課程設(shè)計(jì)----臥式儲罐焊接結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1結(jié)構(gòu)計(jì)算</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的容器為臥式壓力容器，其容積為，工作壓力為，工作溫度為，存放有腐蝕介質(zhì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為筒體和橢圓封頭。</p><p>　　1.1筒體長度的計(jì)算 </p><p>　　設(shè)筒體直徑為D，筒體長度為H=4D， 選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭， 則其體積可表示為:</p>&l

2、t;p><b>　　由此可求得。</b></p><p><b>　　取3200</b></p><p>　　由以上尺寸將筒體分為4段式，其中每一段的長度為，筒體為兩瓣組焊而成。</p><p>　　1.2容器壁厚的計(jì)算</p><p><b>　　計(jì)算壓力</b>&l

3、t;/p><p><b>　　板材厚度偏</b></p><p><b>　　腐蝕余量</b></p><p>　　所用鋼材為1Cr18Ni9Ti，為材料的許用應(yīng)力</p><p>　　作為本材料的許用應(yīng)力。 </p><p>　　雙面含或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接焊縫</p

4、><p>　　100%無損檢測 =1.0</p><p>　　局部無損檢測 =0.85</p><p>　　不做無損檢測 =0.70</p><p>　　單面焊的對接焊縫，沿焊縫根部有緊貼的墊板</p><p>　　100%無損檢測 =0.9</p>&

5、lt;p>　　局部無損檢測 =0.8</p><p>　　單面焊的環(huán)向?qū)雍缚p（無墊板）</p><p>　　局部無損檢測 =0.7</p><p>　　不做無損檢測 =0.6</p><p>　　此容器選擇焊接方法為雙面全焊透，100%無損檢測，因此焊縫系數(shù)選擇為1。 </p>

6、<p>　　筒體壁厚計(jì)算公式為：</p><p><b>　　取壁厚為42mm</b></p><p>　　--1.3封頭厚度計(jì)算</p><p>　　橢圓封頭壁厚計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　實(shí)際厚度

7、為： </b></p><p><b>　　1.4標(biāo)準(zhǔn)件的選擇</b></p><p>　　1.4.1橢圓封頭的選取</p><p>　　以內(nèi)徑為公稱直徑選取封頭，由計(jì)算得到的封頭的設(shè)計(jì)內(nèi)徑為D=3800，根據(jù)JB/T 4712—92橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn)選取橢圓封頭如下圖：</p><p>　　封頭結(jié)構(gòu)示意圖（圖1

8、）</p><p><b>　　其參數(shù)見下表：</b></p><p><b>　　表（一）</b></p><p>　　1.4.2支座的選擇：</p><p>　　臥式容器用支座支撐。其中主要有鞍式支座、腿式支座和耳式支座和支撐式支座四種。按座的結(jié)構(gòu)和尺寸，除特殊情況需要另設(shè)計(jì)外，一般可根據(jù)設(shè)備的

9、工程直徑選用標(biāo)準(zhǔn)形式支座，目前常用的鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4712—2007。因?yàn)榕P式貯運(yùn)罐對于臥式貯運(yùn)罐，除了考慮容器重量在殼體上引起的彎曲應(yīng)力，所以，即使選用標(biāo)準(zhǔn)鞍座后，也要對容器進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定習(xí)性的校核。一般臥式容器最好采用雙支座。</p><p>　　根據(jù)容器的公稱直徑DN=3200和鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)（JB/T 4712—2007）選取支座結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　支座結(jié)構(gòu)

10、示意圖（圖2） </p><p>　　1.4.3人孔視鏡的選擇：</p><p>　　1.4.3.1人孔的型式，選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔，（HG/T21518-2005）如下圖所示</p><p>　　根據(jù)工作壓力與工作溫度，選擇類別等級為Ⅲ，材料，數(shù)量以及標(biāo)準(zhǔn)編號如下圖所示</p><p>　　1.4.3.2視鏡的選擇</p>

11、<p>　　視鏡的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)采用帶頸和不帶頸兩種。不帶頸視鏡結(jié)構(gòu)簡單，便于窺視，但缺乏制造經(jīng)驗(yàn)，容易引起視鏡焊后密封面變形，另外在不宜把視鏡直接焊在設(shè)備上時(shí)，也有帶頸視鏡供選用。本容器上為帶頸視鏡(HGJ 502-86).其結(jié)構(gòu)簡圖如下</p><p><b>　　根據(jù)工作需要選擇</b></p><p>　　視鏡結(jié)構(gòu)示意圖(圖3)</p>

12、<p>　　1.4.4關(guān)于開孔的補(bǔ)強(qiáng)</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　由標(biāo)準(zhǔn)查的：</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　1.4.5 進(jìn)料口、排污口，氣孔等法蘭的選擇</p><p

13、>　　根據(jù)工程壓力，工作溫度，儲罐尺寸，密封要求，選擇帶頸平焊鋼制管法蘭 </p><p><b>　　結(jié)構(gòu)尺寸圖</b></p><p><b>　　法蘭連接尺寸圖</b></p><p>　　進(jìn)料口：公稱直徑為200mm的帶頸平焊鋼制管法蘭（尺寸見上表）</p><p>　　通氣孔：公稱直

14、徑為80mm的帶頸平焊鋼制管法蘭</p><p>　　排污口：公稱直徑為150mm的帶頸平焊鋼制管法蘭（兩個）</p><p><b>　　（09 41頁）</b></p><p><b>　　2焊接結(jié)構(gòu)制造工藝</b></p><p>　　2.1材料的進(jìn)廠入庫檢驗(yàn)</p><

15、p>　　結(jié)構(gòu)材料和焊接材料驗(yàn)收合格后，應(yīng)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別存放在金屬材料庫和焊接材料庫。金屬材料主要存放各種鋼材、有色金屬和外購鑄、鍛件等，不允許露天堆放。不銹鋼板、鋼管和有色金屬材料，應(yīng)分別單獨(dú)存放并妥善保管。</p><p>　　2.1.1 結(jié)構(gòu)材料預(yù)處理 </p><p>　　鋼材進(jìn)入車間加工之前進(jìn)行表面預(yù)處理是金屬結(jié)構(gòu)制造中最重要的首道工序。一搬鋼材經(jīng)過預(yù)處理比手工或風(fēng)動鋼絲刷

16、清理鋼材耐腐蝕壽命要長5倍多。</p><p>　　鋼材的預(yù)處理有機(jī)械除銹和化學(xué)除銹方法兩種。</p><p>　　本容器選用GYX-3M鋼材預(yù)處理裝置。利用拋丸機(jī)械除銹的先進(jìn)大型設(shè)備，鋼材經(jīng)此處理，并經(jīng)噴保護(hù)底漆，烘干處理等工序后，既可保護(hù)鋼材在生產(chǎn)和使用過程中不再生銹，又不影響機(jī)械加工和焊接質(zhì)量。</p><p>　　矯正是利用材料的塑性變形能力，在力的作用下，

17、使工件得到正確形狀的過程。</p><p>　　鋼材的的矯正分手工、機(jī)械、火焰等三種矯正方法。本容器結(jié)構(gòu)所選用鋼板厚度為42mm，屬于厚板。選用矯正方法為機(jī)械矯正，用合適的板材矯正機(jī)進(jìn)行矯正加工。</p><p>　　2.2 放樣、劃線與號料</p><p>　　放樣、劃線與號料是決定焊接坯料形狀與尺寸公差的重要工藝，亦是焊接結(jié)構(gòu)過程主要質(zhì)量控制點(diǎn)之一。</p

18、><p>　　放樣是在制造金屬結(jié)構(gòu)之前，按照設(shè)計(jì)圖樣，在放樣平臺上用1：1的比例尺寸，劃出結(jié)構(gòu)或者零件的圖形和平面展開尺寸。號料和劃線采用劃針或者磨尖的石筆、粉線作線。</p><p>　　2.2.1 筒節(jié)下料</p><p>　　筒節(jié)的劃線是在鋼板上劃出展開圖。筒節(jié)的展開計(jì)算比較簡單，即以筒節(jié)的平均直徑為基準(zhǔn)。由于鋼板在卷板機(jī)上彎卷是受輥?zhàn)拥哪雺?，厚度會減薄，長度會伸

19、長。因此，下料尺寸應(yīng)比計(jì)算出來的尺寸短一些。筒節(jié)展開長按下式計(jì)算：</p><p><b>　　式中 筒節(jié)展開式</b></p><p><b>　　筒節(jié)平均直徑</b></p><p><b>　　筒節(jié)內(nèi)徑</b></p><p><b>　　板厚</b>

20、;</p><p><b>　　鋼板伸長量</b></p><p><b>　　通常</b></p><p>　　所以將數(shù)據(jù)帶入公式可得：</p><p>　　由于單個筒節(jié)是由兩個半圓筒焊接而成的，因此筒節(jié)下料單個鋼板的長度為： 其實(shí)具體尺寸為（長x寬x高）:</p><p>

21、;　　筒節(jié)鋼板的下料選擇機(jī)械剪切下料。常用的機(jī)械剪切下料多采用圓板剪和龍門剪板機(jī)，而以龍門剪板機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，通常只能做直線剪切。 本次選擇的剪板機(jī)的型號為：Q11—50 x3200型。其具體參數(shù)見下表：</p><p>　　Q11-50x3200型剪板機(jī)</p><p>　　2.2.2 封頭的下料</p><p>　　封頭的展開較筒節(jié)復(fù)雜，有些封頭如橢圓封頭、

22、球形封頭和折邊錐形封頭，屬于不可展開的零件，它們從坯料制成零件后中性層尺寸發(fā)生變化，因此這類零件的坯料計(jì)算較為復(fù)雜。</p><p>　　本結(jié)構(gòu)選擇的封頭為橢圓形標(biāo)準(zhǔn)封頭，其毛坯展開尺寸計(jì)算公式為：</p><p>　　式中封頭沖壓成形拉伸系數(shù)，通常取0.75；</p><p>　　封頭由于其尺寸較大，且其形狀為圓形，不能使用龍門剪板機(jī)。所以對封頭的切割選擇火焰切割

23、。氣割機(jī)型號為：FG-4000 </p><p><b>　　封頭氣割機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　2.3 成形和彎曲加工</p><p>　　大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)，如鍋爐、壓力容器、船舶、車輛、橋梁及起重機(jī)的許多構(gòu)件，為了達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣形狀的要求，在焊接之前都經(jīng)過成形加工。成形工藝包括沖壓、卷制、彎曲和旋壓等。</p>&l

24、t;p>　　2.3.1 筒體的卷制成形</p><p>　　圓筒形和圓錐形構(gòu)件，都是采用不同厚度的鋼板卷制而成。卷制成形通常在三輥筒或四輥筒卷板機(jī)上進(jìn)行的，實(shí)際上是一種彎曲工藝。卷筒可以分為熱卷和冷卷。通常對厚度小于60mm的鋼板可采用冷卷；本次設(shè)計(jì)的容器筒體鋼板厚度為42mm，因此選擇冷卷。鋼板在卷板機(jī)上卷制時(shí)，鋼板的兩端總有一段長為a的直邊無法卷制，其長度取決與兩下輥的中心距。為消除此剩余直邊，在鋼板

25、卷圓錢應(yīng)作板邊預(yù)彎曲。通常采用水壓機(jī)在專用模具上預(yù)彎。</p><p>　　2.3.2 封頭的沖壓成形</p><p>　　封頭成型法主要有沖壓成型法、旋壓成型、爆炸成型等三種方法。沖壓成型就是用水壓機(jī)或油壓機(jī)借助沖模把毛坯沖壓成所需形狀。其成型質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高適用于批量生產(chǎn)。由于沖壓過程毛坯塑性變形較大，對于壁厚較大或沖壓深度較大的封頭，為了提高材料變形能力，保證封頭成型質(zhì)量，一般都采

26、用熱沖壓成型。由于本次所選用的封頭壁厚為42mm，壁厚較大，因此封頭的沖壓成形選用熱沖壓一次沖壓成形。選用液壓機(jī)型號為：125T油壓機(jī)。</p><p><b>　　其具體參數(shù)為：</b></p><p><b>　　油壓機(jī)參數(shù)（表六）</b></p><p>　　2.4 所涉及的焊接接頭與焊接參數(shù)的設(shè)計(jì)和選擇</p

27、><p>　　焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下原則:</p><p>　?。?）保證焊接質(zhì)量 </p><p>　?。?）坡口加工簡易 </p><p>　?。?）便于焊接加工 </p><p><b>　　（4）節(jié)省焊接材料</b></p><p>　　2.4.1

28、 筒體縱焊縫</p><p>　　筒體是由鋼板卷制而成，其邊緣部分由于變形和冷作硬化作用其性能已發(fā)生變化，不能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)此需將此區(qū)域除去。筒節(jié)卷制成形后，按圖樣規(guī)定的筒體名義直徑測量筒節(jié)的實(shí)際周長，并劃二次線，割去余量后按焊接工藝要求加工坡口。</p><p>　　在焊劑墊上焊接 如圖所示，焊接第一面時(shí)采用預(yù)留間隙不開坡口的方法最為經(jīng)濟(jì)。第一面的焊接參數(shù)應(yīng)保證熔深超過工件厚度的 6

29、0 ％～ 70 ％。焊完第一面后翻轉(zhuǎn)工件，進(jìn)行反面焊接，其參數(shù)可以與正面的相同以保證工件完全焊透。預(yù)留間隙雙面焊的焊接條件依工件的不同而異，在預(yù)留間隙的重形坡口內(nèi)，焊前均勻塞填干凈焊劑，然后在焊劑墊上施焊，可減少產(chǎn)生夾渣的可能，并可改善焊縫成形。第一面焊道焊接后，是否需要清根，視第一道焊縫的質(zhì)量而定。</p><p>　　焊接接頭尺寸如上圖所示</p><p><b>　　焊劑墊

30、的結(jié)構(gòu)實(shí)例</b></p><p>　　軟管氣壓式 b) 皮膜氣壓式 ℃ ) 平帶張緊式1 ——焊件 4 ——充氣軟管 7 ——?dú)馐? ——焊劑 5 ——橡皮膜 8 ——平帶3 ——帆布 6 ——壓板 9 ——帶輪對接接頭預(yù)留間隙雙面焊的焊接條件</p><p>　　根據(jù)工件厚度為42mm選擇</p><p><b>　　焊接材料的選擇

31、</b></p><p>　　2.4.2筒體和封頭與筒體環(huán)焊縫</p><p>　　2.4.2.1焊接坡口形式</p><p>　　壓力容器筒身環(huán)焊縫坡口形式，取決于其壁厚及所選用的焊接工藝方法。而對于所設(shè)計(jì)的儲罐筒體環(huán)焊縫與筒體與封頭的環(huán)焊縫選用窄間隙埋弧焊</p><p>　　窄間隙埋弧焊是由窄間隙氣電立焊演變而成，焊接時(shí)，采

32、用I型和近I型坡口單面焊。其環(huán)焊縫包括筒節(jié)對接焊縫和筒體與封頭的對接焊縫，都采用相同的坡口形式。如下圖：</p><p>　　環(huán)焊縫坡口示意圖（圖5）</p><p>　　該類型坡口可采用半自動切割機(jī)加工，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，如果坡口的加工尺寸不符合圖樣的要求，且嚴(yán)重超差，則必將導(dǎo)致各種焊接缺陷的形成。</p><p>　　2.4.3容器殼體接管的焊接</p>

33、<p>　　由于化工工藝流程或工作介質(zhì)循環(huán)的需要，在壓力容器殼體上，總需要設(shè)置各種不同直徑的接管。本次設(shè)計(jì)的臥式儲罐上附件主要有：人孔與法蘭、進(jìn)料口、出料口、視鏡等。這些接管的焊縫質(zhì)量往往是決定容器運(yùn)行特性和使用壽命的重要因素之一。因此必須重視接管焊接及相關(guān)工序的加工。</p><p>　　接管焊接工藝方案有兩種：第一種是每個筒節(jié)焊接和無損檢測合格后，或者若干筒節(jié)相接并無損檢測合格后，進(jìn)行劃線、鉆孔

34、、割孔，再裝焊接管；第二種是容器殼體總裝焊接并無損檢測合格后，整體劃線、鉆孔、割孔再裝焊接管。接管組裝方案的選擇，取決于接管的數(shù)量規(guī)格、布置方式，以及殼體本身的總長和重量；同時(shí)也取決于容器生產(chǎn)單位的廠房設(shè)施、工藝裝備和加工能力等。本設(shè)計(jì)采用第一種工藝方案。</p><p>　　為裝焊接管，在筒體或封頭上必須按圖樣所標(biāo)位置和尺寸劃線、開孔。開孔可采用鉆削、擴(kuò)孔、氣割、鏜孔等方法加工。接管焊縫的接頭和坡口形式，取決于

35、容器的工作參數(shù)。本容器為中壓容器由于工作壓力相對較大，且存放有腐蝕介質(zhì)，所以采用允許全焊透的坡口形式。</p><p>　　2.4.3.1人孔接管補(bǔ)強(qiáng)焊接坡口接頭</p><p>　　人孔接管補(bǔ)強(qiáng)坡口示意圖</p><p>　　由于接管直徑較大為了提高生產(chǎn)效率和保證焊接質(zhì)量焊接采用埋弧焊；</p><p>　　2.4.3.2進(jìn)料口，排料口法蘭

36、與殼體的焊接接頭</p><p><b>　　2.4.4支座組焊</b></p><p>　　本課設(shè)臥式設(shè)備采用鞍式支座。在底板上劃好線，焊上腹板和縱向立肋，組焊時(shí)需保證各零件與底板垂直。然后將彎制好的托板與腹板和縱向立肋組焊，最后 ，將支座組合件焊在筒體預(yù)先劃好的支座位置線上。</p><p><b>　　3焊后熱處理</b&

37、gt;</p><p>　　1Cr17為典型的普通純度高鉻鐵素體不銹鋼，其焊接特點(diǎn)就是在焊接過程中可能導(dǎo)致焊接接頭的塑性、韌性降低即發(fā)生脆化的問題，如果在950度以上停留時(shí)間果長，會引起熱影響區(qū)晶粒急劇長大，導(dǎo)致焊接接頭的塑性和韌性下降，當(dāng)接頭的剛度足夠大時(shí)，</p><p>　　在室溫的條件下可能出現(xiàn)脆裂。所以要控制高溫停留時(shí)間，來選用焊接參數(shù)。在焊接工藝上應(yīng)采用以下措施：</p&

38、gt;<p>　　焊前預(yù)熱 100～200°C 左右。</p><p>　　焊后熱處理 750～800°C退火處理。</p><p><b>　　采用小的熱輸入。</b></p><p><b>　　4焊件的質(zhì)量檢查</b></p><p>　　4.1焊接接頭的無損

39、檢測</p><p>　　焊接接頭無損檢測的作用，是探測目視檢查不能發(fā)現(xiàn)的的各種缺陷。例如：焊縫表層的微裂紋，夾渣，以及各種內(nèi)部缺陷。焊接接頭的無損檢測方法有:磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測、超聲波檢測和射線檢測等。</p><p>　　X射線檢測是一種波長短，能量大，穿透能力強(qiáng)的電磁波，由膠片觀察缺陷的位置、形狀、大小及分布情況；可發(fā)現(xiàn)的缺陷為：氣孔、夾雜物、未焊透、未熔合等。</p

40、><p>　　超聲波探傷檢測利用聲波通過對有缺陷的金屬時(shí)會有不同的滲透性。根據(jù)訊號指示可測定缺陷的位置、大小和分布情況；可發(fā)現(xiàn)任何部位的氣孔、夾雜、裂縫等缺陷。</p><p><b>　　4.2致密性檢驗(yàn)</b></p><p>　　儲存液體或氣體的焊接容器，其焊縫的不致密缺陷，如貫穿性的裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等，可用致密性實(shí)驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)。致密性實(shí)

41、驗(yàn)法有:水壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和煤油試驗(yàn)。</p><p>　　4.2.1水壓試驗(yàn) </p><p>　　水壓試驗(yàn)常被用來檢查管子、油箱、水箱以及各種容器，目的是測定這些容器的水密性的構(gòu)件在承受一定壓力下的致密性。具體方法：</p><p>　?。?）用水把容器灌滿，并堵塞好容器的一切孔和眼，用水泵把容器內(nèi)的水壓提高到技術(shù)要求規(guī)定的數(shù)值，在此壓力下保持一段時(shí)間，然后把

42、壓力降低到工作壓力，用圓頭小錘在距焊縫15-20處沿著焊縫輕輕敲打；</p><p>　?。?）用水將容器灌滿，不加壓力，檢測是否漏水；</p><p>　?。?）在焊縫的一側(cè)用高壓水流噴射，而在焊縫的另一側(cè)觀察是否漏水。</p><p>　　若在焊接接頭上發(fā)現(xiàn)有水滴或細(xì)水紋，則表面焊接接頭不致密。</p><p>　　4.2.2 氣壓試驗(yàn)

43、 </p><p>　?。?）將壓縮空氣通入密閉的容器內(nèi)，在焊接接頭表面涂抹上肥皂水；</p><p>　?。?）較小的容器可全部進(jìn)入水中；</p><p>　?。?）用壓縮空氣對著焊縫的一面猛吹，焊縫的另一面涂上肥皂水。</p><p>　　當(dāng)焊縫有穿透性的缺陷時(shí)，容器內(nèi)的氣體就會從這些缺陷中逸出，使焊接接頭處的肥皂水起泡或浸在水中的容器冒

44、水泡，表面焊接接頭不致密。</p><p>　　4.2.3 產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗(yàn)</p><p>　　按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品技術(shù)條件的要求，截取拉力、彎曲、沖擊試樣。截取的最好方法采用銑、鋸等機(jī)械加工方法。試樣的加工和試驗(yàn)，應(yīng)嚴(yán)格按相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。</p><p>　　5焊接結(jié)構(gòu)的涂裝和發(fā)運(yùn)</p><p>　　焊接結(jié)構(gòu)的涂裝是成品出

45、廠前的最后一道工序。它是在運(yùn)輸、安裝和使用過程中，防止大氣腐蝕和意外碰撞而受損的重要措施。產(chǎn)品涂裝不僅決定產(chǎn)品的表面質(zhì)量，而且也可以反映生產(chǎn)單位的企業(yè)形象。因此，應(yīng)從涂層選料、顏色、涂刷工藝、以及包裝設(shè)計(jì)各方面采取必要的措施，確保涂裝的質(zhì)量。最后由專職檢查員驗(yàn)收入庫。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會編