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压力容器
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压力容器焊接工艺设计,压力容器,焊接,工艺,设计
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焊接技术综合设计说明书学生姓名：王丽媛学 号：1504030127专业班级：材控15-1班2019年 1月10日焊接技术综合设计说明书目 录第1章 压力容器基本介绍1第2章 设计任务及要求22.1 设计目的22.2 基本步骤22.3已知条件22.4 任务要求3第3章 压力容器的设计33.1 圆筒壁厚计算及应力校核33.2 封头厚度计算及压力校核43.3 封头尺寸的计算43.4 法兰尺寸的选取5第4章 焊接工艺流程54.1 材料的焊接性分析54.1.1 07MnNiVDR化学成分54.1.2 07MnNiVDR力学和工艺性能64.2 焊接接头的分布64.3 焊接方法的选择及坡口设计74.3.1 焊接方法的选择74.3.2 坡口形式的选择74.3.3 坡口及焊接参数：94.4 焊接具体流程134.4.1 焊前准备134.4.2 施焊环境：134.4.3 预热及层间温度：134.4.4 装焊顺序：134.4.5 焊后热处理及无损检测：14第5章 设计总结14参考文献及标准15附录15第1章 压力容器基本介绍压力容器是内部或外部承受气体或液体压力，并对安全性有较高要求的密闭容器，一般泛指在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程的设备。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器的结构一般比较简单，主要由一个能承受一定压力的壳体及必要的连接件、密封件和内件构成。另外，由于各种工艺用途不同，有时还需配置相应的工艺附件，但这些附件一般不承受介质的压力，对容器安全影响很小，故只是作为附件。为保证压力容器的安全使用，在制造时就必须按照有关标准、规范，对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验，因此，对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。压力容器的检验内容主要有：对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验；对焊接接头的各种性能检验；对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测；用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中，有一半的时间都是用于质量检验。压力容器的一般组成如图1-1所示：图1-1 压力容器的基本组成第2章 设计任务及要求2.1 设计目的熟悉焊接结构（压力容器）的结构特点，了解焊接结构（压力容器）各部分的运行状态、结构特点以及影响制造工艺的因素并能按实际情况具体制定相应的工艺流程卡和工艺卡。2.2 基本步骤（1）选题与搜集资料：根据任务要求，进行系统调查，搜集资料；（2）分析设计、画装配图：根据搜集的资料，进行分析，了解焊接结构（压力容器）的基本构造和工作原理，并绘制压力容器装配图；（3）制定焊接工艺：制定相关部件的制造工艺流程，并对其中的焊接部件编写相应的焊接工艺规程卡和焊接工艺卡；（4）验收与评分：指导教师对每个人选定的课题（焊接结构）及设计的焊接工艺及工艺规程，结合课程设计说明书，根据课程设计成绩的评定方法，评出成绩。2.3已知条件（1）设计寿命：15年；（2）内径：1200mm；（3）设计压力：2Mpa；（4）设计温度：-20；（5）筒体材料：07MnNiVDR；（6）腐蚀情况：0.15mm/a；（7）探伤要求：100%探伤；（8）封头：标准椭圆封头，07MnNiVDR；（9）接管：80mm6mm ，07MnNiVDR；（10）人孔接管：500mm，07MnNiVDR；（11）法兰：板式平焊法兰（不带径）。2.4 任务要求（1）根据内径、设计压力、设计温度、材料、腐蚀情况、探伤要求计算筒体、人孔和封头的厚度；（2）筒体：至少2节，每节宽度自选；（3）封头：一体成型或焊接拼接；（4）接管：无缝钢管；（5）人孔接管：焊接结构；（6）分析所用材料的焊接性及焊接工艺特点；焊接方法、焊接材料、坡口设计依据；（7）WPS：筒体纵缝、环缝；接管与筒体（或封头）接缝；人孔接管；人孔接管与筒体；人孔接管与法兰盘；筒体与封头环缝；（8）焊接装配图；（9）焊接生产流程。第3章 压力容器的设计3.1 圆筒壁厚计算及应力校核计算压力：pc=2Mpa；筒体内径：Di=1200mm；查GB150-2011压力容器得许用应力： t =226Mpa;焊缝接头系数：=1.00；计算厚度： =pcDi2t-Pc=2*12002*226*1.00-2=5.34mm;腐蚀裕量：C2=15*0.15=2.25mm；设计厚度：d=+C2=7.59mm；查GB/T19189-2011压力容器用调质高强度钢板取GB/T709-2016热轧钢板和钢带的尺寸、形状、重量及允许偏差中B类钢板厚度负偏差：C1=3mm；名义厚度：n=d+C1= 10.59mm，圆整为：12mm；有效厚度：e=n-C=6.75 mm；圆筒应力校核：=pc（Di+e）2e=2*(1200+6.75)2*6.75=179Mpat 所以满足要求。3.2 封头厚度计算及压力校核选取标准椭圆形封头，故K=1；计算厚度： =KpcDi2t-0.5Pc=1*2*12002*226*1.00-0.5*2=5.34mm;腐蚀裕量：C2=15*0.15=2.25mm；设计厚度：d=+C2=7.59mm；查GB/T19189-2011压力容器用调质高强度钢板取GB/T709-2016热轧钢板和钢带的尺寸、形状、重量及允许偏差中B类钢板厚度负偏差：C1=3mm；名义厚度：n=d+C1= 10.59mm，圆整为：12mm；有效厚度：eh=n-C=6.75 mm；椭圆封头最大工作压力校核： Pw=2tehKDi+0.5eh=2*226*1.00*6.751*1200+0.5*6.75=2.55Mpapc 所以满足要求。3.3 封头尺寸的计算选取标准椭圆形封头，名义厚度n=12mm，尺寸标注如图3-1所示： 图3-1 标准椭圆形封头示意图因为封头的公称直径DN2000mm；查GB/T25198-2010压力容器封头得直边高度 h 为25mm；所以：H=Di4+h=12004+25=325mm3.4 法兰尺寸的选取查阅GB9119国家法兰标准，选用平面板式平焊钢制管法兰，如图3-2所示：图3-2 凸面板式平焊钢制管法兰由于人孔接管公称通径为500mm，接管公称通径为80mm，得到：表3-1 凸面平焊钢制管法兰 PN2.5MPa公称直径DN钢管外径A连接尺寸密封尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰理论重量法兰管径D系列I/系列II螺栓孔中心圆直径K螺栓孔径L系列I/系列II螺栓、螺柱df数量n螺栓Th系列I/系列II50053073066036/3420M33/M3661045253467.308089200/195160188M16135326914.06第4章 焊接工艺流程4.1 材料的焊接性分析4.1.1 07MnNiVDR化学成分查阅标准GB/T19189-2011压力容器用调质高强度钢板，得到07MnNiVDR的化学成分如表4-1所示：表4-1 07MnNiVDR的化学成分牌号化学成分（质量分数）/%CSiMnPSCuNiCrMoVBPcm07MnNiVDR0.090.15-0.401.20-1.600.0180.0080.250.20-0.500.300.300.02-0.060.0020.21Pcm为焊接裂纹敏感性组成，按如下公式计算：Pcm=C+Si30+Mn+Cu+Cr20+Ni60+Mo15+V10+5B（%）根据公式C=C+Mn6+Ni+Cu15+Cr+Mo+V5（%）计算碳当量：C0.54%4.1.2 07MnNiVDR力学和工艺性能查阅标准GB/T19189-2011压力容器用调质高强度钢板，得到07MnNiVDR的力学和工艺性能如表4-2所示：表4-2 07MnNiVDR的力学和工艺性能牌号钢板厚度/mm拉伸试验冲击试验弯曲试验屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A/%温度/oC冲击功吸收能量KV2/J180ob=2a07MnNiVDR10-60490610-73017-4080d=3aa当屈服现象不明显时，采用RP0.207MnNiVDR钢是国产压力容器用低合金调质高强钢。由以上两表及相关计算可知，07MnNiVDR的焊接裂纹敏感性系数0.21，碳当量在0.40.6之间，焊接性稍差，焊前需适当预热；又因Cr、Mo、V等元素的存在，使得07MnNiVDR高强钢在焊接后，具有较大的再热裂纹倾向。由力学性能试验结果可以看出，该钢的低温韧性良好。查阅NB/T47014承压设备焊接工艺评定，得到07MnNiVDR的母材类别为Fe-1，组别为Fe-1-4。4.2 焊接接头的分布压力容器焊接接头分布如图4-1所示：图4-1 焊接接头的分布其中， 1、5为标准椭圆形封头与筒体的对接接头，2、6为各筒体节的对接接头，3为两筒节的对接接头，4为接管与筒体的T型接头，7为人孔接管与筒体的T型接头，8为人孔接管的对接接头，9为人孔接管与法兰盘的T型接头。4.3 焊接方法的选择及坡口设计4.3.1 焊接方法的选择根据NB/T47015-2011压力容器焊接工艺规程选择与07MnNiVDR同组别材料的推荐焊接方法与焊丝牌号，具体如表4-3、表4-4所示。表4-3 钢号及相应焊接方法选择表4-4埋弧焊焊丝选取4.3.2 坡口形式的选择根据GB150.1-150.4-2011压力容器，各连接位置的焊接接头坡口形式如下图所示：图4-2 筒体纵、环缝及人孔纵缝的坡口形式封头与圆筒等厚图4-3 标准椭圆形封头与筒体的对接焊缝坡口形式图4-4 接管与筒体的T型接头坡口形式图4-5 人孔接管与法兰盘的角焊缝形式4.3.3 坡口及焊接参数：（1）筒体纵缝、环缝：采用手工电弧焊打底，埋弧焊填充、盖面的焊接方式。07MnNiVDR为低温韧性钢，所以在焊接过程中要控制其热输入。具体的多层多道焊分布如图4-6所示。图4-6 筒体纵缝、环缝具体的焊接参数如表4-5所示。表4-5筒体纵缝、环缝对接焊缝焊接参数焊道编号焊接方法电源极性焊条/焊丝焊剂牌号电压/V电流/A焊速（cm/min）线能量牌号直径（mm）1SMAWDCEPJ607RH3.2-20-25100-1106-8控制在28KJ/cm以下2SAWDCEPH08Mn2MoVA3.2SJ10133-36480-50045-5036SAWDCEPH08Mn2MoVA4.0SJ10133-36500-53045-5079SAWDCEPH08Mn2MoVA4.0SJ10133-36500-53045-50（2）人孔接管的对接焊缝：采用手工电弧焊打底，埋弧焊填充、盖面的焊接方式。具体的多层多道焊分布如图4-7所示。图4-7 人孔接管的对接焊缝具体的焊接参数如表4-6所示。表4-6 人孔接管的对接焊缝焊接参数焊道编号焊接方法电源极性焊条/焊丝焊剂牌号电压/V电流/A焊速（cm/min）线能量牌号直径（mm）1SMAWDCEPJ607RH3.2-20-25100-1106-8控制在28KJ/cm以下2SAWDCEPH08Mn2MoVA3.2SJ10133-36480-50045-5036SAWDCEPH08Mn2MoVA3.2SJ10133-36480-50045-5079SAWDCEPH08Mn2MoVA4.0SJ10133-36500-53045-5010-12SAWDCEPH08Mn2MoVA4.0SJ10133-36500-53045-50（3）标准椭圆形封头与筒体的对接焊缝：采用手工电弧焊的焊接方式。具体的多层多道焊分布如图4-8所示。图4-8 标准椭圆形封头与筒体对接焊缝具体的焊接参数如表4-7所示。表4-7 人孔接管的对接焊缝焊接参数焊道编号焊接方法电源极性焊条/焊丝电压/V电流/A焊速（cm/min）线能量牌号直径（mm）1SMAWDCEPJ607RH3.220-25100-1106-8控制在28KJ/cm以下2、5SMAWDCEPJ607RH4.020-25150-16010-123、4SMAWDCEPJ607RH4.020-25150-16010-126、7SMAWDCEPJ607RH4.025-30140-15010-12（4）人孔接管与筒体的对接焊缝：采用手工电弧焊的焊接方式。具体的多层多道焊分布如图4-9所示。图4-9人孔接管与筒体的对接焊缝具体的焊接参数如表4-8所示。表4-8人孔接管与筒体的对接焊缝焊接参数焊道编号焊接方法电源极性焊条/焊丝电压/V电流/A焊速（cm/min）线能量牌号直径（mm）1SMAWDCEPJ607RH3.220-25100-1106-8控制在28KJ/cm以下24SMAWDCEPJ607RH3.220-25110-1206-856SMAWDCEPJ607RH3.220-25110-1206-879SMAWDCEPJ607RH4.020-25160-17010-1210-12SMAWDCEPJ607RH4.025-30150-16010-12（5）接管与筒体的对接焊缝：采用手工电弧焊的焊接方式。具体的多层多道焊分布如图4-10所示。图4-10接管与筒体的对接焊缝具体的焊接参数如表4-9所示。表4-9接管与筒体的对接焊缝焊接参数焊道编号焊接方法电源极性焊条/焊丝电压/V电流/A焊速（cm/min）线能量牌号直径（mm）1SMAWDCEPJ607RH3.220-23100-1106-8控制在28KJ/cm以下2SMAWDCEPJ607RH3.220-23110-1206-83、4SMAWDCEPJ607RH3.220-23110-1206-857SMAWDCEPJ607RH4.020-23150-1608-108-10SMAWDCEPJ607RH4.023-26130-1408-10（6）人孔接管与法兰盘的角焊缝：采用手工电弧焊的焊接方式。具体的多层多道焊分布如图4-11所示。图4-11人孔接管与法兰盘的角焊缝具体的焊接参数如表4-10所示。表4-10人孔接管与筒体的对接焊缝焊接参数焊道编号焊接方法电源极性焊条/焊丝电压/V电流/A焊速（cm/min）线能量牌号直径（mm）1SMAWDCEPJ607RH3.222-25100-1106-8控制在28KJ/cm以下2SMAWDCEPJ607RH4.022-25160-17010-123、4SMAWDCEPJ607RH4.022-25160-17010-1257SMAWDCEPJ607RH4.025-28140-15010-124.4 焊接具体流程4.4.1 焊前准备（1）坡口加工：采用冷加工的方法，如管道坡口机加工；（2）表面清理：采用机械方法或化学方法对坡口面及其两侧一定范围进行清理，采用埋弧焊时，清理范围为20mm；采用手工电弧焊时，清理范围为10mm；（3）焊材准备：手工电弧焊准备直径为3.2的、牌号为J607RH的高韧性超低氢钠型药皮焊条（烘干温度：400oC，保温时间：1h），埋弧焊准备直径为3.2、牌号为H08Mn2MoVA的焊丝以及SJ101的焊剂（烘干温度：350oC，保温时间：2h）。4.4.2 施焊环境：焊接环境中出现下列任一情况时，应采用有效防护措施，否则禁止施焊：（1）风速：对于手工电弧焊和埋弧焊而言，大于10m/s；（2）相对湿度大于90%；（3）雨雪环境；（4）焊件温度低于-20 oC。4.4.3 预热及层间温度：查阅NB/T47015-2011压力容器焊接规程，确定最低预热温度为15 oC，而在焊接过程中的层间温度最高为150oC。所以在焊接过程中的温度要控制在15 oC150oC。4.4.4 装焊顺序：（1）两筒节纵焊缝的焊接；（2）人孔接管纵焊缝、人孔与法兰盘的焊接；（3）两筒节的对接；（4）人孔接管、接管与筒体的焊接；（5）一侧封头的焊接；（6）剩余一侧封头的焊接。4.4.5 焊后热处理及无损检测：（1）焊后热处理：查阅NB/T47015-2011压力容器焊接规程，Fe-1类的焊后热处理的最低保温温度为600oC，而最低保温时间与其焊后热处理厚度有关，即PWHT25 （h）。对于等厚度全熔透对接接头，其PWHT与母材相同，而接管、人孔等连接件与壳体、封头相焊时，要取连接件颈部焊缝厚度、封头焊缝厚度之间的最大值。综合考虑，制定相应的热处理参数：保温温度：650 oC，保温时间：40min。（2）无损检测：因为焊接接头系数取为1，根据GB/T150.1-150.4压力容器，对压力容器的A类和B类焊接接头进行100%射线或超声探伤。而07MnNiVDR具有再热裂纹倾向，在热处理之后需要增加一次无损检测。选取的检测方法如下：目视检测：以肉眼观察为主，采用放大镜、量具及样板或其他辅助工具来测量焊缝的几何偏差，如：盖面焊的余高过大、根部余高过大或表面的不规则性，如咬边、接头缺陷、飞溅等。渗透检测：用来检验延伸至表面的开口缺陷，步骤：预处理和预清洗、去除（中间清洗）和干燥、显像、观察、评定。射线检测：用来发现内部缺陷，检验接头中所出现的未焊透、气孔、夹渣、裂纹等缺陷。泄露检测：用来检测压力容器的致密性，从而使运行介质尽可能少地从装置中渗透到周围环境，或确保环境中的物体不能进入被检装置中。以上检测方法均按照标准NBT47013-2015承压设备无损检测执行。第5章 设计总结这次课程设计，是一次紧张而又难忘的经历。从起初看到设计内容时的惶恐不安，到设计过程中的逐渐清晰，再到整个课设将要结束时的依依不舍，所有的一切都使我更加扎实地掌握了一些专业知识，使我对“焊接设计”有了深刻理解和体
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