压力容器产品设计计算了复合钢板复层的强度, 选择焊条也要考虑焊材强度对焊接接头的影响。

d. 基层焊接材料, 按强度匹配即可。在焊接工艺评定的基础上, 操作时应选用小直径焊条, 采用小热输入、反极性、快速多道焊接, 焊条不允许做横向摆动, 这样可以避免基层金属对过渡层的稀释, 减少马氏体组织的形成, 防止产生裂纹。需要说明, 焊接复层时严禁采用埋弧自动焊, 因为它具有很大的熔深, 会使过多的基层材料熔入焊缝, 焊后易产生大量的焊后冷裂纹, 而且会对焊接接头的抗腐蚀性产生影响。

e. 焊接材料的选择按JB/ T4709 2000《钢制压力容器焊接规程》的规定, 分别选择基层和复层的焊接材料。过渡层的焊接材料按异种钢的焊接进行选择. 4.2.4 检验

（1）基层：100%UT,按JB/T4730-2005 I级；超声波针对缺陷性质如裂纹、气孔、夹渣的分析、判别进行定性评估，并可对缺陷定位、定量评价，因此用于基层检测。

（2）基层内表面磨平后，按JB/T4730-2005 I级；

（3）过渡层及盖面层逐层：100%PT,按JB/T4730-2005 I级；渗透检测适用材料广泛，是检测各种工件裸露出表面开口缺陷的有效无损检测方法，灵敏度高，设备简单，操作方便，因此用于过渡层焊好后及盖面层的逐层表面检测。 4.3夹套与筒体焊接方法及焊接工艺 (1) 夹套与筒体选择封闭件进行连接

封闭件材料

封闭件的材料选用与夹套相同的材料，即16MnR，低合金钢。 封闭件几何尺寸确定 封闭件厚度计算：

封闭件厚度等于夹套厚度16mm，带圆弧过渡锥形封闭件的锥角一般取45o，过渡

部分圆弧半径一般为R20~R40mm。 封闭件大小端直径的确定：

确定封闭件小端内直径时，应考虑筒体卷制时出现的不圆度以及封闭件、容器留有的装配间隙，其值比容器外直径大2mm~3mm。封闭件大端内径与夹套筒体内径相同。

焊接的接口图4-3:

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