中壓容器焊接設計方案

- 1 - 中壓容器焊接設計方案 第一章 中壓容器結構設計 器 將容器視為筒體，取 L/ 由 V=（ /4） 得： 500，所以 整得： 500器壁厚 工作壓力 p=縫系數(shù) =1（全焊透， 100無損探傷） 鋼板負偏差 蝕裕量 所以厚度附加量 C=2=文獻【 1】 191 頁表 4得： 1 s =345b =540s /30b /3=180以， 1許用應力 t =180公式 = p t5500/（ 2 180 =以 n= +C=整得： n=52取封頭的壁厚與筒體壁厚一致，即封頭的壁厚 n=52 制壓力容器用封頭查 得封頭的參數(shù)如下： H=1099， h=276頭的結構如圖 1示 圖 1器筒體長度 - 2 - 由公式 V= 2 /4）（ n） H+2： H=4（ 500（ =整得： H=20m 第二章 中壓容器附件的設計 選擇回轉蓋不銹鋼人孔 容器 V=500m，工作壓力 p=據(jù) 轉蓋不銹鋼人孔選擇突面（ 公稱壓力 稱直徑 00人孔。其結構如圖 2示，明細表如圖 2示，參數(shù)如表 2示 圖 2 圖 2封面形式 公稱壓力（ 公稱直徑（ 尺寸（ s D B L b 1 H2 d - 3 - 突面（ 00 62010 845 770 460 250 350 51 62 290 142 30 螺栓 /螺柱 螺母數(shù)量 直徑長度 數(shù)量 40 3 210 20 表 2用的補強圈結構如圖 2示，參數(shù)如表 2示 圖 2管公稱直徑 外徑 2D (內徑 1D (厚度 00 980 624 10 表 2鏡的設計 根據(jù) 1619鏡標準圖選擇視鏡 g g 150 標準圖號： 結構如圖 2示，材料如表 2示，選擇不銹鋼型，參數(shù)如表 2示。 - 4 - 圖 2號 名稱 數(shù)量 材料 件號 名稱 數(shù)量 材料 1 視鏡玻璃 1 硼硅玻璃(1 壓緊環(huán) 1 襯 墊 2 石棉橡膠板 2 雙頭螺柱 8 接 緣 1 1 螺母 16 2N 視鏡玻璃 S D D1 b1 雙頭螺柱 數(shù)量 直徑 150 159 50 215 40 30 110 12 2液口、出液口、液面計的設計 采用 108縫鋼管，接管與 筒體 內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭： 法蘭 0蘭的結構如圖 2示，參數(shù)如表 2示 - 5 - 圖 2 2器支座的設計 設計容器為臥式，選用鞍式支座。根據(jù) 712鞍式支座選擇 000 120包角輕型帶墊板鞍式支座，其結構 如圖 2示，參數(shù)如表 2示。 圖 2管名稱 公稱直徑連 接 尺 寸 法蘭厚度C 法蘭內徑B 坡口寬度 b D K L n 液口、出液口、液面計 100 109 285 240 22 8 2 110 6 - 6 - 公稱直徑 板 腹板 筋板 l1 1 2 l3 b2 3 4000 2940 380 14 12 467 335 425 12 鞍座高度 h 墊板 螺栓連接尺寸 弧長 4 e 間距 孔 d 螺紋 M 孔長 l 250 4640 600 10 80 2660 28 0 表 2三章 中壓容器焊接生產的備料工藝 材的預處理 鋼材的預處理是對鋼板、型鋼、管子等材料在畫線下料之前進行矯正及清理、表面防護等表面處理工作的總稱。預處理的目的是為后序加工做好準備。 材的矯正 矯正是使材料在加工之前保持一種力學性能良好、有利于零件 加工的平直狀態(tài)。鋼材的矯正是鋼材進行加工并保證加工質量的前提和基礎。鋼材的矯正方法分為手工矯正、機械矯正、火焰矯正和高頻熱點矯正四種。本容器結構所選用的鋼材厚度是 52于厚板，所以選用機械矯正的方法矯正。 材的表面清理 鋼材的表面清理，就是清除鋼材和零件表面上的銹、油污和氧化物等的一道工序。為防止零件加工過程中再一次被污染，有些零件在表面清理后還要噴保護底漆。常用的表面清理方法有機械除銹法、化學除銹法和火焰除銹法。本容器選用機械除銹法進行清理。 線、放樣與下料 線 畫線是根據(jù)設計圖紙上圖形和尺寸，準確的按 1:1 的比例在待下料的零件表面上畫出加工界限的過程。畫線的作用是確定零件各加工表面的加工位置和余量，使零件加工時有明確的標志；還可以檢查零件毛坯是否正確；對于有些誤差不大，但仍屬不合格的毛坯，可以通過借料得到挽救。畫線的精度一般要求在 圍內。 樣 放樣又叫落樣或放大樣。它是根據(jù)工作圖的要求，用 1:1 的比例，按正投影原理，把構件畫在樣臺或平板上，畫出圖樣。此圖叫做實樣圖，又叫放樣圖。畫放樣圖的過程叫做放樣。對于 不同行業(yè)，如機械、鍋爐、船舶、車輛、化工、冶金、飛機制造等，其放樣工藝各具特 - 7 - 色，但就其基本程序而言，卻大體相同。 料 下料就是用各種方法將毛坯或工件從原材料上分離下來的工序。一般把下料分為手工下料和機械下料。常用的下料方法主要有：剪切、氣割、沖裁、鋸割、砂輪切割、克切等。 筒節(jié)下料 筒節(jié)的劃線是在鋼板上劃出展開圖。筒節(jié)的展開計算比較簡單，即以筒節(jié)的平均直徑為基準。由于鋼板在卷板機上彎卷是受輥子的碾壓，厚度會減薄，長度會伸長。因此，下料尺寸應比計算出來的尺寸短一些。筒節(jié)展開長按下式計算 ： L= L 式 中 ： 徑， 通常 L=( （ ） =18以將數(shù)據(jù)帶入公式可得： L=55007252于單個筒節(jié)是由兩個半圓筒焊接而成的，因此筒節(jié)下料單個鋼板的長度為： 8630 取鋼材寬度為 4m，所以其具體尺寸為（長 寬 高） 8630 4000 52筒節(jié)鋼板的下料選擇機械剪切下料。常用的機械剪切下料多采用圓板剪和龍門剪板機，而以龍門剪板機的應用最為廣泛，通常只能做直線剪切。 本次選擇的剪板機的型號為： 50 。其具體參數(shù)見下表： 封頭的下料 封頭的展開較筒節(jié)復雜，有些封頭如橢圓封頭、球形封頭和折邊錐形封頭，屬于不可展開的零件，它們從坯料制成零件后中性層尺寸發(fā)生變化，因此這類零件 的坯料計算較為復雜。 本結構選擇的封頭為橢圓形標準封頭，其毛坯展開尺寸計算公式為： 常取 以，5500+2 276 誤 !未找到引用源。 封頭由于其尺寸較大，且其形狀為圓形，不能使用龍門剪板機。所以對封頭的切割選擇火焰切割。 曲與成形 將 坯料彎成所需形狀的加工方法為彎曲成形，簡稱彎形。彎形根據(jù)坯料溫度可分為冷彎和熱彎；根據(jù)彎形的方法分為手工彎形和機械彎形。在焊接結構制造中， 80%90%的金屬材料需進行彎曲與成形加工，例如：壓力容器、各種石油塔、罐、球形封頭及鍋爐的鍋筒和管子等。 - 8 - 體的卷制成形 圓筒形和圓錐形構件，都是采用不同厚度的鋼板卷制而成。卷制成形通常在三輥筒或四輥筒卷板機上進行的，實際上是一種彎曲工藝。卷筒可以分為熱卷和冷卷。通常對厚度小于60鋼板可采用冷卷；本次設計的容器筒體鋼板厚度為 52此選擇冷卷。 卷 板機型號為： 35000。其具體參數(shù)為： 卷板最大厚度 卷板最大寬度 最小卷筒直徑 上輥直徑 下輥直徑 下輥中心距 卷頭能力 卷板速度 下輥升降速度 主傳動電機動率 下輥升降電機功率 mm m/mm/W 60 5000 2000 700 660 800 44 3 100 125 65 2 頭的沖 壓成形 封頭成型法主要有沖壓成型法、旋壓成型、爆炸成型等三種方法。沖壓成型就是用水壓機或油壓機借助沖模把毛坯沖壓成所需形狀。其成型質量好，生產效率高適用于批量生產。由于沖壓過程毛坯塑性變形較大，對于壁厚較大或沖壓深度較大的封頭，為了提高材料變形能力，保證封頭成型質量，一般都采用熱沖壓成型。由于本次所選用的封頭壁厚為 52厚較大，因此封頭的沖壓成形選用熱沖壓一次沖壓成形。 接接頭的設計 焊接接頭的設計應遵循以下原則： 盡可能減少焊縫數(shù)量 合理安排焊接位置 焊縫應避免過密或交叉 焊縫應盡量避開最 大應力或應力集中處 焊縫應盡量避開加工面 不同厚度工件焊接應注意平滑過渡 應正確選用接頭形式 接頭可設計成熱源對稱形 盡量使焊接端部角度變緩 受彎曲作用的焊縫未焊側不應位于拉應力區(qū) - 9 - 11 焊縫位置應考慮操作可達性 12 改變焊縫、坡口形式，降低接頭應力 13 腐蝕介質中的接頭，應考慮接頭焊縫形式，考慮焊透，考慮熱影響區(qū)范圍 14 接頭焊縫考慮可檢測性 節(jié)縱向接頭的設計 筒節(jié)是由鋼板卷制而成，其邊緣部分由于變形和冷作硬化作用其性能已發(fā)生變化，不能滿足設計要求，應此需將此區(qū)域除去。筒節(jié)卷制成形后，按圖樣規(guī)定的筒體名義直徑 測量筒節(jié)的實際周長，并劃二次線，割去余量后按焊接工藝要求加工坡口。筒體的橫向接頭的焊接采用雙面埋弧焊，根據(jù)埋弧焊坡口加工要求其坡口形式為帶鈍邊雙面 Y 形坡口，即 X 形坡口，采用熱切割方法進行開坡口。具體尺寸如圖 3示： 圖 3節(jié)縱向接頭 體環(huán)焊縫的設計 壓力容器筒身環(huán)焊縫坡口形式，取決于其壁厚及所選用的焊接工藝方法。對于薄壁容器，殼體環(huán)焊縫多采用 V 形坡口；而對于厚壁容器殼體環(huán)焊縫，為了減少焊縫的橫截面，通常采用 U 形坡口。對于此次所設計的容器，屬于厚壁型 ，采用帶鈍邊 坡口 。其環(huán)焊 縫包括筒節(jié) 間 對接焊縫和筒體與封頭的對接焊縫，都采用相同的坡口形式 ，采用碳弧氣刨的方法進行開坡口 。 具體尺寸如圖 3示： - 10 - 圖 3體環(huán)焊縫 孔與筒體之間的焊縫設計 由于存在補強圈，所以人孔接管與筒體的焊縫采用帶鈍邊雙面 J 型坡口，補強圈與人孔接管采用 I 型坡口，補強圈與筒體采用角接接頭。 J 型坡口采用碳弧氣刨的方法進行開坡口，I 型坡口在剪板機上剪切加工。具體尺寸如圖 3示： 圖 3孔與筒體之間的焊縫 液口、出液口、液面計與筒體之間的焊縫設計 采用 帶鈍邊雙面 J 型坡口，采用碳弧氣刨的方法進行開坡口。具體尺寸如圖 3示： - 11 - 圖 3液口、出液口、液面計與筒體之間的焊縫 鏡與人孔之間的焊縫 采用角接的方式焊接。具體尺寸如圖 3示： 圖 3鏡與人孔之間的焊縫 - 12 - 第四章 部件裝配與焊接工藝 在焊接制造中，往往裝配與焊接是交替進行的，因此裝配順序的制定實際上是裝配 以在確定裝配順序時，不能單純孤立地只從裝配工藝的角度去考慮，必須與焊接工藝一起全面分析。對于 500m中壓容 器的設計采用“隨裝隨焊”的順序，即先將零件組裝起來，隨之焊接相應的焊縫，然后再裝配若干個零件，再進行焊接，直至全部零件裝完并焊完，成為符合要求的構件。具體的裝配與焊接順序為： 1) 單個筒節(jié)的裝配與焊接 2) 筒節(jié)與筒節(jié)之間的裝配與焊接 3) 筒節(jié)與封頭之間裝配與焊接 4) 人孔、視鏡、工藝接管和支座的裝配與焊接 質 11于鐵素體不銹鋼，查文獻【 1】 191 頁表 4其化學成分如表 4示： C n P S 4 - 13 - 鐵素體不銹鋼的焊接性較差，其主要是焊接接頭的脆化、焊接裂紋及耐腐性下降。 焊接接頭的脆化 鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化有粗晶脆化、間隙元素引起的脆化、馬氏體脆化、 相脆化及 475脆化等。 焊接裂紋 鐵素體不銹鋼在 800900進行熱處理時，將析出 碳化物。這些碳化物加熱到 900以上而固溶，形成奧氏體，這種奧氏體在冷卻過程中會轉變?yōu)轳R氏體。這種馬氏體，因為喊 C 量 較高，所以，是一種脆硬的組織。另外，在焊接過程中，還會晶粒長大而脆化。高 素體不銹鋼還會發(fā)生碳化物和氧化物析出而脆化，還有 475脆化。這些脆化疊加，使得鐵素體不銹鋼焊接接頭的塑性和韌性大幅度下降，容易產生脆性裂紋。在有氫存在時，還會產生延遲裂紋。由于氫在鐵素體不銹鋼中的擴散速度比在碳鋼中慢，所以，這種延遲裂紋產生會比在碳鋼中慢。 耐腐蝕性 鐵素體不銹鋼焊接接頭有較大的晶間腐蝕傾向，出現(xiàn)晶間腐蝕的部位是在熔合線附近的焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)。鐵素體不銹鋼在高溫下晶粒急劇長大，也能加重晶間腐蝕的敏感性，降低 接頭耐腐蝕性能。因此，應防止焊接接頭過熱。而為防止焊接接頭過熱，在鐵素體不銹鋼焊接時，工藝上宜采用小電流，大焊速，焊條最好不作橫向擺動，盡量用窄喊道焊接。多層焊時要注意控制層間溫度，待前一道焊縫冷卻到預熱溫度時，再焊下一道。 節(jié)的裝配與焊接 件的裝配 焊件的裝配不僅要求組件的尺寸與配合符合設計圖樣的要求，而且要保證接頭的裝配及定位焊縫的質量符合工藝規(guī)范的要求。對于筒節(jié)的焊接，可將卷制好的板材放置在滾輪架上，并與其他夾具相配合以保證結構的精度。 條電弧焊封鈍邊 預 熱溫度： T 100 焊條： 4接工藝參數(shù)： 焊接電流： 100A 層數(shù)： 1 層 向焊縫埋弧焊 預熱溫度： T 180 層間溫度： T=300 - 14 - 焊機： 埋弧焊機，配用龍門式焊接操作機進行焊接 焊絲： 5劑： 接工藝參數(shù)： 直流反接，焊接電流 300400A 電 弧電壓 4852V 焊接速度 4050cm/絲速度 80100cm/一層約為 8，每一側焊 3 層，正面焊完后背面采用碳弧氣刨清焊根后再施焊。底層焊道電壓取最低值，焊接速度取最高值。焊接焊縫時，焊縫的兩端加引弧板和收弧板，焊接完成后用氣割的方法去除引弧板和收弧板。 表面補焊用 4條 后處理 去氫處理： 250 （ 12） h，焊后立即進行 熱處理： 700730 回火 后檢驗 100%超聲波檢驗 體與封頭的裝配和焊接 筒節(jié)的對接裝配，其要求是保證對接環(huán)焊縫和兩節(jié)圓筒的同軸度誤差符合技術要求。對于筒節(jié)和封頭的焊接，可將工件在輥筒架上進行裝配，并與其他夾具相配合以保證結構的精度。 體保護焊 預熱溫度： T 100 焊絲： 接工藝參數(shù)： 焊接電流： 360A 電弧電壓： 34V - 15 - 焊接速度： 30m/h 焊絲伸出長度： 20流極性：直流反接 氣體流量： 20L/層約 7共 2 層。 型坡口的埋弧焊 預熱溫度： T 180 層間溫度： T=300 焊機： 埋弧焊機，配用龍門式焊接操作機進行焊接 焊絲： 5劑： 接工藝參數(shù)： 直流反接，焊接電流 300400A 電弧電壓 4852V 焊接速度 4050cm/絲速度 80100cm/一層約 10共 4 層。底層焊道與補強層焊道電壓取最低值，焊接速度取最高值。 后處理 去氫處理： 250 （ 12） h，焊后立即進行 熱處理： 700730 回火 后檢驗 100%超聲波檢驗 孔的裝配與焊接 孔的裝配 在人孔接管表面和筒體表面畫出人孔接管的中心線作為定位線，來確定 人孔接管的位置，再以定位焊固定進行裝配。 配定位焊 預熱溫度： T 100 焊條： 4位焊層數(shù)： 1 層 - 16 - 面 1) 封底 焊絲： 接工藝參數(shù)： 焊接電流： 360A 電弧電壓： 34V 焊接速度： 30m/h 焊絲伸出長度： 30流極性：直流反接 氣體流 量： 20L/) 環(huán)焊縫 預熱溫度： T 100 焊絲： 接工藝參數(shù)： 焊接電流： 400A 電弧電壓： 40V 焊接速度： 30m/h 焊絲伸出長度： 30流極性：直流反接 氣體流量： 20L/層約 2共 12 層。正面焊完后背面采用碳弧氣刨清焊根后再施焊。 強圈 預熱溫度： T 100 焊條 : 4接電流： 250A 電流極性：直流反接 強圈角接接頭 預熱溫度： T 100 - 17 - 焊條 : 4接電流： 250A 電流極性：直流反接 后處理 去氫處理： 250 （ 12） h，焊后立即進行 熱處理： 700730 回火 后檢驗 100%超聲 波檢驗 藝接管的裝配與焊接 藝接管的裝配 在工藝接管表面和筒體表面畫出工藝接管的中心線作為定位線，來確定工藝接管的位置，再以定位焊固定進行裝配。 配定位焊 預熱溫度： T 100 焊條： 4位焊層數(shù)： 1 層 面 1) 封底 焊絲： 接工藝參數(shù)： 焊接電流： 360A 電弧電壓： 34V 焊接速度： 30m/h 焊絲伸出長度： 30流極性：直流反接 氣體流量： 20L/) 環(huán)焊縫 預熱溫度： T 100 - 18 - 焊絲： 接工藝參數(shù)： 焊接電流： 400A 電弧電壓： 40V 焊接速度： 30m/h 焊絲伸出長度： 30流極性：直流反接 氣體流量： 20L/層約 2共 12 層。正面焊完后背面采用碳弧氣刨清焊根后再施焊。 后處理 1) 去氫處理： 250 （ 12） h，焊后立即進行 2) 熱處理： 700730 回火 后檢測 100%超聲波檢測 鏡的裝配與焊接 鏡的裝配 在視鏡側面和人孔表面畫出視鏡的中心線作為定位線，來確定視鏡的位置，再以定位焊固定進行裝配。 配定位焊 預熱溫度： T 100 焊條： 4位焊層數(shù)： 1 層 條電弧焊 預熱溫度： T 100 焊條 : 4接電流： 250A 電流極性：直流反接 后處理 - 19 - 1) 去氫處理： 250 （ 12） h，焊后立即進行 2) 熱處理： 700730 回火 后檢測 100%超聲波檢測 座組焊 本課設中壓容器采用鞍式支座。在底 板上劃好線，焊上腹板和縱向立肋，組焊時需保證各零件與底板垂直。然后將彎制好的托板與腹板和縱向立肋組焊，最后，將支座組合件焊在筒體預先劃好的支座位置線上。 第五章 焊接變形矯正 焊接結構生產中，總是免不了要出現(xiàn)焊接變形。因此，焊后對殘余變形的矯正是必不可少的一種工藝措施。焊接變形矯正方法分為機械矯正法和火焰矯正法。 （一） 機械矯正法 機械矯正法是利用機械力的作用，使焊件產生與焊接變形相反的塑性變形，并使兩者抵消從而達到消除焊接變形的一種方法。焊接生產中機械矯正法應用廣泛，例如：筒體容器縱向焊縫角變形 常在卷板機上采用反復輾壓進行矯正。 （二） 火焰矯正法 火焰矯正法是利用氧 不均勻加熱的方式引起結構變形，來矯正原有的焊接殘余變形的一種方法。具體操作方法是：將變形構件的伸長部位，加熱到 600800，然后讓其冷卻，使加熱部分冷卻后產生的收縮變形來抵消原有的變形。 - 20 - 第六章 致密性檢驗 儲存液體或氣體的焊接容器，其焊縫的不致密缺陷，如貫穿性的裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等，可用致密性實驗來發(fā)現(xiàn)。致密性實驗法有：水壓試驗、氣壓試驗和煤油試驗。 水壓試驗常被用來檢查管子、油箱、水箱以及各種容器，目的是測定這些容器的水密性的構件在承受一定壓力下的致密性。具體方法： （ 1）用水把容器灌滿，并堵