西南石油大學(xué)-材料成型及控制工程-課程設(shè)計(jì)-空氣儲罐設(shè)計(jì)說明書

1、目錄1 課程設(shè)計(jì)目的、任務(wù)及要求31.1課程設(shè)計(jì)目的31.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)31.3課程設(shè)計(jì)的基本要求 32 焊接結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)32.1基本工作原理32.2設(shè)計(jì)參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要求42.3容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.5產(chǎn)品制造工藝流程83焊接工藝設(shè)計(jì)93.1材料焊接性分析93.2焊接方法的選擇93.3焊接工藝規(guī)程 103.4焊接檢驗(yàn)124課程設(shè)計(jì)心得體會 12參考文獻(xiàn) 131 課程設(shè)計(jì)目的、任務(wù)及要求1.1課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是焊接課程教學(xué)的最后一個環(huán)節(jié)，是對學(xué)生進(jìn)行全面系統(tǒng)的訓(xùn)練，可以讓學(xué)生將學(xué)過的零碎知識系統(tǒng)化，真正地把學(xué)過的知識落到實(shí)處，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。另外，課程設(shè)計(jì)是在完成焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)理論教學(xué)

2、課程后，進(jìn)行的綜合運(yùn)用所學(xué)基本知識和技能的一個非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生解決焊接生產(chǎn)實(shí)際問題的能力，檢驗(yàn)學(xué)生對所學(xué)基本知識的綜合運(yùn)用能力；使學(xué)生進(jìn)一步了解典型焊接結(jié)構(gòu)（壓力容器）的基本知識及相關(guān)焊接工藝，掌握焊接結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)、焊接工藝規(guī)程、焊接工藝卡的編制要領(lǐng)；最終使學(xué)生具有根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際獨(dú)立制定焊接結(jié)構(gòu)焊接工藝的能力。1.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)了解焊接結(jié)構(gòu)（壓力容器）、工況環(huán)境、制造過程的特點(diǎn)，掌握焊接結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)、焊接工藝規(guī)程、焊接工藝卡的編制要領(lǐng)。最終根據(jù)實(shí)際需要獨(dú)立研究設(shè)計(jì)相應(yīng)的焊接結(jié)構(gòu)，制定相關(guān)的焊接工藝。1.3課程設(shè)計(jì)的基本要求熟悉焊接結(jié)構(gòu)（壓力容器）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解

3、焊接結(jié)構(gòu)（壓力容器）各部分的運(yùn)行狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及影響制造工藝的因素并能按實(shí)際情況具體制定相應(yīng)的工藝流程卡和工藝卡。2 焊接結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)2.1基本工作原理2.1.1壓縮空氣性質(zhì)：主要成分： 氮?dú)狻⒀鯕獾取?外觀與性狀：無色無味 沸點(diǎn)()：192（101.3KPa） 相對密度(水=1)： 0.9危險特性：高壓常溫儲存，高溫劇烈震動易爆。特點(diǎn)：清晰透明，輸送方便，沒有特殊的有害性能，沒有起火危險，不怕超負(fù)荷，能在許多不利環(huán)境下工作，空氣在地面上到處都有，取之不盡。來源：大氣中的空氣常壓為0.1Mpa，經(jīng)過空氣壓縮機(jī)加壓后達(dá)到理想的壓力。用途：壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的

4、工藝氣源，其應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門。2.1.2空氣儲罐工作原理空氣儲罐廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)、鍋爐、熱水器、變頻、恒壓供水設(shè)備中，起緩沖系統(tǒng)壓力波動，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)用氣，降低氣流脈動的作用，從而減小系統(tǒng)壓力波動，使壓縮空氣平穩(wěn)地通過壓縮空氣凈化系統(tǒng)，以便充分除去油水雜質(zhì)，減輕后續(xù)氧氮分離裝置的負(fù)荷。在系統(tǒng)內(nèi)水壓輕微變化時，能保證系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定，水泵不會因壓力的改變而頻繁開啟。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)題目0.5m³空氣球罐的設(shè)計(jì)介質(zhì)空氣設(shè)計(jì)壓力0.5Mpa使用溫度0-100幾何容積（m³

5、;）0.5 1）設(shè)計(jì)要求：根據(jù)給定的條件（如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度等）來選定容器的幾何尺寸，即確定筒體的內(nèi)徑、長度、封頭類型等，然后確定有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如容器材料、許用應(yīng)力、壁厚附加量、焊縫系數(shù)等；2）計(jì)算封頭和筒體壁厚、進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、焊接接頭設(shè)計(jì) 、附件設(shè)計(jì)等。2.3容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1主要部件材料選取根據(jù)GB150-19981表4-1，選用筒體及封頭材料為Q235-A（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB3274），其許用應(yīng)力，鞍座選用材料為Q235-B（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB3274），其許用應(yīng)力 ，接管采用材料為20（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654），。表2.12.3.2圓筒厚度的設(shè)計(jì)根據(jù)容器體積，粗定公稱直徑為650mm。

6、由于該容器儲存介質(zhì)易燃，所以該容器的焊縫都要采用全焊透結(jié)構(gòu)，需要對該儲罐進(jìn)行100%探傷，所以取焊縫系數(shù)為2。假設(shè)圓筒的厚度在4.516mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：100下的許用應(yīng)力為，利用中徑公式： （2-1）1當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)，故取。對于有空氣介質(zhì)，腐蝕裕度應(yīng)不小于2，。則筒體的實(shí)際厚度，對于內(nèi)徑大于500mm的容器，其最小壁厚，因此. （2-2） 22.3.3封頭厚度計(jì)算根據(jù)查壓力容器常用結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算手冊，選取公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)公式可得封頭計(jì)算壁厚： （2-3）3同上，取，則封頭的實(shí)際厚

7、度為：2.3.4封頭和筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)查壓力容器常用結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算手冊表3-1得公稱直徑DN=650m的橢圓形封頭各尺寸參數(shù)：表2.2 封頭尺寸表公稱直徑DN 曲面高度直邊高度內(nèi)表面積容積質(zhì)量650mm162mm25mm0.5070.0442m³24.5Kg圖2.1 橢圓形封頭由容器容積、公稱直徑，根據(jù)公式計(jì)算筒體長度：, （2-4）3即,計(jì)算得=1240mm2.3.5強(qiáng)度校核圓筒筒壁按下式進(jìn)行應(yīng)力校核： MPa （2-5）3封頭許用壓力校核： （2-6）32.3.6接管、法蘭、鞍座在該空氣儲罐上設(shè)計(jì)了進(jìn)氣口、排氣口、溫度計(jì)口以及壓力表口，其大致方位如下圖所示：圖2.2 各管口方位根

8、據(jù)HG/T 20609-20094選擇各管口法蘭尺寸如下表：表2.3 各管口法蘭尺寸表名稱公稱直徑DN(PL)法蘭內(nèi)徑B法蘭外徑D法蘭厚度C進(jìn)氣口5059B16519出氣口5059B16519溫度計(jì)口2026B10516壓力表口2026B105162.4產(chǎn)品工裝工作圖（見附件）2.5產(chǎn)品制造工藝流程壓力容器車間生產(chǎn)包括備料、成型、坡口成型、裝配、焊接、焊縫檢測、熱處理、壓力試驗(yàn)、表面處理、油漆及包裝等一系列工序，以下流程圖直觀簡要描述了產(chǎn)品車間制造工藝流程：裝 配 端 蓋鉆 床 加 工包 裝 入 庫最 終 檢 驗(yàn)噴 油 漆液 壓 試 驗(yàn)車 床 加 工磷 化氣割焊接車床加工開孔劃線坡口加工清 洗

9、鉆床加工車床加工換 熱 管圖 樣 設(shè) 計(jì)申 購 材 料入 庫領(lǐng) 材 料下 料亮 體管 板接 頭端 蓋進(jìn)料檢驗(yàn)脹 管氣 密 性 試 驗(yàn)磷 化焊 接 組 裝注：“”為特殊工序3焊接工藝設(shè)計(jì)3.1材料焊接性分析鋼材的焊接性通常以下列特性指標(biāo)加以評定：焊接熱影響區(qū)的最高硬度（脆硬性）、冷裂紋敏感指數(shù)（與焊縫金屬中的氫含量相關(guān)）、熱裂紋敏感指數(shù)（焊縫中S、P等雜質(zhì)和C、Si、Ni）、再熱裂紋敏感指性以及接頭各區(qū)的力學(xué)性能，特別是韌性的降低程度等。3.1.1低碳鋼焊接特點(diǎn)低碳鋼含碳量低，錳、硅含量少，在通常情況下不會因焊接而引起嚴(yán)重組織硬化或出現(xiàn)淬火組織。這種鋼的塑性和沖擊韌性優(yōu)良，其焊接接頭的塑性、韌性

10、也極其良好。焊接時一般不需預(yù)熱和后熱，不需采取特殊的工藝措施，即可獲得質(zhì)量滿意的焊接接頭，故低碳鋼鋼具有優(yōu)良的焊接性能，是所有鋼材中焊接性能最好的鋼種。3.1.2低碳鋼焊接要點(diǎn)1）埋弧焊時若焊接線能量過大，會使熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶粒過于粗大，甚至?xí)a(chǎn)生魏氏組織，從而使該區(qū)的沖擊韌性和彎曲性能降低，導(dǎo)致沖擊韌性和彎曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板時，應(yīng)嚴(yán)格按經(jīng)焊接工藝評定合格的焊接線能量施焊。2）在現(xiàn)場低溫條件下焊接、焊接厚度或剛性較大的焊縫時，由于焊接接頭冷卻速度較快，冷裂紋的傾向增大。為避免焊接裂紋，應(yīng)采取焊前預(yù)熱等措施。3.2焊接方法的選擇本次設(shè)計(jì)的空氣儲罐壓力、尺寸小，筒體

11、采用一整塊鋼板卷制成型，有一條縱焊縫；兩頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與筒體直邊對接，兩條環(huán)焊縫；容器總體共設(shè)計(jì)四個管接口，四條管板角焊縫。綜合所學(xué)知識，擬采用焊條電弧焊以及埋弧焊兩種焊接方法，下面簡述兩種焊接方法工藝特點(diǎn)：3.2.1焊條電弧焊工藝特點(diǎn)1）焊接設(shè)備簡單，工藝靈活；2）對工作場地?zé)o特殊要求；3）可在任何位置焊接；4）對各種鋼材的工藝適應(yīng)性強(qiáng)，可焊接幾乎所有的壓力容器用鋼，包括碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼；5）焊縫金屬的力學(xué)性能優(yōu)良，低溫沖擊韌度相當(dāng)高；但也有很大不足，其生產(chǎn)效率低，對焊工操作技術(shù)要求高，焊接勞動條件差，焊接環(huán)境有毒煙塵大。3.2.2埋弧焊工藝特點(diǎn)埋弧焊是壓力容器制造中最常

12、用的優(yōu)良高校焊接方法：1）焊劑對電弧和焊接區(qū)起保護(hù)作用；2）焊接成本低且焊接生產(chǎn)率高；3）焊接金屬的品質(zhì)良好、穩(wěn)定；4）焊接外觀非常美觀；5）操作環(huán)境好。埋弧焊存在的問題：1）設(shè)備費(fèi)用高；2）對坡口精度要求高；3）焊接姿勢受到限制；4）適用于碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼等材料的焊接，有色金屬焊接困難；5）焊縫金屬的沖擊韌性普遍不好；6）主要用于自動焊、長縫焊、中等以上厚度板的焊接。綜上分析，殼體與接管的連接采用焊條電弧焊焊接，筒體縱縫、封頭與筒體連接采用埋弧焊焊接。3.3焊接工藝規(guī)程對焊條電弧焊，焊接電流與焊條直徑大致存在下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：I=(3050)d （3-1）5I -焊接電流d-焊條直徑堿性

13、焊條，電弧電壓一般可取20-22V；對酸性焊條，電弧電壓可取25-28V對于低碳鋼，焊件壁厚較小時，可不必預(yù)熱。具體的焊接工藝規(guī)程如下表所示：焊 接 工 藝 規(guī) 程 5Welding Procedure Specification日 期：產(chǎn)品零部件名稱： 空氣罐筒體縱縫 焊接方法： 埋弧焊 接頭型式接頭坡口形式：v 焊接層次：單面焊一層雙面成型 母材1）材質(zhì)： Q235-A 3）壁厚范圍： 6mm 4）管徑范圍： 填充金屬6焊絲牌號H08A焊絲直徑4.0mm焊劑牌號HJ431焊前準(zhǔn)備1） 坡口加工要求： 火焰切割或刨邊2） 坡口及兩側(cè)清理：砂輪打磨坡口兩側(cè)母材各20mm范圍內(nèi)3） 焊材烘干要求

14、：焊劑烘干溫度250 300/2h4） 焊接襯墊材料牌號及規(guī)格：焊劑墊 預(yù)熱1）最小預(yù)熱溫度： 2）最大層間溫度： 焊接位置1） 對接焊縫位置： 平焊 2） 角焊縫位置： 3）焊接方向： 氣體保護(hù)保護(hù)方式氣體類型氣體成份氣體流速噴嘴電特性1）電流類型和極性： 直流反接 2）最大線能量： 拖罩背面焊接電參數(shù)1） 焊接電流：650700A 3）焊絲伸出長度：5080cm2） 焊接速度：67cm/min 4）電弧電壓：2832V焊后熱處理溫度范圍： 處理時間： 焊后檢查 1） 目視檢查： 2） 射線探傷： 抽查率： 100% 3） 超聲波探傷： 抽查率： 4） 磁粉探傷： 5） 滲透探傷：

15、 3.4焊接檢驗(yàn)焊接是壓力容器生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，而焊縫是壓力容器中的薄弱區(qū)域，多種焊接缺陷、組織變化、焊接應(yīng)力和應(yīng)力集中常源于此。因此，焊縫質(zhì)量的好壞直接影響壓力容器的安全運(yùn)行。為此對壓力容器焊縫的表面質(zhì)量有如下要求：1) 焊縫外尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和圖樣要求，焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡，焊縫高度不應(yīng)低于母材表面；2) 焊縫與熱影響區(qū)表面不應(yīng)有裂紋、氣孔、弧坑和肉眼可見的夾渣等缺陷。3) 焊縫局部咬邊深度不得大于0.5mm，低溫壓力容器焊縫不應(yīng)有咬邊，對于任何咬邊都應(yīng)進(jìn)行修磨或補(bǔ)磨光，并作表面探傷，經(jīng)修磨部位的厚度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的厚度。焊縫的檢驗(yàn)根據(jù)焊縫位置、接頭形式、管子的直徑等因數(shù)采用不同的方法，射線檢測缺陷等級評定按照J(rèn)B4730-94標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；鋼制壓力容器對接焊接接頭超聲檢測按照1152-81鍋爐和鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷的規(guī)定進(jìn)行。4課程設(shè)計(jì)心得體會課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生綜合能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次對儲罐的課程設(shè)計(jì)可以說是對以前所學(xué)知識的鞏固，更是工作的前奏。對于本次課程設(shè)計(jì)，雖然這次課程設(shè)計(jì)量比較大，但是老師的安排是非常有意義的，對我們來說也是大學(xué)學(xué)習(xí)生涯必須完成的任務(wù)。在設(shè)計(jì)開始時，老師進(jìn)行了的詳細(xì)講解，我才有了自己的設(shè)計(jì)思路。在完成任務(wù)的過程中遇