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1、哈尔滨理工大学焊接课程设计18MnMoNb尿素合成塔壳体焊接工艺班 级：型10-1班 学 号：1002040126姓 名： 秦新刚 指导教师： 潘强荣2013年12月25日18MnMoNb尿素合成塔壳体焊接工艺1.概述随着尿素工业装置能力的不断提高，尿素合成塔的结构尺寸和结构型式也在不断地变化，世界上第一套尿素合成装置的能力为6.5吨/天，反应器的直径是320mm，高度4m。二十世纪五十年代初期反应器的直径大多在800mm。到了二十世纪六十年代，反应器的直径已达到1000mm1300mm，高度24m。生产能力达到250吨/天。这之前的尿素合成塔结构多为双套筒式，容器的有效反应空间较小。之后发展
2、了衬里结构，大大提高了高压容器的有效利用率。与此同时，尿素生产流程也大大改进，采用了全循环流程。未反应完的原料通过适当处理又返回合成塔进行反应，大大降低了生产成本，从而使尿素生产的发展在理论上不受限制。随着合成氨工业的大型化，尿素工业装置也沿着大型化发展。目前，我国生产的尿素合成塔的最大直径已达2800mm，高度36000mm，容积达200m3，生产能力达到1740吨/天。我国从一九六五年开始制造尿素合成塔，起初为双套筒的结构，一九六八年开始制造800mm内衬Cr-Mn-Ni(A4)双相不锈钢小型尿素合成塔，生产能力为80吨/天。一九七年以后全国建有33个这样规模的尿素工厂，全部由国内自行设计
3、和制造。一九七五年以后，从国外开始引进13套年产4852万吨的大型尿素生产装置，尿素合成塔的内径为2100mm2800mm不等，从一九八三年开始，我国也开始自行设计和制造大型尿素合成塔，并对原有的中小型尿素合成塔进行改造，目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多。尿素合成塔的结构与工艺设计要求和制造工艺方法有密切关系，既要满足工艺流程、生产能力的要求，又要适应承担制造的制造厂本身制造工艺方法的要求。在工程建设中往往是由工程公司或用户提出设计条件（数据表或条件图）与制造单位签订合同后由制造单位自已进行尿素合成塔结构施工图设计，设计的施工图由工程公司或用户审查确认后即可投料制造。因此，具体的尿素合成塔
4、结构型式往往是由制造厂决定的。尿素合成简图八所示，主要由高压筒体、上下封头，底部封头物料接管与封头的连接、人孔密封结构、检漏系统、内件等组成。2.焊接材料外壳层板是受压壳体的主要材料，它的制造过程与一般高压容器多层层板的制造过程一样。对于大型尿素合成塔，为了减轻重量方便运输，要求层板采用低合金高强度钢层板如日本神户制钢的K-TEN62M，美国ASME的SA724A.B，我国的15MnVR、15MnVNR等，其厚度可采用812mm。3.焊接方法每一层的外壳层都由三片瓦片组成，三部分分别在压力机上压制成形或在卷板机上卷制。层板的制作过程： 1 检验 材料要按合格证书进行验收； 第一层层板进行超声波
5、探伤检查，其它各层可不必进行超声波探伤； 第一层层板 相当于多层高压容器的内筒，所以增加了超声波检查。 2 气割下料 按照每层层板的展开周长分三份划线、气割下料； 并在层板上编号做标记。 3 矫平清理 为保证包扎质量，每层层板须校平，并用平尺检查不平度； 喷砂清理板内外表面 4 卷板 两头预压弯，然后再卷扳机上卷制瓦片状 5 切割坡口 切割坡口尺寸、坡口表面磁粉探伤或着色探伤 6 钻泄气孔 为防止钻孔时钻伤内筒表面，第一二层板是上的8mm的透气孔必须在包扎前钻完。 7 待包扎 注：在压制板头时需进行模拟试验，根据实际的回弹量来确定压模的半径。4.18MnMoNb材料焊接特性18MnMoNb是用
6、少量铌与钼强化,屈服强度大于50公斤/mm2的普通低合金钢。由于含合金元素较多，并含有较高的碳，所以焊接时有淬硬倾向，焊前应预热至170摄氏度以上，大厚度的结构焊后应及时进行回火处理，以消除残余应力，避免产生冷裂纹。手弧焊时可选用J607、J707焊条，埋弧焊时可选用H08Mn2MoA及H08Mn2MoVA两种焊丝，配合焊剂250或350。 其工艺如下：1、焊前应预热150180。对于刚度较大的构件，预热温度应提高至180230，焊后或中断焊接时，应立即进行250350的后热处理。 2、焊条电弧焊时，选用E7015焊条。埋弧焊时选用焊丝H08Mn2MoA、H08Mn2MoVA配合HJ250或H
7、J350；电渣焊时，选用焊丝H10Mn2MoA、H10Mn2MoVA配合HJ431、HJ250或HJ360。 3、焊条电弧焊时，焊接热输入应控制在20kJ/cm以下。埋弧焊时，焊接热输入应控制在35kJ/cm以下；但焊接热输入不能过小，否则焊接接头易出现淬硬组织和降低韧度，道间温度应控制在预热温度和300之间。 4、焊后热处理。电渣焊接头热处理的方式是900980正火加630670回火。电弧焊接头应进行消除应力热处理，回火温度比一般钢材低30左右。5.确定焊接工艺盲板层的间断焊采用手工焊，由于18MnMoNb有较强的淬硬性，需在焊前预热。在靠近筒节的两端部用E5015、J507焊条，第一道用2
8、.5mm，电流5060A，第二层焊条直径3.25mm，电流100120A。焊后将焊缝外表面打磨，略显凹陷为宜。在焊接时要注意，不要在盲层板内壁开有检漏槽的部位进行焊接，以防堵死检漏通道。图十三层板纵焊缝坡口层板纵焊缝坡口见图十三。层板纵焊缝焊接先手工焊后自动焊。对于18MnMoNb层板，焊条用J507H，直径4mm，电流180240A，自动埋弧焊焊丝H10MnSi+焊剂SJ101，焊丝直径4mm，电流500600A。第一层层板和最后一层层板纵焊缝进行硬度检查的目的是考核焊工对焊接工艺是否严格执行。要求硬度值280HB。筒节端部坡口堆焊的目的是防止在组合后环缝焊接时层板在焊接热的影响下出现张口，
9、使焊渣流进去，影响焊缝的质量。如图十四所示。在端部堆焊时应注意内筒与盲层板之间的间隙属于异种钢焊接，应采用奥氏体钢25-22-2LPWN焊丝COOCr25Ni22Mo(M.N.)氩弧焊封焊，而其他部分用US40XMF38自动埋弧焊。图十四 筒节端部堆焊示意图层板材料是主要的受压元件，也要按DIN50049合格证书3.1C进行验收。第一层层板相当于多层高压容器的内筒，所以增加了超声波检查。焊接过程检验要求1清理堆焊坡口2组对、电焊3焊条电弧焊第一层焊缝逐层100%PT 4焊缝表面打磨清理 5埋弧自动焊其余几层最后一层HB280注：焊缝焊完后必须打磨平整 层次焊接方法焊材牌号规格极性电流（A）电压
10、（V）速度烘烤温度保温时间1SMAWJ507HR2DC+180-24024-2640022SAWH10MnSi+SJ101R2DC+500-60028-323502层板纵焊缝焊接工艺6.焊接检测利用磁探机对尿素合成塔外层板及环、纵焊缝、接管焊缝、裙座安装焊缝进行磁粉检测，检测比例由检验员根据实际情况确定。最后对尿素合成塔进行整体声发射检验。声发射检测超标缺陷应采用常规无损检测方法对缺陷性质、尺寸、形状进行进行评定，也可采用其他有效方法进行评定。7.焊机手工电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，简称手弧焊。可用于焊接层板纵焊缝。特点1、设备简单。2、操作灵活方便。3、能进行全位置焊接适合
11、焊接多种材料。4、不足之处是生产效率低劳动强度大。埋弧焊是当今生产效率较高的机械化焊接方法之一，它的全称是埋弧自动焊，又称焊剂层下自动电弧焊，特点：生产效率高这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因此电弧的熔深和焊丝熔敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次熔深可达20mm）另一方面由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失,飞溅 也少，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。焊缝质量高熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。劳动条件好除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有
12、弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。8.参考文献1 刘佑义.有关尿素合成塔设计的几个问题，尿素合成塔安全使用工作会议论文，2006年1月，河北迁安. 2 OSHRC Docket No. 93-0628，Occupational Safety And Health Review Commission，United States of America ，P10. 3 程晓阳，康纪黔.多层包扎式容器环焊缝超声波探伤试验研究，无损检测，Vol.24,No.3,Mar,2002，P110-113 4 Chen Xianxi, Wang Weiqiang, Zhu Yanyong, et al. Failure Analysis Report of Urea Reactor Of Pingyin Luxi Chemical Industry No3 Fertilizer Plant Co. Ltd., Apr-July, 2005. - 7 -
尿素合成塔壳体焊接工艺课程设计
