毕业设计（论文)-400m3大型球罐焊接工艺设计.doc

南 昌 工 程 学 院 毕 业 设 计（论 文） 机械与电气工程学院 系（院) 材料成型及控制工程 专业 毕业设计（论文）题目 400m3大型球罐焊接工艺设计 学 生 姓 名 马 仙 军 班 级 10级材料成型及控制工程 学 号 2010100289 指 导 教 师 肖 伯 涛 完成日期 2014 年 5 月 20 日400m3大型球罐焊接工艺设计Welding Process Design of 400m3 Large Spherical Tank 总计 毕业设计（论文） 37 页 表 格 14 个 插 图 18 幅摘 要 球罐作为大容量、承压的储存容器。具有表面积小、壳板承载能力强、占地面积小、基础简单、受风面小和外观漂亮等优点。被广泛应用在石油天然气、化工、石油化工、冶金、城建等工业领域。但球罐的制造和安装复杂；焊接困难，技术要求高，并且储存的是易燃、易爆或有毒的物质。所以其制作质量和加工工艺在国民经济中已经占据重要的地位。 本次设计按照GB150-1998钢制压力容器和焊接手册，结合400m3大型球罐的焊接工艺特点。运用Auto CAD软件，绘制出球罐的焊接结构及零件图，确保装配过程中精度。同时利用成熟的焊接方法、设备和工艺，以提高大型球罐施工劳动工效和降低施工成本，提高焊缝成形质量，保证焊缝强度要求，从而避免一些安全事故发生，保证球罐安全使用。关键词:球罐 储存容器 焊接工艺Abstract The spherical tank is the large-capacity and pressures storage container . It has a lot of advantages , such as small surface area , stronger shell plates bearing capacity , small footprint , simple foundation , small wind surface , beautiful appearance and so on . So it is widely used in oil and gas , chemical , petrochemical , metallurgy , construction and other industries . But it also has complex manufacture and installation , difficult welding , high technical requirements , and it stores the flammable , explosive or toxic material . Therefore , the quality of its production and processing technology in the national economy has occupied an important position . The design according to GB150-1998 Steel Pressure Vessels and Welding Handbook , combined with the characteristics of the welding process a large spherical tank of 400m3 . Using Auto CAD software to map out the structure welded spherical tank and part drawings to ensure the accuracy of the assembly process . While taking advantage of sophisticated welding methods , equipment and processes to improve labor efficiency and large spherical tank construction to reduce construction costs and improve weld quality assurance weld strength requirements , thus avoiding some of the security incidents , to ensure the safe use of spherical tank .Key words : Spherical tank ；Welding technology；Storage container目 录摘 要 IAbstract II第一章 绪 论 11.1 球罐的发展历史11.2 球罐的特点及分类11.2.1 球罐的组成11.2.2 球罐的特点21.2.3 球罐的分类2第二章 球罐的结构及加工42.1 球罐的基本参数42.2 球罐材料52.2.1 Q345R的化学成分和力学性能52.2.2 Q345R的焊接性能62.3 球壳的壁厚62.4 球罐部件的加工72.4.1 球瓣的加工72.4.2 坡口的加工72.4.3 人孔与接管82.4.4 支承结构82.4.5 拉杆结构9第三章 球罐的焊接工艺103.1 焊接方法及焊接材料103.2 焊机的性能参数103.3 球罐的施焊要点113.3.1 焊接顺序113.3.2 定位焊113.4 坡口清理和检查123.5 焊前预热123.6 焊后热处理12第四章 球罐的制造134.1 球罐的组装134.1.1 组装方法134.1.2 组装设备和工具134.2 球罐的制造流程134.2.1 支柱与赤道板组焊144.2.2 赤道带板吊装154.2.3 中心柱的安装164.2.4 下温带板安装164.2.5 上温带板安装16 4.2.6 赤道带纵缝组焊174.2.7 上、下温带纵缝组焊184.2.8 上、下温带与赤道带环缝组焊18 4.2.9 人孔凸缘与极中板组焊194.2.10 接管与极中板组焊194.2.11上、下极带板的组装204.2.12 极板与温带环缝组焊214.2.13 上、下极板纵缝组焊21 4.3 焊后检验224.3.1 外观检验224.3.2 无损检验23第五章 结 论24参考文献25致 谢26附 录27南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文） 第一章 绪 论1.1 球罐的发展历史球罐是一种储存气体或液体的压力容。具有占地面积少、壁厚薄、质量轻、用材少、造价低等优点，被广泛应用在石油天然气、化工、石油化工、冶金、城建等工业领域。球罐出现于1900年，最初只用于储存低压物质。早期的球罐为铆接结构，这种铆接结构制造较为困难，材料浪费较大，而且一旦出现一处铆接不合格，就只能拆除重新铆接，给球罐的发展带来巨大的阻力。在1930年以前，掌握制造球罐技术只有少数几个国家，例如美国和德国可以建造小型低压球罐。到了1940年，随着焊接的技术不断成熟，球罐的制造开始由铆接转变成焊接，从此球罐制造的技术得到了很大的发展。许多国家已经具有制造压力较高、容量大的焊接球罐的能力。从1960年开始，随着世界各国综合国力和科技水平的不断提高，球罐的制造迎来了高速发展期。例如法国已生产出容积为80000m3的球罐。现在工业发达的国家还进行了特殊功能球罐的研究和生产。我国是在1960年开始了球罐的制造，虽然起步比较晚，但随着国民经济和科技水平的高速发展，球罐的制造技术已得到了大幅提高。以目前国内的能力已能制造出不同的规格和用途的球罐。随着材料、焊接和制造技术的不断提高，国内和国外球罐研究的方向正向大型化、多结构、高参数发展。但由于球罐一般是用于储存危险物质，一旦发生事故，其后果是灾难性的。所以球罐的建造与使用管理也必须引起各国政府和科技界的极大关注与高度重视。1.2 球罐的特点及分类 1.2.1 球罐的组成球罐一般由上极带、上温带、赤道带、下温带、下极带、支柱、拉杆、人孔、接管等部件组成，见图1-1所示。0第1章 绪 论 图1-1 球罐结构1.2.2 球罐的特点 与其它形状的容器相比，球罐的优点主要有： 1.球罐的表面积较小； 2.球罐壳板承载能力较强； 3.球罐占地面积较小、基础简单、受风面小、外观漂亮。 球罐的缺点主要有： 1.球罐的制造和安装比较复杂； 2.球罐的焊接比较困难，技术要求高； 3.焊缝较长，检验要求较高，工作量较大。1.2.3 球罐的分类 按球罐球壳板的分瓣形式，球罐可分为桔瓣式、足球瓣式和混合式。球罐分瓣形式如图1-2所示。2南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文） (a)桔瓣式 (b)足球式 (c)足球桔瓣混合式 图1-2 球罐分瓣形式 1.桔瓣式球壳板的结构灵活，分块分带对称，焊缝规则，组装应力及焊接内应力统一，施工简便；可以适合任何大小规格的球罐。但桔瓣式球罐的球壳板互换性差，球壳板的加工复杂，原材料的利用率低。 2.足球瓣式球壳板结构的每块球壳板的结构、尺寸相同，互换性好，下料成型规格，材料利用率较高，拼装焊缝短，检测工作量较小。但存在Y型焊缝，焊缝布局复杂，施工组装困难，对制造的精度要求高。 3.混合式分瓣形式集中了桔瓣式和足球式的优点，板材利用率高、分块少、焊缝短，焊接和检验的工作量少。但由于具有两种型式的球壳板，组装校正复杂，且仍存在Y型接缝，对制造精度要求较高。3第2章 球罐的结构及加工第二章 球罐的结构及加工2.1 球罐的基本参数 球罐的壳体是由压制成球形曲面的球瓣拼焊而成，考虑到焊接的要求，所以应尽量对称布置。桔瓣式球罐焊缝规则，组装应力及焊接内应力统一，施工简便。为了保证球罐的稳定，支柱数量采用偶数，应对称布置。故本次400m3大型球罐的结构形式确定为五带八柱桔瓣正切式，采用丁字接头，结构如图2-1所示。参考GB 17261-2011钢制球形储罐型式与基本参数，确定球罐的基本参数如表2-1所示。公称容积m3400几何容积m3408球罐直径mm9200支柱底板至球壳赤道平面距离mm6200球壳分带数 5支柱根数8各带球心角（）/各带分块数上极45/3上温带45/16赤道带45/16下温带45/16下极45/3表2-1 400m3桔瓣式球罐的基本参数 4南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文） 图2-1 五带八柱桔瓣式球罐的分带形式2.2 球罐材料球罐属于三类压力容器，主体材料必须采用平炉、电炉或氧气转炉冶炼的镇静钢，以获得良好的成形和焊接性能。故本次设计选用Q345R钢作为球罐的壳体材料。Q345R钢是压力容器专用钢，屈服强度为340MPa，具有良好的综合力学性能和工艺性能。磷、硫的含量略低于低合金高强度钢板Q345钢，抗拉强度、延伸率和冲击韧性比Q345钢有所提高。作为压力容器专用钢被广泛的使用。2.2.1 Q345R的化学成分和力学性能： Q345R的化学成分和基本力学性能分别见表2-2和表2-3所示： 表2-2 Q345R钢的化学成分化学成分（质量分数）%CSiMnPS0.200.551.201.600.0250.015 5第2章 球罐的结构及加工 表2-3 Q345R的力学性能 交货状态:热轧或正火钢板厚度/mm抗拉强度b/MPa屈服强度s/MPa伸长率5/%0冲击功AV2/J180弯曲试验3165106403452134 34d=2a163650063032521d=3a d=3a366049062031521 6010049062030520 10015048061028520150200470600265202.2.2 Q345R的焊接性能1. 冷裂纹：由于钢材的化学成分与焊接热影响区的冷裂纹倾向有密切的关系，所以用钢材的碳当量（Ceq）来间接地确定钢材的冷裂纹的敏感性。 Q345R 碳当量（Ceq）的计算为： =0.449%Q345R的碳当量为0.449%，焊接性能良好，在正常的焊接条件下不易产生焊接冷裂纹。2.热裂纹 ：Q345R因其含Mn量较高，含S量较低。Mn/S的比值已达到了防止发生结晶裂纹的要求，具有较好的抗热裂纹的能力。3.再热裂纹：从Q345R的化学成分考虑，其不含有Ti、Cr、Nb、V等强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感。 2.3 球壳的壁厚 参照GB17337-1998钢制球形储罐的相关标准，进行球壳壁厚计算。根据公式： 6南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）（其中壳板压力p =1.56MPa，球罐直径D =9200mm，Q345R钢常温下的许用应力 =170MPa，焊缝系数 =1.0，壁厚附加量C =2.0mm）把数据带入公式，解之的球罐壳体厚度为 = 23.15mm。取球罐壳体厚度为 =25mm。2.4 球罐部件的加工 组成球罐的各个部件都是提前在工厂加工好，每个部件的加工都有其相应的加工工艺，为了确保球罐的质量，在部件的加工过程中就要确保其合符工艺要求，生产出质量合格的部件。2.4.1 球瓣的加工 球壳是由许多瓣片组成，球瓣的加工质量决定了球罐质量。球瓣板采用冷压成形中的点压法的加工方法，其特点是模具小、压点多、成形美观、精度高、无氧化皮。2.4.2 坡口的加工 球瓣压制成型后，采用自动火焰切割掉加工余量的同时开出坡口，切割完成后用砂轮打磨坡口表面。球瓣的坡口切割比较复杂，每块球瓣的切割缝都包含经、纬线两个部分，经线是通过球心的垂直切面的垂直圆，纬线是球体水平截面的水平圆。要求切割缝位于球瓣圆弧上，而且垂直中心线指向球心。 参照GB12337-1988钢制球形储罐中规定，选用不对称X型坡口，焊缝坡口型式及尺寸见表2-4所示。 7第2章 球罐的结构及加工 表2-4 焊缝坡口型式及尺寸 单位：mm坡口名称坡口型式手 工 焊 坡 口 尺 寸适用范围不对称X型坡口球瓣经、纬焊缝2.4.3 人孔与接管 由于工艺和检验的需要，常在球罐的上下、极上安装人孔和接管，如图2-2所示。人孔是检验和洗涤容器内部的装置，接管是物料的进出口。其中在球罐上、下的极带板中心各设1个人孔，在人孔两侧各设1个接管。为了保证球罐的质量，一般采用回转整体锻件凸缘补强人孔和厚壁补强接管。 （a）回转整体锻件凸缘补强人孔 （b） 厚壁接管 图2-2 球罐人孔和接管的补强形式2.4.4 支承结构 支柱是用来支撑球罐的结构部件。本次设计的支柱采用多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳连接采用U形柱结构形式，见图2-3所示。该结构增加支柱与球壳8南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）的接触面积，从而减少支柱的刚性。支柱由10mm的Q345钢板卷制而成。 图2-3 球罐壳体与支柱的连接形式2.4.5 拉杆结构 拉杆可分为可调式与固定式两种。本设计选用可调式拉杆，采用高强度的圆钢加工而成，拉杆分成长短两段，用可调节螺母连接，用来调节拉杆的松紧度。9第3章 球罐的焊接工艺第三章 球罐的焊接工艺3.1 焊接方法及焊接材料 由于大型球罐需要在工厂外进行装配和焊接，综合环境条件、成本和可焊接性等多方面原因，本球罐的焊接采用手工焊条电弧焊。手工焊条电弧焊具有设备简单、成本低、操作方便，并且可以进行全位置焊接。 本次设计球罐球壳材料为25mm的Q345R钢板，为了防止氢裂纹的产生，选用低氢型焊条。采用等成分原则，选用3.2、4 mm的低氢钾型焊条E5016，牌号为J506。J506是低氢钾型药皮碱性焊条，交直流两用，可进行全位置焊接。具有良好的焊接工艺性能，电弧稳定，飞溅少，易脱渣，其熔敷金属具有优良的力学性能和抗裂性能、低温冲击韧性。焊条J506的化学成分和力学性能见表3-1所示： 表3-1 焊条J506的化学成分和力学性能 熔敷金属J506的化学成分%CMnSiPSNiMoCrV0.121.600.750.0400.0350.300.300.200.08 熔敷金属J506的力学性能抗拉强度b/MPa屈服强度s/MPa伸长率5/%-20冲击功Akv/J-30冲击功Akv/J490400224727 3.2 焊机的性能参数 本球罐的焊接采用焊条电弧焊，选用具有下降外特性的晶闸管整流弧焊机ZX5-400，直流反接法。这是因为焊条电弧焊的焊接设备与焊接工艺比较简单、成本低、操作方便，并且可以进行全位置焊接。焊机的性能参数如表3-2所示：10 南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文） 表3-2 焊机ZX5-400的性能参数额定电流 I/A电源调节范围IminImax/A 电压 U/V 电源电压U/V 电源相数 频率f/Hz 功率因数 焊接效率/% 冷却方式 40040-400603803500.7576强迫风冷3.3 球罐的施焊要点 为了对称施焊减小应力，提高焊接效率，本球罐焊接可以用多名焊工同时进行操作。正常情况下，一台球罐的焊接可按赤道带纵缝数量的1/2倍数来选用焊工，故本球罐的焊接可安排8名焊工均匀分布，同时对称施焊。3.3.1 焊接顺序 1.先焊赤道带板，再焊温带板，最后焊极带板； 2.先焊纵向焊缝，后焊环向焊缝； 3.先焊接外侧大坡口面焊缝，碳弧刨清根后再焊接内侧小坡口面焊缝。 按上面顺序焊接的目的就是使焊接应力减小，分布均匀，减小焊接变形，同时防止冷裂纹的产生。3.3.2 定位焊 在球罐的球瓣位置、曲率和间隙调整合格后，需对球罐进行定位焊。 定位焊前用火焰对坡口进行预热。施焊时，一般采用间断焊，焊缝长度为50-100mm，间距为250-400mm。焊缝应焊在小坡口一侧，避开丁字接头这样易造成焊接缺陷的部位。因为环焊缝丁字口较多，间距可适当减少。采用几组同时对称进行焊接，由焊缝中心点向两端进行焊接，以减少焊接残余应力和角变形。定位焊参数见表3-3所示。11 第三张 球罐的焊接工艺 表3-3 定位焊、支柱与赤道板组合焊缝的焊接规范焊接位置焊条直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/（mm/min）焊接线能量/（KJ/cm）平焊3.24100-130160-21022-2424-2680-120100-16017-2024-26立焊3.2490-120120-16022-2424-2660-100100-14017-2025-28横焊3.2490-120140-16022-2424-2690-150100-17012-1615-18仰焊3.2490-120140-16022-2424-2680-120100-16016-1820-243.4 坡口清理和检查焊接前必须把坡口表面及两侧的铁锈、水分、油污和灰尘等杂质清除干净。同时检查坡口表面，表面应保持平整光滑，没有裂纹、分层和夹渣等缺陷 。3.5 焊前预热对Q345R的焊接性分析可知其焊接性较好，但随着板厚增加，其整体拘束应力较大，焊后可能会出现冷裂纹。所以对厚度为25mm的Q345R钢板，焊接前需进行预热处理。选择预热温度为125150。在预热时，应在拘束度高的部位应采用较高的预热温度，扩大预热范围。 3.6 焊后热处理 焊后热处理的目：避免产生焊接裂纹、释放残余应力、改善焊接接头的塑性及韧性和恢复冷作时的预应变与时效而丧失的性能。12南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）第四章 球罐的制造4.1 球罐的组装 球罐的现场组装工程是整个建设工程的关键，所以要选择正确的组装方式、组装设备和工具。4.1.1 组装方法 近年来，随着球罐建造技术不断发展和生产专业化的完善，球罐建造技术提高到一个新的水平。现在球罐的组装普遍采用整体组装、分带组装和分带整体混合组装。 本次球罐的组装采用整体组装中的单片组装法。单片组装法是将单张球瓣按相应的顺序一张一张地组装成型的方法。这种方法对起吊机器和安装场地的要求小，准备的工作量少，组装的速度快，组装精度高。但高空作业量多，全位置焊接的技术要求严格，焊工操作的劳动强度大，对球瓣的加工质量要求高，且需很多的工夹具。4.1.2 组装设备和工具 由于球罐的体型庞大、结构复杂。球罐的组装必须借助一些设备和工具，其中有起重设备、中心柱、脚手架和工夹具等。 1.起重设备是球罐安装过程所需的重要设备，关系到球罐的安装速度和经济效果。常用的设备有桅杆、履带吊车、汽车起重机和塔式起重机。 2.中心柱是组装球罐的一种较重要的设施，它的主要作用是借助钢丝绳或型钢带拖来装拼和固定球瓣。同时，还可利用中心柱装设平台、伞形脚手架等，给组装、焊接、检验等工作提供更好的作业条件。 3.脚手架是搭设在球罐的设施。它是从安装、焊接到检验时工作人员的主要工作位置。脚手架分为梯形脚手架、三角脚手架、伞形脚手架和满堂脚手架。 4.工夹具是球罐安装过程中必不可少的设备之一。它的主要作用是使相邻两个球瓣的连接安全牢固，使球瓣之间的尺寸得以方便准确地调整。球罐组装中常用到的夹具有：日字形夹具、脊板形夹具、小壁杠、弧形加强板和角形压码。4.2 球罐的制造流程 13第3章 球罐的制造 球罐制造时一般装配与焊接交替进行，其安装和焊接的各项工作见图4-1所示：中心柱的安装 图4-1 球罐制造过程流程图接管与极中板组焊上、下极带板的组装人孔凸缘与极中板组焊上、下温带与赤道带环缝组焊上、下温带纵缝组焊上温带板安装下温带板安装赤道带板吊装支柱与赤道板组焊赤道带纵缝组焊极板与温带环缝组焊上、下极板纵缝组焊4.2.1 支柱与赤道板组焊为了减少高空工作量，球罐的支柱与赤道带的组焊在支柱和赤道带板在地面的平台上进行。 1.组装前对焊缝两侧30mm范围内进行除锈处理。支柱与球壳板组装的坡口形式为单边V形，如图4-2所示。 2.将赤道板置于专用胎架上，并划好装配中心线，以保证组焊质量。见图4-2所示。 3.检查支柱与赤道板相贯线的弧形面应保证其切割和装配精度；支柱的组装在赤道板经、纬方向的中心允许偏差小于2mm。焊缝要预热到125-150 再进行定位焊，定位焊完成后由焊缝中间部位分段向两方反向施焊，焊接顺序如见图4-2所示。焊接参数见表3-3。 4.焊接位置为平焊。焊接时要求焊透，不要产生未熔合、夹渣、密集气孔等焊接缺陷。 5.焊后将焊缝及焊缝两侧母材上的飞溅、氧化皮等打磨干净，使其露出金属光泽，再按规定进行渗透探伤。14南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文） 图4-2 支柱与赤道板焊接层次和焊接方向4.2.2 赤道带板吊装 赤道带板吊装的步骤： 1.在吊装操作前，先确定支柱的安装位置，做好基础地脚的施工。 2.用起重机吊装第一块带支柱的赤道带板，其吊装示意图如图4-3所示。在赤道板外部固定两根拖拉绳，赤道板内部引一根拖拉绳，内外三根拖拉绳成三角固定在地脚上，防止其倾倒。支柱吊装就位后，测量支柱垂直度，保证安装精度。采用同样的方法吊装第二块带有支柱的相邻赤道板。 3.吊装第三块不带支柱的赤道带板，从赤道带板上部由上往下插装在已安好的两块带支柱赤道带板之间，如图4-3所示。找好间隙后用夹具加以固定。 用同样的方法安装其余的赤道板，将赤道带板按顺序依次吊装就位，使赤道带闭合组成环带，如图4-4所示。 图4-3 赤道带板吊装示意图 图4-4 赤道带球瓣组装完毕示意图15第4章 球罐的制造4.2.3 中心柱的安装 赤道带板组装完成后，为便于上、下温带板的安装和调整，在球罐中心位置安装中心柱，中心柱应具有足够的强度和刚度。吊装中心柱在最后一块赤道带板安装之前进行，可采用吊车整体吊装就位，由四根拉绳固定，中心柱示意图如图4-5 所示。 图4-5 中心柱组装示意图 图4-6下温带球瓣组装示意图4.2.4 下温带板安装 赤道带组装并定位焊之后，开始温带板的组装。先组装下温带板，后组装上温带板。下温带板组装程序如下： 1.吊起下温带板使其从赤道带上口落下，等落到合适的位置后用工夹具将温带板上口和赤道带下口卡紧，组装时要找正中心线，确保组装精度。 2.下温带板下口用钢丝绳和中心柱连接或者下口用钢丝绳拉到赤道带上口，中间连接松紧螺栓或倒链，吊装就位后用夹具将其与赤道带板组合连接，如图4-6所示。 3.吊装组合时要注意温带板与赤道带板的相对位置，避免出现十字形接头，而应采用T形接头，并检测温带板与赤道带板的曲率。 用同样的方法，依次吊装组合其它的下温带板，并组合成环。4.2.5 上温带板安装下温带板安装完成后，安装伞形脚手架，伞形脚手架与中心柱用螺栓连接，与赤道带板上口处用连接板固定焊连接。然后就可组装上温带板。上温带板组装程序如下： 1.吊装上温带板时，利用中心柱上伸出的支撑管或用倒链同中心柱拉牢，支住上温带板16南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）上端，靠可调的支撑来临时固定，保持位置的准确。上温带板的吊装和组装顺序与下温带板相同，如图4-7所示。 2.上温带板的上口有下垂趋势，此时可调节支撑杆来避免下垂而造成最后一块板插装不上的情况发生。 图4-7上温带球瓣组装示意图4.2.6 赤道带纵缝组焊 赤道带纵缝共16条，每条长3612.83mm，可均匀分布8名焊工同时对称施焊。赤道带纵缝里外共焊19道，大坡口面焊14道，小坡口面焊5道。焊前应进行充分对焊缝坡口进行清理打磨坡口，打磨掉坡口表面氧化物，并按要求进行125-150 预热处理。先焊大坡口侧，再焊小坡口侧。 1.由于纵焊缝较长，所以大坡口侧的第一、二层焊接采用分段退向焊，每段两层焊道焊完后再进行下一段的焊接，其余各层均为顺向连续焊，见图4-8（a）。 2.在大坡口侧焊接完成后，进行清根、打磨和探伤处理，再进行小坡口侧焊缝的焊接。焊接层次和整个赤道带的焊接顺序如图5-10（b）（c）所示。 3.焊接过程中，层间温度应保持在预热温度上下，焊后进行消氢处理。17第4章 球罐的制造（a）焊接方向 （b）焊接层次 （c）焊接顺序图4-8 赤道带纵缝焊接层级及焊接方向4.2.7 上、下温带纵缝组焊 上、下温带安装纵缝均为16条，每条长度为3612.83mm，同样均匀分布8名焊工同时对称施焊，其焊接层次、方法、基本原则与赤道带纵缝的焊接工艺相同。但区别在于： 1.上、下温带纵缝的角度跟赤道道纵缝的角度不一样。上温带纵缝的上部较平，呈平立焊位置。 2.在焊接上、下温带纵缝时，要控制焊接层次不能改变，焊接速度上可稍加变化。这样，即使是焊接电流稍有增大或减少，焊接速度也随之增大或减少，而总的焊接线能量变化是不大的。4.2.8 上、下温带与赤道带环缝组焊上、下温带与赤道带的环缝长26703.5mm，将焊缝分为32段，每段长度约为834.5mm，均匀分布8名焊工同时对称焊接。焊接环焊缝时，环焊缝为横焊位置，其小坡口侧焊缝的焊接方向顺时针进行，大坡口侧焊缝焊接方向为逆时针。环焊缝的横焊层次及方向如图4-9所示。 施焊时，先焊大坡口侧焊缝，第一、二层采用分段退焊。每段的两层连续焊完，然后再焊下一段的两层，以此类推。在焊接小坡口侧前应该进行清根、打磨和探伤处理。除封面层采用分段退向焊外，其余各层均采用顺向连续焊。焊后进行后热消氢处理。18南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）图4-9 赤道带与温带环焊缝焊接层次及方向4.2.9 人孔凸缘与极中板组焊 人孔与极板焊接是先在工厂内进行，人孔凸缘的坡口形式如图4-10所示。焊前应对焊缝坡口进行清理打磨，打磨掉坡口表面氧化物。然后组装好人孔、接管的极板，放在胎架上夹紧，加热到125-150 预热温度后开始焊接。人孔焊接可由4名焊工均匀分布同时对称逆向施焊，焊接方向如图4-28所示。焊接时，先焊大坡口面的焊缝，各层各道的排列要均匀适当，避免产生焊接缺陷。大坡口面焊缝焊完后，在焊接小坡口侧前要进行清根、打磨和探伤处理。由于该焊缝较短，层间温度容易偏高，所以层间温度保持在预热温度上下，焊后进行后热消氢处理。 图4-10 人孔凸缘的坡口形式4.2.10 接管与极中板组焊 接管和极板的焊接也是先在工厂进行，接管角焊缝的焊接层次及焊接方向如图4-11示。 由于接管采用厚壁插入式补强，在焊接过程中，很容易产生焊接收缩裂纹。因此，焊前应进行充分对焊缝坡口进行清理打磨坡口，打磨掉坡口表面氧化物，并按要求进行125-150 预热处理。19第4章 球罐的制造 焊接时，先焊大坡口面的焊缝，焊道要排列适当，焊渣要清除干净。各层各道的起弧点要错开80mm。大坡口面焊缝焊完后，在焊接小坡口侧前要进行清根、打磨和探伤处理。由于该焊缝较短，层间温度容易偏高，所以层间温度保持在预热温度上下，焊后应立即进行后热消氢处理。 图4-11 接管角焊缝的焊接层次及焊接方向 4.2.11上、下极带板的组装 组装时，先吊装下极板，后吊装上极板，如图 4-12所示。 1.下极板吊装。在赤道带吊装前应先将下极带板放置在基础内。先吊装极带边板，再吊装极带中板。极边板吊装就位后，用组装夹具把极边板与下温带板下端连接，下端用中心柱的倒链钩固定。然后调整极板的位置、曲率和间隙，进行定位焊。带人孔的极中板待中心柱拆除后再吊装。 2.上极板吊装。先吊装极边板，再吊装极中板。极边板吊装就位后，用组装夹具把极边板与上温带板上端连接，上端用中心柱的倒链钩固定。然后调整极板的位置、曲率和间隙，进行定位焊。同样，拆除中心柱之后再吊装极中板。20南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文） 图4-12 极带球瓣组装示意图4.2.12 极板与温带环缝组焊 上极板与上温带、下极板与下温带之间环缝的焊接要求和焊接规范均与上、下温带与赤道带环焊缝的横焊工艺完全相同。由于焊缝所处的不同的平面位置，所以焊接时应注意焊条的倾角。4.2.13 上、下极板纵缝组焊 焊前应进行充分对焊缝坡口进行清理打磨坡口，打磨掉坡口表面氧化物，并按要求进行125-150 预热处理。焊接时，可由4名焊工均布同时对称相向施焊，焊接方向如图5-11所示。 焊接时，先焊大坡口面的焊缝，焊道要排列适当，焊渣要清除干净。各层各道的起弧点要错开80mm。大坡口面焊缝焊完后，在焊接小坡口侧前要进行清根、打磨和探伤处理。由于该焊缝较短，层间温度容易偏高，所以层间温度保持在预热温度上下，焊后应立即进行后热消氢处理。 上极板外侧焊缝基本处于平焊位置，焊接规范参照平焊位置的规范。大坡口侧焊14道，小坡口侧焊5道，上极板平焊的焊接层次如图4-13所示。 下极板拼接焊缝的焊接工艺与上极板相同。21第四章 球罐的制造 图4-13 极带板焊接层次及方向4.3 焊后检验4.3.1外观检验 检查前应将熔渣皮与飞溅物清理干净，焊缝表面不得有裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷，具体的形状尺寸见下表5-1所示。表5-1 球罐焊缝外观检测检验项目标准焊缝余高(mm)03焊缝每侧增宽(mm)0.52.5焊缝宽度差(mm)02焊接接头脱节(mm)2弧坑填满咬边深度/mm0.5（平焊）0.5（立焊）0.5（横焊）长度/mm（累计计算）10（平焊）12（立焊）10（横焊）未焊透，气孔，裂纹，夹渣，焊瘤无焊后角变形/（ ）0322南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）4.3.2 无损检验 球罐焊缝的无损检测按国家现行标准JB/T 4730-2005压力容器无损检测、GB12337-1998钢制球形储罐标准进行无损检测。检测标准见表5-2所示。表5-2 球罐焊缝无损检测标准检测方法检测部位执行标准合格等级射线检测100%-RT（焊后热处理前）球形储罐组装焊接完毕24h后。球壳上所有受压对接接头，所有开口与法兰间焊接接头，人孔凸缘与壳体，及人孔凸缘与人孔法兰焊接接头JB/T 4730-2005级超声波检测复查20%-UT(焊后热处理前)机加工锻件；球罐经射线检测完毕后，球罐上受压对焊焊接接头JB/T 4730-2005级渗透检测100%-PT(焊后热处理前)球形储罐组装焊接完毕24h后。所有球壳板及零部件组焊的焊接接头内外表面，人孔、接管、极板及法兰间的焊接接头，支柱与赤道板间的焊接接头；焊补处的表面；夹具拆除的焊迹表面和缺陷修磨处的表面；JB/T 4730-2005级渗透检测100%-PT（水压试验后，气密性试验前）所有球壳板及零部件组焊的焊接接头内外表面，人孔、接管、极板及法兰间的焊接接头，支柱与赤道板间的焊接接头JB/T 4730-2005级23第五章 结 论第五章 结 论 在自己的不断努力和老师的细心的指导下，我完成了这次对球罐焊接工艺的设计任务。通过此次设计使我深刻地了解到球形储罐悠久的历史和其在社会生产中重要地位，基本掌握了球罐的焊接工艺流程，学到了实用的生产管理方法。在对球形储罐的分析过程中发现：球形储罐的焊接操作从表面看起来很简单，但其涉及的知识面广、因素复杂，要想真正的掌握还是需要很大的知识和经验的。球形储罐的应用前景是很广阔的，从工艺观点来说，研究潜力很大。这就需要我们在将来的生产中更好的研究和开发，争取让它在我们的手中发扬光大，创造出更好的经济和社会效益。 同时通过这次设计，我也发现自己的专业知识不全面、没有任何生产经验，对球罐制造过程中的问题不能很好的解决。这就要求我不断的学习，积累经验，为以后走向工作岗位打好基础，实现自己的价值，服务社会。24参考文献参考文献1 GB/T 150-2011 . 压力容器S.2 GB 12337-1998 . 钢制球形储罐S3 GB 50094-98 . 球形储罐施工及验收规范S.4 GB 17261-2011 . 钢制球形储罐型式与基本参数S.5 JB/T 4730-2005 . 压力容器无损检测S.6 JB/T 4708-2000 . 钢制压力容器焊接工艺评定S.7 SH 3512-90 . 球形储罐S.8 陈祝年. 焊接工程师手册（第二版）M.北京：机械工业出版社，2009.9 方洪渊. 焊接结构学M.北京：机械工业出版社，2008.10 胡宝良. 新编高级焊工简明读本M.上海：上海科学技术出版社，2006.11 李亚江. 焊接冶金学材料焊接性M.北京：.机械工业出版社，2006. 12 刘森. 简明焊工技术手册M.北京：金盾出版社，2006. 13 徐英，杨一凡，朱萍.球罐和大型储罐M.北京：化学工业出版社，2004. 14 强天鹏. 压力容器检测M.北京：新华出版社，2008.15 王嘉麟，侯贤忠. 球形储罐焊接工程技术M.北京：机械工业出版社，1999. 16 王宗杰. 熔焊方法及设备M.北京：机械工业出版社，2011. 17 王洪光. 实用焊接工艺手册M.北京：化学工业出版社，2010. 18 宗培言. 焊接结构制造技术与装备M.北京：机械工业出版社，2007.25致 谢致 谢 时光飞逝，四年的大学生活即将结束，这四年的学习和生活过程中，经历了许多开心和伤心的事。如果把大学的生活看成一本书，那毕业设计就为这本书的结尾划上了完美的句号。毕业设计是教学过程中的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节，通过毕业设计，能使我们综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习。同时又是通向社会实际操作的一座桥梁，培养和提高了我们独立分析问题和解决问题的能力，使我们学习并掌握了科学研究、工程设计和撰写技术报告的基本方法。 此次毕业设计是在肖伯涛老师的悉心指导下完成的。从下达任务书，资料查阅、设计思路到到论文的撰写以及最后定稿各个环节和各个方面，肖老师都给了我悉心的指导。肖老师的知识丰富、态度严谨和认真负责，给我留下了深刻印象。在老师的严格要求、细心解答和耐心督促下，保证了我的毕业设计保