畢業(yè)論文水泥磨機筒體焊接工藝分析和工藝設計

1、3.813m水泥磨機筒體焊接工藝分析和工藝設計摘 要水泥磨機是水泥廠設備，主要用于建材、冶金、電力及化工行業(yè)，粉磨各種水泥熟料及其它物料。隨著我國基礎建設的不斷發(fā)展，水泥需求量越來越大，水泥生產設備向大型化發(fā)展，特別是水泥磨機越做越大，結構也有了新的發(fā)展，對筒體的焊接要求也更高。本文主要研究方向是3.813m水泥磨機筒體焊接工藝分析和工藝設計。焊接工藝分析主要是對磨機筒體的材料焊接性、筒體結構、生產工藝及技術要求進行分析。工藝設計內容主要有備料工藝設計和焊接工藝設計。備料工藝設計主要包括焊前預處理、切割下料、坡口加工、鋼板彎曲等。焊接工藝設計包括焊接方法選擇，焊縫位置和形狀的設計，焊接順序的設

2、計，焊接檢驗的確定。通過對筒體焊接工藝的分析可知在焊接過程中宜采用分部件焊接的裝配順序，焊接方法采用埋弧自動焊，筒體材料選取低碳鋼Q235C，焊材選用4的H08A的焊絲與HJ431焊劑匹配。焊接過程中對環(huán)焊縫采用米字型支撐梁剛性固定以及對連續(xù)的環(huán)焊縫采取兩段對稱施焊的方法來控制變形，對于縱焊縫可以采用預變形法控制變形。焊后焊縫整體在580620回火消除焊接殘余應力。關鍵詞：水泥磨機，筒體，焊接，工藝分析，工藝設計Welding Procedure Analysis and Procedure Design for the barrel of 3.813m Cement millABSTRACT

3、Cement grinding machine is cement plant equipment, mainly used in building material, metallurgy, electric power and chemical industry, grinding various cement clinker and other materials. With Chinas infrastructure development, the demand to cement is more and more strict and the cement production e

4、quipment is developing to the large-scale. Especially cement grinding machine is bigger and bigger. Structures have the new development of the cylinder body welding requirements are also higher. To get the reliable quality and the good performance of cement grinding machine, we should analysis weldi

5、ng process and to work out the reasonable welding process.What this article studies are welding process analysis and the welding process design for the barrel of 3.813m cement mill. Analysis of welding technology are mainly the analysis of the materals weldability, the analysis of barrel structure p

6、rocess and the analysis of the technical condition and production processes. The process design contains the design of preparation process and welding process. The design of welding process contains the selection of welding method, the design of groove, the design of weld position and shape, the des

7、ign of welding sequence and the check of weld.Through to the analysis of the cylinder body welding process that the welding process of appropriate the whole assembly-welding assembly sequence, welding method adopts automatic submerged arc welding, welding material selection of 4 H08A welding wire an

8、d HJ431 flux. Welding process to ring the support beam welding rigidly control deformation, to vertical welds can use the method of deformation control deformation. After welding we should overall annealing eliminate welding residual stress.KEY WRODS：Cement grinding machine, cylinder, welding, proce

9、ss analysis and process design目錄第一章緒論11.1 水泥磨機的發(fā)展現(xiàn)狀11.2水泥磨機的簡介11.3本文研究內容2第二章3.813m水泥磨機筒體生產工藝分析42.1 筒體材料的焊接性分析42.2 筒體焊接的結構工藝性分析82.2.1 結構工藝性分析8焊接變形的分析、控制及矯正92.3備料工藝分析122.3.1 鋼材的預處理132.3.2 放樣、劃線與號料152.3.3 切割下料152.4 技術要求分析182.4.1 筒體部技術要求182.5 焊接工藝分析202.5.1 焊接生產裝配工藝分析202.5.2 焊接方法分析222.5.3 焊接材料分析242.5.4 焊

10、接工藝參數(shù)分析262.5.5 焊前預熱及焊后熱處理272.6 焊接檢驗28第三章3.813m水泥磨機筒體焊接工藝設計293.1 備料工藝設計293.2 焊接工藝設計303.2.1 焊接方法確定303.2.2 焊接材料的選擇303.2.3 焊接工藝參數(shù)的選擇303.2.4 焊接坡口形式的設計313.2.5 焊縫位置和尺寸的確定323.2.6 焊接順序和焊接層數(shù)的選擇323.3 熱處理工藝和檢驗方法的設計32結論33參考文獻34致謝35第一章 緒 論1.1 水泥磨機的發(fā)展現(xiàn)狀水泥磨機作為傳統(tǒng)的水泥廠設備，已有了100多年的歷史。它作為將固體物料細化制粉的重要設備，廣泛應用于建材、冶金、電力及化工醫(yī)

11、藥以及國防等部門。由于水泥磨機處理能力及粉磨后的粒度對后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產流程的技術經濟指標影響顯著，所以，有關水泥磨機的研究在國內外一直受到廣泛和高度的重視。近幾年來，隨著我國基礎建設的不斷發(fā)展，水泥需求量越來越大，水泥生產設備向大型化發(fā)展，特別是水泥磨機越做越大，結構也有了新的發(fā)展。20世紀80年代國際上曾預測，認為水泥磨機合理的最大規(guī)格直徑為5米，但世界上水泥磨機向大型化發(fā)展的步伐一直都未停止過。隨著水泥磨機大型化的趨勢，對水泥磨機各方面的要求也更為嚴格，例如對水泥磨機筒體焊接質量的要求；對軸承可靠性、使用壽命；水泥磨機能耗等要求等都在不斷提高。目前世界上最大規(guī)格的濕式水泥球磨機為7

12、.92m12.2m。就我國國內水泥磨機的發(fā)展而言，雖然我國在水泥磨機大型化方面努力創(chuàng)新突破，但與國際水平還存在一定的差距，國外水泥磨機技術和設備一直在不斷發(fā)展。對于水泥磨機的一些高端技術不能把握。水泥磨機的除了想大型化發(fā)展外，另一個發(fā)展方向是降低電耗和鋼耗。老式磨機裝載量小，耗電高，產量低，粉磨效率低。目前大球磨機普遍采用液壓動力和靜壓軸承、氣胎離合器、齒輪潤滑使用噴油裝置等新技術，使磨機整體技術水平和經濟效益得到較大提高，單位電耗平均下降20%，生產能力增加10%，鋼耗下降4%。1.2水泥磨機的簡介水泥磨機筒體的筒身是用低碳鋼彎曲焊接成圓筒體，工藝上應保證有足夠的圓度，中間開加料、卸料或入孔

13、的開口。水泥球磨機主要由柱形筒體、襯板、隔倉板（多倉磨機才具備）、主軸承、進出料裝置和傳動系統(tǒng)等部分組成。 水泥球磨機的筒體是水泥球磨機主要工作部件之一。筒體工作時除承受研磨體的靜載荷外，還受到研磨體的沖擊，且筒體是回轉的，所以筒體上產生的是交變應力。因此，它必須具有足夠的強度和剛度。這就要求制造筒體的金屬材料的強度要高，塑型要好，具有較好的機械性能和工藝性能才能保證磨機筒體的安全運行。 圖1-1水泥磨回轉部分結構簡圖如圖1-1為筒體與腹板組成的筒體部簡圖其中筒節(jié)部分板厚為38mm，滑環(huán)部分板厚為47mm。1.3本文研究內容本文主要對以下三方面進行分析,從而確保水泥磨機筒體優(yōu)質的焊接質量。結構

14、用材的材料焊接性分析：本論文通過分析水泥磨機實際用材的焊接性，分析焊接過程中的常見缺陷及實際減輕缺陷的工藝，并與其他材料焊接性對比，了解在生產實際過程中焊接結構用材的選取原則，并由此選擇合理焊接工藝。焊接結構工藝分析：焊接本身不可避免的局部不均勻加熱的過程，不均勻的溫度場會導致熱應力的產生，并由此造成殘余塑性變形和殘余應力，以及結構變形，同時還會產生接頭對應力的集中敏感和接頭性能的不均勻。水泥磨機筒體由于須在交變載荷下工作，所以對焊接結構的設計要求更為嚴格。本次研究會對水泥磨機的結構形狀和尺寸要求進行分析，進一步對焊接結構的設計原則。結構生產工藝過程分析：焊接工藝過程的合理與否直接關系著焊接結

15、構制造的質量及經濟性上，同時對于提高生產效率具有重要作用。第二章3.813m水泥磨機筒體生產工藝分析焊接結構的生產工藝是指由金屬材料經過一系列加工工序、裝配焊接成焊接結構成品的過程。焊接結構的生產工藝分析是編制焊接工藝過程、制定工藝文件、設計工藝裝備和組織焊接生產的前提和基礎。工藝分析就是對整個焊接所使用的材料、產品的結構特點、加工方法和產品制造技術要求進行研究，在根據(jù)生產條件提出最佳的制造方法。2.1 筒體材料的焊接性分析金屬材料的焊接性是指金屬材料在一定的焊接條件下，通過焊接加工，能否獲得在使用條件下安全運行的完整無缺的焊接接頭。材料的焊接性是材料對于焊接加工的適應性，以及使用條件下的可靠

16、性。所以材料的焊接性可以分為：工藝焊接性和使用焊接性兩個方面。工藝焊接性是指塔頂?shù)慕饘俨牧显诰唧w的焊接工藝條件下，形成焊接接頭及焊接結構的結合性能，以及焊接過程中形成焊接缺陷的敏感性；使用焊接性是指特定的金屬材料在具體的焊接工藝條件下，形成焊接接頭及焊接結構適應使用要求的能力，這關系到焊接接頭及結構的使用可靠性。 影響焊接性的材料因素不僅包括被焊母材本身，而且包括所使用的焊接材料，如焊條電弧焊時的焊條、埋弧焊時的焊絲和焊劑、氣體保護焊時的保護氣體等。母材和焊接材料在焊接過程中直接參與熔池或熔合區(qū)的冶金反應，對焊接性和焊接質量有重要影響。如果焊接材料和母材匹配不當，則可能引起焊接區(qū)內氣體、裂紋等

17、缺陷，或者造成脆化、軟化及耐蝕耐磨等性能的變化。本次研究中所用到的材料是低碳鋼Q235C，以下是對材料焊接性進行分析。碳鋼的焊接性的優(yōu)良主要取決于冷裂紋敏感性、熱裂紋敏感性和接頭塑韌性等。一、 冷裂紋 冷裂紋是焊后冷至較低溫度下產生的，由于拘束應力、淬硬組織和氫的共同作用下產生的，主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)。1、 淬硬傾向。焊接時鋼種的淬硬傾向越大，越易產生裂紋。實際中常用碳當量來確定淬硬傾向的大小。Q235C的成分如表2-1所示：成分CMnSiSP含（%）0.171.400.350.0400.040碳當量是鋼中合金元素的含量按其作用換算成碳的相當含量。國際焊接學會（IIW）推薦的碳當量計算公式為

18、：CE=C+Mn/6+（Cu+Ni）/15+（Cr+Mo+V）/5 （%）（21）式中，C、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V為各元素的質量百分數(shù)。碳當量CE值越大，鋼材淬硬傾向越大，鋼的焊接性就越差。當CE0.6%時，鋼的淬硬和冷裂傾向嚴重，焊接性很差，一般不用于生產焊接結構。經過計算可知Q235C的碳當量CE0.4%，所以通常情況下不會因焊接而產生嚴重的硬化組織或淬火組織，即使在快速冷卻，產生板條狀低碳馬氏體，尚有良好的韌性，不需要預熱來改善組織。2、 氫的作用焊縫金屬中的擴散氫是延遲冷裂紋形成的主要影響因素。由于延遲裂紋時擴散氫在三向應力區(qū)聚集引起的，因而鋼材焊接接頭的氫含量越高，裂紋的敏

19、感性越大，越易產生冷裂紋。焊接時，焊縫中的氫主要來源于焊接材料中的水分、油污、以及環(huán)境濕度等。在焊前，采用化學或物理的方法清理焊接母材表面，提高焊接材料的烘干溫度，選用低氫焊接材料，較少保護氣體含水量，降低焊接區(qū)濕度等，從而減少焊縫中氫的來源。而且通過控制適當?shù)暮负罄鋮s速度，可以有效的控制殘余氫的含量。因為在焊縫冷卻的過程中，低碳鋼焊縫組織會從奧氏體向鐵素體轉變，由于奧氏體中氫的溶解度較鐵素體中的氫的溶解度大所以會有部分氫從焊縫中逸出，較低的冷卻速度可以滿足氫逸出所需要的時間，因此焊后焊縫中的殘余氫不足以引起冷裂紋的產生。3、 拘束應力焊接時的拘束情況決定了焊接接頭所處的應力狀態(tài)，從而影響產生

20、冷裂紋的敏感性。在焊接條件下主要存在不均勻加熱及冷卻過程引起的熱應力、金屬相變前后不同組織的熱物理性質變化引起的相變應力、以及自身拘束條件所造成的應力等。焊接拘束應力的大小可以用拘束度R來表示，一般來講，板厚越大，則拘束度越大。對于母材板厚小于50mm時，可以粗略估計R=K1。公式中K1表示板厚拘束系數(shù)（N(mm2mm)），一板厚（mm）。當板厚較大，一般大于40mm時，而且快速冷卻時，則會有冷裂紋的傾向。合理控制板厚，以及冷卻速度則可以有效控制冷裂紋的產生?？傊甉235含碳量較低，合金元素含量也很低，因此接頭中不會產生冷裂紋。只要焊接材料選擇適當，便能得到滿意的焊接接頭。二、 熱裂紋焊接熱裂

21、紋是在焊接過程中焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時產生的。 主要包括結晶裂紋、液化裂紋及多邊化裂紋。其中結晶裂紋的影響最為嚴重。結晶裂紋是指在結晶的固液階段，低熔點共晶被排擠在柱狀晶體交遇的中心部位，形成液態(tài)薄膜，在拉伸應力的作用下形成裂紋。熱裂紋的敏感性與鋼中的成分尤其是S、P等雜質的含量有關。在焊接S、P較高的碳鋼時，一方面，在焊接熱影響區(qū)的晶界上聚集的低熔點的S、P化物，引起熱影響區(qū)熔合線附近的液化裂紋，若鋼板的厚度較大，則會沿不同的偏析帶分布硫化物等。另一方面，當母材稀釋率較高時，在進入焊縫中的S、P也偏多，容易引起焊縫中的熱裂紋。Q235有較高的抗熱裂紋能力，只要在選擇焊接

22、材料時嚴格控制S、P含量，避免窄而深的焊縫，便可以預防熱裂紋的產生。三、 再熱裂紋再熱裂紋時指在焊后再熱處理過程中，殘余應力的松弛過程中，粗晶區(qū)應力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形能力產生的裂紋。但再熱裂紋的產生只有在鋼中含有Cr、Mo、V、Nb等強碳化物形成元素，以及存在一定的殘余應力時產生。由于Q235中強碳化物沉淀元素含量較少，所以再熱裂紋敏感性較小。四、 層狀撕裂層狀撕裂是指在厚板結構焊接時，在強拘束條件下，焊縫收縮時會在母材厚度方向產生很大的拉伸應力和應變，當應變超過母材金屬的塑性變形能力時，夾渣物與金屬基體之間就會發(fā)生分離而產生微裂，在應力的繼續(xù)作用下形成層狀撕裂特有

23、的階梯形態(tài)。層狀撕裂在厚大件以及雜質的存在，特別是在T型接頭和角接接頭時容易發(fā)生。所以只要選擇合適的板厚及合適的焊接工藝方法就可以避免層狀撕裂的發(fā)生。五、 脆化 1、 粗晶脆化焊接過程中在焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)將發(fā)生嚴重的晶粒粗化。此區(qū)的溫度是處在固相線以下到1100左右，金屬處于過熱狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴重的長大現(xiàn)象，冷卻之后便得到粗大組織即魏氏組織。對于Q235而言，當線能量過大時，則會引起HAZ的組織粗大，造成粗晶脆化。因此，要合理控制線能量的大小，而且在焊后可以進行適當?shù)耐嘶鹛幚韥硐志Т嗷?、 組織脆化組織脆化是焊接HAZ出現(xiàn)脆硬組織造成的，根據(jù)被焊鋼種的不同以及焊接時冷卻條件的不同

24、，在HAZ出現(xiàn)不同的脆性組織。對于低碳鋼Q235來說，含碳量低，在HAZ會出現(xiàn)的組織是鐵素體加珠光體，有利于改善HAZ的韌性。所以不會出現(xiàn)組織的脆化現(xiàn)象。3、 熱應變時效脆化熱應變失效脆化多發(fā)生于一些固溶氮含量較高的低碳鋼和低合金鋼中，主要是由于N、C原子在位錯周圍聚集，對位錯產生釘扎作用。由于Q235中碳原子的含量較低，控制焊縫中的N的含量，可以降低熱應變時效脆化敏感性。綜上可知Q235的焊接性較好，焊后焊接接頭塑性以及沖擊韌性較好，接頭裂紋的可能性較小，焊接性優(yōu)良。2.2 筒體焊接的結構工藝性分析結構工藝性分析主要是從保證焊接結構技術要求方面進行分析，既要保證焊接結構有準確的外形尺寸，偏差

25、符合要求，又要保證優(yōu)良的焊接接頭質量，能適應結構工作要求水泥磨機筒體結構工藝性分析主要從結構類型、尺寸大小、復雜程度、組成結構，焊縫數(shù)量、焊縫分布、焊縫形狀、焊縫位置以及接頭形式和坡口形式。另外從焊接變形方面對結構進行分析。筒體結構簡圖如圖2-1所示。 圖2-1 筒體結構簡圖2.2.1 結構工藝性分析通過對結構的復雜程度、尺寸大小、組成結構，以及焊縫的分布、焊縫的數(shù)量、焊縫的形狀、接頭的形式、坡口的形式、焊接的位置進行分析可以得出以下幾點：1. 結構重量大、尺寸大。3.813m水泥磨機筒體的總重量為67.8t，直徑為3.8m,筒體長度為13m。2. 結構件所采用的鋼板厚度不同，滑環(huán)處板厚為47

26、mm，筒節(jié)處板厚為38mm，在進行不同板厚之間焊接時容易產生較大的集中應力。3.筒體焊接時，包括縱焊縫和環(huán)焊縫兩種，在焊接過程中會遇見不同的焊接問題，針對不同的焊縫采取不同的方法來防止焊接變形。4.焊縫形式為對接焊縫，相對于角焊縫而言容易焊接，在板厚不太大的情況下焊接角變形不易產生?？傮w而言筒體結構，結構簡單，便于焊接，一般不會出現(xiàn)太大的焊接問題，但要確保焊接結構件的質量，合理制定焊接工藝還是必不可少的。焊接變形的分析、控制及矯正焊接變形主要是由于焊接過程中焊接熱循環(huán)對金屬材料是一種不均勻的加熱和冷卻過程引起的。焊接時，焊縫和熱影響區(qū)溫度較高，金屬受熱膨脹受到常溫金屬的阻礙和制約，便產生了壓縮

27、塑性變形，冷卻時由于收縮受限而產生拉伸塑性變形。最終的塑性變形量的大小由最大的壓縮塑性變形量與最大的拉伸塑性變形量的差值決定。結構件的焊接變形程度與施焊時熱源的輸入能量成正比。其次就是殘余應力引起的變形。結構在使用中由于局部應力達到或超過屈服極限以及自然時效等因素的影響會產生二次變形而影響結構的準確尺寸。殘余應力主要包括焊接殘余應力和成型加工殘余應力。焊接后殘留在焊接結構中的應力稱為焊接殘余應力；成型加工殘余應力主要是因為工件受工藝性外力而引起的，如工件自由彎曲成形時方法不當，鋼板校平碾壓次數(shù)太少；機加工吃刀量過大等9。一、 變形分析焊接殘余變形的表現(xiàn)形式可分為七類，縱向、橫向收縮變形，擾曲變

28、形，角變形，波浪變形，錯邊，和扭曲變形。本次研究主要是針對筒體的焊接，焊縫主要是分為環(huán)焊縫和縱焊縫。在環(huán)焊縫中主要發(fā)生的是橫向收縮導致的過渡段長度減小、縱向收縮導致焊縫處筒體直徑的減小焊縫處的凹變形等。橫向收縮表現(xiàn)為焊后構件在垂直焊縫長度方向上發(fā)生的收縮。縱向收縮變現(xiàn)為為焊后構件沿焊縫長度方向上發(fā)生的收縮。焊接過程要特別考慮筒體圓柱度的變形。在縱焊縫中主要發(fā)生的變形主要是對接接頭的橫向收縮引起筒體直徑由于焊接先后順序而不同，角變形引起的不圓以及焊接過程中的錯邊變形。橫向收縮變形主要由于在熱源附近的金屬受熱膨脹，但將受周圍溫度較低的金屬的約束而承受壓應力，這樣就會在焊縫寬度方向產生壓縮塑性變形，

29、從而產生橫向收縮。橫向收縮沿焊縫方向上的分布式不均勻的，這是因為先焊的焊縫的橫向收縮對后焊的焊縫產生擠壓作用，使后者的橫向收縮增大。所以橫向收縮的變化趨勢為：沿焊接方向由小到大。錯邊變形的主要原因是:1、熱輸入的不平衡，包括夾具一側未將工件夾緊，使其導熱相對于另一側較慢；工件與夾具一側導熱好一側導熱差；焊接熱源偏離中心，使工件一側熱輸入比另一側大。2、焊縫兩側的工件剛度的差異也會引起錯邊，剛度小的一側變形位移大，剛度大的一側變形位移小。角變形發(fā)生于中厚板的對接與角焊接中，這種變形的根本原因是橫向收縮在厚度方向上的不均勻分布所造成，焊縫正面的橫向收縮量大，背面的收縮量小。角變形的大小取決于熔化區(qū)

30、的寬度和深度以及熔深與板厚之比、接頭類型、焊道次序、材料性能、焊接過程參數(shù)等因素。隨熱輸入的增加或板厚的減少，角變形出現(xiàn)了先增加后減少的變化趨勢。這是因為，板厚較大而熱輸入較少時，板材背面的溫度低，材料還處于彈性狀態(tài)，塑性變形區(qū)未能貫穿板厚，因此角變形較?。话搴褫^小熱輸入較大時，背面溫度會迅速升高而導致與正面溫度之差變小，因而也會減小角變形。二、 控制焊接變形的措施焊接變形的存在將直接影響構件的精度和質量，然而在焊接熱過程中，焊接應力 與變形又是不可避免的，所以需要采取相應的措施來將控制焊接變形控制在允許的范圍內。1、 在設計階段控制焊接變形（1） 選擇合理的焊縫尺寸和形式焊縫尺寸直接關系到焊

31、接工作量、焊接應力和變形的大小。在保證結構承載能力的前提下，應遵循的原則是：盡可能使焊縫長度最短；盡可能使板厚小；斷續(xù)焊與連續(xù)焊相比，優(yōu)先選用斷續(xù)焊縫。本次研究中由于筒體需承受交變載荷，所以采用連續(xù)焊。為控制錯邊變形可以采用對稱施焊的方法。在坡口的選擇時，采用不適當?shù)钠驴谛螤钊菀桩a生較大的變形。平板對接選用X形坡口要比V形坡口的角變形小。（2） 合理安排焊縫布局和接頭位置，盡可能較少焊縫數(shù)量要避免焊縫的秘籍與交叉，焊縫間相互平行且密集時，相同方向上的焊接殘余應力和塑性變形區(qū)會出現(xiàn)一定程度上的增加；焊縫交叉時，兩個方向上均會產生較高的殘余應力。所以對于筒體的三段筒節(jié)應先分別焊各自縱焊縫然后焊接相

32、互之間的環(huán)焊縫。（3） 控制筒節(jié)的對縫間隙焊接筒節(jié)之間的對縫間隙越大，焊接時填充的焊料越多，焊接停留時間久越長，在該處的焊接能量積累久越大，產生的焊接變形就相應較大。對縫間隙太小可能會出現(xiàn)焊料添縫不足，導致焊不到等缺陷。2、 在制造階段的工藝措施（1） 焊前預防措施a、 采用預變形法按照預先估計好的結構的變形大小和方向，在裝配時對構件施加一個大小相等方向相反的變形與焊接變形相抵消，使構件焊后回復到設計的幾何型面和尺寸。在進行筒體縱焊縫焊接時可以采用預變形防止角變形引起不圓。b、 采用預留收縮量法為控制焊縫收縮導致的尺寸變化，可以在進行切割下料時，預留一定量的收縮余量。從而保證焊接結構件的尺寸要

33、求。c、 剛性固定組裝法進行焊接生產過程中，在沒有反變形的情況下，通過將構件加以固定來限制焊接變形。在進行筒體環(huán)焊縫焊接的過程中采用米字型支撐可以一定程度上防止焊接變形，保證筒節(jié)同心。但是這種焊接方法會產生較大的殘余應力，可以采取相應的焊后退火來消除殘余應力。（2）、焊后矯正措施a、機械矯正利用外力使構件產生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相互抵消，從而達到矯正焊接變形的目的。b、 火焰矯正利用火焰局部加熱時產生壓縮塑性變形，使較長的金屬纖維在冷卻后收縮，來達到矯正變形的目的。c、機械+火焰聯(lián)合矯正對于厚板件焊接，單一的機械或火焰矯正不能矯正變形，需要兩者聯(lián)合進行矯正變形。2.3備料工藝分

34、析焊接結構生產過程中的材料準備、零件的備料加工是焊接生產中 的必經的首道工序，它將直接或間接地影響到整個產品的質量和生產效率。如果零件毛坯加工質量不良，會直接增加裝配的困難，使焊接質量下降。例如：裝配間隙、坡口形式、零件外形等不符合要求，就會直接影響焊縫的質量，甚至會產生焊接缺陷。為獲得優(yōu)質焊接結構和穩(wěn)定的生產過程，應該有合理的備料加工工藝，其主要包括：矯正（校直）、清理、表面防護處理、預落料等鋼材的預處理，以及劃線、號料、下料、坡口及邊緣加工、彎曲和成形、沖壓等工序。2.3.1 鋼材的預處理一、矯正鋼材在軋制過程中，以及吊裝、運輸或在庫內堆放、儲存中都可能產生變形，如整體、局部的彎曲，表面的

35、凹凸不平，扭曲、波浪變形等。這些變形將會焊接結構件生產過程中各工序的正常進行，并降低產品的質量。例如：會使劃線號料達不到所要求的精確度，直接影響自動氣割機的切割精度，造成零件尺寸誤差過大，以致不能保證裝配間隙精度，造成焊接燒穿和未焊透等缺陷，以及整個產品幾何尺寸超差等。所以，凡是變形超過技術要求的金屬材料，在劃線號料前必須進行矯正。對于厚度5mm以下的成卷供應的鋼板，則在開卷后接著進行矯平，才能應用。在鋼板落料、拼接和結構制造過程中，也會發(fā)生變形，這種變形的矯正稱為2第二次矯正，而預先進行的矯正稱為第一次矯正。據(jù)工廠經驗，10%100%鋼板、扁鋼和15%20%的型材需要矯正。由于矯正是利用鋼材

36、局部塑性變形來達到矯平和矯直的目的，為了避免鋼材矯正量過大而過度消耗鋼材塑性和設備負荷過大，通常對冷矯正的變形量有限制，對Q235鋼冷矯正的伸長率不得超過1%，為防止低溫下冷矯正和冷彎曲時發(fā)生脆裂，碳素結構鋼和低合金結構鋼在環(huán)境溫度分別低于-16和-12時，不得進行冷矯正和冷彎曲。超過規(guī)定范圍的矯正需采用加熱矯正，碳素結構鋼和低合金結構鋼在加熱矯正時加熱溫度應根據(jù)鋼材性能確定，但不得超過900。低合金結構鋼在加熱矯正后應緩慢冷卻。加工或施焊過的毛胚進行二次矯形時應限制焊縫余高或去除余高，目的是防止接頭區(qū)過大的塑性變形。現(xiàn)代焊接生產中多使用機床進行矯正，極少使用手工矯正。使用鋼板矯正機可矯正鋼材

37、厚度0.550mm，它是利用多輥反復碾壓的原理達到矯正的目的。小的和中等截面的型材也可以使用多輥型材矯正機進行矯正。，但工字鋼、槽鋼及大截面型鋼則需要用型鋼調直壓力機進行矯正。在一些情況下，特別是鋼材二次矯正或是焊件的矯形還常常使用火焰矯形其原理是利用氣焊或氣割的的焊炬割炬或專用的火焰矯正加熱槍，加熱被矯正鋼材或焊件的變形部位，如纖維伸長變形的部位，使之產生壓縮性變形，然后令其迅速冷卻，伸長纖維縮短了，從而消除了變形。矯正后的鋼材表面，不應有明顯的凹面或損傷，劃痕深度不得大于0.5mm，且不應大于該鋼材厚度負允許偏差的1/2鋼材矯正后的允許偏差也即轉入下一步工序前鋼材允許變形值。二、表面清理和

38、表面防護處理清除鋼材和零件表面的銹、油污和氧化物等是焊接生產中常被忽視的一道工序。這道工序被忽略或沒有認真進行，可使正常生產受阻，例如可破壞數(shù)控切割的連續(xù)性；尤其是在成批、大量生產條件下，采用高效焊接方法時若忽略將造成質量問題，甚至產生廢品。表面清理的方法主要有兩類：1、 機械法 包括噴丸和噴砂、手動風砂輪或鋼絲刷、砂布打磨、刮光或拋光等。噴丸和噴砂比較徹底，效率高，但粉塵污染環(huán)境，勞動條件差，須在專用場所進行。對4mm以下的薄鋼板噴丸易造成損傷。2、 化學法 即用溶液進行清理，這種方法效率高，質量均勻而且穩(wěn)定，但是成本高，并對環(huán)境造成污染。常用的酸洗方法是將鋼板浸入質量分數(shù)2% 4%的硫酸槽

39、內一定時間后，取出后置入質量分數(shù)1%2%溫石灰液槽內，經石灰液中和鋼板上殘留的硫酸液，取出干燥，鋼板上留有一層薄石灰粉，它防止金屬在氧化，在切割前和焊前可將其擦去。一般鋼材表面清理用機械法，大批大量生產薄鋼板沖壓件、不銹鋼和有色金屬采用化學法及機械法清理。表面清理如沒有及時投入生產，還會繼續(xù)生銹。表面防護是在完成矯正和清理后的鋼材表面噴涂底漆并烘干的工序。我國在造船、重機、鍋爐和工程機械等行業(yè)中已經建設了20多條包括矯平、噴丸除銹、40預熱、硫酸磷化、噴涂底漆和烘干（60）等工序在內的專用設備組成的鋼材預處理生產線。2.3.2 放樣、劃線與號料放樣是在制造金屬結構之前，按照設計圖樣，在放樣平臺

40、上用1:1的比例尺寸，劃出結構或零件的圖形和平面展開尺寸。放樣的目的是檢查設計圖樣的正確性，確定零件毛坯的下料尺寸以及制作樣板。根據(jù)放樣零件的輪廓線，用小錘或沖子在金屬材料上打標記稱為號料。號料的目的是避免金屬材料咋搬運過程中將零件的輪廓線擦去。劃線即利用樣板在金屬材料商進行零件實際輪廓的復制。放樣、劃線與號料的工作質量對最后加工出來的半成品或成品、最終產品的質量有很大的影響。合理排料，并注意考慮材料的軋制方向，則不僅有利于提高產品的質量，而且提高材料的利用率，降低生產成本。樣板制作時應考慮焊接收縮變形量及零件加工裕量。號料時應根據(jù)工件形狀、大小、鋼材的規(guī)格尺寸，可用預先計算等方法來合理節(jié)約用

41、料，提高材料利用率。2.3.3 切割下料將零件從金屬材料上按號料標記切割下來的工序稱為下料。下料的方法分為：機械切割、氣體火焰切割和等離子弧切割等。一、 機械切割金屬材料的機械切割包括使用剪床、圓盤剪床、沖床、聯(lián)合沖剪機和鋸床等的切割，用的最多的是剪床。當剪床用來切割鋼板時剪切低碳鋼的厚度最大可達40mm。剪切時，由于對金屬的擠壓、彎曲和剪切塑性變形，導致切口處產生冷作硬化區(qū)，同時被切開金屬發(fā)生整體的扭曲塑性變形。硬化區(qū)寬度一般為1.52.5mm，這個區(qū)域的寬度與鋼材的力學性能，加工鋼材的厚度、壓緊裝置的位置及力量，剪刀的銳利狀況及剪刀之間的間隙有關。為提高剪切質量及降低剪切力，應使剪切過程盡

42、可能為純剪切，要求兩剪刀間的間隙一般在0.50.6mm以下。對剪切的質量一般要求切口應與板材表面垂直，斜度不大于1:10，毛刺高不大于0.5mm。當用剪床剪切鋼板時，剪切的低碳鋼的厚度最大可達40mm二、 氣體火焰切割氣體火焰切割是先用預熱火焰把金屬表面加熱到燃點，然后打開切割氧使金屬氧化燃燒而放出巨熱，同時將燃燒生成的氧化熔渣從切口吹掉，從而實現(xiàn)金屬的切割。氧-乙炔切割是氣體火焰切割中應用最廣泛的一種。與機械切割相比較，火焰切割的特點是可切割的厚度較大，切割零件的幾何形狀沒有限制，并可同時開出坡口，但是切割薄板及直線形工件時，其生產率和經濟性不如機械切割。氣割質量取決于所用氧、乙炔純度；火焰

43、的大小及性質；割嘴的構造；切割速度及切割器移動的均勻程度；被切割鋼板的化學成分和被切割鋼材的表面情況等。三、 等離子弧切割等離子弧切割是利用高溫的等離子弧流進行切割的一種工藝方法，它可切割一般氣割不能切割的材料，如不銹鋼、有色金屬等。最近發(fā)展的空氣等離子弧切割，成本較低，可用來代替氧-乙炔切割低碳鋼、低合金鋼，也可用于不銹鋼、有色金屬等的切割。適用于切割30mm以下厚度的鋼板，也可切割不銹鋼、銅、鋁及其他材料。一般來說，當被切割鋼板的厚度增加時，剪切時的對準難度加大，剪切后硬化區(qū)也增大，剪床和矯正機的功率也必然增加，從而增加投資費用，同時加工質量也會因厚度增加而難以保證。而隨鋼材的增厚，氣割因

44、此而增加的難度不大。 所以，一般認為當被切割板厚在2025mm以下時剪切是經濟的，在這個數(shù)值以上采用氣割是合理的。 2.3.4 坡口及邊緣加工切割下料的金屬毛坯在下列情況下還需進行邊緣加工：為保證裝配的精確度、為了去除不良的邊緣（如氣割的熱影響區(qū)和剪切的冷作硬化區(qū)）、毛坯倒角和加工焊接坡口等。坡口和邊緣加工的方法有以下兩種：采用熔化切割法和采用刨削、車削或銑削機床加工。熔化切割法包括氧-乙炔氣割、碳弧氣割等。氧-乙炔氣割進行坡口加工通常是在切割的同時進行。碳弧氣刨常用于反面焊接前的清根、扣槽，也可用于清除焊接缺陷，這種方法的生產效率高，但是它會使金屬表面滲碳，影響接頭力學性能，因此適用于低碳鋼

45、和某些低合金鋼的夠構件，或在碳弧氣刨后再用砂輪打磨。采用刨削、車削或銑削機床加工時，機床的選擇應根據(jù)構件的不同形狀、尺寸來決定。對于短而直的邊可用刨邊機加工，也可用龍門銑及動力頭驅動的專用刨銑機來加工。采用機械方法加工容易保證質量，達到刨削坡口和邊緣加工的目的。對接焊縫開破口的原因是為了焊透金屬，以確保接頭的質量和經濟型性。破口形式的選擇主要取決于厚度、焊接方法和工藝過程。通常要考慮一下幾個方面：a、可焊到性或便于施焊b、降低焊接材料的消耗量。對于同樣厚度的焊接接頭，采用X形坡口比V形坡口能節(jié)省較多的焊接材料、電能和工時，構件越厚，節(jié)省越多，成本也越低。c、坡口易加工。V形和X形坡口可用氣割和

46、等離子弧切割，亦可用機械切削加工。對于 U形坡口則加工困難，盡量少開。2.3.5彎曲及成形在焊接結構制造中，彎曲及成形加工占有相當大的比重，某些焊接結構件焊接時，金屬材料的80%90%需進行彎曲和成形加工。大多數(shù)金屬材料的彎曲和成形加工是在冷態(tài)即常溫下進行的，但當變形量過大時可能會由于變形量過大，導致力學性能下降，所以可以采用加熱彎曲及成形，加熱溫度宜控制在9001000。金屬板材的彎曲是在卷板機上進行，復雜的曲面形狀的成形一般在壓力機上利用模子壓出來。卷圓工藝分一次進給和多次進給，取決于工藝限制條件和設備限制條件，即冷卷時不得超過允許的最大變形率和板、輥之間不打滑，不得超過輥子的允許應力與設

47、備的最大功率?？紤]到冷卷時鋼材的回彈，卷圓時必須施加一定的過卷量，即使回彈后工件的直徑為加工圖要求的工件直徑。2.4 技術要求分析2.4.1 筒體部技術要求1、筒體材料不得低于GB700-88中有關Q235C的規(guī)定。鋼板應沿最終下料后的周邊超聲波探傷檢查，每邊檢驗寬度不小于50mm，其質量應符合GB/T2970的規(guī)定。2、筒體軸向和環(huán)向焊縫應采用自動焊，焊縫必須退火消除焊接應力，不能整體退火時允許紅外線熱處理，但不得降低材料的機械性能。3、筒體排列必須符合下列規(guī)則：（1）焊縫不得和人孔加強板重合。（2）焊縫必須與人孔門錯開，其邊緣距離應不小于75mm。（3）筒體縱焊縫在一周只許間隔180，相鄰

48、兩節(jié)縱焊縫間隔不小于90。4、所有焊縫應飽滿和均勻整齊，表面質量應符合JC532中級的規(guī)定。筒體內部的焊縫應磨平。焊縫凸出板面厚度不大于0.5mm。焊縫磨平工序應在焊縫退火之前進行。筒體上的焊縫均要進行超聲波探傷檢查，質量應符合GB11345-89鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級的B級。對可能部位必須用射線探傷檢查，其質量應符合GB3323-87鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量等級中的級為合格。5、人孔與其加強板相連接的鉚釘孔應與人孔加強板配作。熔割開設人孔時，必須留不小于鋼板厚度之半的切削加工裕量，且應在消除焊接應力前熔割。人孔應切削加工，孔口棱角均需倒圓角R45,螺栓孔外側倒角1345

49、。6、筒體圓柱面素線直線度為5，筒體的M-N線與筒體進出口滑環(huán)上的M-N線相對應。2.4.2 生產技術要求分析1、 對結構件材料提出的要求。焊接材料的選擇直接關系著最終焊接結構件質量的好壞。如果前期材料的選擇與檢驗不合格，則在后期各種工序無論多么精確，也不能保證產品所需的質量。因此，要對材料的選擇與檢驗提出要求。2、 對焊接方法和焊后熱處理提出要求。焊接方法的選擇直接關系著材料焊接性的好壞，相同的材料在不同的焊接方法下回表現(xiàn)出不同的焊接性，最終 的焊接件的質量也會有很大的不同。選用自動焊可以提高焊接接頭的質量及焊接效率。在焊后進行熱處理工藝，可以消除焊接結構件內的焊接應力，防止由于焊接應力而導

50、致的焊接變形及焊接缺陷的產生等。3、 對焊縫位置的要求：（1）如果焊縫與人孔加強板重合，由于焊縫處材料硬度較大，則在加工鉚釘孔及螺紋孔時會出現(xiàn)困難。（2）焊縫要與人孔錯開，因為在進行焊接時焊縫熱影響區(qū)的變形會很大程度上影響人孔的尺寸，導致人孔的變形。（3）相鄰兩節(jié)縱焊縫間隔不小于90是因為要防止縱焊縫與環(huán)焊縫出現(xiàn)交叉焊縫，焊縫交叉時，兩個方向上均會產生較高的焊接殘余應力，超過材料塑性時則會產生焊接變形。4、 對焊縫質量的要求。焊接構件要保證焊縫的質量，因為倘若焊縫質量不滿足要求則會影響焊接構件的使用性能及壽命。對于水泥磨機筒體焊接過程中焊縫余高的要求是很必要的，因為筒體承受交變載荷，若焊縫余高

51、較大，則會產生一定程度的應力集中，在交變載荷的作用則會產生冷裂紋等問題，更會產生一些安全方面的問題。5、 人孔留一定的加工裕量可以一定程度上彌補由于焊接過程中焊縫收縮導致的人孔的變形。螺紋孔倒角可以方便螺紋的固定。6、 對焊后筒體尺寸及形狀的要求。筒體由于熱循環(huán)的作用難以避免的會導致變形，為確保筒體的質量要求，所以要對筒體的素線度及筒體中心線提出要求。2.5 焊接工藝分析2.5.1 焊接生產裝配工藝分析焊接結構生產的裝配工藝是將組成結構的已加工好的零件，按圖樣規(guī)定的相互位置加以固定成組件、部件或結構的過程。裝配時零件的固定常用定位焊、定位板、焊接夾具來實現(xiàn)。裝配時焊接結構制造中的重要工序，裝配

52、質量直接影響到焊接質量和產品質量。裝配時一項繁重的工作，它約占總工時的25%30%，提高裝配效率也就提高了焊接生產的效率。提高裝配的質量和生產效率要先從提高零件、部件的加工精度入手，制定合理的裝配工藝，加強生產管理等。 裝配時用定位焊和定位板固定零件時，其強度要求是，從裝配到焊接的運送過程中不能開焊或超過規(guī)定的變形；并且對于減少焊接變形也有利。定位焊焊道的截面尺寸不宜過大，盡量布置在基本焊縫施焊后能將其全部重熔，并保證焊接質量。如果定位焊必須布置在非焊縫位，則該定位焊縫和定位板的定位焊縫，在焊接后應清除掉，并仔細清理打磨表面。裝配方法的可以分為劃線定位裝配，用樣板和定位器進行裝配和用安裝孔裝配

53、。劃線定位裝配是將待裝配零件按劃好的裝配位置線固定后進行定位焊實現(xiàn)裝配。該裝配方法工作繁重，并要求有熟練的操作技術，一般只適用于單件生產和大型結構。成批、大量生產的結構一般利用樣板和定位器進行裝配。這種裝配方法的生產效率和生產質量較高。用安裝孔裝配適用于有安裝孔的結構件，可分為固定地點裝配和流動裝配。固定地點裝配在固定位置上進行，用于重型結構或單件產品。流動裝配大量用于成批大量流水生產。焊接順序可以分整體裝配-焊接。邊裝邊焊、按部件裝配-焊接三種。整裝整焊即由單獨零件逐漸裝配成結構之后再進行焊接。這種焊接順序適用于結構簡單的產品，通常是批量生產的產品。該方式焊接變形小，但應力大，并且可達性差。

54、隨裝隨焊是對某些復雜結構由單個零件組裝，然后焊接，再裝配，再焊接，即裝配焊接交替進行。該方法在一個工位上裝配和焊接工作交叉進行，影響生產率，也不利于采用先進的焊接工藝和工藝裝備。適用于單件小批量的大型復雜結構生產。分部件的裝配是有零件裝配成部件并焊接合格后，再由部件裝配焊接成結構。這一方式可實行流水生產，幾個部件同步加工，有利于應用先進的焊接工藝和工藝裝備，簡化了工藝裝備的設計和制造，有利于控制焊接變形和應力，使得裝配-焊接工作的質量提高，改善工人的勞動條件，提高生產效率。該方法適用于批量生產，也可使用于單件小批量生產。在進行分部件時要充分考慮結構、工藝和工廠條件。制定裝配工藝時要注意一些問題

55、：一、帶有機加工零件的結構的裝配有兩種方法，一種只整個結構裝配-焊接完成，甚至在消除內應力熱處理之后，再進行機加工，該工藝過程可得到高的尺寸穩(wěn)定性和加工精度，容易滿足技術條件，質量高，但需大型設備，生產成本高昂。另一種方法是先加工好零件，待其他構件都完成裝配焊接之后，在用一個有足夠剛度和精度的、專門的裝配-焊接工藝裝備，完成機加工零件的最后裝配焊接。 二、定位基準與找正，結構裝配常以零件、部件的內外表面，已加工的孔縱、環(huán)向基準線、構件中心線進行定位與找正，所以零部件的內外表面的精度會影響裝配的質量。筒體焊接時基準部位為外壁和端面，環(huán)焊縫基準為內外壁和縱向縫。1、 正確掌握公差標準，注意零件公差和由零件裝配成結構的公差的關系，嚴格檢驗零件公差，盡量做到互換性，為選配做好準備。2、 一些體積龐大的產品，為保證總裝的質量和進度，應在長內試裝，將不可拆連接改為臨時可拆連接。2.5.2 焊接方