空气储罐的焊接工艺设计

课程设计阐明书

题目：2空气储罐日勺焊接工艺设计

专业年级：

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目录

绪论.....................................................................

第一章压缩空气的特性....................................................

第二章设计参数的选择....................................................

第三章容器的构造设计....................................................

3.1圆筒厚度的设计....................................................

3.2封头厚度的计算...................................................

3.3筒体和封头日勺构造设计.............................................

3.4接管时设计.......................................................

3.5鞍座选型和构造设计...............................................

第四章强度计算..........................................................

4.1水压试验应力校核..................................................

4.2圆筒轴向弯矩计算.................................................

4.3圆筒轴向应力计算及校核...........................................

生4切向剪应力日勺计算及校核............................................

4.5圆筒周向应力的计算和校核..........................................

第五章制造工艺..........................................................

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

心得体会.................................................................

绪论

课程设计是一种总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修

课程日勺基本知识去处理某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培

养学生独立工作能力向重要作用。

课程设“需耍学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，

进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，通过反复的分析比较,

择优选定最理想的方案和合理H勺设计。因此，课程设计是培养学生独立工作能力的

有益实践。

通过课程设计，学生应当重视如卜几种能力的训练和培养：

1.查阅资料，选用公式和搜集数据日勺能力；

2.树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到

操作时的劳动条件和环境保护的对的设计思想，在这种设计思想的指导下去分析

和处理实际问题的能力；

3.迅速精确的）进行工程计算的能力；

4.用简洁日勺文字，清晰的图表来体现自己设计思想日勺能力

本次设计为压缩空气储罐，在十天的时间中，通过查阅有关数据及对国标的

查找计算出合适的尺寸，设计出立体设名及有关配件，画出装备图零件图以及课

程设计阐明书。

压缩空气储罐日勺设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等构成。

常、低压化工设备通用零部件大均有原则，设计时可直接选用。各项设计参数都对

的参照了行业使用原则或国标，这样让设计有章可循，并考虑到设计规定，合理

地进行设计。

第一章压缩空气的特性

中文名称：压缩空气

重要成分：氮气、氧气等。

外观与性状：无色无味

沸点（℃）:-192℃（101.3千帕）

相对密度（水二1）:0.9

健康危害：无

环境危害：无

燃烧危险：无

危险特性：高压常温储存，高温剧烈震动易爆。

特性总述：

压缩空气，即被外力压缩口勺空气。它具有下列明显日勺特点：清晰透明，输送以

便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工

作，空气在地面上到处均有，取之不尽。

来源：大气中口勺空气常压为0.IMpa,通过空气压缩机加压后到达理想的压力。

作用或用途：

压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源,

其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、

食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。

第二章设计参数的选择

1.设计题目：压缩空气储罐设计

2.最高工作压力：0.909MPa

3.使用温度：0〜ICO

4.工作介质：压缩空气

5.全容积：2

6、设计压力：LC

7、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为1200mm。

8、焊接接头系数：0.8

9、重要元件材料的选择：

根据GB150-1998［l］表4-1,选用筒体、鞍座等材料为Q235-B,其许用应力；

第三章容器的构造设计

3.1圆筒厚度日勺设计

由于该容器储存压缩空气，因此该容器的焊缝都要采用全焊透构造，需要对

该储罐进行局部探伤，因此取焊缝系数为6=0.8

圆筒材料Q235-B,设计压力l.OMpa,查NTT,可得：

计算厚度8=6.3mm

设计厚度=6+C2=6.3+1=7.3mm取整后取为6d=8.0mm

3.2封头厚度H勺计算

从受力和制作角度分析-，球形封头是最理想的构造形式。但其缺陷是深度大、

冲压较困难；而椭圆形封头深度币半径小，易于冲压成型，是目前低压容器口用的

较多的。故采用原则椭圆形封头，各参数与筒体相似。

查原则JB/T4746-2023C4］中表1,得公称直径

选用原则椭圆形封头，根据椭圆形封头计算公式:

6=KPcDi/(2La］t5Pc)

取整后取为6d=8.Cmm

3.3筒体和封头的构造设计

由封头长短轴之比为2,即，得

查原则［4］中表B.1EHA和B.2EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见

表3-1和图3-U

取装料系数为0.9,则

卷+2匕4xl.22+2x0.2545

算得乙=2.250机

表3T封头尺寸表

公称直径DNmm总深度Hmm内表面积Am2容积m3质量Kg

12003251.65520.2545106

3.4接管口勺设计

很据实际状况，开二个孔焊接接管，一种为进料孔，一种为出料

孔，两空参数相似。接管尺寸如下:

Di=50mm,H=60mm,6=8mm

3.5鞍座选型和构造设计

3.5.1鞍座选型

该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座。材料选用Q235-B。

按《鞍式支座原则》JB1167-81

表3-6鞍座尺寸表

公称直径Di鞍座长度L0鞍座高度H鞍座质量m鞍座边角0

1200mm1080mm200mm40kg120°

3.5.2鞍座的安装位置

根据［2］中6.1.1规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A不大于等于。即

图3-3鞍座安装位置

第四章强度计算

4.1水压试验应力校核

试验压力Pt=l.25P—1.25Mpa

圆筒口勺薄膜应力为。t=Pt(Di+3e)/26e=119.67Mpa

0.9<bos=169.2Mpa

即，因此水压试验合格

由于该空气储罐壁厚8nin］，属于薄壁，只需计算轴向和周向应力。

4.2圆筒轴向弯矩计算

圆筒的平均半径为Ra=Di/2+8d/2=604mni

储罐总质量【『筒体质量+封头质量+空气质量+接管质量=594.77kg

支座反力F=mg/2=(594.77X9.81)/2=2971.35N

4.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩

根据⑵中式7-2,得：

11

2-2X(6042-3002)

+2工14

22971.35x16001600：4x300

MT=------------------------------------X

443001600

4|4

1+I+X

331600

11

=2.64X10A5

4.2.2鞍座平面上的轴向弯矩

根据⑵中式7-3,得:

1+4+旦LA1+些+6042・30()2

FA।,L2AL2971.35x300x1+16002x300x1600

1+-4x300

1+

3L3x1600

=1.94x106?/•mm

筒体受剪力图

4.3圆筒轴向应力计算及校核

4.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力

最高点处：

急二嚏A/箫海中一

最低点处:

…W%=10x106x604+1%1。一=47.96M4

23.TIR；32X6.33.14X0.6042X6.3

4.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核

鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算:

a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强(即)时，轴

向应力位于横截面最高点处.

p(R*M?1.0x1()6x6041.94xl06

=48.21M&

2

2讥KK\R：厂2x6.33.14xlx0.604x6.3

取鞍座包角，查表7-1(JB/T4731-2023)得，.则

b).在横截面最低点处的轴向应力

p<R”M?1x106x6041.94xlQ6

=48.21例&

2

28e7iK2R；6e~2x6.33.14xlx0.604x6.3

4.3.3圆筒轴向应力校核

0.0940.094

A==9.8x10A-4

604/6.3

(5-3)

查图4-8[10]得，，则

22

B=-EA=-X1.86X10:,X9.8X10A(-4)=121.58MP«

Hnu.x=辰|」O2|，|o3|，|，lLx=48.21"Pa

[O/]=5=121.5SMPa

满足条件LJbJax

4.4切向剪应力的计算及校核

4.4.1圆筒切向剪应力的计算

根据［2］中式7-9计算,查［2］中表7-2,得:

用=0.880K,=0.401

0.88x2971.35

=6.S7MPa

0.604x0.0063

4.4.2圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力

根据［2］中式7T0,计算得:

KF0.401X2971.35

4=3A3MPa

R(16he~0.6(Mx0.0063

4.4.3切向剪应力的校核

圆筒口勺切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即。封头的

切向剪应力，应满足

而T=6.87"P〃V0.8［QT=0.8X170=136

故圆筒满足强度规定。

根据［2］中式7-12

2

1r1200~

*大十薪=­X2.T-------------

62x300

KpcDt_1x1x1200

=2口=2x6.3=9524MPa

xfl=3.13MPa<1.25上1-=1.25x170-136.36=76A4MPa

故封头满足强度规定

4.5圆筒周向应力的计算和校核

4.5.1在横截面H勺最低点处:

kKF

。5=/其中％=0.1（容器焊在支座上）

%A、

查⑵中表7-3知,

0.1x0.76x2971.35八口”，

贝HII1]%=——7------T---------------=0A2MPa

5(8+6)x140

4.5.2在鞍座边角处

2250_F12K6%

由于〃R"=m=3.73<834d”2施2；3/

由于查［2］中表7-3知,则

4.5.4周向应力校核

|c5|=().12MPa<[GJ=\7OMPa

|o6|=12.8SMPa<1.25[aJ=1.25x170=212.5MPa

故圆筒周向应力强度满足规定。

第五章空气储罐制造工艺

5.121n3空气储罐制造工艺流程

1.钢板切割下料

2.筒节卷制及封头日勺冲压成型

3.筒节纵缝坡口制备

卷制成形后，按图样规定的I筒体名义直径测量筒体实际周长，并划二次线，除去

余量后按焊接工艺口勺规定加工出V形坡口

4.筒节纵缝日勺焊接和热处理

筒节纵缝焊接措施按壁厚选择单丝埋弧焊和焊条电弧焊，

5.环缝坡口H勺制备

6、环缝焊接焊接措施：埋弧焊

7、接管焊接

8、焊后热处理

9、水压试验

10、涂装发运

第六章焊接工艺

6.1.母材的化学成分及力学性能

化学成分

C/%Mn/%Si/%Cr/%Ni/%P/%S/%

Ww

Q235-BW3.00//

0.0450.045

力学性能

6s/MPa6b/MPa65/%Akv

Q235-B2235//225227（-30、（）、30℃：

6.2.低碳钢的焊接性

选用Q235-B碳素钢。

原因：压力容器用碳素钢一般是含S、P杂质少，塑性好，焊接性优秀,

抗冷脆性高，时效倾向小区I镇静钢。供应以便，价格低廉。

6.3.低碳钢的焊接工艺要点

低碳钢焊接一般不需要采用特有日勺工艺措施，但若在寒冷冬季施焊时，焊接

接头冷却速度较快，裂纹倾向增大，尤其焊接厚板角焊缝、厚板多层焊角焊缝或对

接多层焊中第一道及最终一层，开裂倾向就更大。因此为防止裂纹日勺产生可先用如

下措施：

⑴、如需要预热，焊前要预热，同步焊时保持层间温度。

⑵、采用低氢焊接材料。

(3)、厚板单层角焊绛不得过小，表面缺陷口勺补焊应有正常焊缝尺寸，长度不得

过短。

(4)、合适增长定位焊啊截面和长度。定位焊时要加大焊接电流，减少焊速，必

要时还要预热。

(5)、焊接要持续，尽量防止中断，尤其多层焊应尽量持续焊完最终一层。

⑹、焊后合适注意缓冷，一般不需要消除应力回火。

6.4.焊接措施选择及对应坡口形式

一、筒体纵缝与环缝焊接工艺

1、筒体纵缝H勺焊接

（1）焊前准备

1）焊接措施与焊接材料日勺选择

根据筒体采用Q235-B,因此选择埋弧焊和焊条电弧焊。焊接材料分别采用

H08A焊丝和HJ430日勺焊剂、J422即E4303焊条

2）坡口型式

如图所示，开带钝边的V型坡口。留21nm间隙。

3）准备衬垫，为单面焊双面成型做好准备。

4）清理坡口及边缘的杂质，包括油锈水等。

5）采用焊条电弧焊进行定位焊。定位焊采用马板的形式，在坡口内不能出现

定位焊焊缝。

（2）焊接工艺

1）打底层

采用焊条电弧焊背面不加衬垫，采用1422,中3.2时焊条，假如采用连弧法,

焊接电流选择115T25A,假如采用断弧法焊接电流选择105Tl5A.运条措施采用锯

齿形。焊条在坡口两侧多做停留。运条频率为每分钟50-55次为最佳。

2）盖面层

2.采用埋弧焊，可以采用500A的焊接电流，电弧电压35-40V.采用H08A焊丝和

HJ430的焊剂。

3.筒体环缝的焊接

（1）焊前准备

1）将筒体纵缝焊接结束后来，将筒体与封头接缝处开坡口，坡口型式如图所示。

2）采用焊条电弧焊将筒体与封头装配并且定位焊，焊条采用J422,定位焊焊接在

坡口背面。

3）清除坡口附近的杂质，包括油锈水等。

（2）焊接过程

1）打底层

最佳措施是埋弧焊，也可以将筒体放置在转台上，焊缝置于平焊的位置，采

用FAB法，即焊剂石棉衬垫法。尤其注意安装衬垫时，将双面胶带贴在焊缝背面，

在间隙内铺设少许铁粉，在焊接时生成熔渣，对熔

池形成承托日勺作用。焊丝为H08A,焊丝直径为。4,焊剂是

HJ430.铁粉牌号是RR-2。焊接电流为400A,电弧电压为34V.

焊接速度是36m/h。

2）盖面层：

采用埋弧焊，焊接电流与电弧电压都可以增长。焊接电流增长到450A,电弧电压

34-36\7,焊接速度为34.5m/h.电源采用交流。

焊条电弧焊：

重要特点一一操作灵活；待焊接头装配规定低；可焊金属材料广；焊接生产率

低；焊缝质量依赖性强（依赖于焊工的操作技能及现场发挥）。

应用一一广泛用于造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑构造、化工设备等

制造维修行业中。合用于（上述行业中）多种金属材料、多种厚度、多种构造形状

的焊接。

2.埋弧焊（自动焊。:

重要特点一一焊接生产率高；焊缝质量好；焊接成本低；劳动条件好；难以在

空间位置施焊；对焊件装配质量规定高;

3.焊丝

化学成分

C/%Mn/%Si/%Cr/%Ni/%P/%S/%

H08A<0.100.30-0.55<0.03<0.20<0.30《0.03<0.03

力学性能

6b/MPa60.2/MPa65/%Akv(0℃)

H08A410-5502330222227

6.5