卧式储罐焊接结构和工艺设计.doc

卧式储罐焊接结构和工艺设计1结构计算本次设计的容器为卧式压力容器，其容积为，工作压力为，工作温度为，存放有腐蚀介质，结构设计为筒体和椭圆封头。1.1筒体长度的计算 设筒体直径为D，筒体长度为H=4D， 选用标准椭圆封头， 则其体积可表示为:由此可求得。取3200由以上尺寸将筒体分为4段式，其中每一段的长度为，筒体为两瓣组焊而成。1.2容器壁厚的计算计算压力板材厚度偏腐蚀余量所用钢材为1Cr18Ni9Ti，为材料的许用应力作为本材料的许用应力。 双面含或相当于双面焊的全焊透对接焊缝100%无损检测 =1.0局部无损检测 =0.85不做无损检测 =0.70单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部有紧贴的垫板100%无损检测 =0.9局部无损检测 =0.8单面焊的环向对接焊缝（无垫板）局部无损检测 =0.7不做无损检测 =0.6此容器选择焊接方法为双面全焊透，100%无损检测，因此焊缝系数选择为1。 筒体壁厚计算公式为：取壁厚为42mm-1.3封头厚度计算椭圆封头壁厚计算公式为：；实际厚度为： 1.4标准件的选择1.4.1椭圆封头的选取以内径为公称直径选取封头，由计算得到的封头的设计内径为D=3800，根据JB/T 471292椭圆封头标准选取椭圆封头如下图：封头结构示意图（图1）其参数见下表：公称直径Di厚度高度h1高度h2容积320042850504.69表（一）1.4.2支座的选择：卧式容器用支座支撑。其中主要有鞍式支座、腿式支座和耳式支座和支撑式支座四种。按座的结构和尺寸，除特殊情况需要另设计外，一般可根据设备的工程直径选用标准形式支座，目前常用的鞍式支座标准为JB/T47122007。因为卧式贮运罐对于卧式贮运罐，除了考虑容器重量在壳体上引起的弯曲应力，所以，即使选用标准鞍座后，也要对容器进行强度和稳定习性的校核。一般卧式容器最好采用双支座。根据容器的公称直径DN=3200和鞍式支座标准（JB/T 47122007）选取支座结构如下图所示：支座结构示意图（图2） 1.4.3人孔视镜的选择：1.4.3.1人孔的型式，选择回转盖带颈对焊法兰人孔，（HG/T21518-2005）如下图所示根据工作压力与工作温度，选择类别等级为，材料，数量以及标准编号如下图所示1.4.3.2视镜的选择视镜的标准结构采用带颈和不带颈两种。不带颈视镜结构简单，便于窥视，但缺乏制造经验，容易引起视镜焊后密封面变形，另外在不宜把视镜直接焊在设备上时，也有带颈视镜供选用。本容器上为带颈视镜(HGJ 502-86).其结构简图如下根据工作需要选择视镜结构示意图(图3)1.4.4关于开孔的补强由标准查的： mm1.4.5 进料口、排污口，气孔等法兰的选择 根据工程压力，工作温度，储罐尺寸，密封要求，选择带颈平焊钢制管法兰 结构尺寸图法兰连接尺寸图进料口：公称直径为200mm的带颈平焊钢制管法兰（尺寸见上表）通气孔：公称直径为80mm的带颈平焊钢制管法兰排污口：公称直径为150mm的带颈平焊钢制管法兰（两个）（09 41页） 2焊接结构制造工艺2.1材料的进厂入库检验结构材料和焊接材料验收合格后，应按企业标准，分别存放在金属材料库和焊接材料库。金属材料主要存放各种钢材、有色金属和外购铸、锻件等，不允许露天堆放。不锈钢板、钢管和有色金属材料，应分别单独存放并妥善保管。2.1.1 结构材料预处理 钢材进入车间加工之前进行表面预处理是金属结构制造中最重要的首道工序。一搬钢材经过预处理比手工或风动钢丝刷清理钢材耐腐蚀寿命要长5倍多。钢材的预处理有机械除锈和化学除锈方法两种。本容器选用GYX-3M钢材预处理装置。利用抛丸机械除锈的先进大型设备，钢材经此处理，并经喷保护底漆，烘干处理等工序后，既可保护钢材在生产和使用过程中不再生锈，又不影响机械加工和焊接质量。矫正是利用材料的塑性变形能力，在力的作用下，使工件得到正确形状的过程。钢材的的矫正分手工、机械、火焰等三种矫正方法。本容器结构所选用钢板厚度为42mm，属于厚板。选用矫正方法为机械矫正，用合适的板材矫正机进行矫正加工。2.2 放样、划线与号料放样、划线与号料是决定焊接坯料形状与尺寸公差的重要工艺，亦是焊接结构过程主要质量控制点之一。放样是在制造金属结构之前，按照设计图样，在放样平台上用1：1的比例尺寸，划出结构或者零件的图形和平面展开尺寸。号料和划线采用划针或者磨尖的石笔、粉线作线。2.2.1 筒节下料 筒节的划线是在钢板上划出展开图。筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准。由于钢板在卷板机上弯卷是受辊子的碾压，厚度会减薄，长度会伸长。因此，下料尺寸应比计算出来的尺寸短一些。筒节展开长按下式计算：式中 筒节展开式 筒节平均直径 筒节内径 板厚 钢板伸长量通常所以将数据带入公式可得：由于单个筒节是由两个半圆筒焊接而成的，因此筒节下料单个钢板的长度为： 其实具体尺寸为（长x宽x高）:筒节钢板的下料选择机械剪切下料。常用的机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪板机，而以龙门剪板机的应用最为广泛，通常只能做直线剪切。 本次选择的剪板机的型号为：Q1150 x3200型。其具体参数见下表：最大板厚最大板宽板料强度喉口深度剪切角度可剪次数行程次数飞轮转速刀片长度50320049070054/min8/min82r4080Q11-50x3200型剪板机2.2.2 封头的下料封头的展开较筒节复杂，有些封头如椭圆封头、球形封头和折边锥形封头，属于不可展开的零件，它们从坯料制成零件后中性层尺寸发生变化，因此这类零件的坯料计算较为复杂。本结构选择的封头为椭圆形标准封头，其毛坯展开尺寸计算公式为：式中封头冲压成形拉伸系数，通常取0.75；封头由于其尺寸较大，且其形状为圆形，不能使用龙门剪板机。所以对封头的切割选择火焰切割。气割机型号为：FG-4000 切割最大厚度切割最大直径切割速度升降速度升降最大距离进给速度回转速度回转角1004000507802800150050780120045封头气割机参数2.3 成形和弯曲加工大多数焊接结构，如锅炉、压力容器、船舶、车辆、桥梁及起重机的许多构件，为了达到产品设计图样形状的要求，在焊接之前都经过成形加工。成形工艺包括冲压、卷制、弯曲和旋压等。2.3.1 筒体的卷制成形圆筒形和圆锥形构件，都是采用不同厚度的钢板卷制而成。卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的，实际上是一种弯曲工艺。卷筒可以分为热卷和冷卷。通常对厚度小于60mm的钢板可采用冷卷；本次设计的容器筒体钢板厚度为42mm，因此选择冷卷。钢板在卷板机上卷制时，钢板的两端总有一段长为a的直边无法卷制，其长度取决与两下辊的中心距。为消除此剩余直边，在钢板卷圆钱应作板边预弯曲。通常采用水压机在专用模具上预弯。2.3.2 封头的冲压成形封头成型法主要有冲压成型法、旋压成型、爆炸成型等三种方法。冲压成型就是用水压机或油压机借助冲模把毛坯冲压成所需形状。其成型质量好，生产效率高适用于批量生产。由于冲压过程毛坯塑性变形较大，对于壁厚较大或冲压深度较大的封头，为了提高材料变形能力，保证封头成型质量，一般都采用热冲压成型。由于本次所选用的封头壁厚为42mm，壁厚较大，因此封头的冲压成形选用热冲压一次冲压成形。选用液压机型号为：125T油压机。其具体参数为：工作行程垂直速度空程速度回程速度工作台尺寸使用介质20010801203000x290020号机油油压机参数（表六）2.4 所涉及的焊接接头与焊接参数的设计和选择 焊接接头坡口形状和几何尺寸的设计，应遵循以下原则:（1）保证焊接质量 （2）坡口加工简易 （3）便于焊接加工 （4）节省焊接材料 2.4.1 筒体纵焊缝筒体是由钢板卷制而成，其边缘部分由于变形和冷作硬化作用其性能已发生变化，不能满足设计要求，应此需将此区域除去。筒节卷制成形后，按图样规定的筒体名义直径测量筒节的实际周长，并划二次线，割去余量后按焊接工艺要求加工坡口。在焊剂垫上焊接 如图所示，焊接第一面时采用预留间隙不开坡口的方法最为经济。第一面的焊接参数应保证熔深超过工件厚度的 60 70 。焊完第一面后翻转工件，进行反面焊接，其参数可以与正面的相同以保证工件完全焊透。预留间隙双面焊的焊接条件依工件的不同而异，在预留间隙的重形坡口内，焊前均匀塞填干净焊剂，然后在焊剂垫上施焊，可减少产生夹渣的可能，并可改善焊缝成形。第一面焊道焊接后，是否需要清根，视第一道焊缝的质量而定。焊接接头尺寸如上图所示焊剂垫的结构实例a) 软管气压式 b) 皮膜气压式 ) 平带张紧式1 焊件 4 充气软管 7 气室2 焊剂 5 橡皮膜 8 平带3 帆布 6 压板 9 带轮对接接头预留间隙双面焊的焊接条件根据工件厚度为42mm选择工件厚度 /mm装配间隙 /mm焊丝直径 /mm焊接电流 /A焊接电压 /V焊接速度 /cm.min -1408 951100 120040 4420焊接材料的选择钢号焊剂焊丝1Cr18Ni9TiHj260H1Cr19Ni10Nb2.4.2筒体和封头与筒体环焊缝2.4.2.1焊接坡口形式压力容器筒身环焊缝坡口形式，取决于其壁厚及所选用的焊接工艺方法。而对于所设计的储罐筒体环焊缝与筒体与封头的环焊缝选用窄间隙埋弧焊窄间隙埋弧焊是由窄间隙气电立焊演变而成，焊接时，采用I型和近I型坡口单面焊。其环焊缝包括筒节对接焊缝和筒体与封头的对接焊缝，都采用相同的坡口形式。如下图：环焊缝坡口示意图（图5）该类型坡口可采用半自动切割机加工，生产经验表明，如果坡口的加工尺寸不符合图样的要求，且严重超差，则必将导致各种焊接缺陷的形成。方法板厚焊接电流焊接电压焊接速度焊剂焊丝直径焊丝中心单道焊425003330Hj2605mmH1Cr19Ni10Nb2.4.3容器壳体接管的焊接由于化工工艺流程或工作介质循环的需要，在压力容器壳体上，总需要设置各种不同直径的接管。本次设计的卧式储罐上附件主要有：人孔与法兰、进料口、出料口、视镜等。这些接管的焊缝质量往往是决定容器运行特性和使用寿命的重要因素之一。因此必须重视接管焊接及相关工序的加工。 接管焊接工艺方案有两种：第一种是每个筒节焊接和无损检测合格后，或者若干筒节相接并无损检测合格后，进行划线、钻孔、割孔，再装焊接管；第二种是容器壳体总装焊接并无损检测合格后，整体划线、钻孔、割孔再装焊接管。接管组装方案的选择，取决于接管的数量规格、布置方式，以及壳体本身的总长和重量；同时也取决于容器生产单位的厂房设施、工艺装备和加工能力等。本设计采用第一种工艺方案。为装焊接管，在筒体或封头上必须按图样所标位置和尺寸划线、开孔。开孔可采用钻削、扩孔、气割、镗孔等方法加工。接管焊缝的接头和坡口形式，取决于容器的工作参数。本容器为中压容器由于工作压力相对较大，且存放有腐蚀介质，所以采用允许全焊透的坡口形式。 2.4.3.1人孔接管补强焊接坡口接头人孔接管补强坡口示意图由于接管直径较大为了提高生产效率和保证焊接质量焊接采用埋弧焊；2.4.3.2进料口，排料口法兰与壳体的焊接接头2.4.4支座组焊本课设卧式设备采用鞍式支座。在底板上划好线，焊上腹板和纵向立肋，组焊时需保证各零件与底板垂直。然后将弯制好的托板与腹板和纵向立肋组焊，最后 ，将支座组合件焊在筒体预先划好的支座位置线上。3焊后热处理 1Cr17为典型的普通纯度高铬铁素体不锈钢，其焊接特点就是在焊接过程中可能导致焊接接头的塑性、韧性降低即发生脆化的问题，如果在950度以上停留时间果长，会引起热影响区晶粒急剧长大，导致焊接接头的塑性和韧性下降，当接头的刚度足够大时，在室温的条件下可能出现脆裂。所以要控制高温停留时间，来选用焊接参数。在焊接工艺上应采用以下措施：1、 焊前预热 100200C 左右。2、 焊后热处理 750800C退火处理。3、 采用小的热输入。4焊件的质量检查4.1焊接接头的无损检测焊接接头无损检测的作用，是探测目视检查不能发现的的各种缺陷。例如：焊缝表层的微裂纹，夹渣，以及各种内部缺陷。焊接接头的无损检测方法有:磁粉检测、渗透检测、涡流检测、超声波检测和射线检测等。X射线检测是一种波长短，能量大，穿透能力强的电磁波，由胶片观察缺陷的位置、形状、大小及分布情况；可发现的缺陷为：气孔、夹杂物、未焊透、未熔合等。超声波探伤检测利用声波通过对有缺陷的金属时会有不同的渗透性。根据讯号指示可测定缺陷的位置、大小和分布情况；可发现任何部位的气孔、夹杂、裂缝等缺陷。4.2致密性检验储存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透等，可用致密性实验来发现。致密性实验法有:水压试验、气压试验和煤油试验。 4.2.1水压试验 水压试验常被用来检查管子、油箱、水箱以及各种容器，目的是测定这些容器的水密性的构件在承受一定压力下的致密性。具体方法： （1）用水把容器灌满，并堵塞好容器的一切孔和眼，用水泵把容器内的水压提高到技术要求规定的数值，在此压力下保持一段时间，然后把压力降低到工作压力，用圆头小锤在距焊缝15-20处沿着焊缝轻轻敲打； （2）用水将容器灌满，不加压力，检测是否漏水； （3）在焊缝的一侧用高压水流喷射，而在焊缝的另一侧观察是否漏水。 若在焊接接头上发现有水滴或细水纹，则表面焊接接头不致密。 4.2.2 气压试验 （1）将压缩空气通入密闭的容器内，在焊接接头表面涂抹上肥皂水； （2）较小的容器可全部进入水中； （3）用压缩空气对着焊缝的一面猛吹，焊缝的另一面涂上肥皂水。当焊缝有穿透性的缺陷时，容器内的气体就会从这些缺陷中逸出，使焊接接头处的肥皂水起泡或浸在水中的容器冒水泡，表面焊接接头不致密。 4.2.3 产品焊接试板的力学性能检验按相应的标准或产品技术条件的要求，截取拉力、弯曲