陕西科技大学过程装备与控制工程过程装备与检测课程设计样本

高压氮气储罐焊接工艺

一，设计背景

储罐作为储存设备，重要是指用干储存或盛装气体、液体、液化气体等介质设备,

在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如本

设计中高压氮气储罐，储罐构造形式重要有卧式储罐、立式储罐和球照储

罐,，本设计中采月立式储罐。

二，材料选CSiMnSPCrNi

取

对受内压筒体，

由于其工作介质

为氮气，考虑其

腐蚀性小，再综

合其经济效益考

虑，选取16MnR

作为材料。

元素

质量分数（％）0.160.361.530.0150.0.140.0030.006

16MnR材料性能分析:

16Mn钢基体组织为铁素体+珠光体，是低合金高强钢中应用最广泛钢，有比较

成熟经验，屈服强度为294〜343MPa,基本属于热轧低合金钢，其综合性能、焊

接性及加工工艺性能均优于普通碳素钢，且质量稳定，其使用温度在-40〜

450℃范畴内，16Mn钢作为低温压力容器时，为改进低温性能，可以在正火解决

后使用。16Mn钢是在低碳钢基本.上加入了少量合金，其加工性能与低碳钢相似,

具备较好塑性和焊接性。由于加入了少量合金元素，其强度增长，淬硬倾向比低

碳钢大，因此在较低温度下或刚性大、壁厚构造焊接时，需要考虑采用预热办法,

防止冷裂纹产生，本设计中板厚62mm,均预热100〜150℃。

由《过程设备设计》单层圆筒厚度计算公式得其厚度为54mm,加上钢板负偏差

以及腐蚀余量选取厚度为62mm,可达到设计规定。

三，技术特性及规定：

3.1技术特性：

高压氮气储罐材料16MnR,工作压力12.1MPa,属于第三类压力容器，设计压

力13MPa,工作温度-12.6〜68C,设计温度70C,腐蚀裕度1.5mm,焊接接头系

数1.0,液压实验压力16.47MPa（卧放），全容积21.7m3,充装系数1.0,安全阀启

动压力13MPa

1）3.2技术规定：

2）设备施工与验收应符合《工程建设原则强制性条文》中有关规定

3）焊接采用电弧焊，焊条型号，低合金钢之间E5016,碳钢间E4303

4）焊接接头形式及尺寸按图规定，角焊缝焊脚高度为较薄件厚度，法兰焊

接按相应法兰原则规定，对接接头与角接接头需全焊透，接管焊缝成形

表面均应圆滑过渡，不得有裂纹、咬边、及棱角.

5）壳体钢板按GB6654T996《压力容器钢板》及修改单中正火状态供货，旦

逐张进行超声检测，质量原则应不低于JB/T4730.3-中规定II级，壳体

A类纵向焊接接头制备产品焊接试板，按《容规》第25条进行材料复验，

坡口表面进行100%磁粉检测，并符合JB4730.4-中规定I级

6）塔体直线度允差25mm，安装垂直度允差为25mm

7）裙座螺栓孔中心圆直径允差以及任意两孔弦长允差均为2mm

8）壳体用钢板轧制，逐张进行-15℃夏比（V型缺口）冲击实验（横向），三

个试样冲击平均值不得低于20J,容许其中一种试样冲击功不大于平均

值，但不得不大于14J

9）钢管应逐根按JB/T4730.3-中I级为合格

10）裙座筒体与底封头焊接接头必要采用全焊透持续焊，并进行磁粉检测，

符合JB/T4730.4-中I级为合格

设备压力实验合格后对所有焊缝按JB/T4730.4-进行磁粉检测，符合I级为

合格，复验焊缝总长20%

11）热解决后，设备本体不得再行施焊

四，焊接工艺设计

4.1焊缝编号及示意图

4.2接管与壳体，封头焊接（1D,2D,3D）

由GB150-1998《钢制压力容器》规定，接管，人孔，凸缘，补强圈等与壳体连接

头。为D类焊缝。由此选取焊缝类型为D类焊缝。

金属牌号及规格：16MnR

4.2.1焊接办法选取

手工电弧焊长处

①焊接设备价格低。

②可以焊接各种不同金属，涉及最惯用金属和合金。

③在狭窄空间焊接场合，采用手工电弧焊比较以便、实用。

④对于同样焊接设备，采用不同电流设立，获得满足使用规定焊缝。

⑤适合各种位置焊接。

⑥与气体保护焊相比，不易受到风影响。

⑦对焊接金属最大厚度没有限制

⑧在大多数天气状况下都可以进行焊接。

手工电弧焊缺陷

①不适合焊接厚度不大于1.5mm薄板。

②负载率和总熔敷效率普通比送丝焊接办法低，当焊条消耗完毕或需要更换

焊条时，焊接过程也暂时中断。

③并非整根焊条都可以充分运用，焊钳中被夹持某些必要丢弃，普通要挥霍

25〜50nlm长度焊条。

④频繁地更换焊条也增长了焊接缺陷产生

埋弧自动焊长处是：

①生产效率高。埋弧自动焊生产率可比手工焊提高5〜1。倍。由于埋弧自动

焊时焊丝上无药皮，焊丝可很长，并能持续送进而无需更换焊条。故可采用

大电流焊接（比手工焊大6〜8倍），电弧热量大，焊丝熔化快，熔深也大,

焊接速度比手工焊快多。板厚30毫米如下自匆焊可不开坡口，并且焊接变形

小。

②焊剂层对焊缝金属保护好，因此焊缝质量好。

③节约钢材和电能。钢板厚度普通在30毫米如下时'埋弧自动焊可不开坡口,

这就大大节约了钢材，并且由于电弧被焊剂保护着，使电弧热得到充分运用,

从而节约了电能；

④改进了劳动条件。除减少劳动量之外，由于自动焊时看不到弧光，焊接过

程中发出气体量少，这对保护焊工眼睛和身体健康是很有益c

埋弧自动焊缺陷是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径环焊

缝。

综合考虑，由于进行是双面焊接，手工电弧焊设备简朴，操作以便适合全位焊接

呢个特点，因而内面采用手工电弧焊。而外面为加大熔深，提高生产率，采用埋

弧焊。最后拟定焊接办法为：手工电弧焊+埋弧焊

4.2.2坡口形式

由于焊接厚度为62mm,因而需要开坡口，由于厚度比较厚，若开V型坡口话,

产生叫大开口，一方面会挥霍较多焊条，并且焊接费时间，若开U型坡口话，可

以减小开口，并且U型坡口有助于焊剂流入，同步可以减小焊接应力，减少裂纹

产生。因而最后选取U型坡口，详细坡口形式如下图所示：

4.2.3焊接姿势：平焊

4.2.4焊接材料选取

1）焊条选取：焊条选用重要考虑焊缝使用性和施焊工艺性，焊条选取重

要原则有如下几点。

（1）依照被焊金属材料类型，选取相应焊条种类大类。如焊接母材是普通低

合金钢时，选用构造钢类型焊条。

（2）依照被焊母材性能，选用与其性能相似焊条，或选用熔敷金属与母材化学成

分类型相似焊条，以保证母材性能与焊缝相似。

（3）选取焊条时还要考虑工艺方面，重要是操作以便，易获得优良焊缝。（4）从价

格考虑，在满足性能及施工规定前提下，尽量选用熔敷效率高、价格低焊条，从

而提高生产率，减少成本。

2）焊丝选取：药芯焊丝国内应用尚不普遍，活性焊丝重要用于气体保

护焊，故选取实芯焊丝。惯用低合金埋弧焊实芯焊丝有如下三类：

（1）低铺焊丝（如H08A）:常配合高铺焊剂，用于低碳钢和强度较低低合

金钢焊接

（2）中镒焊丝（妇H（）8MnA,Hl（）MnSi）：重要用于低合金钢焊接，并可配低

镒焊剂焊接低碳钢

（3）高钵焊丝（如H10Mn2,H08Mn2Si）:用于焊接低合金钢。

3）焊剂选取：

阐明：JQ.SJ101是氟碱蟹烧结焊剂，碱度约为1.8,灰色圆形颗粒，粒度为

2.0〜0.28mm（10-60目）。焊接时电弧燃烧稳定，脱渣容易，焊接成型美观，

熔敷金属具备较高低温冲击韧性，可交直流两用，直流焊接时焊丝接正极。

阐明:JQ.SJ101是氟碱型烧结焊剂，碱度约为1.8,灰色圆形颗粒，粒度为2.0〜

0.28mm（1（）〜6（）目）。焊接时电弧燃烧稳定，脱渣容易，焊接成型美观，

熔敷金属具备较高低温冲击韧性，可交直流两用，直流焊接时焊丝接正极。

阐明：JQ.SJ101是氟碱型烧结焊剂，碱度约为1.8,灰色圆形颗粒，粒度为

2.0〜0.28mm（10〜60目）。焊接时电弧燃烧稳定，脱渣容易，焊接成型美

观，熔敷金属具备较高低温冲击韧性，可交直流两用，直流焊接时焊丝接正

极。

用途：配合恰当焊丝（如H08MnA、H10Mn2.H08MnMoA,H08Mn2MoA

等），可焊接各种低合金构造钢，如船体、锅炉压力容器、管道等。可用于

多层焊、双面单道焊、多丝焊及窄间隙埋弧焊。

焊剂参照成分（％）

SPSiO2+TiO2CaO+MgOAhOs+MnOCaF:

<0.060<0.08015〜2525〜3520〜3015〜25

熔敷金属力学性能（按GB/T5293-1999）

项目nbos85AKV(J)

配合焊丝(Mpa)(Mpa)(%)室温0°C-20℃-40℃

H08MnA415-550>330>22>150>110>80>27

48()〜

H10Mn2>400>22>150>110>80>27

650

550〜

H08MnMoA>420>20>90>70>34—

650

620〜

H08Mn2MoA>500>20>90>70>34—

750

配合HlOMnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢（16Mn）构造。故选取

焊剂SJ101

依照焊接工艺规定，选用焊条J507,并查惯用焊丝焊剂表，选用焊丝HlOMnSi

焊剂SJ101。

1)工艺规定

(1)预热温度拟定

为保证母材材质不会受到影响并且具备较好焊接性能，选取预热温度为2

130℃

(2)坡口加工：机加工

坡口解决办法：为步影响焊接质量，在施焊前应当清除坡口以及母材两侧表面

20mm范畴内(以离坡口边沿距离计算)氧化物，油污，熔渣以及其她由害物质。

(3)层间温度：100-250℃

(4)清根办法：碳弧气爆并打磨

(5)焊后热解决及时间

依照《过程装备制造与检测》表5-67得回火温度为580-620℃,由于厚

度为62nl叫因而得出热解决时间约为2小时。焊后热解决目是：

a松弛焊接应力

b稳定构造形状和尺寸

2)c改进母材，焊接接头和构造件性能

3)工艺顺序

(1)坡口清理

(2)预热：装配点焊

(3)预热：内而焊条电弧焊

(4)预热：外面清根并打磨

（5）预热：外面埋弧焊

（6）焊后热解决

3）焊接规范

内面焊接一焊条电弧焊

1）拟定焊条直径

由被焊工件厚度选取焊条直径为5mm

2）焊接电流拟定

依照焊条直径查《过程装备制造与检测》表575,拟定焊接电流为200-270A

3）焊接电压拟定

手工电弧焊，焊接电压选取为22-30V,其电压重要由电弧长度决定，电弧长

则电弧电压高，反之则电压低。电弧过长则不稳定，熔深浅，熔宽增长，易产生

咬边等缺陷，同步空气容易侵入，易产气愤孔，飞溅严重，挥霍焊条，电能,

效率低。生产中尽量采用短弧焊接，电弧长度普通为2-6师

4）焊接速度V拟定

由课本查得焊接线能量约为q产18KJ/cm;

由焊接线能量公式q产0.7ll/v得焊接速度为

v=0.7*（20〜30）*（200〜270）/18KJ・cm-i=15-20cm/min

选取焊接速度约为18cm/min

5）电源种类以及极性拟定

由J507焊条相应国标为E5015,即阐明熔敷金属抗拉强度为50MPa,焊条适应

焊接位置为平焊，药皮类型为低氢钠型，焊接电源为直流反接。

6)焊接层数拟定

厚板焊接普通要开坡口同步采用多层多道焊，每层焊接厚度步超过5mm:手

工电弧焊一次最大熔深约为6〜8mm当每层厚度约为焊条直径0.8〜1.2倍时;

生产效率高。由公式n=D/d(此处厚度用D表达)得焊接层数n=62/b=13层

7)焊钳，焊接电缆必定

8)由《过程装备制造与检测》表5-9得，选取G325可以满足焊接规定

9)焊工护目遮光镜片选用

由《过程装备制造与检测》表5T1以及焊接电流为200-270A,选取电弧镜片号

为11-12；碳弧气爆镜片为12-14

外面焊接一埋弧焊

选取焊丝直径为5mm以及焊接速度规定选取MZ-1000型焊机

依照手工电弧焊工艺参数拟定办法依次拟定各参数如下表格

焊接牌号及焊丝直径电源种类焊接电流焊接电压焊接速度

焊丝焊剂及极性(A)(V)(cm/min)

(mm)

J5075直流反接400-120032-36>22

HlOMnSi+SJIOl

接管与封头，其中各种设计角度及尺寸来源于《过程设备设计》附表，表B3中

内容。筒体焊接详图如下，

(图二)接管与壳体焊缝详图

6P

（图三）接管与底封头焊接详图

1D,皤然牛头雌祁底封头内醐发

4.3各筒节纵向焊缝焊接工艺分析

由GB150-1998《钢制压力容器》规定，圆筒某些纵向接头，球形封头与圆筒连

接环向接头，各类凸形封头中所有焊接接头以及嵌入式接管与壳体对接连接接

头均属A类焊接接头。因而拟定为A类接头，

4.3.1工艺规定：1）预热温度120c

2）坡口加工办法：机加工坡口，并清除油锈

3）层间温度：100-250℃

4）后热温度及保温时间：250-300℃*2hr

5）清根办法：碳弧气刨并打磨

6）焊接接头如图示：

（图四）筒体纵向焊接接头详图

4.3・2工艺顺序：1.清理坡口，并进行磁粉检测（MT）

2.预热，并进行装配点焊

3.预热，内部进行埋弧焊

4.预热，外部清根并打磨，进行MT检测

5.预热，外部进行埋弧焊

6.焊后热解决

4.3.3焊接焊接牌号及直径（mm）电源类型焊接电流焊接电压焊接速度

规范：焊丝焊剂

及极性AVcm/min

内面手工电J5075直流反接200-27022-2618

弧焊

HlOMnSi

外面埋J5075直流反接400-100032-36>22

弧焊HlOMnSi

4.4各筒节环向焊缝焊接工艺分析

由国标150-1998《钢制压力容器》规定，壳体某些环向焊接接头，锥形封头与

接管连接接头等均属于B焊头，已经规定除外。因而经拟定筒节环向焊缝为B类

焊缝。

4.4.1工艺规定：（前面已经详细论述过拟定过程，不再赘述）

1）预热温度120C

2）坡口加工办法：机加工坡口，并清除油锈

3）层间温度：100-250℃

4）后热温度及保温时间：250-300C*2hr

5）清根办法：碳弧气刨并打磨

6）焊接接头如图所示:

麟环向懒接甥图

4.4.2工艺顺序：

……1.清理坡口，并进行磁粉检测(MT)

2.预热，并进行装配点焊

3.预热，内部进行埋弧焊

4.预热，外部清根并打磨，进行MT检测

5.预热，外部进行埋弧焊

6.焊后热解决

4.4.3焊接焊接牌号及直径电源类型焊接电焊接电压焊接速度

规范：焊丝焊剂(mm)流(A)

及极性Vcm/min

内面手工J5075直流反接200-27022-2618

电弧焊

HIOMnSi

外面埋J5O75直流反接400-100032-36>22

弧焊HIOMnSi

4.5焊后热解决工艺参数

1）热件入炉或出炉时温度不得超过400℃,但对厚度差较大、构造复杂、尺寸稳

定性规定较高、残存应力值规定较低被加热件，其入炉或出炉时炉内温度普通不

适当超过300℃o

2）升温至400C后，加热区升温速度不得超过（5000/6s）℃/h,且不得超过200C

/h,最小可为50℃/h。

3）温时，加热区内任意5000mm长度内温差不得不不大于120℃。

4）温时，加热区内最高与最低温度之差不适当超过65℃。

5）温保温期间，应控制加热区氛围，防止焊件表面过度氧化。

6）炉温高于400c时，加热区降温速度不得超过（6500/6s）℃/h,且不得超过

260℃/h,最小可为5（）℃/h。

7）焊件按1）炉温度巴炉后应在静止空气中继续冷却

五，心得体会

通过这次生产实习，为这次课程设计提供了根据以及较好实践基本，在生产

实习当中，咱们学到了诸多理论以外东西，通过这次课程设计使理论与实际相结

合起来，固然，在这过程当中也遇到了不少麻烦，幸亏有教师指引才得以在半个

月当中将其圆满完毕，虽然这个过程很累，但也给自己增添了不少知识。

参照资料：

1,化工出版社，过程装备制造与检测，邹广华、刘强、龙占云。8月

2,化工出版社，过程设备设计，郑竞洋、董其伍、桑芝富。6月

3,高等教诲出版社，工程材料,7月

4,中华人民共和国焊接资源网（.cn）

目录

一，制造背景.......................................................2

1.2设计参数......................................................17

1.3技术规定......................................................18

1.4储气罐构造分析................................................19

1.4.1筒体构造分析.............................................20

二，筒体材料...........................................................5

三.筒体详细制造工艺...............................................5

1.材料进厂入库检测...............................................20

2.放样，划线与号料............................................7

2.1筒节下料..................................................24

3,简体卷制成形....................................................9

4,筒节坡口加工与焊接.........................................10

4J.1简体纵焊缝坡口加工.......................................26

4,1.2简体环焊缝坡口...........................................27

4J.3焊接.....................................................28

5,校圆...........................................................12

6,检测...........................................................14

7,组对...........................................................14

8,焊接...........................................................15

9,检测...............................................................16

四，心体会16

一，制造背景

液化石油气，英文名称：Liquefiedpetroleumges,

重要成分：乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。

着石油化学工业发展，液化石油气作为一种化工基本原料和

新型燃料，已愈来愈受到人们注重。在化工生产方面，液化

石油气通过度离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生

产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等

产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭

渣，操作使用以便，已广泛地进入人们生活领域。此外，液化

石油气还用于切割金属，用于农产品烘烤和工业窑炉焙烧

等。而液化石油气储罐是具备较大危险性储存容器，一旦浮

现问题，将给人民生命、财产带来极大损失。吉林、西安等

地液化气储罐事故给人们以深刻教训。为了保证液化石油气

储罐安全运营，避免事故发生，必要从个方面严格把关，其

中，筒节制作过程是核心中核心。

产品名称：40M3液化石油气卧式储罐

产品类别：三

按照《特种设备安全监察条例》规定，该台产品经制造单位监督检查，安全

性能符合《压力容器安全基数监察规程》，《GB150T998钢制压力容器原则》

及设计图样规定。

1.2设计参数

技术特性表

容器类别类二

设计压力MPa1.86

设计温度℃T9〜50

最高工作压力MPa1.86

水压实验压力MPa2.33

气密性实验压力MPa1.86

焊接接头系数1

腐蚀余量量mm2

操作介质液化石油气

充装系数0.9

设备容积立方米40

1.3技术规定

(1)本设备按照GB150T998《钢制压力容器》进行制造，检测与验收，并接

受《压力容器安全技术监察规程》监督。

(2)制造筒体、封头、人孔接管、用16MnR钢板符合GB6654T996及第二次

改造告知单规定，人孔法兰盖用钢板正火状态供货。带颈对焊法兰、接管用

16MnR应符合JB4726-,壳体用16MnR钢板应逐张进行冲击实验，办法按照

GB/T229规定，三个试样平均值不不大于等于54J。

(3)设备焊接工艺规程按照JB/T4709-焊接工艺评估按照JB4708-.所有角

接接头焊接表面须打磨圆滑过渡。

(4)设备中每条A、B类焊接接头应进行100%射线检测，按照JB/T4730.2-

规定，二级合格。所用D类焊剂接头、DNV250接管与法兰B类焊接接头及所有

与承压件相焊接角接接头，应进行100%表面磁粉检测，按照JB/T4730.4-规定，

一级合格。

(5)设备应进行整体焊后消除应力热解决，热解决后不得在设备本体上进行

施焊。

(6)最后热解决后，对设备中A°B.D类焊接接头进行硬度检测，其硬度应不

大于等于2001IBo检测数量按照每条A.D类焊接接头测一组，每条B

类焊接接头每隔120度测一组，每组涉及母材、热影响区和焊缝各一处。

(7)未注明角接接头焊脚高度均等于两相焊件:中之较薄件厚度，且须为持续

焊。

(8)设备制造完毕后进行水压实验。水压实验应力见技术规定表。水压实验

合格后应将积水排净吹干。

(9)水压实验合格后，应进行气密性实验，实验应力见技术特性表。

(10)设备制造完比后除锈涂铁红醇酸底漆一遍，再涂银粉醇酸清漆一遍，

沿罐体水平中心线用红漆刷一道红色色带，宽度为150mm,在筒体两侧重心处

用红色油漆喷印重新标志，应在重心标志上方喷印LPG字样，重心标志左侧喷

应禁止烟火字样，右侧喷应禁止施焊字样，标志、字样高度不得不大于200nlm。

(11)设备油漆、包装、运送按照"/T471■《压力容器涂覆与运送包装》规

定。

(12)本储罐安装时，其纵轴应向排污方向倾斜千分之三。

(13)固定支座连接采用一种螺母拧紧；活动支座用两个螺母，第一种螺母不

拧紧，与支座距离为1至3毫米，用第二个螺母锁紧。

(14)本储罐必要在有遮阳和水喷淋装置条件下合用。

1.4储气罐构造分析

储气罐构造

储气罐是一种承受内压钢制焊接压力容器。在规定使用温度和相应工作压力下，应保证

安全可靠，罐体基本构造部件应涉及人孔、封头、筒体、法兰、支座。

1.4.1筒体构造分析

筒体材料为16MnR,公称内径为2600mm,长度6500mm.名义壁厚为18mm。

整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，这时简体有纵环焊缝。，纵焊缝采用埋弧

焊方式焊接。查有关原则，焊缝形式采用Y形。其筒节间环焊缝亦可采用U形焊

缝。应合理设计筒节坡口形式及尺寸。设计焊缝相对位置。

二，筒体材料

对受内压筒体，由于其工作介质为液化石油气，考虑其腐蚀性以及易燃易爆,

选取16MnR作为材料。

三.筒体详细制造工艺

1.材料进厂入库检测

筒体构造材料16MnR,按技术规定符合GB6654-1996及第

二次改造告知单规定验收合格后，应按公司原则入库存储。

1.1构造材料预解决

钢材进入车间加工之迈进行表面预解决，是金属构造制造中最重要首要

工序。可增强装备耐腐蚀能力延长其使用寿命。

预解决工艺

1,钢板表面净化

钢板表面净化是钢板预解决一种环节，运用特定办法或设备祛除表面油污、铁

锈、杂质、氧化皮等。表面净化办法大体分两类：机械法和化学法。化学法重要

有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法重要有砂轮打磨、喷沙、喷丸解决。木钢板选用

喷沙作为表面净化解决方式，除去铁锈和氧化皮。用喷砂法做表面净化，所得钢

板质量好，且效率高，但是，粉尘太大，因此普通都是在密闭喷砂室里进行操

作。需要注意是，近年来钢板出厂时，大都会喷一层防护漆，来避免它腐蚀，防

护漆不影响后来加工和焊接，此时，表面净化这一工序就可省略。

矫形

钢材在轧制、运送、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不

良及其她因素，也许会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当

这些变形超过一定限度时，会给尺寸度量、划线、剪裁及其她加工带来困难，并

且会影响到成形后零件尺寸和几何形状精度，从而又会影响到装配、焊接和整个

产品质量。因此在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不

均等工艺因素和其她因素而使工件产生变形，为不影响下道工序加工和保证加

工质量，也需进行矫形。此外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等因素，产

生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工件在外力作用卜.产

生与本.来变形相反塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得

对的形状过程。矫形实质就是将被拉长纤维缩短或将缩短纤维拉长，以恢复原状,

或是使其她某些纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相似变形。从而达到矫形

目。

矫形办法按操作办法不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计

采用多辑矫平机进行机械矫形。多辐矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机上下

两列辑子之间，在轻子压力作用下，受到多次重复弯曲，整个钢板得到均匀拉长,

使各种原始曲率逐渐趋向一致变为单一，并不断减小，最后得到矫平。

此处采用GYX-3M钢材预解决装置。运用抛丸机械除锈先进大型机械设备，钢

材经此解决，并经喷保护底漆，烘干解决等工序后，即可保证钢材在生产和使

用过程中不在生锈，有不影响机械加工和焊接质量。

2,矫形

钢材在轧制、运送、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条

件不良及其她因素，也许会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。

当这些变形超过一定限度时，会给尺寸度量、划线、剪裁及其她加工带来困难,

并且会影响到成形后零件尺寸和几何形状精度，从而又会影响到装配、焊接和整

个产品质量。因此在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力

不均等工艺因素和其她因素而使工件产生变形，为不影响下道工序加工和保证

加工质量，也需进行矫形。此外，在装配一焊接之后，工件也会因焊接等因素,

产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工件在外力作用下

产生与本来变形相反塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获

得对的形状过程。矫形实质就是将被拉长纤维缩短或将缩短纤维拉长，以恢复原

状，或是使其她某些纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相似变形。从而达到矫

形目。

矫形办法按操作办法不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本

设计采用多轴矫平机进行机械矫形。多短矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机

上下两列辑子之间，在辐子压力作用下，受到多次重复弯曲，整个钢板得到均

匀拉长，使各种原始曲率逐渐趋向一致变为单一，并不断减小，最后得到矫平。

下图为多辐式矫平机工作原理图。

本设计中，钢材16MnR,板厚为18nlin。选用九辐矫正机，其参数状况见下表

矫正机参数表

程数短距钢板最小厚度混径最大矫止度主电机最大

(mm)(mm)(mm)(m/s)功率(kw)

925052200.3180

应注意是，不是所有钢板都能一次矫平，与否容易矫平除与矫平机关于外，还与其自

身性质和厚度关于。

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重要工艺，也是焊接过

程中重要质量控制点之一。

放样是在制造金属沟造之前，按照设计图样，在放样平台上用1:1比例尺寸,

划出构造或者零件图形和平面展开尺寸。号料和划线采用划针或者磨尖石笔、粉

线作线。

三某些操作内容和环节：放样，展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料。号

料尺寸公差是反映钢板划线、号料

划线和号料就是依照施工图样及工艺上规定，对的地拟定一种欲加工零件配料

尺寸和形状，并用划线办法在钢材上号料，同步标注上必要加工符号及其她必要

内容，用以指引后来各道工序加工。它直接决定着零件尺寸和几何形状精度，并

且对后来装配和焊接工序也有很大影响。

总体来看，划线和号料大体可以分为如下整个划线工序最后容许公差，依照

GB/T9019-,压力容器公称直径原则规定，长义宽及其她外廓尺寸线为+lmm,

超过一米为L/IOOQ但不超过3mm;中心线、基准线为土0.5mm;正方形或长方

形，其对角线LI-L2之差v2mm。应注意是，放样展开最后获得尺寸是零件设计尺

寸或者说是零件加工后应得尺寸，而样板是用来号料，其外部尺寸应当是零件加

工前坯料尺寸，这两者是不同样。零件坯料尺寸是由零件展开尺寸、工艺余量和

加工余量三某些构成。

工艺余量是零件加工过程中由于工艺条件和工艺因素影响而导致尺寸变化和偏

差。在焊接构造制造中，重要是焊接受缩量和成型后修边余量。木设计中，16MnR

板厚18mm。

焊缝横向收缩余量为2.1-2.6mm.（参照过程设备制造与检测-表6-26）。

纵向收缩余量为0.15-0.3mm0（参照过程设备制造与检测■表6-27）。

加工余量

加工余量重要包括切割余量，边沿加工余量两项。气割时会产生一定宽度

割缝，但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量。切割后尚需进行边沿机械加工,

留3mm加工余量，号料划线公差图如下图所示。

声切线

图4号料划线公差图

2.1筒节下料

筒节划线是在钢板上划出展开图。筒节展开计算比较简朴，即以筒节平均直

径为基准。由于钢板在卷板机上弯卷是受辐子碾压，厚度会减薄，长度会伸长。

因而，下料尺寸应比计算出来尺寸短某些。

筒节展开长按下式计算：

L=nDm-AL=n(Di+S)-AL1+AL2+△L3

式中，L一筒节展开式，mm

Dm一筒节平均直径，mm

Di---筒节内经，mm

S一板厚，mm

△L1—钢板伸长量，mm

△L2一钢板加工余量，mm

AL3一焊缝横向收缩余量，mm

普通

△L=(1-K)nDm

K一修正系数，K=0.9931-0.9960

综合考虑AL2取5mm

因此将数据带入公式口:得：

L=8204nl

由于整个筒体是用3个筒节组对拼焊而成，因而筒节下料单个钢板长度为：

详细尺寸为(长x宽X高)：8204x2170x18mm

筒节钢板下料选取机械剪切下料。惯用机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪

板机，而以龙门剪板机应用最为广泛，普通只能做直线剪切。本次选取剪板机

型号为：Qll-50x3200型

011-50x3200型剪板机参数

最大

最大板料喉口剪切可剪行程飞轮刀片

榭厚

板宽强度深度角度次数次数转速长度

50320049070054/Min8/Min82r4200

3,简体卷制成形

筒节弯卷成型是用制板，在卷板机上弯卷而成。依照钢板材质，厚度弯曲半

径，卷板机形式和能力，在实际弯卷过程中分为冷卷和热卷。

本设id中钢板为18mm厚16MnR。

依照：e=8/2Rm（1-Rin/Ro）X100%（单向拉伸）

式中£——弯卷变形率,100%;

3一一钢板名义厚度，mm;

Rm------筒节中性层半径，mm:

Ro——钢板弯曲前中性层半径，mm

代入数值计算£=0.69%<3%（16MnR单向拉伸是临界变形率）

故此处选取冷卷，卷制成形普通在三辐筒或四辐筒卷板机上进行。

所选卷板机型号为：CDWH-（数控制上调式）40x4000。

对称式三根卷板机CDWII参数

规格上轮直径下辐直径下辐中心距主电动机功率

最大宽度*最大厚度/mm/mm/mm/kW

55053061080

40x4000

依照Dmin=dl+(0.15-0.20)dl

式中dl——卷板机上相直径

计算得Dmin=600nrnK2600min

故可知所选卷板机满足规定。

钢板在卷板机上卷制时，钢板两端总有一段长为a直边无法卷制，其长度

取决与两下短中心距。为消除此剩余直边，在钢板卷圆钱应作板边预弯曲。普通

采用水压机在专用模具上预弯。

4.筒节坡口加工与焊接

焊接接头坡口形状和几何尺寸设计，应遵循如下原则：

(1)保证焊接质量⑵坡口加工简易⑶便于焊接加工⑷节约焊接材料

按焊接技术规定加工坡口，坡口两侧30mm范畴内清理污物，然后按焊接工艺施

焊；

4,1.1简体纵焊缝坡口加工

简体是由钢板卷制而成，其边沿某些由于变形和冷作硬化作用其性能已发

生变化，不能满足设计规定，应此需将此区域除去。筒节卷制成形后，按图样规

定筒体名义直径测量简节实际周长，并划二次线，割去余量后按焊接工艺规定

加工坡口。

简体纵缝焊接采用埋弧焊，依照埋弧焊坡口加工规定其坡口形式为v

形坡口，详细尺寸如下:

外

管制螭廉头，封头与麟环能懒头那

纵缝对接坡口

依照详细尺寸，可选取氧气切割加工坡口，氧气切割加工办法具备设备简朴投

资费用少，操作灵活以便一系列特点，切割质量好。

4,1.2简体环焊缝坡口

压力容器筒身环焊缝坡口形式，取决于其壁厚及所选用焊接工艺办法。对于

薄壁容器，壳体环焊缝多采用v形坡口；而对于厚壁容器壳体环焊缝，为了减少

焊缝横截面，普通采用u形坡口。对于本次所设计容器，属于厚壁型。其环焊缝

涉及简节对接焊缝和简体与封头对接焊缝，都采用相似坡口形式。如下图：

环焊缱坡口示意图

该类型坡口也可采用气割工艺加工，气割加工币机械办法加工效率高，周期

短，且不需要投资高机床设备。U形坡口下部有圆弧段在详细加工过程中，铁氧

化反映不能像普通气割时那样垂直向下，当达到一定深度后应转向侧面方向。为

此需要多割炬同步加工，如可使用三割炬U型坡口板自动切割机。

4,13焊接

此处焊接采用埋弧自动焊，焊机型号（MZA-1000）按技术规定中对焊接工艺规定施焊,

并进行焊后热解决。

详细参数拟定：

a焊接电流

依照H=KmI

式中H一一焊缝熔深，mm

I一一焊接电流，A

Km---系数，mm/A

Km依照设计中详细条件取1.25x10-2mir./A

b电弧电压

电压与电弧长度成正比，且随电弧电压增高焊缝宽深明显增大而熔深与余高

略有减小。

c焊缝速度

对熔深与熔宽均有影响。

最后参数拟定如下

焊丝直径焊接电流电弧电压焊接速度线能量

/mm/A/V/m*h-i/kj*cm-i

5700-75036-4037.521.53-23.07

5,校圆

筒体规定最大与最小直径差e以及棱角度E最小值以及对口错边量b不得超

过如下规定。

a.棱角度E=6/10+2mm,=

E=3.8mm

用弦长为l/6Dn,且不不大于300mni内样板或外样板检查如下图示

1/6。•员不小于300mm

b.最大与最小直径差e

e应不不不大于即全面直径1%,且不不不大于25mln,有开孔补强时应离补

强圈边沿100mm以外位置测量此处e=25mm

如下图所示

....c.对口错边..

厚度相似单层钢板纵焊缝对口错边量1）互10%6且不不不大于3mm

b=l0%x18mm=1.8mm如卜.图所示

6,检测

按技术规定中探伤工艺对A,B类焊缝进行100%RT检测，按照

JB/T4730.2-规定，二级合格。

7,组对

按筒体布板图规定组对各节筒节，定位焊规定同4；筒体B类焊缝组对错边

量b,棱角度E；筒体直线度应符合有关规定。

.......a.对错边.bW10%6+l(8>10nim)

b=2.8mm

如下图所示

........b.棱角..E?6/10+2mm,且三5mm

E=3.8mm

用长度不不大于300mm检查尺检查。如下图所示

............c.筒体直线度AW

筒体长度至0mm时，△W=2L/1000且不不不大于20mm

本设计中L=6500mm计算得AWWl3nlm

8,焊接

此处焊接采用埋弧自动焊，焊机型号（MZA-1000）按技术规定中对焊接工艺

规定施焊，并进行焊后热解决。

最后参数拟定如下

焊丝直径焊接电流电弧电压焊接速度线能量

/mm/A/V/kj*cm-i

5700-75036-4037.521.53-23.07

9,检测

按技术规定中探伤工艺对A.B类焊缝进行100%RT检测，按照JB/T4730.2-

规定，二级合格。

四，心得休会

通过本次课程设计，我学到了诸多，对过程设备制造与检测，特别是制造

方面工艺设计结识进一步加深。虽然说对于这门课程自己尚有许多不，是太多要

学习和提高方面，但通过本次课设中李教师获悉心指引和与同窗们得协作交流

真正感受到了这门课程魅力。

学习到了如何把课本中学习到得理论知识，应用到实际过程设备制造与检

测中去。真正感受到了理论与实际，课堂与工厂间距离。

在此再感谢李教师教诲，指出了课设中局限性，与错误。通过这一次洗礼,

我相信自己在后来课程设计吸取经验教训，一定会做出更好课程设计！

参照文献资料：（《过程装备制造与检测》

②《压力容器设计指引手册》

③《最新压力容器优化设计与制造工艺及无损检测实用手册》

辽宁石油化工大学实习设计本

专业班级：焊接0932

姓名：郭臻学号：

实习名称：无损检测课程设计

实习地点：辽宁石油化工大学

实习时间：11月21日至12月11日

指引教师：郭淑娟闫伟

成绩：

评阅人:

前言

无损检测(Non-DestrucliveTesling,NDT)技术已成为控制产品质量、保证

设备安全运营等方面极为重要技术手段，在当代航空工业生产过程中，越来越多

地规定对核心部件进行更加有效和精确检测，而我本次课程设计课题是中厚板

对接焊缝超声波检测，其重要任务是在掌握焊缝焊接缺陷及其产生因素基本上,

研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中应用，并给出焊

缝检测详细方案。

超声波无损检测是在当代工业生产中应用非常广泛一种无损检测办法，它

对于提高产品质量和兀靠性有着重要意义。随着电子技术发展，国内浮现了某些

数字化超声检测仪器，以脉冲反射式超声探伤仪为代表研制完毕一种良好数字

化检测平台，该系统具备测量，数字显示，工作稳定，性能好等长处。

本文也重要简介了超声波检测技术原理、性能及优缺陷，超声波检测设备与器材

类型等。本文还详细简介了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中应用及评估级

别和注意事项。

文中针对给定中厚板焊缝，通过实验检测该焊缝缺陷，详细简介试块选用，设备

调试，现场探伤中常用问题及解决办法。还简介了现场探伤，缺陷定位和长度测

量详细办法，并通过原则对检测中缺陷进行了级别评估并得出了检测工艺卡。

目录

绪论.....................................................3

1.超声波检测原理及其特点...............................4

1.1设计任务书...................................................4

1.2超声波检测原理..........................................5

1.3超声波检测特点...........................................6

2.超声波检测仪器型号和某些基本设备....................

7

2.1超声波检测仪型号..........................................7

2.1.1UFD-X5超声波探测仪功能简介.......................7

2.2超声波探头................................................8

2.3超声波试块..................................................10

2.4耦合剂......................................................12

3.焊缝选取及常用缺陷类型简介..........................14

3.1焊缝选取.................................................14

3.2常用焊缝缺陷类型简朴简介..................................14

4.超声波检测过程.....................................16

4.1检测前准

备................................................................

..........................16

4.2探头测定与仪器调

节................................................................

..........17错误!未定义书签。

4.3距离-波幅(dB)曲线绘制与应

力.............................................................21

4.4扫查方

式....................................................................

..............................................................23

4.5缺陷测定与评

底................................................................

..................................24

4.6清理现

场................................................................

................................................................27

5.超声波检测工艺卡......................................28

结论....................................................29

参照文献................................................30

绪论

过程设备是各个工业部门不可缺少重要生产设备，用于供电，供热，和储

存各种工业原料及产品，完毕工业生产过程必要各种物理过程和化学反映，因

而它成为石油，化工，电站，核能和军工等工业部门重要生产装备。其制造工艺

以焊接为主，质量规定比较高。焊缝质量直接决定着压力容器使用安全和使用寿

命，因而在制造和使用过程中焊缝检测显得尤为重要，故需要寻找一种高效，

经济，简便可行无损检测技术及缺陷评估办法。无损检测技术重要涉及超声检测,

射线检测，磁粉检测，渗入检测，涡流检测和声发射等检测技术。其中超声波探

伤和射线探伤是检测压力容器焊缝内部缺陷重要手段。超声波探伤以其探伤电离

大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带，检测速度快，检测费用低等优势,

在过程设备制造和检测工作中得到越来越多应用。

如今，某些过程设备检查，检测及缺陷评估仍存在很大问题，其检查、检测规定难以统一，制

造质量难以保证。给设备维护和管理带来很大难度。焊接缺陷类型重要涉及未焊透，未熔合,

裂纹，气孔及夹渣等。这些缺陷如不进行定期检查及有效安全评估而盲目使用势必会导致重

大恶性事故，给公司带来重大经济损失，因而如何实现对焊缝内部缺陷精准定位，定量和定

性分析及缺陷评估，是需迫切解决课题。

在焊缝缺陷检测中，超声检测是当前公认最有效常规无损检测办法之一，与其他常规检测相

比具备明显优势。基于以上因素，本文重点研究焊缝内部缺陷超声波检测办法，从而对焊接

缺陷进行有效安全评估。

1超声波检测原理及其特点

1.1设计任务书

设计目：

为了让咱们充分理解超声波检测办法及原理，以及操作环节和注意事项，并为

咱们后来工作打好良好基本。

设计内容：

详细简介了超声波检测原理及特点，并以中厚板横焊缝为例简介了超声波检测

仪器设备，以及检测过程和缺陷评估等内容，最后还简介了现场探伤，缺陷定

位和长度测量详细办法，并通过原则对检测中缺陷进行了级别评估并得出了检

测工艺卡。

任务与规定：

1.依照规定对中厚板焊缝进行扫查及缺陷评估。