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浅谈封头制作工艺及设备


Updating Time: 2015-4-24  1044  


                                                           浅谈封头制作工艺及设备

摘要:封头是石油化工、原子能、食品、制药等诸多行业压力容器设备中不可缺少的重要部件,是压力容器上的端盖,是压力容器的一个主要承压部件。封头的品质直接关系到压力容器的长期安全可靠运行。文章主要以锅炉封头为例,浅谈了封头的加工设备及加工工艺过程。
关键词:封头,制作,工艺,设备 管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机 

1  封头形状及用途管道切割机,相贯线切割机
   封头是压力容器和锅炉重要的受压元件,就形状而言可分为平封头、碟形封头、椭圆形封头、球形封头。高压容器、锅炉封头多为球形,中压以上就多使用椭圆形封头,只有少量低压容器才用碟形封头。管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机

2  封头加工方法管道切割机,相贯线切割机
   (1)冲压。适应大批量生产,压制厚壁小直径封头,要多套封头模。
   (2)旋压。有些超大超薄封头,特别是化工行业,多为大型少批量,特别适合旋压。椭圆形封头非常适用于旋压,而碟形封头少用,球形封头比较难压。

3  封头加工设备及工具管道切割机,相贯线切割机
   (1)加热设备。煤气炉,大型工厂大多采用煤气炉。现加热采用室式或反射式加热炉,应尽可能采用燃油或燃气加热,因为其特点是燃烧干净、效率高,温度易控制、不易过烧、不易脱碳。加热炉应配置测温装置和温度记录仪。管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
   (2)封头压机有单动、双动两种;还分水压机、油压机两种。
    单动即只有冲压缸,无压边缸,只有中小工厂再用。大型工厂都用双动,即有一个压边缸,一个冲压缸。
    水压机的传动介质为水,便宜,动作迅速,不平稳,对密封要求没有油压机高,效率低于油压机,导向要求不严。油压机的传动介质为油,换一次油要比水贵,传动平稳,对密封要求高,对导向要求高,对油的要求高,滤油不行或很快换向、关闭油路都会使系统中某些动作产生冲击,使压机动作不平稳,因此要勤滤油,按时换油,换油时彻底清洗油路、油箱。
   (3)使用工装。各种封头成形上、下模及支脚等(必须按相关技术条件验收,不应有气孔、缩松、夹渣等,几何尺寸精度。曲线经检验合格方可使用)。
   (4)常用工具。紧固扳手、大锤、撬棍、钢尺、卷尺、光电测温仪、内外卡尺、搬运工具等。

4  封头毛坯展开尺寸计算管道切割机,相贯线切割机
4.1
碟形封头毛坯下料
   (1)周长法
    理论公式 D0=d2+π(r+s/2)+2h+2δ
    经验公式 D0=d2+r+0.5s+2h
   (2)面积法
                 

4.2 椭圆形封头毛坯下料   
   (1)周长法
                
                 D=p+2hk0+ 2δ
   (2)面积法
     封头毛坯直径
                
    对于标准椭圆封头,d1=4b,ke=1.38
               

4.3 球形封头毛坯下料
                 
    也可近似计算D0=1.43d+2h,当h>5%(d-s)时,式中h应以h+5%代入。

4.4 影响封头厚壁的因素
    影响封头厚壁变化的因素很多,归纳起来大致为下列几个方面:
   (1)材料的性能。如铅封头的变薄量比碳封头大得多。
   (2)封头形状。碟形封头变薄量最小,球形封头变薄量最大,椭圆形封头中等。
   (3)下冲模圆角半径越大变薄量越小。
   (4)上下模之间间隙越大,则变薄量越小。
   (5)润滑情况好,变薄量小。管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
   (6)加热温度越高,变薄量大(要在标准内,否则过烧)。
   (7)压变力大,则变薄严重。

5   冷压或热压的选择管道切割机,相贯线切割机
    封头采用热压、冷压主要根据下列两方面来确定:
   (1)封头采用的材料性能。对于常温下塑料较好的材料冷压,对热塑性较好的材料则热态压制。
   (2)一般δ4~δ12的板厚,在常温下塑性较好的材料常冷压,并视情况加压边圈,超过上述板厚常热压。
   (3)封头毛坯料尺寸。当封头较薄时,对于碳钢和低合金钢S/D0x100<0.5,对于不锈钢和合金钢S/D0x100≥0.5应热压;对于不锈钢和低合金钢S/D0x100<0.7应热压。

6   封头制作工艺管道切割机,相贯线切割机
    封头制造工艺流程示意,见图1。
管道切割机,相贯线切割机

6.1 封头压制前的准备
   (1)水压机工操作前需了解设计图纸和相应的工艺要求,对毛坯材质、毛坯规格尺寸及毛坯上的钢印标记等需要复查清楚,根据图纸找出相应的封头模具,清除模具上异物,检测模具,同时做好水压机的调试润滑工作。管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
   (2)模具应安装在水压机工作台中心位置,其偏心允许值为160mm。模具安装调试后应进行紧固,以确保安全。模具安装应保证上下模圆周间隙均匀,安装时可用钢板尺或直径相当于偏差值的铁丝测量调整,其圆周间隙允许偏差如表1所示。
管道切割机,相贯线切割机

   (3)当压制封头采用压边圈时,压边圈与下模接触面的间隙应不大于0.5mm。压制有孔封头时,应保证下模与人孔顶出冲头同心,其偏差应不大于3mm。
   (4)对拼接封头毛坯,在L长度内其焊缝高度应不大于1.5mm,超过1.5mm用电弧气刨刨平或用手提砂轮机磨平,其磨平长度见表2所示。
管道切割机,相贯线切割机

   (5)对加热炉炉排及炉膛进行清理,然后作点火准备工作,并检查光电测温仪是否正常。

6.2 封头毛坯加热管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
   (1)封头毛坯加热时的摆放位置应保证钢印标记一面朝下,以便冲压后材质标记露于成形封头外表面。
   (2)封头毛坯加热应热炉装料,炉温应大于600℃,碳钢可以随时加入炉内,特殊材料另行规定。
   (3)每炉装料一般可并列叠放于炉内,每块之间应用耐火砖隔开,为防止变形,支撑点要均匀,两块叠放距离应不小于200mm,坯料离炉底的距离不小于150mm,一次装入不得超过四块。
   (4)拼接封头毛坯加热装炉时,其焊缝应尽量置于炉温较高处。
   (5)毛坯加热时不应任意开炉门,应通过炉门上窥视孔观察炉内加热情况,必须开启炉门时,要尽快关闭。
   (6)设备发生故障时,只有在确保45min内能排除故障的情况下,才允许将已入炉的坯料闷炉,但应将炉温降到600~700℃;否则应停炉,并打开炉门降温,取出坯料。
   (7)当封头毛坯加热到指定温度时,应尽量缩短毛坯料从出炉到压制时间,一般不应超过3min。封头毛坯应严格按工艺规定加热,不同材料加热规范见表3,表3中没有的材料,压制时另行规定。
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6.3 封头的压制
   (1)每个封头压制前,必须将封头毛坯上的氧化皮清除干净。冲压前应在模具上涂润滑剂,冷冲压用40%石墨加60%水(机油)拌成的润滑剂,热冲压可涂二硫化钼润滑剂。
   (2)压制时,封头毛坯摆放应尽量与模具同心,毛坯与下模中心偏移应小于5mm。有孔封头压制时,应注意将毛坯上的椭圆开孔与模具的长短轴方向摆放一致,压制过程中先将人孔冲头对正毛坯开孔位置顶出,顶到略高于下模平面处(约20mm),然后上模再向下压,人孔冲头也同时落下,将封头压制成型。在压制时冲压力需缓慢地由小加大,不得突然加大或减小。
   (3)热冲压封头冷却到600℃以下时方可拖离模具进行吊运,且不得放于风口,在未冷却到室温之前不得两件以上叠放。连续冲压时,冲模温度升高到250℃左右,不应再继续冲压,待采取冷却措施使冲模温度下降后方可继续工作。
   (4)有孔封头应尽量采用一次成形,因条件限制不能一次成形时,则冲压人孔时应注意与封头的同心度,并注意保持人孔翻边处壁厚的均匀一致。

 7   封头的质量检验管道切割机,相贯线切割机
    为了确保封头的质量,必须对成型封头进行认真仔细的检查。封头的质量检验包括封头的表面状况、几何形状和几何尺寸等。
    封头表面状况的检验主要是检查封头表面是否有起皱裂纹、刻痕、凹坑、凸起、脱碳过烧等。成形后封头应清除内外表面的氧化皮,表面不允许有裂纹、重皮等缺陷。对微小的表面裂纹和高度达到3mm的个别凸起应进行修整。人孔内扳边弯曲起点大于5mm处的裂口可在不影响质量的前提下,并经过检验部门同意可以进行修磨或补焊,修磨后的钢板厚度应在钢板厚度的允许偏差范围之内。
    对于凹陷和疤痕等缺陷的处理方法如下:
   (1)热水锅炉和额定蒸汽压力小于9.81MPa的蒸汽锅炉,深度大于0.5mm,但不大于公称壁厚的10%并且不大于3mm的凹陷和疤痕应修磨成圆滑过渡,超过以上规定时应补焊并修磨。
   (2)额定蒸汽压力不小于9.81MPa的蒸汽锅炉,凹陷和疤痕如果深度为3~4mm时应修磨成圆滑过渡,超过4mm时应焊补并修磨。成型封头有缺陷时,允许返修,较大缺陷及低合金钢封头缺陷返修按有关工艺进行,缺陷补焊后应进行无损探伤。
   

符号说明管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
D0—封头毛坯直径;
h—各类封头直边长度;
H—封头总高度;
d1—椭圆封头内径;
d2—碟形封头内径;管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
d—球形封头内径;
δ—风头边缘的机械加工余量,通常为15~40mm;
r—碟形封头的折边区半径;
s—各类封头毛坯厚度;管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
p—封头椭圆形部分的半周长;
k0—材料拉伸系数,通常可取0.75~0.8;
ke—椭圆系数,通常当标准椭圆封头d1=4b时,ke=1.38;
a—椭圆长半轴;
b—椭圆短半轴;
D—封头制成形后中径。

本文作者:曹洪飚

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