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焊接结构生产课程设计 系 部：机械工程系班 级：焊接3101班学 号： 08 姓 名：刘 玉 科 指导老师：张 帅 谋YSP2型液化石油气钢瓶制造工艺一. 钢瓶用途 YSP-2型液化石油气钢瓶是用来装液化石油气的，其最大承受压力为1.6MP a，工作温度范围-40+60，几何容积为4.7L，最大充装量为2Kg。二、母材机械性能分析母材所用材料为HP295，HP295主要用于制作家用液化石油气气瓶和环保型机动车液化石油气气瓶。随着我国石油天然气工业的发展，焊瓶用钢的需求不断增加，具有广阔的市场前景。根据我国现行使用液化石油气的需求地、需求量以及气瓶的规格型号，结合济钢ASP热连轧的特点，2006年6月，开发轧制焊瓶钢HP295，主要规格为(2.93.0) mm150 mm。三、材料化学成分分析HP295材料的化学成分见下表1。表1 HP295的化学成分 钢号化学成份%HP295CMnSiPSAL0.13-0.180.100.70-1.000.0250.0200.015四、制造技术工艺要求4.1制造工艺液化石油气钢瓶的制造工艺按GB5842标准制订。4.2瓶体瓶体由两个椭圆形封头、底座、瓶阀座和护罩组成，上下封头采用缩口插入式装配，主要焊缝采用自动焊接方法施焊。主要焊缝焊接工艺应符合CJ/32液化石油气钢瓶焊接工艺评定规定要求，同条焊缝宽窄之差不大于4mm。4.3阀门钢瓶的阀门GB7512液化石油气阀门标准中的YSF型角向阀。YSP-2钢瓶选用的瓶阀螺纹应符合GB8335气瓶专用螺纹中的PZ27.8 规格的要求。4.4瓶阀座瓶阀座采用自动保护气体焊接方法施焊，焊缝应焊透，表面无缺陷，几何形状应平滑过渡于母材表面。4.5钢印标记护罩焊于上封头顶部，且护罩外面钢印标记应符合气瓶安全监察规程附录1规定。4.6焊材焊接用的焊丝、焊条、焊剂应分别符合GB/T14957熔化焊钢丝、GB/T14958气体保护焊钢丝、GB5117碳钢焊条以及GB5293碳钢埋弧焊剂规定的焊接材料。4.7热处理钢瓶在全部焊接完成后，进行整体正火或消除应力的热处理，热处理工艺应符合CJ/33液化石油气钢瓶热处理工艺评定规定要求。4.8角阀安装安装角阀时，瓶阀与瓶阀座之间须用气瓶密封材料进行密封，密封材料应与盛装的液化石油气不发生化学反应。4.9表面喷涂钢瓶表面喷涂一层银灰色环氧树脂涂层（或油漆），钢瓶正面丝印“液化石油气钢瓶”红色字样，背面按客户专用瓶要求丝印相应的图案和字样。4.10成品检验钢瓶成品检验合格后，每只钢瓶需抽真空，真空度为0.086MPa。4.11主要检验要求钢瓶的检验按标准规定的要求进行。YSP-2钢瓶按生产顺序每50只（不足50只时，也应抽取1只）抽取1只，对环焊缝进行100的X射线照相检验或X射线实时成像检验。检验结果按照JB4730评定，级为合格。钢瓶测定重量和容积。每只钢瓶进行水压试验和气密性试验。YSP-2钢瓶以不多于500只为一批，从每批钢瓶中选取机械性能试验用瓶和水压爆破试验用瓶各一只，进行机械性能试验和水压爆破试验。四、零部件组成瓶体焊缝布置有两种方案可供选择，如图1所示。图1a方案共有三条焊缝：二条环缝和一条轴向焊缝。图1b方案只有一条环形焊缝。图1a方案的优点是上、下封头的拉伸变形小，容易成形；缺点是焊缝多，焊接工作量大，同时，筒体上的轴向焊缝处于拉应力最高位置（径向拉应力为轴向拉应力的两倍），破坏的可能性大。图1方案中部有一环缝，完全避免了图1方案的缺点。同时，据工件尺寸，瓶体半部可一次拉伸成形，因此，选用图1方案适宜。图1本次课程设计虽然是为了说明压力容器的制造，但由于所设计的容器容积较小，可直接用封头对接焊接，故采用图1)方案，因此主要零部件有底座、封头（上封头、下封头，采用长短轴比值为2的标准椭圆封头）、瓶阀座、护罩、瓶阀。 .五、结构分析及制造关键点1.结构分析（1）封头 椭圆形封头压制前的坯料为一个圆形，采用整块钢板，在油压机上，用凸凹模一次热压成形。封头边缘用封头余量切割机进行加工，用等离子弧切割机开I形坡口。（2）底座 平底型底座压制前的坯料为一个圆形，采用整块钢板，在油压机上，用凸凹模一次热压形成。底座边缘用封头余量切割机进行加工，用等离子弧切割机开I形坡口。2.制造关键点封头是热压成形的，对接焊接时连接处20-30mm的直段以使焊缝避开转角处的应力集中。六、计算封头与筒体坯料展开尺寸及绘制展开图1.封头坯料展开尺寸及展开图封头采用长短轴比值为2的标准椭圆封头，即a=102mm，b=51mm，Dn=204mm，K=0.75，h=25，加工余量s=15 则封头坯料Dp=1.223Dn+2hk+2s=1.2232042250.75215 =317mm其展开图如图2所示。图2 封头坯料展开图2、技术要求（1）封头的坯料采用整块钢板；（2）封头加工完毕后，应对主要尺寸进行检查合格后才可以装配焊接。 4.封头计算壁厚02 5.瓶体名义厚度考虑钢板厚度的负偏差和拉伸时工艺减薄量，初选钢板厚度为2.0mm。钢板厚度负偏差：0.14mm工艺减薄量：2.010=0.2mm=1.6+0.140.21.94mm故选取瓶体板材名义壁厚=2.0mm考虑腐蚀余量，故选取瓶体板材名义壁厚S=4.0mm 6.瓶体刚度校核 式中：D0钢瓶外径故选用设计壁厚S0=4mm钢板能够满足瓶体刚度要求。3、护罩设计护罩的作用一是保护瓶阀，二是便于钢瓶的提携，YSP-2钢瓶护罩材料采用Q235普碳钢，用模具冷冲压成形，上圈为半圆弧卷边，以增强刚性，挽手为半圆弧形，便于提携，装配时护罩焊接在上封头上，不可拆卸。4底座设计底座焊接在下封头底部，以保持钢瓶直立平稳。YSP-2材料采用Q235普碳钢，用模具冷冲压成形，下圈为半圆弧卷边，以增强刚性，下圈底部钻有小孑L，在使用中以排出冷凝水。 5瓶阀座设计瓶阀座为下托式焊接结构，采用外部单面气体保护焊接方式，材料为20号优质碳素钢，具有良好的可焊性。YSP-2钢瓶的瓶阀座螺纹为PZ27.8，应符合GB8335气瓶专用螺纹的要求，圆锥度为3:25。6、瓶阀的要求在国内通用的钢瓶，通常采用GB7512标准规定的角式液化石油气瓶阀，阀体及主要零部采用HPb59-1棒材，YSP-2型钢瓶采用瓶阀的进气螺纹为PZ27.8，圆锥度为3:25。瓶阀重量通常为0.3500.010kg。(说明：其他型号规格钢瓶计算方法相同，故省略) 7、 各种规格的液化石油气钢瓶设计主要尺寸表 钢瓶规格YPS4.7YPS12YPS23.5YPS35.5YPS118钢瓶总高(mm)2964105356801215瓶体高度(mm)1883033745281015瓶体外径(包括焊缝高度)(mm) 208253324324412护罩外径(mm)135170190190190护罩高度120110150150150底座外径160205240240400底座高度32474848115 七、钢瓶装配图八、结构制造工艺流程及工艺卡 1.工艺流程护罩：下料 加工底座：下料 加工 封头落料 焊底座瓶体：下料 封头压延 上、下封头对焊 焊护罩 2.工艺卡封头加工工艺过程卡封头加工工艺过程卡产品型号部件图号产品名称封头部件名称工序工序名称工序内容车间工艺装备及设备辅助材料0检验原材料应符合国家标准要求的质量证书检验1划线号料、划线、封头由整块钢板做坯料划线2切割下料按划线尺寸切割下料下料等离子弧切割机3热压成形始压温度一般为10001100，终压温度为850750;压制前先清除表面的杂质和氧化皮;在水压机上用凸凹模一次压制成形成形加热装置,水压机4二次划线号料、划线,划出封头余量划线5封头余量切割用氧气切割割去加工余量,同时加工坡口切割封头余量切割机6热处理热处理消去热压成形时的残余内应力热处理热处理加热炉7检验外观检验,尺寸检验,合格后才与筒体装配检验封头环缝焊接工艺产品名称封头产品型号零部件名称上、下封头母材HP295规格封头4mm焊缝位置封头环缝层次焊接方法焊接材料电源及极性电流/A电压/V焊接速度/(m.h-1)牌号规格1埋弧焊焊丝：H08MnA3.2mm交流250-40027-3235-40焊剂：HJ431 焊接层次：铜衬垫单面焊双面成形坡口角度：不开坡口间隙:23mm 技术要求及说明1.清除坡口两侧内外表面20mm范围的油污 、锈汚、尘土且应露出金属光泽。2.采用铜衬垫单面焊双面成形3. 定位焊焊条选用E5015底座与下封头焊接工艺产品名称底座与下封头产品型号零部件名称底座与下封头母材HP295规格封头4mm焊缝位置底座与下封头角焊缝焊接底座4mm层次焊接方法焊接材料电源及极性焊接电流/A牌号规格1焊条电弧焊E43153.2mm直流反接110-140 焊接层次：单面焊双面成形间隙:01mm 技术要求及说明1.清除坡口两侧内外表面20mm范围的油污 、锈汚、尘土且应露出金属光泽。2.采用打底焊单面焊双面成形九、焊接工艺评定为了检验壳体焊缝的力学性能及金相组织，而又不破坏壳体焊缝，通常规定在焊接压力容器的纵缝及环缝时，必须加焊专供检测用的试板。在试板上截取式样进行力学性能与金相组织试验。1.制作试板制作筒体纵焊缝的焊接试板2.力学性能试验通过试板截取试样进行焊缝的力学性能试验，通常包括拉伸试验、弯曲试验和冲击试验，低温容器还进行设计温度下的冲击试验。试样应在外观检查、无损探伤检查合格的试板上截取。试样的长度应垂直与焊缝长度，截取方法应符合GBT/150附录E的规定。1）拉伸试验2个，拉伸试验的最小抗拉强度不小于图样的规定值2）弯曲试验2个，一个是面弯，一个是背弯。按GBT/232的规定进行。焊缝中央应对准弯轴中心。3）冲击试样应垂直与焊接方向截取。试样上表面距试板的表面约2mm.试样缺口的轴线应垂直与表面。冲击试验按GBT/229标准有关规定进行。4）复验 焊接试板的拉伸、弯曲试验如不合格，允许复验。综上所述，焊接工艺评定完成后，方可进行后续的焊接加工工作，按照封头加工工艺过程卡，封头环缝焊接工艺，封头与底座焊接工艺总缝焊接工艺的数据等参数可以正确的焊接。在经过焊接后的检验可得到符合要求的液化石油气钢瓶。十、课程设计参考资料GBT/150-1998 钢制压力容器JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定焊接手册（1-3卷），机械工程学会焊接学会编焊接结构生产，邓红军主编，北京:机械工业出版社，2004.1实用压力容器焊工读本，孙景荣主编,北京：化学工业出版社，2007.1焊接结构，田锡唐，北京：机械工业出版社，1996.10焊接结构制造工艺及实施，朱小兵、张祥生主编，北京：机械工业出版社，2010.9十一、设计小结在