柴油储罐制作工艺

1、 标准与规范课程设计 学院：机械工程学院 班级:13焊接一班 姓名：刘利 指导教师：杨芙 标准与规范课程设计考核表姓 名 刘利性 别 男学 号 A1352129时 间2015.8.312015.11.6（下午13:3016:30）课程设计内容：1、 掌握使用焊接标准和规范制造压力容器；2、 掌握封头和筒节制造工艺规程；3、 采用CAD绘制产品装配图。指导教师评语： 课程设计成绩： 指导教师签字： 年 月 日 标准与规范课程设计目 录1 柴油储罐结构分析12压力设计标准23 材料复查标准43.1 成分性能标准44.1矫正标准54.2表面清理64.4下料 74.4.1加工余量 包括切割余

2、量、刨边余量、收缩余量。75 筒节与封头计算标准85.1椭圆形封头：8（如图4所示）85.2 封头的制作规范：9钢板焊接时条件95.3 成型96 筒体卷制106.1预弯107装配118焊接过程138.1坡口清洁度 148.2焊前准备 141 柴油储罐结构分析 图1柴油储罐结构图 由设计要求以及标准查询设计柴油储罐的结构图如图1所示，储罐卧放,由圆柱形筒体及两端的椭圆形封头构成，具体结构包括法兰等。设计母材为Q235-B，总长度为8750mm，筒体高2800mm,储罐壁厚12mm,设计压力为常压，设计温度为常温。其中 涉及到的标准如下 HG/T20678-2000 衬里壳设计

3、技术规定 HG20538-1994 焊缝结构 HG20594-1997 法兰SO80-1.6RF HG2060-97 垫片20-1.0 GB/T21584-95 螺栓M12-Zn.D HG/T21584-95 液位计 GB/T41-2000 螺母M12x55-Zn.D GB/T25198-2010 对头EHA2800x12 JB2732-92 按座 B12800-S JB/T25198-2010 椭圆形封头的规定标准2压力设计标准 盛装液化气体的压力容器设计储存量，应符合下列规定及表 介质为液化气体(含液化石油气)的固定式压力容器设计储存量，应按照下式计算： -储存量，-装量系数，一般取0.9

4、，对容器容积经实际测定者，可取大于0.9，但不得大于0.95；-压力容器的容积，m3；-设计温度下的饱和液体密度，t/m3。 表1常见介质的涉及压力、腐蚀裕量、单位容积冲装量介质设计压力MPa罐体腐蚀裕量mm单位容积充装量（t/m）液氧2.1620.52液氯1.6241.20液态二氧化硫0.9841.20丙稀2.1610.43丙烷1.7710.42石油液化气50饱和蒸汽压大于1.62MPa2.1610.42其余情况1.7710.42正丁烷0.7910.51异丁烷0.7910.49丁稀、异丁稀0.7910.50丁二稀0.7910.55 3 材料复查标准 3.1 成分性能标准 1)使用材料的成分标

5、准,性能标准：母材Q235B，性能标准其化学成分如表3、力学性能如表4Q235B性能Q235B有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于一般机械零件的制造。主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。Q235B由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（s）为235 MPa的碳素结构钢。必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于

6、一般机械零件的制造。主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。在国家标准GB700示半镇静钢；Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。 沸腾钢执行标准：外部标准为：GB/T709-2006热轧钢和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差，内部标准为：GB/T3274-2007碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带。 设计压力P1.6MPa；使用温度为0350；钢板厚度>=20mmQ235B元素含量碳C：0.20%硅Si：0.35%锰Mn：0.30.7%硫S：0.045%磷P：0.045%铬Cr：允许残余含量0.30%镍Ni：允许残余含量0.30%铜Cu：

7、允许残余含量0.30%注：脱氧方法:F、b、Z 表3Q235B化学成分钢种化学成分 C Si Mn S F不大于 0.30-0.70 不大于 不大于Q235B0.12-0.20 0.30 0.45 0.045 表2Q235B力学性能钢种力学性能 屈服强度 抗拉强度伸长率 Q235B MPaKg/m MPa Kg/m min 235 24375-46038-47 26 4 预处理GB/T8923-1998涂装前钢材表面处理规范4.1矫正标准 钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当，或装卸条件不良及其它原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给

8、尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成型零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以，划线、下料前应予以矫正。因此，矫正有关标准规准。 矫正方法：根据设计要求及钢材的尺寸，对木材应采用整平机进行矫正，整平机按辊数分可分为5轴辊、七轴辊、九轴辊二十一轴辊。按相对位置可分为平行式和不平行式，还有成对导向轴的整平机和单列成对导向辊整平机及矫正原理如图2所示： 图2整平机矫正钢板的原理 1、2、3、4工作滚轴，5、7进料导向轴，6出料导向轴。当板料被送入上下轧辊之间时，1、2、4三轴辊组成一组，使板料向上弯曲，2、3、4三轴辊组成一组，使板料向下弯曲，钢板经

9、多次的超过屈服极限的拉伸弯曲，使原来紧的那些部位被拉伸，与原来松的部位相均衡，即所谓产生了塑性变形，达到矫正钢板的目的。矫正后对于钢板的局部不平度使用长度为1m平尺检查。 要求：在任意1范围内，当钢板厚度大于14mm时，见习应小于等于1mm。对于已矫正好的钢板，应根据规定的技术标准进行检验。矫正后钢板允许翘曲度如表4所示表4矫正后钢板允许翘曲度 钢板厚度（mm) 35 68 911 12以上 允许翘曲度（mm/m) 3.0 2.5 2.0 1.54.2表面清理 型钢弯曲矢高L/1000 不应大于5.0。对于表面有划痕的板材，在保证其最低厚度的前提下将划痕打磨掉。由于钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮

10、等都会影响产品的质量。因此，在进行材料划线、下料之前必须先进行表面预处理。工业生产中常用的机械除锈法包括：风动或电动砂轮、钢丝刷、喷丸、喷沙等。其中喷丸是目前工厂应用较多的大面积净化方法之一。根据涂装前钢材表面处理规范GB/T8923-1998所示标准，除锈等级应选用Sa3：钢板表面无可见的油脂，污垢，氧化皮，铁锈和油漆图层等附着物。该表面应显示均匀，有金属光泽。  4.3号料 根据图纸上的图样或样板在钢板和型钢上划线的过程称为号料。 号料时，要求把所有结构零件的真实形状、加工要求、装配用线、孔洞等均标记在钢板上面，并用文字和符号注写清楚。号料的质量直接影响下道工

11、序的质量，必须十分认真。总体来看，划线和号料大致可以分为以下三部分操作内容和步骤：放样展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料。号料尺寸公差是反映整个划线工序的最终允许公差，根据GB/T9019-2001，压力容器公称直径标准的规定，长x宽及其他外廓尺寸线为±1mm,超过一米的为L/1000,但不超过3mm;中心线、基准线为±0.5mm;长方形或正方形，其对角线L1-L2之差2mm。应注意的是，放样展开最后获得的尺寸是零件的设计尺寸或者说是零件加工后应得的尺寸，而样板是用来号料的，其外部尺寸应该是零件加工前胚料尺寸，这两者是不一样的。零件的胚料尺寸是有零件展开尺寸、工艺余量和加

12、工余量三部分组成。 4.4下料 4.4.1加工余量 包括切割余量、刨边余量、收缩余量。 本实验中Q235B板厚12mm。焊缝横向收缩余量为1.5-1.6mm,纵缝收缩余量为0.2-0.35mm。加工余量主要包括切割余量，边缘加工余量，气割时会产生一定宽度的焊缝，但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量，切割后尚需进行边缘机械加工，留3mm的加工余量。4.4.2零件标识 号料后标示工程号、零件编号、加工符号、孔 的位置等，便于切割及后续工序工作，避免造成混乱。4.4.3标记移植 钢种、厚度、炉批号等移植到下料配套装和余料上。由于整个下弦杆板厚不一，有的需要坡口，有的薄板不需要开坡口

13、，并有些地方要求全焊透，所以下料时不同。4.4.4切割主要方法有：机械剪裁、气体火焰切割和等离子弧切割等。由于气割设备简单、使用灵活方便；切割速度快、生产效率高；成本低，使用范围广。因此采用气割下料，如图3所示。 图3气体切割机选用CG1-30小车式半自动切割机5 筒节与封头计算标准 由于筒体尺寸比较小，且设计压力比较小（常压)，故可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便，立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏较弱，故选用圆筒形卧式容器。 采用标准椭圆形封头最为合理。椭圆形封头的

14、型号及尺寸按JB/T4737椭圆形封头的规定标准椭圆形封头的长短比为2.封头与筒体一样外Q235B。5.1椭圆形封头：（如图4所示） 图4椭圆形封头D =1.19（Di+2S）+2h+D为椭圆形封头展开直径Di 为封头内径s为板厚 h为直边高度为余量（包括切割余量、刨边余量、收缩余量）D =1.19（Di+2S）+2h+即D=1.19（2800+2x12)+2x40+20=3460.56 下料用Q235b 钢板进行冷压制作，需要采用压力机，需要上模具和下模具。将管胚放入外模中，上下模合后，在推杆的推动下，管胚沿内模和外模预留的间隙运动而完成成型过程。其中在选料时要加厚1.2毫米，因为外弧处处于

15、拉伸状态，没有其他部位多余的金属进行补偿，冲压封头后，边缘不整齐，需要二次切割，弧边处的壁厚约减少10%左右。因此下料前要预留切割余量。5.2 封头的制作规范钢板焊接时条件 先用焊条电弧焊进行点固焊，焊条用E5015、焊条直径4.0mm、焊接电流I=kd=40x4=160A。焊点可在钢板焊道上均匀分布，每隔一米焊大约300mm长的焊缝。节下来要用埋弧焊把钢板拼接完整。封头拼接完成进行X涉嫌探伤，按JB4730-94标准，级合格。由拼接标准： 公称直径Dg 不大于1800mm时，拼接焊缝不多于2条； 公称直径Dg 大于1800mm时，拼接焊缝不多于3条； 每一筒体的纵向焊缝中心线间的弧长应不小于

16、300mm。 相邻筒体的纵向焊缝间互相错开，并且两焊缝中心间的弧长不应小于100mm。因此，三条拼接焊缝。5.3 成型 成型温度：冷压，热压温压，热压。成型温度选择：当钢板厚度低于圆筒内径的2.5%（需要的压力较大）时，冷卷后通常进行退火处理，以消除冷加工硬化现象。板厚为12小于圆内径2.5%x2800=70mm，所以冷卷后要进行退火处理。温度为室温，压制后有回弹，选用模具是应考虑。温压：经过正火，正火加回火，调质处理的钢材，宜采用回火温度一下的温成型或冷成型。本产品易采用冲压成型，冲压过程中弯曲较大的部位会产生收缩，6 筒体卷制 筒体卷制的工序一般为预弯对中卷圆矫圆6.1预弯 在三辊卷板机卷

17、制时，钢板两端一般应预弯。预弯在压力机上进行，应采用专用的预弯模具压制，预弯长度应大于三辊卷板机两个下辊中心距尺寸的二分之一，在预弯内，预弯圆弧与检查样板间隙h<=1.0mm.如图5所示。 图5 预弯圆弧与检查样板间隙 L:展开长度 ：封头内径 s:板厚 ：余量 =3.14×（2800+12）+20 =8849.68mm对中当钢板弯好之后，即可将钢板放入卷板机上下辊之间，进行辊卷，但首先注意将钢板放正，也就是对中，其目的是工件的母线要与辊子轴线平行，以防止产生扭斜。对中常用方法有：四辊机对中，倾斜进料对中，按辊中槽对中。本设计选用三辊机对中即可。 卷圆 钢板对中以后，就可以调上

18、下辊压住钢板并使之机床进行滚卷，每滚卷一次行程便适当向下调上辊以卷就可以将钢板弯曲成所需要的曲率。 矫圆 圆筒应封闭表面工件，当进行点装和纵缝焊接之后，一般还要进行一次校圆。校圆多是在原卷板机上进行。校圆大致有以下三个步骤： 1）工件放入卷板机上辊之后，首先是根据经验或计算将辊调到所需要的最大矫正曲率位置，进行加载。2） 使工件在矫正曲率下，多次滚卷并着重与焊缝区的滚卷，使整圈曲率均匀一致，并经测量，直至合乎要求为止。逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐减少的载荷下多次滚卷。注意：内筒矫圆前，先要将纵缝加强高磨平，并用，砂轮磨光到内筒圆弧度相平齐，然后到卷板机上进行矫圆。接管和法兰接管和法兰作用是连接

19、或供人进入容器内部的，是容器的主要组成部分。接管和壳体之间的焊接接头一般为角接接头或T形接头，但对于连接二者之间的焊缝，如果是壳体上开坡口是，则称为对接焊缝，壳体上不开坡口时称为角接焊缝。根据HG/T21517-2005回转盖带颈平焊法兰人孔，查表，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸如表5所示表5法兰尺寸明细栏密封面形式凹凸面MFRD730b143 D030公称压力PN MPa2.5D1660B248螺柱数量20公称直径500H2280A405螺母数量40Dw x s 530x12H2123B200螺柱尺寸M33x2x170d506b44L300总质量Kg 302 7装配 7.1组对 在辊轮架上组焊

20、上下封头筒节筒节和封头组焊筒节之间的组焊裙座与下封头组焊分段壳体组焊纵缝组对：组对时坡口间隙、错标量、棱角等应符合规定。如表6所示 表6组对时坡口间隙、错标量、棱角 项目壳体 xs样板弦长不小于300mmm(直尺）错边量纵缝<=1mm环缝s<10mm,错边量<=1/5ss>=100mm-300mm,错边量<=2mms>30mm,错边量<=2.5mm楞角（焊前/焊后）焊前<=1/10s,焊后<=1+1/10s，且不大于2.5mm端面不平度<=1%Di,且<=2mm圆度<=1%Di,且<=2mm相邻筒节周长偏差<=

21、1%Di,且<=25mm 壳体直线度（计入封头、裙座等）除图纸另有规定外，壳体直线度允差应大于壳体长度的1%，当直立容器壳体长度L超过15m时，其壳体长度允差应不大于0.5L/1000+8mm 直线度（分段交货的容器）除图纸另有规定外，任意3m内的筒体直线度允差为3 m,当筒体长度L<15m 时，直线度应允为L/1000mm,筒体长度L>15m 时，直线度允差为0.5L/1000+8mm 组对时严格控制错边，间隙，并保持错边，间隙均匀一致。组对封头时，保证瓜瓣下口平齐，控制理论拱高，组对间隙均匀23mm.筒体环缝组对：组对时，纵缝布置按排位板所给出的方位，坡口间隙、错变量、菱

22、角度等应符合规定。具体如表7所示：表7坡口间隙、错变量、菱角度 壳体 项目 xs样板弦长>=1/6Di,且不小于300mm错边量纵缝<=1mm 环缝s<10mm，错边量=1/5ss>=10-30mms>30mm,错边量<=2.5mm楞角（焊前/焊后）焊前<=1/10s ,焊后<=1.5+1/10s ,且不大于3mm端面不平度<=1%Di,且<=2mm圆度<=1%Di,且<=25（卷制管<=1%Di,且<=5mm相邻筒节周长偏差<=6mm组对时，尽量少用工卡具，确需点焊码铁等工具时，应尽量避免机械损伤。组对

23、前须找正筒节圆度，对刚性较差的筒节，尽量采用专用撑圆组对夹具，并测量端口周长，根据周长进行修复，调整。用焊接方法制造的压力容器，其焊接接头系数应按JB4732标准设计时，焊接接头系数取 1.0. 8焊接过程 焊缝坡口设计及规范 坡口形式如图6所示由板厚及板材决定的焊缝形状及尺寸如表8中所示表8焊缝形状及尺寸母材厚度t坡口/接头种类基本符号 横断面示意图 尺 寸适用的焊接方法焊缝示意图坡口角或坡口面角间隙b钝边c坡口深度h3<t10 V形坡口 V40°60°  423111131418<t126°8°  

24、52?图6焊接坡口形式8.1坡口清洁度      严禁在接头间隙中填塞焊条头、铁块等杂物。 施焊前，焊工应检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。坡口组装间隙超过允许偏差规定时，可在坡口单侧或两侧堆焊、修磨使其符合要求，但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2倍或大于20mm 时，不应用堆焊方法增加构件长度和减小组装间隙； 焊接坡口可用火焰切割或机械方法加工。缺棱为13mm时，应修磨平整；缺棱超过3mm时，应用直径不超过3.2mm的低氢型焊条补焊，并修磨平整。当采用机械方法加工坡口时，加

25、工表面不应有台阶； 8.2焊前准备  施焊前检查焊缝及邻近2050mm区域内是否存在影响焊接质量的缺陷存在，对存在的缺陷应通过补焊修磨等方法进行去除，确保焊接质量。  施焊前在焊缝及邻近2050mm区域用丙酮或酒精等易挥发性溶剂清洗，以去除其表面油脂，污渍、标记、氧化皮的其它杂质。  检查焊机电路接线是否正常，接地是否良好。 4.3焊接过程  点固焊：使用焊条电弧焊将工件点焊连接，焊条使用E5015，直径5，焊接电流150A。每间隔300mm之间一个点固焊，一般点固焊长度为50mm。  填充焊：采用埋弧自动焊 完成

26、填充，焊丝选用H10Mn2，焊剂选用HJ402-H08A。焊丝直径3.2，焊接电流350370（A），焊接电压323（V），焊接速度2830（m/h）。 图7处理间隙条整方式示意图表9间隙不均匀的调整方法焊接方法焊接材料及规格电源种类焊接电流/A焊接速度/V焊接速度/(cm/min)手工电弧焊埋弧焊E5015/5H10Mn2/3.2交流交流150350-370 32-38 28-30表9为处理间隙不均匀的常用方法。当下部或水平位置间隙合适而上部间隙大时，可在间隙适合处先点焊一点，然后利用吊车使上部间隙缩小，如图7所示；当中部间隙合适而下部间隙大时，可在间隙合适处先点焊一点，然后用吊车使下部间隙

27、缩小，上部间隙自然扩大，如图7所示。 4.3.1焊缝的焊接   经上述措施调整，各焊缝点焊之后。可进行悬臂式焊接操作机，埋弧自动焊完成焊接。焊接参数如表6所示。8.3焊后矫正  8对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接；  对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序；  对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用； 宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中；  在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下，宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入；  宜采用反变形法控制角变形；  对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接的施工方法。  对一般构件可用定位焊固定同时限制变形；对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性； 9检验 9.1 力学性能检验 通过做静负荷试验，