【正文】 頭 制 造 復(fù)檢尺寸預(yù) 處 理 劃 線 下 料 二 次 切 割 筒節(jié)間的 裝配焊接消除應(yīng)力 熱處理 封頭與筒 節(jié)的 裝配焊接檢 驗(yàn)圖 2 GWV 臥式熱交換器的工藝流程圖 材料焊接性分析本產(chǎn)品所采用的材質(zhì)是 16MnR，其特點(diǎn)是焊縫熱影響區(qū)具有不同程度的淬硬傾向，焊縫和熱影響區(qū)對冷裂紋都比較敏感。因此，在擬定其焊接工藝時，應(yīng)以防止接頭各區(qū)馬氏體組織和冷裂紋形成及防止熱 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No. 7影響區(qū)淬硬變脆為基本出發(fā)點(diǎn)。自動埋弧焊時，由于焊接線能量較大，焊接區(qū)冷卻速度較慢，焊前不必預(yù)熱。16MnR 的焊條電弧焊應(yīng)采用低氫型焊條 E5015。對于不開坡口的對接接頭，由于母材的熔合比比較高，在焊后不進(jìn)行熱處理的場合，可選用合金量較低的 H08MnA 焊絲配 HJ431 焊劑。根據(jù)本產(chǎn)品的特點(diǎn)，所選用的焊條為 E5015，焊絲和焊劑分別為H08MnA 和 HJ431。表 1 16MnR 化學(xué)成分鋼 種 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) C（%） Si（ %） Mn（%） P≤（ %） S≤（%）16MnR GB665496 ≤ ～ ～ 表 2 16MnR 力學(xué)性能拉伸試驗(yàn) 沖擊試驗(yàn) 冷彎試驗(yàn)鋼種 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)格(mm) 抗拉強(qiáng)度σｂ (MPａ)屈服強(qiáng)度σｓ (MPａ)伸長率δ5(%)溫度(℃)Akv（橫向）(J)ｂ=2 ａ180186。選材不合理和運(yùn)行操作上的問題之外，絕大多數(shù)是由于裂紋而引起的脆性破壞。⑵ 焊接結(jié)構(gòu)中易產(chǎn)生的裂紋① 熱裂紋熱裂紋是在焊接時高溫下產(chǎn)生的,故稱熱裂紋，它的特征是沿原奧氏體晶界開裂，根據(jù)所焊金屬的結(jié)構(gòu)不同（低合金高強(qiáng)鋼，不銹鋼，鑄鐵，鋁合金和某些特種金屬等） ，產(chǎn)生熱裂紋的形態(tài),溫度區(qū)間和主要原因各有不同。② 再熱裂紋厚板焊接結(jié)構(gòu)，并采用含有某些沉淀強(qiáng)化合金元素的鋼材，在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或在一定溫度下服役的過程中，在焊接熱影響區(qū)粗晶部位發(fā)生的裂紋稱為再熱裂紋。⑶ 母材焊接性分析①焊縫中的熱裂紋從熱軋正火鋼的成分看，一般含碳量都較低,而含量 Mn 都較高。但當(dāng)材料成分不合格，或因嚴(yán)重偏析使局部 C、S 含量偏高時，Mn/S 就可能低于要求而出現(xiàn)熱裂紋。在這種情況下，就要從工藝上設(shè)法減少熔合化，在焊接材料上采用低碳焊絲 H03MnTi 和含 SiO2，較低的焊劑(含 SiO2 ％, ％)，以此降低焊縫中的含碳量提高焊縫中的含錳量，解決了熱裂紋的問題。16MnR 在連續(xù)冷卻時，珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間變窄，使快冷過程中鐵素體析出后剩下富碳奧氏體來不急轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂枯^高的貝氏體和馬氏體，并且得到全部馬氏體的臨界冷卻速度比低碳鋼時要小。冷裂紋是焊接 16MnR 鋼時的一個主要問題。因此，焊接時能否形成對氫致裂紋敏感的淬硬組織是評定材料焊接性的一重要指標(biāo)。焊條電弧焊 16MnR 鋼時，過熱區(qū)會出現(xiàn)少量鐵素體，貝氏體和大量馬氏體。從鋼的化學(xué)成分考慮，在 CMn 的熱軋鋼中由于不含碳化物形成元素，對再熱裂紋不敏感，因此 16MnR 鋼在焊后消除應(yīng)力處理時不會產(chǎn)生再熱裂紋。16MnR 鋼主要靠合金元素的固溶強(qiáng)化來保證其具有良好的力學(xué)性能，因?yàn)樵跓彳垹顟B(tài)下使用，所以脆化問題不是很嚴(yán)重，16MnR 焊后經(jīng) 600℃、保溫 1小時的高溫回火處理后，韌性有了很大恢復(fù)，因此消除應(yīng)力回火處理可防止脆化 [2]。 矯平鋼材在軋制、運(yùn)輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支撐不當(dāng)或裝卸條件不良及其他原因，會產(chǎn)生彎曲、扭曲、翹曲、波浪變形及表面不平等變形。鋼板的矯平，一般情況下都是采用多輥板材矯平機(jī)進(jìn)行機(jī)械矯平的，但特殊情況，如對于厚板，小塊板料的矯平，也可采用三輥卷板機(jī)和各種壓力機(jī)來代替多輥板材矯平機(jī)矯平，少數(shù)情況也有時采用人工矯平。表 3 4200mm 9 輥式中厚板矯直機(jī)技術(shù)參數(shù)設(shè)備參數(shù)厚度（mm）寬度（mm）長度（mm）溫度(℃)屈服極限（ σt）矯直速度(m/s)輥數(shù)輥距（mm）輥徑輥長（有效長）（mm）上橫梁開口度（mm）支承輥列數(shù)輥數(shù)(個)傳動比（ i） 主電動機(jī)（ kw）8～401500～4004000～180600～80018～147～0.89360 Ф3204200240 14 22 125 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No. 130 00 鋼材的表面預(yù)處理為了避免鋼材表面的油污、銹蝕和氧化皮等影響產(chǎn)品的制造質(zhì)量，應(yīng)該在進(jìn)行材料劃線、下料之前進(jìn)行表面預(yù)處理。本設(shè)計(jì)選用機(jī)械法中的噴丸處理。 劃線、號料劃線和號料就是根據(jù)施工圖樣及工藝上的要求，正確地確定一個欲加工零件的配料尺寸和形狀，并用劃線的方法在鋼材上號料，同時標(biāo)注上必要的加工符號及其他必要內(nèi)容，用以指導(dǎo)以后各道工序的加工?？傮w來看，劃線和號料大致可以分為以下三部分操作內(nèi)容和步驟：放樣展開、制作樣桿樣板、在鋼材上進(jìn)行號料。因此，下料時每邊需預(yù)留出修邊余量約 30mm。內(nèi)筒筒體的展開計(jì)算（即以筒節(jié)的平均直徑為基準(zhǔn)）：L=πDm－△L=π （D i+S）－△L 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No. 14(11)通常△L=（～ ）πD mS/Di式中：L 筒節(jié)展開長，mm； Dm 筒節(jié)平均直徑，mm ； Di 筒節(jié)內(nèi)徑， mm； S 板厚，mm； △L 鋼板伸長量，mm； P 設(shè)計(jì)壓力，MPa；根據(jù)上面的公式計(jì)算，得出下料尺寸，由于要考慮刨邊和余量，把筒節(jié)分為3節(jié)，故選擇制作筒節(jié)的板材為：5580150024二塊5580130024 一塊各筒節(jié)展開毛坯尺寸如圖 4 所示 圖 4 筒節(jié)展開圖 下料 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No. 15選用半自動氧乙炔切割機(jī)進(jìn)行下料。小車式半自動切割機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表4。 邊緣加工所謂邊緣加工是將工件的邊緣或端面加工成符合工藝要求的形狀和尺寸精度的加工工序。本次設(shè)計(jì)選用 B81050A 型刨邊機(jī)進(jìn)行邊緣加工 [4]。其原理如圖 5 所示。彎曲時將鋼板放入上、下輥之間，然后上輥向下移動將鋼板壓緊并使之彎曲，使鋼板達(dá)到塑性變形狀態(tài)，再驅(qū)動兩下輥旋轉(zhuǎn)，并借助于鋼板與輥?zhàn)又g的摩擦力使鋼板左、右移動，同時上輥也隨之轉(zhuǎn)動，這樣，就使鋼板連續(xù)通過垂直平面，受到相同的彎曲，產(chǎn)生相同的變形，鋼板成為曲率相同的弧形板。上輥幾次下壓，就將鋼板彎卷到需要的曲率半徑。剩余直邊的長度約為兩下輥中心距的一半。③ 卷圓鋼板對中后，即可用上輥壓住板料并使之產(chǎn)生一定彎曲，開動機(jī)床進(jìn)行滾卷。④ 矯圓進(jìn)行完點(diǎn)裝和縱焊縫裝配焊接的各筒節(jié)需進(jìn)行矯圓，矯圓多是在卷板機(jī)上進(jìn)行。定位焊采用焊條電弧焊，選用焊機(jī)型號 ZXG300。如圖 6，此焊機(jī)工藝參數(shù)如表 5 所示。焊條需在 350℃下烘干 1h，焊劑需在 150℃下烘干 2h?？刹捎脵C(jī)械法，如用磨光機(jī)。其工藝參數(shù)如表 6 所示。然后用埋弧自動焊進(jìn)行焊接，內(nèi)外兩面各焊兩層。其工藝參數(shù)如表 7 所示。 封頭的制作封頭制作的鋼材復(fù)檢、預(yù)處理、邊緣加工工藝與筒節(jié)的鋼材復(fù)檢、預(yù)處理及邊緣加工工藝相同。封頭設(shè)計(jì)尺寸，由JB/T47371995查得：公稱直徑（DN）：1800mm；曲面高度（h 1）：475mm ；直邊高度（h 2）：40mm ；厚度范圍（δ）：取24mm。根據(jù)等強(qiáng)度原則，選用焊絲為 H08MnA，焊劑為 HJ431。焊劑應(yīng)在 的條件下烘干 2 小時 [6]。封頭拼接材料是厚度為 24mm 的 16MnR 鋼板，采用雙面埋弧焊，埋弧焊機(jī)型號：MZ—1000。 圖 9 封頭拼接焊縫坡口形式 封頭的沖壓 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No. 21⑴ 沖壓基本原理封頭的制作成形選用的是沖壓的方法。⑵ 封頭的沖壓① 在沖壓之前，要對板材進(jìn)行加熱，這樣可以提高板材的塑性、韌性，降低變形抗力，易于 16MnR 鋼板沖壓成形的加熱的溫度為 1050℃左右。② 沖壓過程封頭的沖壓過程是屬于拉延過程。壓制時如果不用壓邊圈，而封頭毛坯壁厚又較薄，則材料在切向壓應(yīng)力的作用下，易造成廢品。 二次切割修邊余量是考慮在成形加工工藝過程不穩(wěn)定時，較難掌握其變形及準(zhǔn)確 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No. 22形狀，在下料時預(yù)先加放的 100mm 余量，沖壓加工后，再按正確的尺寸二次劃線，予以割除。 裝配與焊接裝配在焊接結(jié)構(gòu)制造工藝中占有很重要的地位，這不僅是由于裝配工作的質(zhì)量好壞直接影響著產(chǎn)品的最終質(zhì)量，而且還因?yàn)檠b配工序的工作量大，約占整個產(chǎn)品制造工作量的 30%40%。 焊接順序⑴ 先焊管子接頭處的焊縫，用焊條電弧焊即可，工藝參數(shù)見表 8。表 8 焊條電弧焊的工藝參數(shù)焊條 電流E5015 Φ=4mm 180A表 9 焊條電弧焊焊接電流與焊接直徑的關(guān)系焊條直徑(mm) 4 5 6焊接電流(I) 160～210 200～270 260～300⑵ 焊管子法蘭處的內(nèi)外環(huán)焊縫,用焊條電弧焊即可。⑷ 焊筒體的縱焊縫，用 4mm 焊條的焊條電弧焊打底焊，埋弧自動焊正面焊一層，背面清根后焊一層，工藝參數(shù)見表 10。⑹ 焊封頭與管子連接處的環(huán)焊縫，工藝同⑴。 焊接接頭和坡口形式筒節(jié)對接縱縫屬于 A 類接頭；筒節(jié)間的環(huán)縫和橢