臥式儲罐焊接結構和工藝設計

1、 1 產品介紹在工業(yè)生產中，具有特定工藝功能并能承受一定壓力的設備稱為壓力容器。儲運容器、反應容器、換熱容器和分離容器都是壓力容器。壓力容器用于多種用途。它是在石油化工、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟各部門中發(fā)揮重要作用的裝備。壓力容器總則由筒體、封頭、法蘭、密封件、開承、支座六部分組成。此外，它還配備了安全裝置、儀表和部件，以完成不同生產過程的功能。由于密封、承壓、介質等原因，壓力容器易發(fā)生爆炸、燃燒和火災，危及人員、設備和財產安全，污染環(huán)境。目前，世界各國都將其列為重要的監(jiān)督檢驗產品，并由國家指定的專門機構按照國家規(guī)定的法規(guī)和標準進行監(jiān)督檢驗和技術檢驗。為確保壓力容器的安全使用，需要在制造

2、過程中按照相關標準和規(guī)定對壓力容器的原材料和制造工藝進行嚴格的質量檢驗。因此，投運的壓力容器也需要定期檢查。壓力容器的檢驗內容主要包括：材料化學成分和力學性能的常規(guī)理化檢驗；焊接接頭的各種性能檢查；對壓力容器各部位存在的各種缺陷進行無損檢測；液體對容器進行壓力試驗等。質量檢測在壓力容器的制造過程中起著重要的作用。在一些反應堆壓力容器中，生產周期的一半用于質量檢查。筒體是圓柱形壓力容器的主要承壓元件，構成化學反應或儲存所需的最大空間。缸體總則采用軋制或壓制鋼板組裝焊接而成。當筒體直徑較小時，可用無縫鋼管制作。對于軸向尺寸較大的氣缸，環(huán)焊縫用于對多個氣缸部分進行拼焊。根據(jù)筒體的承載要求和鋼板的厚度

3、，縱焊縫和周向焊縫可采用帶坡口或不帶坡口的對接。對于承受高壓的厚壁容器筒體，除單層厚鋼板外，還可采用層壓纏繞、熱套管、膠帶纏繞或板纏繞等方法制成多層筒體結構。頭部是容器的端蓋。根據(jù)形狀不同，分為球頭、橢圓頭、蝶頭和扁頭等結構形式。2 施工計算本次設計的容器為臥式壓力容器，容積為.結構設計為桶形和橢圓形頭部。2.1 槍管長度的計算假設圓柱的直徑為 D，圓柱的長度為H = 2 D ，使用標準橢圓封頭，則其體積可表示為：可以從中得到。根據(jù)以上尺寸，筒體分為三段，每段長度為2。筒體由兩部分焊接而成。2.2 容器壁厚計算圓柱壁厚的計算公式為：式中：為設計壓力，根據(jù)本次試驗壓力容器設計標準，其值為材料的許

4、用應力本次使用的材料為1Cr1 7，其屈服極限為，其抗拉強度極限為 QUOTE 在公式中，它被選為該材料的許用應力。雙面全熔透對接焊縫或等效雙面焊縫100%無損檢測=1.0局部無損=0.85無無損檢測= 0.70對接焊縫焊接在一側，沿焊縫根部有一個緊密的背板100%無損檢測=0.9局部無損檢測=0.8一側焊接周向對接焊縫（無背板）局部無損檢測=0.7無無損檢測= 0.6該容器選用的焊接方法為雙面全熔透和局部無損檢測，因此焊接系數(shù)選擇為0.85。實際厚度公式為： 對于附加壁厚，其值為： 是板材的厚度偏差，是材料腐蝕余量，這種結構就是微腐蝕。因此，圓柱體的實際厚度為： 2.3 封頭厚度計算橢圓封頭

5、壁厚計算公式為：其中K=1 ;實際厚度為： QUOTE 2.4 標準件的選擇2.4.1 橢圓頭的選擇選擇直徑為公稱直徑的頭部。計算得到的封頭設計直徑為D=1800 。根據(jù)/T 4737-95橢圓頭標準，選擇橢圓頭如下圖所示：頭部結構示意圖（圖1）其參數(shù)如下表所示：直徑Di厚度高度h1高度h2質量米18002 34 5050900表一2.4.2 支架的選擇：水平容器由支架支撐。其中，主要有鞍座軸承、環(huán)軸承和腿軸承三種。根據(jù)座椅的結構和尺寸，除非特殊情況需要設計，總則可以根據(jù)設備的工程直徑選擇標準的支撐形式。常用的鞍座支撐標準是/T4712-92 。對于臥式儲罐，除了考慮容器自重對殼體產生的彎曲應

6、力外，即使選擇了標準鞍座后，還要檢查容器的強度和穩(wěn)定性?？倓t臥式集裝箱最好使用雙支撐。根據(jù)容器公稱通徑DN=1800和鞍座標準 /T 4712-92 ，選擇支架結構如下圖所示：支撐結構示意圖（圖2）其具體數(shù)據(jù)為：鞍座高度250底板總長度L1：1280肋厚8角鋼120背板厚度8底板厚度12背板弧長2100 腹板厚度10螺栓間距11202.4.3 視鏡的選擇：視鏡的標準結構可提供帶或不帶頸部。不帶頸鏡的結構簡單，容易窺視，但制造經(jīng)驗不足，容易造成鏡面焊接后密封面變形。此外，當不適合將鏡子直接焊接在設備上時，也有頸鏡可供選擇。容器配備有頸鏡 (HGJ 502-86)。其結構圖如下：視液鏡結構示意圖（

7、圖3 ）3焊接結構制造工藝3.1來料檢驗施工材料和焊接材料驗收合格后，按企業(yè)標準分別存放在金屬材料庫和焊接材料庫中。金屬材料主要存放在各種鋼材、有色金屬和外購鑄鍛件等，不準露天堆放。不銹鋼板、鋼管和有色金屬材料應分開存放，妥善保管。3.1.1建筑材料預處理鋼材進入車間前的表面預處理是金屬結構制造中最重要的第一道工序。一塊鋼材經(jīng)過預處理后的耐腐蝕壽命比手動或氣動鋼絲刷清洗長5倍以上。鋼材的預處理有兩種方法：機械除銹和化學除銹。本容器采用GYX-3M鋼預處理裝置。采用先進的大型拋丸機械除銹設備，使鋼材在生產和使用過程中不生銹，鋼材經(jīng)保護底漆處理并干燥后不影響加工工藝。和焊接質量。校正是利用材料的塑

8、性變形能力，使工件在力的作用下得到正確形狀的過程。鋼材的校正分為手動、機械和火焰三種校正方法。建造本船選用的鋼板厚度為23mm ，屬于厚板。選擇的矯正方式為機械矯正，矯正機型號為： CDW43S 25x2500 ；具體參數(shù)如下表所示：最大整平厚度最大調平寬度最小找平厚度板材屈服點工作輥距工作輥直徑工作輥數(shù)調平速度主電機功率25250063602502309790CDW43S平板矯直機數(shù)據(jù)表23.2放樣、標記和編號放樣、劃線和編號是決定焊坯形狀和尺寸公差的重要工序，也是焊接施工過程中的主要質量控制點之一。在 金屬 結構 制造 前 根據(jù) 設計 圖紙 在放樣 平臺 上 以1 : 1的 比例 繪制 結

9、構 或 零件 的 圖形 和 平面 展開 尺寸 .標記和標記，使用標記針或削尖的石筆或粉筆線。3.2.1管段下料管截面的劃線是在鋼板上繪制展開圖。管段的膨脹計算比較簡單，即以管段的平均直徑為基準。由于鋼板是通過軋輥的軋制在軋鋼機上軋制的，所以厚度會減小，長度會拉長。因此，下料尺寸應小于計算尺寸。管段膨脹長度計算如下：中間管段展開，槍管截面的平均直徑，管節(jié)徑，板厚，鋼板的伸長率，通常因此，將數(shù)據(jù)放入公式中可以得出： QUOTE 由于單筒截面是由兩個半筒焊接而成，所以從筒截面卸出的單塊鋼板的長度為：其實具體尺寸是長x寬x高：管截面鋼板的下料選用機械剪切。常用的機械剪下料多采用圓板剪和龍門剪，而龍門剪

10、應用最廣，通常只能做直線剪。本次選用的剪板機型號為： Q11-503200 。其具體參數(shù)如下表所示：最大板厚最大板寬片材強度喉深剪切角切割次數(shù)出行次數(shù)飛輪速度刀片長度50320049070054/分鐘8/分鐘82r4080Q11-50 x3200剪板機【表3】3.2.2頭部切割頭部的膨脹比氣缸部分的膨脹更復雜。有些封頭，如橢圓封頭、球形封頭和折疊錐形封頭，是不可膨脹的零件。在它們由坯料制成后，中性層的大小會發(fā)生變化。類似零件的毛坯計算更為復雜。本結構選用的封頭為橢圓形標準封頭，坯料膨脹尺寸計算公式為：式中，封頭沖壓成型的拉伸系數(shù)通常取0.75； QUOTE 由于其大尺寸和圓形，頭部不能與龍門剪

11、板機一起使用。因此，頭部的切割選擇火焰切割。氣割機型號： FG-4000最大切割厚度切割最大直徑切割速度起升速度最大提升距離進給速度擺動速度回轉角100400050至7802800150050至780120045頭部氣割機參數(shù)（表4）3.3成型和彎曲大多數(shù)焊接結構，如鍋爐、壓力容器、船舶、車輛、橋梁和起重機的許多部件，都是在焊接前成型，以滿足產品設計圖紙的要求。成型工藝包括沖壓、軋制、彎曲和旋壓。3.3.1氣缸滾壓成型圓柱形和圓錐形部件由不同厚度的鋼板軋制而成。輥壓成型通常是在三輥或四輥卷板機上進行的，實際上是一種折彎工藝。軋輥可分為熱軋輥和冷軋輥。通常，冷卷可用于厚度小于60mm的鋼板；本次

12、設計的容器筒體鋼板厚度為23mm ，選用冷卷。卷板機型號為： CDW11-（數(shù)控上調型）25x4000 。其具體參數(shù)為：最大線圈寬度最大卷材厚度最小卷筒直徑電機功率方面400025275459x1.6x1.79對稱三輥卷板機參數(shù)表5鋼板在卷板機上軋制時，鋼板兩端總有一條長度為a的直邊不能被軋制，其長度取決于兩個下輥的中心距。為了消除這種殘留的直邊，鋼板卷材應在板邊上進行預彎。通常使用液壓機在特殊模具上進行預彎曲。3.3.2頭部沖壓封頭成型法主要包括沖壓成型法、旋壓成型法和爆炸成型法三種。沖壓成型是借助液壓機或液壓機將毛坯壓制成所需的形狀。成型質量好，生產效率高，適合大批量生產。由于沖壓過程中坯

13、料的塑性變形較大，對于壁厚較大或沖壓深度較大的封頭，為了提高材料的變形能力，保證封頭的成型質量，熱沖壓是總則使用。由于本次選用的封頭壁厚為23mm ，壁厚較大，所以封頭的沖壓成型采用熱沖壓成型。選用的液壓機型號為： 125T液壓機。其具體參數(shù)為：工作計劃垂直速度怠速回程速度辦公桌尺寸使用介質20010801203000 x290020機油液壓機參數(shù)（表6）3.4斜面加工焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設計應遵循以下規(guī)則： 1 保證焊接質量 2 坡口加工簡單 3 焊接工藝簡單 4 節(jié)省焊接材料3.4.1氣缸縱焊縫坡口加工缸體由軋制鋼板制成，由于變形和冷作硬化，其邊緣發(fā)生了變化，不能滿足設計要求，因此

14、應去除該區(qū)域。筒段軋制成型后，按圖紙規(guī)定的筒體公稱直徑測量筒段的實際周長，畫出二次線。切掉余量后，按焊接工藝要求加工坡口。筒體縱縫采用雙面埋弧焊焊接。根據(jù)埋弧焊坡口加工要求，坡口形式為雙面V型坡口，即X型坡口。具體尺寸如下：縱向接縫對接槽（圖4）根據(jù)具體尺寸可選用HP-10系列坡口機。3.4.2圓柱環(huán)焊縫坡口壓力容器本體環(huán)焊縫的坡口形式取決于其壁厚和選用的焊接工藝。對于薄壁容器，殼環(huán)焊縫常采用V形坡口；對于厚壁容器殼體環(huán)焊縫，通常采用 U 形坡口，以減小焊縫的橫截面。本次設計的集裝箱，屬于厚壁型。環(huán)焊縫包括槍管段的對接焊縫和槍管與封頭的對接焊縫，均采用相同的坡口形式。如下所示：環(huán)焊縫坡口示意圖

15、（圖5）這種類型的凹槽可以用半自動切割機加工。生產經(jīng)驗表明，如果坡口的加工尺寸不符合圖紙要求，嚴重超差，勢必導致各種焊接缺陷的形成。4 組裝和焊接在各種焊接結構的生產中，裝配焊接是決定產品最終質量的關鍵工序，是質量保證體系中的重要質量控制點。為此，制造商必須為每個部件準備一張裝配工藝卡和每個接頭的焊接工藝規(guī)范。4.1 零件焊接圓柱形壓力容器結構復雜，部件多。為滿足設計要求，必須采用合理的元件焊接順序和裝配順序。根據(jù)具體要求，本設計的焊接順序為：先焊接單個氣缸段，其次是氣缸段之間的對接，然后是氣缸與缸蓋的連接，最后是氣缸體的焊接。接收、支持和其他相關組件。4.1.1筒段的組裝與焊接筒體截面縱縫的

16、焊接工藝方法應根據(jù)壁厚和材料本身的性能來選擇。壁厚小于50mm的管段縱縫通常采用單絲或多絲埋弧焊。本次焊接材料為1Cr17，屬于鐵素體不銹鋼。它的具體組成部分是：C硅錳小號磷鉻你 0.12 0.75 1.00 0.03 0.03516至180.61Cr17化學成分【表7】管截面鋼板的壁厚為23mm ，是一種比較厚的板材。為保證焊接質量，提高焊接效率，管段縱焊縫的焊接方法選用埋弧焊。埋弧焊具有以下優(yōu)點：1焊接效率高2焊縫質量優(yōu)良；3 、接頭槽的制備簡單；4改善焊接環(huán)境；焊接材料和參數(shù)的選擇影響埋弧焊焊接質量的主要參數(shù)有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電流類型及其極性。根據(jù)板厚和坡口形式，埋弧焊的

17、焊接工藝參數(shù)為：焊接電流680A ，電弧電壓39V，焊接速度25m/h，電流類型為直流，極性為直流反接；起弧板和起弧板需要在末端添加，以獲得相同質量的焊縫。根據(jù)母材的成分和焊縫的強度，埋弧焊選用的焊絲牌號為：H1Cr17焊劑牌號： HJ260焊絲直徑為5mm 。焊機選用MZ-1000型埋弧焊機。它是根據(jù)弧壓響應調節(jié)原理設計的變速送絲焊機。在輪胎或滾輪架等輔助設備的幫助下，角焊縫和搭接焊縫也可用于焊接圓柱形和外部焊縫。焊件的組裝不僅要求部件的尺寸和配合度滿足設計圖紙的要求，而且要保證接頭的組裝和定位焊的質量滿足工藝規(guī)程的要求。對于筒段的焊接，可將卷板放在滾輪架上，配合其他夾具，保證結構的精度。4

18、.2氣缸環(huán)焊縫的焊接環(huán)焊縫包括缸段的對接和缸體與缸蓋的焊接。由于槍管和封頭的壁厚相同，因此可以采用相同的焊接工藝進行焊接。對于薄壁容器的周向焊縫，可采用電極弧焊、氣體保護金屬弧焊、鎢極氬弧焊機等離子弧焊等。壁厚大于20mm的筒體周向焊縫通常采用埋弧焊，可達到較高的焊接效率。厚壁容器環(huán)縫的焊接基本采用單絲或雙絲埋弧焊。根據(jù)筒體材料1Cr17 ，壁厚23mm ，焊縫坡口如圖5所示。坡口型為單邊U型坡口，正面采用埋弧焊，反面采用手工電弧焊。MZ-1000型縱縫式埋弧焊機，埋弧焊絲型號為H1Cr17，焊劑等級為HJ260，焊絲直徑為4mm ；手工電弧焊電極型號為E 347-15，牌號為A137 ；焊接

19、參數(shù)選擇如下：焊接電流500A ，電弧電壓34V ，焊接速度40m/h ，焊接電源為直流，采用直流反接。4.3容器外殼接受的焊接由于化工工藝流程或工作介質循環(huán)的需要，在壓力容器的殼體上，總是需要設置各種接收直徑。本次設計的臥式儲罐上的配件主要有：人孔及法蘭、進口、出口、視鏡、液位計等。這些接收焊縫的質量往往是決定操作特性和服務的重要因素之一船舶的壽命。因此，必須注意接收焊接及相關工序的處理。收焊工藝方案有兩種：第一種是各管段焊接完成無損檢測合格后，或假設干管段連接好無損檢測合格后，進行劃線，鉆孔，切割孔，然后焊接和接收。 ;二是集裝箱外殼總裝焊接及無損檢測合格后，再將整體劃線、鉆孔、切孔組裝焊

20、接接收。接收裝配方案的選擇取決于接收的數(shù)量、規(guī)格和布置，以及殼體本身的總長度和重量；它還取決于集裝箱生產單元的廠房設施、工藝設備和加工能力。為了通過焊接接收它，氣缸或氣缸蓋必須根據(jù)圖紙上標出的位置和尺寸標出線和孔?？卓刹捎勉@孔、鉸孔、氣割、鏜孔等方法加工。通常可鉆擴徑小于100mm的管孔；而直徑大于100mm的可以手動或自動切割；接受焊縫的接頭和凹槽的形式取決于容器的運行參數(shù)。這種容器只有在中壓容器內容的情況下才采用部分穿透的凹槽形式。根據(jù)上述原理，在筒體上承接時，只承接直徑大于100mm的人孔和法蘭，公稱直徑為500mm ，承接壁厚為15mm ；其他接收直徑均小于100mm ；對此，大口徑人

21、孔應采用馬鞍形管材自動切割機。根據(jù)材料和壁厚，凹槽形式如下圖所示：人孔接收槽示意圖（圖6）由于接料直徑大，采用埋弧焊，提高生產效率，保證焊接質量；對于其他接受直徑小于100mm的，由于其直徑較小，可采用局部熔透焊。焊接方式也應選擇手工電弧焊，以適應小圈焊接。4. 4支架總成焊接本班臥式設備采用鞍座支撐。在底板上做一條線，焊接腹板和縱肋，并保證各部分在拼焊時與底板垂直。然后，將彎曲的托盤與腹板和縱向豎肋焊接，最后將支撐組件焊接在氣缸的預先標記的支撐位置線上。5焊后熱處理1Cr17是一種典型的普通純高鉻鐵素體不銹鋼。其焊接特點是在焊接過程中，可能會降低焊接接頭的塑性和韌性，即會發(fā)生脆化。如果停留時

22、間超過950度，就會產生熱量。受影響區(qū)的晶粒迅速長大，導致焊接接頭的塑性和韌性下降。當關節(jié)的剛度足夠大時，在室溫下可能會發(fā)生脆化。因此，有必要控制高溫停留時間來選擇焊接參數(shù)。焊接過程中應采取以下措施：預熱約100至200 C 。焊后熱處理750 800退火處理。使用小的熱輸入。6焊件質量檢驗6.1焊接接頭的無損檢測焊接接頭無損檢測的作用是發(fā)現(xiàn)各種肉眼無法發(fā)現(xiàn)的缺陷。例如：焊縫表面的微裂紋、夾渣、各種局部缺陷等。焊接接頭的無損檢測方法包括磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷、超聲波探傷和射線探傷。X射線檢測是一種波長短、能量高、穿透能力強的電磁波。通過薄膜觀察缺陷的位置、形狀、大小和分布?？梢园l(fā)現(xiàn)的缺陷有：氣孔、夾雜物、未完全熔透、未完全熔合。等待。超聲波探傷使用通過有缺陷的金屬具有不同滲透性的聲波。根據(jù)信號指示，可以確定缺陷的位置、大小和分布；可以發(fā)現(xiàn)任何部位的氣孔、夾雜物、裂紋等缺陷。6.2密度測試對于儲存液體或氣體的焊接容器，通過致密性實驗可以發(fā)現(xiàn)焊縫的非致