氮气贮罐罐体设计说明书

目 录 摘 要 . 1 引 言 . 3 . 6 材分析 . 6 品制作工艺流程图 . 8 缝位置分布 . 9 节制作工艺 . 9 头的制作工艺 . 18 配 . 22 接 . 25 件装配焊接 . 29 后热处理 . 29 度试验 . 29 . 32 头冲压模具设计要求 . 32 模设计参数 . 33 模设计参数 . 34 模座设计参数 . 35 结 论 . 36 致 谢 . 37 沈阳大学毕业设计（论文） 1 摘 要 本设计的主要内容为氮气贮罐罐体的制作工艺及工装设计。罐体主要由筒 节和封头组成， 封头选用的材料为 24345节选用的材料为 22345体的公称直径是2800根据压力容器的分类标准，此贮罐属于 类容器，其制造、检验和验收符合 2005之规定。本文在讨论 细制定了氮气贮罐容器的制作工艺和 封头冲压模具的设计。 产品制作工艺说明书中，简要分析了氮气贮罐的构成、各部分的材料及力学性能和制作使用要求；详细论述了该容器的装配焊接工艺，其中包括封头筒节的加工工艺及装配焊接工艺、填写零件加工工艺过程卡、焊接工艺卡 等。 在制作封头时，根据封头尺寸计算出封头冲压模具凸模及凹模的具体尺寸。 对产品易出质量问题的环节进行了分析说明，并提出了一定的解决方案。 关键词： 氮气贮罐；焊接工艺；冲压模具；筒节卷制 沈阳大学毕业设计（论文） 2 of is 345D, 4he 345D, 22of 800to of is II of of of of in on of a of 345D. In of it of of of of of of of it is to of to of In in 阳大学毕业设计（论文） 3 引 言 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、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的研究的基础上，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不同程度地被新技术、新产品所代替，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技术水平提高的前提条件。 压力容器钢在国民经济中广泛使用，范围适用于机械、石油、石化、航天、核能等近 20 个行业。压力容器钢的 分 三大系列。一是低合金高强度钢板。该钢是压力容器应用范围最广、使用量最大的一个钢 种 ， 2005 年使用量超过 80 万吨。目前，国家提出石油储罐用钢板国产化的目标，石化企业、储油站已大量选用国产钢板建造 10 万立方米大型石油储罐。近期我国大型石油储罐 用钢板将可全面实现国产化。二是低温用钢板。它是低温压力容器中使用量最大的一个钢 种 ，广泛应用于制造单层卷焊容器、球形容器等。在近阶段，低温压力容器钢板的重点工作是提高部分钢板的低温冲击功指标。三是中温抗氢用钢板。此钢在我国的钢板生产与钢锻件生产方面与先进国家存在着较大差距，中温抗氢用钢板的国产化工作任重道远 。 沈阳大学毕业设计（论文） 4 在压力容器建造的初期，产品建造的目的是为满足本国相应工业的需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生产技术和管理要求制订出了适合于本 国国情的相应安全法规和技术标准体系。安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性，是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行业的技术进步。 随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已经越来越明显。欧洲标准化委员会（ 正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标准上升为国际标准。美国和日本等一些国家为了争夺国际市场，也在采取积极的措施加速国际标准的制订。本届秘书处设在美国的 多次召开会议，并已经提出了 5386 国际锅炉压力容器标准草案。其目的是建立一个承压设备的通则，用以保证承压设备的安全使用，消除各国标准中可能出现的技术壁垒，在相互标准认可的基础上，实现承压设备产品的全球自由贸易。 随着我国加入世贸组织，我国的压力容器行业已经不可避免地面临国际市场的激烈竞争。在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势与不足，改变观念，实行国际压力容器生产的通行做法，使产品早日走出国门。 近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40%以上。正由于这些先进高效焊接设备和工艺的采用，使压力容器制 造技术有了很大的提高和发展。就具体的压力容器焊接而言，焊条沈阳大学毕业设计（论文） 5 电弧焊的比例已逐步缩小，埋弧自动焊、氩弧焊、 体保护焊、混合气体保护焊、等离子焊、真空电子束焊等先进的工艺技术已大量或逐步得到采用。这对于稳定地提高压力容器焊接质量，提高压力容器制造工艺水平，无疑将起到很大推动作用。 在厚板成形方面，一些大型制造厂都添置了大型卷板机和压弯机，使厚壁板焊结构的压力容器生产得到了实现。对于特大厚度的压力容器采用锻制筒节进行组焊的技术日趋成熟。封头成形已具有整体冲压成形，分瓣成形和旋压成形各种工艺能力，特别是一大批封 头专业制造厂的出现，为压力容器制造的社会分工和专业化生产奠定了良好的基础。 在无损检测方面，除去常规的 X 光射线检测设备外，不少厂为生产厚壁压力容器都购置了直线加速器。连续成像的 X 光射线检测设备已应用于生产，智能化和可记录的超声检测仪已研制出并得到应用。这都为压力容器的制作奠定了良好的基础 据不完全统计，我国以焊接为主要加工技术（或焊接对其产品质量具有关键影响的）的企业数量达 7000 多家。这部分企业广泛分布在锅炉、压力容器、发电设备、核设施、石油化工和管道等行业中。这些企业在我国工业经济建设中影响深、涉及面广 、具有举足轻重的影响和作用。 本论文将焊接技术和氮气贮罐罐体制造相结合，根据罐体特点制定了全套的、合理的 氮气贮罐罐体制造工艺。 沈阳大学毕业设计（论文） 6 材分析 本设计产品选用的母材是 ，它是一种专门制造压力容器的低合金高强钢 。它具有良好的综合力学性能、焊接性能、加工工艺性能及低温冲击韧性。中温（ 450以下）及低温力学性能优于15， 20 等碳素钢，是一种十分成熟的钢种，质量稳定，可在00场合使用。在石油化工设备、锅炉、压力容器中 的板材、钢管及锻件均有广泛应用，并分 别纳入多种材料标准。 材的化学性能分析 规化学成分如表 1所示，以 热轧状态交货，某些厚板需经正火热处理。 表 1 %） 钢种 技术标准 C n P S 5 母材的力学性能分析 的屈服强度为 340为压力容器的专用钢板，具有良好的综合力学性能。其主要力学性能如表 2 所示。 沈阳大学毕业设计（论文） 7 表 2 力学性能 钢种 技术 标准 规格 /伸试验 冲击试验 冷弯 试验 抗拉强度 /屈服强度 /伸长率 5/% 温度 / 横向 ）/J 180 16 510 640 345 21 0 31 =2 16 36 490 620 325 =3 材的焊接性分析 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越高，热影响区的淬硬倾向就越大，同时金相组织中的马氏体组织的比例就越高。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。 1）焊接缺陷 热裂纹： 的碳当量较低而锰含量较高 ， 因此，这种钢的 S 能达到要求，具有较好的抗裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但个别情况下也会在焊缝中出现热裂纹，这主要与钢中碳、硫、磷等元素含量偏高或严重偏析有关。 如果焊缝中的碳含量过高，为了防止硫的有害作用就需要有较高的锰含量，随着碳含量的增加，要求 S 也提高，当 C=，S 不应低于 10，而当 C=， S 就应大于 40 才不能出现热裂纹。硅的有害作用也与促使 硫 的偏 析有关，因此硅含量高时沈阳大学毕业设计（论文） 8 热裂纹倾向也增加。 冷裂纹： 有在较快冷却速度下，才可能形成富碳的贝氏体和马氏体，以至诱发冷裂纹。冷裂纹的影响因素： a 碳当量 硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。通常碳当量越高，冷裂敏感性越大。 b 热轧钢的淬硬倾向。随着合金元素和强度级别的提高而增大。 c 热影响区最高硬度。热影响区最高硬度是评定钢材淬硬倾向和冷裂纹敏感性的一个简便的办法。最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。碳当量增大时，热影响区淬硬 倾向随之提高，但并非始终保持线性关系。当碳当量减小且降低冷却速度时，热影响区淬硬和冷裂纹倾向随之降低。 2）脆化： 产生脆化的主要原因是热输入量过大导致晶粒 粗大，以及因冷却速度过快而在过热区形成粗大马氏体和贝氏体混合组织。 主要靠合金元素的固溶强化来保证其具有良好的力学性能，因为在热轧状态下使用，所以脆化问题不是很严重，后经 600 、保温 1 小时的高温回火处理后，韧性有了很大恢复，因此消除应力回火处理可防止脆化。 品制作工艺流程图 工艺流程图主要是为了让设计 和生产 者 能够直观的熟悉整个工艺流程，理清思路，提高工作效率。并且让人们能够简单了解工艺流程的步骤和主要环节。其流程如图 1 所示。 沈阳大学毕业设计（论文） 9 图 1 筒体制作工艺流程图 缝位置分布 本设计的氮气贮罐罐体的体积较大、焊缝较多，有纵焊缝、环焊缝等。为了防止焊缝交叉。 节制作工艺 板的复检 本设计选用的金属材料是 板，材料要有材质证明书，有符合规定的材料标记符号，要对材料的表面质量和材料的几何尺寸进行复检。在使用前应对钢板进行必要的化学成分复检，还要进行力学性能复检，包括拉伸试验，弯曲试验 ，断裂试验等。 材的矫正 1）钢材矫正的基本原理和方法 矫正是使钢材或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形（即永久变形），以消除原来工件弯曲、扭曲和皱折、不平等变形。具体的矫正方法按操作方法的不同可分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正三种 2。本设计选择机械矫正，其原理如图 2 所示。 沈阳大学毕业设计（论文） 10 图 2 9 辊矫直机工作原理图 123452）钢板矫正设备 钢板的矫正，一般情况下都是采用多辊板料矫正机进行机械矫正，但特殊情况，如对于厚板、小块板料 的矫正，也可以用对称式三辊卷板机和各种压力机来代替多辊板材矫平机进行矫正，少数情况下也可进行手工矫正。 本设计选用国产 4200辊中厚板矫直机，其技术条件如表 3所示。 表 3 4200厚度（ 宽度 (长度 (温度 ( ) 辊数 辊距 (8 40 1500 4000 4000 18000 600 800 9360 辊径 辊长 (上横梁开口度 (传动比（ i） 矫直速度 (m/s) 主电动机 (320200 240 22 25 板表面的预处理 为了避免钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮等影响产品的制造质量，应该在进行材料划线、下料之前进行表面预处理。钢材表面的预处理对于提高产品质量、延长产品的寿命、减少环境污染具有重要的沈阳大学毕业设计（论文） 11 意义。钢材的表面预处理方法主要有机械法和化学法两种 4。 本设计选用机械法中的喷丸处理。选用的喷丸设备是 既可以用于钢板、型钢的表面处理，也可用于结构部件的表面处理。该装置进行钢材预处理的工艺过程为：电磁吊上料 辊道输送 预热（ 40） 喷丸 清理丸料 喷漆 烘干（ 60） 辊 道输送出料。 线、下料 在划线、下料之前应先选取制作筒节钢板的尺寸规格。钢板卷圆时，板材纤维沿厚度方向的变形是不同的，弯曲后内层的纤维受压缩而缩短，而外层的纤维受拉伸而伸长，在内层与外层之间必然存在弯曲时既不伸长也不缩短的一 层纤维，该层称为中性层 3。 中性层的长度在弯曲过程中保持不变，因此可作为展开尺寸的依据。 筒节的尺寸计算 筒节的展开长度： 12()L D g S S （ 2 其中 ; ; 代入数据 L=800+22)+10+60= 沈阳大学毕业设计（论文） 12 筒节的展开长度即为选用板材的长度，根据钢板规格及考虑加工余量，选用钢板长度为 9000根据筒体的总长选择板材数量以及每块板材的宽度，筒体总长 14988取六 块板材，宽度分别为 2894 2300于轧制等原因，钢板边缘处厚度不均匀，影响焊接质量。因此，下料时每边需预留出修边余量约 30 根据以上计算，把筒节分为六节，选择制作筒节的板材为： 22 3000 9000 二块 22 2400 9000 四块 各筒节展开毛坯尺寸如图 4 所示。 割 下料采用 350型 数控气体火焰切割，火焰切割通常称为气割，它是利用可燃 气体乙炔与氧气混合燃烧产生的火焰流（通常被称为预热火焰），将被切割的金属材料加热到其燃烧温度，然后喷射高速氧流（称为切割氧），使割缝处被加热到燃点的金属发生剧烈燃烧，并吹除掉燃烧后产生的氧化物，从而把金属分割开来。可燃气体乙炔与氧气的混合以及切割的喷射都是依靠割炬来实现的。 气割的主要特点是：设备简单、生产率高、成本低。特别适用于切割厚度较大的或形状较复杂的零件的坯料。 沈阳大学毕业设计（论文） 13 (注：图中虚线为选板尺寸，实线为毛坯料尺寸。 ) 图 4 筒节展开图 缘加工 边缘加工是将工件的边缘或端面加工成符合工艺要求 的形状和尺寸精度的加工工序。对下料后的零件进行边缘加工，主要是为了： 消除前道工序加工所产生的加工硬化层和热影响区； 消除装配、焊接工件边缘或 自由边 的各类缺陷，以提高结构的整体质量； 提高结构的表面质量，也可为产品的后期制作创造条件 5。常用边缘加工的方法为刨削、铣削和车削等切削加工工艺。本设计选用 节的卷制 卷制成形是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形 连续、操作简便、快速、均匀。 筒节的弯卷过程是钢板的弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生的塑性变形沿钢板厚度方向是变化的。其外圆周受拉应力伸沈阳大学毕业设计（论文） 14 长，内圆周受压应力缩短，中间层由于不受任何力保持不变。本设计选择 40000辊弯板机。其原理如图 5所示。 图 5 三辊卷板机卷制钢板 1231） 预弯 预弯原理 用对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段长度，由于没有接触上辊不发生弯曲，称为剩余直边。工艺上把平板端部到开始弯曲 的最小的距离叫做理论剩余直边，其大小与设备及其弯曲形式有关。为了避免板料从辊筒间脱出，所以存在剩余直边，而实际剩余直边常比理论值大。 由于剩余直边在矫圆时难以完全消除，并造成较大的焊缝应力，故一般应对板料进行板边预弯，在卷板前要采用一定的办法先将其两端弯曲成所需要的曲率，使剩余直边接近理论值，使钢板都能弯曲成同一曲率。 预弯的方法 卷板机预弯。凡可以进行不对称弯曲的卷板机或带弯边垫板的三沈阳大学毕业设计（论文） 15 辊卷板机都具有弯边的能力。胎板厚度一般不小于卷制钢板厚度的两倍，所以选取厚度为 44 曲率半径应略小于被弯钢板的半径，预弯的长度一般要大于两下辊中心距的一半，取 200图 6所示。 图 6 卷板机预弯 2） 对中 预弯后将钢板放入卷板机上、下辊之间进行滚卷，注意将钢板放正、对中，使工件的母线与辊子轴线平行，防止产生扭斜。对中方法可先在钢板上划出中线，然后与下辊表面的线槽对正，即可对中。 3） 卷圆 钢板对中以后，就可以调下上辊压住钢板并使之产生一定的弯曲，开动机床进行弯曲。每滚卷一次行程，便适当调整上辊一次，经过这样多次滚卷后就可以将钢板弯曲成所需要的曲率。 冷卷时考虑到回弹，要有一定的过 卷量，一般为 20 30当曲率达到要求时还应在此曲率下多卷几次。热卷时不必考虑回弹。 4） 矫圆 一般矫圆分三个步骤： 加载 根据经验或计算将辊筒调到所需的最大矫正曲率位置。 滚圆 将筒节在矫正曲率下滚卷 1 2圈（着重滚卷近焊缝区）沈阳大学毕业设计（论文） 16 使整圆曲率均匀一致。 卸载 逐渐卸除载荷，使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷 1。 缝装配焊接 根据所选板材为 22的 板，采用双面埋弧焊，开X 形坡口。 定位焊采用焊条电弧焊，选用焊机型号 后进行焊接， 选用埋弧焊机型号 焊机为变速送丝，结构特点是焊车式。 焊丝送进速度由电弧电压反馈控制，即依靠电弧电压反馈对送丝速度进行控制，通过依靠电弧电压反馈对送丝速度调节以及电流自身调节的综合作用，保证弧长及燃烧稳定。此类焊机适用于粗焊丝，使用陡降外特性的电源较好。可用交流或直流电源，可焊对接、角接、环缝或纵缝等接头形式。电弧电压自动调节是指当焊接系统受到外界干扰而使焊接规范偏离给定值时，系统能对弧压进行自动调节，以保持弧压不变。此焊机技术参数如表 4 所示。 表 4 1000 焊机的技术参数 焊接电流 (A) 焊丝直径 (送丝速度 (cm/焊接速度 (cm/电流类型 400 1200 3 5 50 200 25 117 直流或交流 筒节的纵缝装配的制造过程中，至少有一条纵缝是在卷成形后组焊的，由于纵缝的组装没有积累误差，组装质量较易控制。但是若弯卷过程控制不好，就会产生偏差，从而给组装带来麻烦。筒节的板料预弯质量不佳还会造成纵缝棱角度超差，这时靠组装过程来控制是无能为力的，而只能在筒节纵缝焊后矫圆工序中予以修正。 为了焊透保证焊接质量，因而焊接坡口采用 X 型坡口，焊接方沈阳大学毕业设计（论文） 17 法采用双面埋弧焊 。要求待焊边缘必须平直，保证间隙为 2接外侧的熔深为板厚的 40%内侧要控制熔深达到板厚的60%以保证焊透。 1） 焊前准备： 焊接坡口 本筒体壁厚为 22对称 X 形坡口，其坡口形式如图 7 所示。焊条需在 350 下烘干 1剂需在 150 下烘干1 清理 在焊接前应清除待焊部位及其周围的油锈和污物等杂质。可采用机械法，如用磨光机。 图 7 筒体纵缝坡口示意图 2） 焊接工艺参数 焊条电弧焊的定位焊采用直流电源反接。其工艺参数如表 5 所示。 沈阳大学毕业设计（论文） 18 表 5 定位焊工艺参数 板厚 （ 选用焊条直径 （ 采用焊条 电流 （ A） 电源 设备 22 5015 200250 直流 弧自动焊工艺参数如表 6 所示。 表 6 埋弧焊焊接工艺参数 焊层 焊接材 料 焊丝直径(干伸长度(焊接电流 (A) 电弧电压 (V) 焊接速度(cm/第一层 40 500550 320二层 55048三层 55060： 所有焊接工艺参数均需经焊接工艺评定试验后确定。焊接工艺评定就是按照所拟定的焊接工艺，根据有关技术标准规定焊接试板，并从焊成试板中取出拉伸、弯曲、冲击等试样，测试试样是否具备所要求的性能。 3）检验 罐体的对接焊缝需用 100%射线探伤，须符合 属熔化焊焊接接头射线照相 级标准。 头的制作工艺 头尺寸计算 封头在压制成形过程中，封头在曲率半径最小处变薄，为了保证其最薄处与容器壁厚相同，所选的毛坯料厚度比容器壁厚度 222 24的毛坯料板。坯料直径（包括工艺余量）： 1002)( 沈阳大学毕业设计（论文） 19 （ 2 其中： 100 K= K= 代入数据： 2800+24） +250+100= 封头展开毛坯尺寸如图 8 所示。 图 8 封头展开图 头冲压 1）坯料加热 封头冲压过程中钢板的塑性变形很大，对于厚壁或冲压深度过深的封头，若在冷态下冲压，不仅需大型压力机，而且会使成形后封头产生严重的冷作 沈阳大学毕业设计（论文） 20 硬化，甚至形成裂纹。为保证封头的质量，提高材料的变形能力，对于壁厚较大或成形过程变形量大的封头，多采用热冲压，本品即为热压，温度约为 950 。 由于在高温下加热，钢板会发生氧化，随着加热温度的升高，加热时间的延长，氧化也更加剧，钢板表面会脱碳，对于 采取 850 装炉，均热后保温时间一般 外，为减少表面氧化带来的不良影响，板坯可预先经表面清理后涂刷保护涂料。 2）压延力计算 )( （ 2 其中： 数，有压边时 e= 圆形封头 K= 代入数据： F= 24610 N） =） 冲压设备可采用大型四立柱式水压机或油压机。本设计选用 1000吨四柱式油压机来压制封头。 因为压制封头时 /1001 为板厚； 封头坯料直沈阳大学毕业设计（论文） 21 径）所以要采用压边圈，压边圈是用来防止起皱的，应安装在凹模上面，与凹模表面之间，留有 板厚的间隙。 由于D =以 6 45 。 因此，氮气贮罐的封头属于中壁封头，中壁封头一般是一次冲压成形，不需要特殊措施。 次切割 修边余量是考虑在成形加工工艺过程不稳定时，较难掌握其变形及准确形状，在下料时预先加放的 100量，冲压加工后，再按正确的尺寸二次划线，予以割 除。封头冲压完，其多余的直边要借助于焊接回转台切割掉，切割同时还要进行坡口加工，以备部件装配时使用。 响封头成形质量的主要因素 影响封头壁厚变化的因素很多，归纳起来，大致有下列几方面： 材料的性能； 封头的形状； 下冲模圆角半径越大，变薄量越小； 上下冲模间的间隙小，则变薄严重； 润滑情况好，则减薄小； 加热温度越高，变薄量大； 压边力大，则变薄严重； 封头成形质量检查方法如图 9所示。 沈阳大学毕业设计（论文） 22 图 9 封头成形质量检查方法 配 装配在焊接结构制造工艺中占有很 重要的地位，这不仅是由于装配工作的质量好坏直接影响着产品的最终质量，而且还因为装配工序的工作量大，约占整个产品制造工作量的 30%所以，提高装配工作的效率和质量，在缩短产品制造工期、降低生产成本、保证产品质量等方面，都具有重要的意义。 件的定位 1）定位器 定位器是将待装配零件在装焊夹具中间固定在正确位置的器具8。在装焊工装夹具中常用的定位器主要有挡板、支撑钉、定位销、定位槽、 V 形铁和定位样板等。定位器是保证待装配零件之间保持正确的相对位置的重要元件，因此定位器首先应按高精度加工， 保证在夹具体上的安装精度。装焊夹具在使用前，应按规定的程序校验定位器与基准面之间的形位公差，是否符合夹具设计图样的要求。在安装基面上的定位器要承受焊件的重力，并与焊件表面接触。因定位器工作面易磨损，应采用硬度较高的钢材制作。 2）工件的定位方法 沈阳大学毕业设计（论文） 23 根据零件的具体情况，选取零件的定位方法。根据定位方法的不同可分为如下几种：划线定位、样板定位、定位元件定位、胎卡具定位。本次设计选用胎卡具定位。 3）定位焊 定位焊是用来固定各焊接零件之间的相对位置以保证焊件得到正确的几何形状和尺寸而进行的焊接。 装配定位焊要求：装 配间隙不能过大，尽量避免强力装配定位，为防止定位焊焊缝裂开，要求定位焊焊缝应有足够的长度和厚度（一般不小于 50于厚度较薄的钢板，焊缝厚度不小于 4 倍板厚），定位焊选用焊接时同类型的焊接材料，也可选用强度等级稍低的焊接材料。定位焊的顺序，应能防止过大的拘束，容许工件有适当的变形，其焊缝应对称分布均匀，定位焊所用焊接电流稍大于焊接时的焊接电流。为了消除焊接应力，焊后立即锤击金属表面，但这不适于塑性较差的钢制焊件。 罐体定位焊工艺参数如表 5 所示。定位焊缝的参考尺寸如表 7 所示。 表 7 定位焊缝参考尺寸 焊件 厚度 （ 焊缝高度 （ 焊缝长度 （ 间距 （ 22 23 30 50 250 配焊接顺序 该罐体由六个筒节两个封头装配焊接而成，所以有七条环焊缝，其装配焊接顺序如图 11 所示。 沈阳大学毕业设计（论文） 24 缝的组装 一般情况下压力容器的环缝组装与焊接是在筒节纵缝组装、焊接之后进行。 圆柱形焊接容器的筒体的组装有两种方式：一种将各筒节组装成一体再组装两封头；另一种则先将两封头分别与一组筒节组装后再进行总组装。本产品选择前一种装配方式。 1）筒节与筒节之间的装配方法：筒节与筒节之间的 装配方法分为立式和卧式两种。立式装配法在装配平台或车间地面上进行；卧式装配法多在滚轮架或 筒体选择卧式装配法如图 12所示。 环焊缝的组装比纵缝困难。一方面由于制造误差，每个筒节和封头的圆周长度往往不同，即直径大小有偏差；另一方面，筒节和封头往往有一定的圆度误差。此外，组装时还必须控制环缝的间隙，以满足容器最终的总体尺寸要求。 图 10 筒节装配图 1、 32将两圆筒置于胎架上紧靠在一起，矫正两节圆筒的同轴度合格后施行定位焊，然后在进行埋弧自动焊装配筒节。 2）封头与筒 体的装配在滚轮架上放置筒体，并在封头端上部焊一吊环，供吊封头使用，对齐后用点固焊，然后用埋弧自动焊。 沈阳大学毕业设计（论文） 25 如图 10 所示，封头与筒体的装配可采用吊车吊住封头与放在滚轮架上的筒体对接来完成，其工艺过程为： 把筒体放在滚轮架上； 把封头同吊车吊起； 图 11 封头与筒体装配示意图 12345 使封头和筒体边缘对齐，进行定位焊，转动筒体和封头，沿整个圆周对齐和定位焊； 焊上定位焊缝后，对装配好的罐体进行封头与壳体环缝的焊接，先从内侧焊，后从外侧焊。 接 节间的环缝焊接 沈阳大学毕业设计（论文） 26 环焊缝的焊接，先将两筒体放在滚轮架上，对齐，筒体间隙为2筒体定位焊，然后选用伸缩臂式操作机进行埋弧焊，焊枪不动， 图 12 焊丝偏心距 0轮架旋转，如图 12。 其它筒节按上述方法 依 次完成装配。筒节间的环缝焊接采用 面埋弧焊，坡口形式如图 13所示。其焊接工艺参数如表 8所示。 图 13 筒节环缝坡口示意图 表 8 筒节间环缝焊接工艺 沈阳大学毕业设计（论文） 27 层 焊接方法 焊接材料 电源 种类 焊接 电流 /A 焊接 电压 /V 焊接 速度 /( m/h) 焊丝直径 /丝 伸出量 / 埋弧焊 流反接 550 600 32 34 32 34 5 40 2 600 620 36 38 30 32 3 620 650 38 40 28 30 4 头与筒节的环缝焊接工艺 图 14 封头与筒体环缝坡口示意图 焊接 封头与筒体的 环焊缝时需要在滚轮架上进行，借助伸缩臂式操作机进行埋弧自动焊。 采用 X 型坡口，双面埋弧焊，坡口形式如图 14 所示。 其焊 接工艺参数如表 9 所示。 表 9 封头与筒节的环缝焊接工艺 层 焊接方法 焊接材料 电源 种类 焊接 电流 /A 焊接 电压 /V 焊接 速度 /( m/h) 焊丝直径 /丝 伸出量 / 埋弧焊 流反接 480 500 32 34 32 34 5 40 2 550 600 32 34 32 34 3 620 650 38 40 28 30 4 后一道环缝焊接工艺 焊条电弧焊封底，埋弧自动焊盖面，这是一种常用 的方法， 其坡口形式如图 15 所示。 先用焊条电弧焊封底，然后用埋弧焊焊接正面焊缝，采用这种焊接工艺往往是在正面用碳弧气刨清理焊根再进行埋沈阳大学毕业设计（论文） 28 弧焊。这种方法不用焊剂垫，对装配要求也不太严格，但生产率较低。 图 15 筒体环缝坡口示意图 焊接工艺参数： 焊条电弧焊。 选择 300 型直流弧焊机，焊接电流160170A，焊条 低氢钠型焊条，焊条直径为 5用直流反接。 埋弧自动焊。选用 锰焊丝剂为 高锰高硅低氟）。具体工艺参数如表 10所示 。 表 10 最后一道环缝的焊接工艺 层 焊接方法 焊接材料 电源 种类 焊接 电流 /A 焊接 电压 /V 焊接 速度 /(m/h) 焊 条 直径 /丝直径 /丝 伸出量 / 焊条 电弧焊 焊条：直流 反接 160 170 5 2 埋弧 自动焊 流 反接 600 650 32 34 30 32 5 40 3 650 670 34 36 28 30 4 600 650 38 40 28 30 验 由于 筒节间的环缝焊接、 封头与筒体的环缝焊接、最后一道环缝焊接都是对接焊缝，所以焊后需要 100% 射线探伤，须符合沈阳大学毕业设计（论文） 29 属熔化焊焊接接头射线照相 级标准。 件装配焊接 通常组装焊接后即应加工各种孔并装配法兰、管件及支座等。法兰、管件及支座应根据有关设计规范选用。法兰螺孔不得超过规定的偏斜；法兰平面必须与接管垂直；本设计还需加加强圈，先焊好接管与筒壁的连接焊缝，再焊装加强圈。并应在加强圈焊接后再割孔以减少焊接变形。附 件装配焊接后用 100%超声波进行探伤，达到焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级 级标准。 后热处理 焊后热处理可减小焊后残余应力，细化晶粒，提高焊缝的塑性和韧性。采用高温回火，对于 ，回火的温度在 650 左右。保温时间按每毫米板厚保温 1 2 分钟计算，回火保温时间为 40 分钟左右。 度试验 压力容器在其部件或整体制造完成后，都有要进行压力试验。大多数压力容器的耐压试验是在所有制造工序完成后进行的，所以又称竣工试压。压力试验的目的是检验容器强度和密封性能， 它也是压力容器设计、材料、制造质量的综合性检验，因此十分重要。 水压试验又称耐压试验， 是用水或其它适宜的液体作为加压介质（极少数情况用气体作加压介质），对容器进行强度和密封性的综合检验，在绝大多数场合耐压试验用水作为加压介质的耐压试验。水压沈阳大学毕业设计（论文） 30 试验的主要目的是检验容器受压部件的结构强度，验证其是否具有在设计压力安全运行所需的承压能力，在耐压试验时，对于高压或小容器还可进行残余变形测定，以判明材料是否出现整体屈服。 压试验的要求 本产品的设计压力为 1）容器耐压试验的压力应符合图样要 求，且不小于表 8 中规定。 2）水压试验时温度的要求对低碳钢、 制容器水压试验时，液体温度不得低于 5 ，而水压试验的温度上限一般宜限制在40 以下，不得超过 60 。 表 11 容器耐压试验的压力要求 压力等级 压 气压 低压 中压 高压 超高压 ： P 为设计压力， 试验压力 考虑稳定因素，本产品的试验压力为 25 个大气压 验过程 1）试验前的准备 正确决定试验压力，本产品试验压力为 25 个大气压 。 进行耐压试验前，必须彻底清除器壁内的残留物。 将容器的人孔、检查孔和其它接管孔封严安全泄压装置应泄下，不允许为图省事而将安全阀弹簧旋转加大开启压力，容器顶部应留一个排气孔，也可以用安全阀接口作为排气孔，以便注水时排出器内空气。 沈阳大学毕业设计（论文） 31 容量较小的容器作耐压试验，最好用手动试压泵，容量大的容器也应使用专门试压泵作试验，以保证压力能够缓慢平稳地升高。 各密封部位的紧固螺栓，必须全部装配齐全，并对其均匀地施加紧固力。 容器试压前，应装设两块经校验合格的压力表，其中一块装设在容器上，另一块装设在试 压泵的出口管路。 2）耐压试验程序 注液和排空气 液压试验注入液体加压介质时，器内空气同时由容器顶部的排气孔排出，直至整个容器内部充满液体为止。此时，再停留 1 2 分钟，让空气泡有时间逸出。然后关闭顶部排气孔，连接试压泵准备打压。 升压 在容器温度与液体温度趋于一致后，开动试压泵缓慢升压，压力分阶段上升。当压力上升至设计压力或最高压力时，应暂停升压，并对受压部件外观和各连接部位进行检查。若发现有异常情况或泄漏，应做出判断和处理，但严禁在这个压力下紧固密封件螺栓。若情况正常即可继续升压至试验压力，并根据 容器容量大小和结构确定保压时间。保证时间一般不小于 30 分钟。 检查 容器在保压后缓慢泄