锅炉压力容器毕业设计

辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计1摘要压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测及安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展。在世界各国投入了大量人力物力进行深入研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新工艺所代替、而冶金机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体制造技术水平提高的前提条件。中国是压力容器的生产大国，目前生产的目的主要是满足国内的需求。生产厂家的数量(约 3200 家)和相应的装备能力均为世界领先，从以储气罐为代表的重型容器到高压气体运输容器等特殊的容器，中国都有很强的生产能力，并且产品的价格和质量都具有一定的竞争力。多年的生产实践和国家的规范化管理，使我国的压力容器行业形成了装备齐全、人员配套、管理严格的生产格局，为我国的压力容器产品走向世界奠定了基础。随着我国加入 WTO 和国民经济持续高速发展，压力容器制造业今后也必然会有一个很大的发展，只有认清发展趋势，才能把握住自己的发展方向，才会使压力容器制造业有更好的发展。关键词:压力容器;制作工艺;焊接;坡口自动切割机辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计2目录引言11.储气罐的结构分析311 储气罐基本结构及零件简图31.1.1 筒体 31.1.2 封头 31.1.3 接管和法兰.41.1.4 密封元件.41.1.5 容器内件.41.1.6 支座.41.1.7 零件简图.41.2 储气罐的制作工艺流程51.3 材料焊接性分析51.4 预处理工艺.61.4.1 钢板表面净化.61.4.2 矫形.61.5 下料工艺（方法、设备）.71.5.1 钢板的划线、号料.71.5.2 钢板的剪裁91.5.3 钢板的卷制.101.5.4 预弯.111.5.5 对中.111.5.6 卷圆.111.5.7 校圆121.6 装配与焊接工艺.131.6.1 装配的基本条件131.6.2 零件的定位131.6.3 封头成形装配与焊接141.6.4 筒节的焊缝装配与焊接.161.6.5 附件装配焊接.191.6.6 整体消除应力热处理.191.7 罐体的检验191.7.1 无损探伤.191.7.2 水压试验.192 封头坡口自动切割机的设计.192.1 自动切割机的简述.192.2 自动切割机的工作过程及结构形式.202.2.1 工作过程.202.2.2 封头的放置202.2.3 工作原理及机器特点202.2.4 结构形式及计算.21结论.24辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计3致谢.24参考文献.251 储气罐的结构分析1.1 储气罐基本构成及零件简图储气罐是一个承受内压的钢制焊接压力容器。在规定的使用温度和对应的工作压力下，应保证安全可靠，罐体的基本结构部件应包括人孔、封头、筒体、法兰、支座。图 1 为储气罐的结构简图。1.1.1 筒体本产品的筒体是用钢板卷焊成两个筒节后组焊而成，这时的筒体有纵环焊缝。1 .1 .2 封头按几何形状不同，有椭圆形封头，球形封头，蝶形封头，锥形封头和平盖等各种形式。封头和筒体组合在一起构成一台容器壳体的主要部分，也是最主要的受压元件之一。此储气罐选择的是椭圆形封头。从制造方法分，封头有整体成形和分片成形后组焊成一体的两种。当封头直径较大，超出生产能力时，多采用分片成形方法制造，分片成形控制难度大，易出现不合格产品。对整体成形的封头尺寸、形状，虽然易控制但一般需要有大型冲压模具的压力机或大型旋压设备，工艺设备庞大，制造成木高。从封头成形方式讲，有冷压成形、热压成形和旋压成形。对于壁厚较薄的封头，一般采用冷压成形。采用调质钢板制造的封头或封头瓣片，为不破坏钢板调质状态的力学性能，节省模具制造费用，往往采用多点冷压成形法制造。当封头厚度较大时，均采用热压成形法，即将封头坯料加热至 9001000。钢板在高温下冲压产生塑性变形而成形，此时对于有些材料(如正火态钢板)，由于改变了原始状态的力学性能，为恢复和改善其力学性能，封头冲压成形后还要做正火、正火+回火或淬火+回火等相应的热处理。对于直径大且厚度薄的封头，采用旋压成形法制造是最经济最合理的选择。1.1.3 接管和法兰接管和法兰作用是连接或供人进入容器内部的，是容器的主要组成部分。辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计4接管与壳体间的焊接接头一般为角接接头或 T 形接头，但对于连接二者之间的焊缝，如果是壳体上开坡口时，则称为对接焊缝，壳体上不开坡口时称为角接焊缝。1.1.4 密封元件封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发泄漏的关键元件。对于不同的工件条件要求有不同的密封结构形式和不同材质及形式的垫片，在制造时对于密封垫材料和形式不得随意更改。1.1.5 容器内件在容器壳体内部的所有构件统称为内件.1.1.6 支座立式容器主要采用耳式支座。为了保证采气安全性，往往对支座中的对接焊缝要进行局部甚至全部的射线检测或超声波检测。1.1.7 零件简图储罐的每个零件图中均包括名称、材料、数量、重量以及相应标准，具体参数见表 I。辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计51.2 储气罐的制作工艺流程储气罐的工艺流程图如图 2 所示。1.3 材料焊接性分析本产品所采用的材质是 16MnR,其特点是焊缝热影响区具有不同程度的淬硬倾向，焊缝和热影响区对冷裂纹都比较敏感。电弧焊时，各种冷却速度下都可能在热影响区形成马氏体组织，钢中碳和合金元素的含量愈高，热影响区的淬硬倾向就愈大，同时金相组织中的马氏体组织的比例就愈高。因此，在拟定其焊接工艺时，应以防止接头各区马氏体组织和冷裂纹形成及防止热影响区淬硬变脆为基本出发点。16MnR 钢，化学成分见表 2,力学性能见表 3。焊接性良好，板厚 34mm 以下，焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。自动理弧焊时，由于焊接线能量较大，辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计6焊接区冷却速度较馒，焊前不必预热。本产品板厚为 8mm,所以焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。16MnR 的焊条电弧焊应采用低氢型焊条 E5015。选择埋弧自动焊焊接材料时，应考虑坡口的形式，板厚和受压部件的热处理工艺。对于不开坡口的对接接头，由于母材的熔合比比较高，在焊后不进行热处理的场合，可选用合金量较低的H08MnA 焊丝配 HJ431 焊剂。对于板厚超过 30mm 开坡口的对接接头，应采用H10Mn2 焊丝配 HJ431 焊剂，对于焊后需作长时间消除应力处理的厚壁容器，应采用 H08MnMo 焊丝配 HJ530 焊剂。根据木产品的特点，所选用的焊条为 E5015,焊丝和焊剂分别为 H08MnA 和HJ431。1.4 预处理工艺1.4.1 钢板表面净化钢板的表面净化是钢板预处理的一个步骤，运用特定的方法或设务祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。表面净化的方法大体分两类:机械法和化学法。化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法主要有砂轮打磨、喷沙、喷丸处理。本钢板选用喷沙作为表面净化的处理方式，除去铁锈和氧化皮。用喷砂法做表面净化，所得钢板质量好，且效率高，但是，粉尘太大，所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作。需要注意的是，近年来钢板出厂时，大都会喷一层防护漆，来避免它的腐蚀，防护漆不影响以后的加工和焊接，此时，表面净化这一工序就可省略。1.4.2 矫形钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和儿何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应子以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品娇形。娇形就是使钢材辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计7或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短.产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的。娇形的方法按操作方法的不同，可分为手工娇形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。图 3 为多辊式矫平机的工作原理图。本设计中，钢材 16MnR,板厚为 8mm.选用九辊矫正机，其参数情况见表 4。应注意的是，不是所有的钢板都能一次矫平，是否容易矫平除与矫平机有关外，还与其本身的性质和厚度有关。1.5 下料工艺(方法、设备)1.5.1 钢板的划线、号料划线和号料就是根据施工图样及工艺上的要求，正确地确定一个欲加工零件的配料尺寸和形状，并用划线的方法在钢材上号料，同时标注上必要的加工符号及其他必要内容，用以指导以后各道工序的加工。它直接决定着零件的尺寸和儿何形状的精度，而且对以后的装配和焊接工序也有很大的影响。总体来看，划线和号料大致可以分为以下三部分操作内容和步骤:放样展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料。号料尺寸公差是反映整个划线工序的最终允许公差，根据 GB/T 9019 一 2001，压力容器公称直径标准的规定，长 x 宽及其他外廓尺寸线为1mm，超过一米的为 L/1000,但不超过3mm；中心线、基准线为0.5mm；正方形或长方形，其对角线 L1-L2 之差2mm。应注意的是，放样展开最后获得的尺寸是零件的设计尺寸或者说是零件加工后应得的尺寸，而样板是用来号料的，其外部尺寸应该是零件加辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计8工前坯料尺寸，这两者是不一样的。零件的坯料尺寸是由零件展开尺寸、工艺余量和加工余量三部分组成的。工艺余量是零件加工过程中由于工艺条件和工艺因素的影响而造成的尺寸变化和偏差。在焊接结构制造中，主要是焊接收缩量和成型后的修边余量。本设计中，16MnR 板厚 8mm,焊缝横向收缩余量为 1.3-1.4mm，纵向收缩余量为 0.15-0.3mm。加工余量主要包含切割余量，边缘加工余量两项。气割时会产生一定宽度的割缝，但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量。切割后尚需进行边缘机械加工，留 3 mm 的加工余量，号料划线公差图如图 4 所示。由于筒节为回转体，划线前要进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，按中径展开。根据公式:L=(Dg+)+S (1-1)式中：L-筒节毛坯展开长度(mm)Dg-容器公称直径(mm)-容器壁厚(mm)S-加工余量(包括切割余量、刨边余量和焊接收缩徽等)(mm)，如两侧均需刨边，则取 6mm。则 L=3.14(1800+8)+6=5683.12mm,根据上面的计算得出下料尺寸(长 x 宽)3400mmx5683mm,由于没有符合尺寸的钢板，选择的钢板规格(长 x 宽)3500mmx6000mm。简节展开毛坯尺寸如图所示。辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计91.5.2 钢板的剪裁钢板的剪裁就是按照所划的切掉线切割出零件的毛坯。钢材的剪裁方法很多，目前金属结构制造厂常用的主要方法有:机械剪裁，气体火焰切割和等离子弧切割等。目前常用的机械剪切机床有:龙门式剪板机，联合式剪板机，盘园式剪板机，振动式剪板机，以及专用或多用的型钢剪断机等。由于剪切后仍然需要对其进行开坡口，因此，本设计选用较为方便操作的气体火焰切割方式来进行钢板的下料。 气体切割机选用 CG 1 一 30 小车式半自动切剂机见图 6.气体火焰切割原理是利用可燃气体与氧气棍合燃烧形成的预热火焰，将被切割的金属加热到其燃烧温度，再用喷射出高速氧气流使割缝被加热到燃点的金属发生剧烈燃烧产生大量热量，并将产生的氧化物熔渣吹除掉，从而把金属分割开来的一种加工方法。辽河石油职业技术学院高职学生毕业设计10CG1 一 30 小车式半自动切割机主要技术参数见表 5。开坡口是边缘加工的一种。其方法也很多，有手工铲削，砂轮打磨，用加工机床进行机械加工，以及气体火焰切割和碳弧气刨等。本设计选用同款式气体切割机，进行坡口加工。气割边缘加工可用自动或半自动切割机同时用两个或三个割嘴。一次切割就可以切割出 V 型或 X 型坡口来。1.5.3 钢板的卷制钢板的卷制是对钢板进行弯曲加工的主要形式。所用的最普遍的设备是对称式三辊