課程設計-臥式儲罐工藝設計

臥式儲罐結構簡介液氮低溫儲罐是廣泛應用于空分系統(tǒng)中的產品儲罐，由于其特殊的工作環(huán)境，工作溫度為-196°C，致使其結構及材料的應用必須滿足超低溫的要求，工業(yè)生產中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設備，稱壓力容器。設計溫度為-20C以下的壓力容器被稱為低溫壓力容器，對于低溫壓力容器首先要選用合適的材料，材料在使用溫度下應具有良好的韌性。致使低于-196C時可選用奧氏體不銹鋼。罐體分內罐，外罐兩層，因此內罐材質選用不銹鋼為0Cr18Ni9，外罐材質選用碳鋼為Q235-B。內外罐中間填充絕熱材料，即內筒壁與外筒壁之間用珠光砂填充絕熱。本儲罐結構示意圖見圖1.1。圖1.1臥式儲罐結構示意圖

表1.1設計數據序項目數值1數值2單位號1名稱20m3液氮臥式儲罐2筒體材料內膽：16MnDR外膽：Q-235B3設計壓力0.88MPa4設計溫度內膽：-196外膽：室溫C5公稱直徑2200mm6公稱容積20m37充裝系數0.98工作介質液氮9其他要求100%無損檢測依據表1.1設計參數得出臥式儲罐結構尺寸見表1.2。表1.2臥式儲罐結構尺寸（單位：mm）項目直徑高筒體長筒體壁厚封頭壁厚材質內筒2200152705000880Cr18Ni9外筒23001694171361010Q235-B封頭即是容器的端蓋。根據形狀的不同，分為球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭和平板封頭等結構形式。本儲罐選擇橢圓形封頭，其內膽封頭與外膽封頭尺寸見表1.3。表1.3EHA橢圓形封頭內表面積、容積封頭類別公稱直徑DN/mm曲面高hi/mm直邊高度h/mm總深度H/mm內表面積A/m容積m內封頭2200550405905.52291.5459外封頭2300575406156.02331.7588儲罐還有人孔、支座以及各種接管組成。接管主要設有排污管、安全閥、壓力表、溫度計、進料口和出料口等。根據HG/T21517-2005回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔，查表3-3,選用凹凸面型，其明細尺寸見表1.4。

序號名稱數值序號名稱數值1公稱壓力PN=1.0MPa11D16202公稱直徑DN=50012D6703螺栓尺寸M24X10013H12504螺母數量2014H21035螺栓數量2015A3656總質量147Kg16d247bi2317b288b22818L2509B17519dwXS530x810d02420查JB4712.1-2007《容器支座》，選取輕型，焊制為BI,包角為120°,有墊板的鞍座。設計鞍座結構尺寸如下表1.5。表1.5鞍式支座結構尺寸單位mm序名稱數值1數值2數值3號1墊板弧長26802公稱直徑DN=23003允許載荷Q=410Kg4鞍座高度h=2505底板l1=1660b1=24081=146筋板b2=2407筋板l3=255b3=29083=148墊板e=100b4=50084=109螺栓間距l(xiāng)2=146010螺孔/孔長D/l=24/4011鞍座質量215Kg12腹板82=14接管的材料為0Cr18Ni9,長度根據實際情況選擇，查得接口管口參數見表1.6。表1.6接口管口表符號公稱尺寸（mm）連接尺寸（mm）用途或名稱a5000530x8人孔b20025x3.5壓力表口c20025x3.5溫度計口d40045x4排空口e65076x6安全閥口f65076x6液料進口g65076x6排污口h65076x6液料出口

查HG/T20592-2009《鋼制管法蘭》中表8.2.2-2PN10帶頸對焊焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸見表1.7。表1.7法蘭表管口名稱公稱直徑DN（mm）鋼管外徑少（mm）法蘭外徑D（mm）螺孔中心圓直徑K（mm）螺孔直徑L（mm）螺孔數量〃（個）螺紋Th出料口6576B185145188M16進料口6576B185145188M16排污口6576B185145188M16安全閥口6576B185145188M16排空口4045B150110184M16壓力表口2025B10575144M12溫度計口2025B10575144M12密封墊片選擇非金屬軟墊片系列中的石棉橡膠板。臥式儲罐工藝審查2.1材料焊接性分析本次課程設計的母材為0Cr18Ni9和Q235B,根據國家標準《鋼鐵產品牌號表示方法》(GB/T221-200)查得0Cr18Ni9屬于奧氏體不銹鋼。0Cr18Ni9不銹鋼作為不銹鋼耐熱鋼使用最廣泛，用于食品用設備，一般化工設備，原子能用工業(yè)設備。通俗的講0Cr18Ni9不銹鋼就是304不銹鋼板。而Q235B碳素鋼，含碳量適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好的配合，用途廣泛。常用于制作鋼筋或廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋爐、容器、船舶等，也大量用作對性能要求不高的機械零件。2.1.1內膽材料焊接性的分析1.0Cr18Ni9材質性能分析根據《焊接手冊》第二版《材料的焊接》查得母材化學成分見表2.1。表2.10Cr18Ni9的化學成分化學成分CSiMnSPCrNi含量(％)<0.06<1.00<2.00<0.03<0.03517.0?19.08.0?11.0根據成分可知0Cr18Ni9奧氏體鋼具有良好的耐蝕性、耐熱性；低溫強度和機械性能；沖壓彎曲等熱加工性好；無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性；單相奧氏體組織，無熱處理硬化現(xiàn)象。0Cr18Ni9鋼的力學性能見表2.2。表2.20Cr18Ni9鋼的力學性能抗拉強度ob(MPa)條件屈服強度o02(MPa)斷面收縮率w(%)伸長率8(%)硬度>520>205>60>40<187HBS<90HRC<200HV母材碳當量估測根據化學成分進一步分析0Cr18Ni9是奧氏體不銹鋼，故具有較高的變形能力并不可淬硬，沒有冷裂紋缺陷，所以總的來說焊接性良好。當采用國際焊接學會碳當量估測公式計算時：八5、a(Mn)s(Cr)+b(Mo)+b(V)s(Ni)+b(Cu)C(eq)2(C)+十+5+—15=0.06+0.33+3.8+0.73=4.92但是，為由于碳當量比較大，其焊接性也存在一些問題，如接頭各種形式的腐蝕、焊接熱裂紋、鐵素體含量的控制及a相脆化等。奧氏體不銹鋼的焊接特點焊接接頭的晶間腐蝕奧氏體不銹鋼焊接件容易在焊接接頭處發(fā)生晶間腐蝕，根據貧銘理論，其原因是焊接時焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450?850°C溫度范圍停留一定時間的接頭部位，在晶界處析出高銘碳化物(Cr23C6)，引起晶粒表層含銘量降低，形成貧銘區(qū)，在腐蝕介質的作用下，晶粒表層的貧格區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。這時被腐蝕的焊接接頭表面無明顯變化，受力時則會沿晶界斷裂，幾乎完全失去強度。為防止和減少焊接接頭處的晶間腐蝕，采取的防止措施有：采用低碳或超低碳的焊材，如A002等，或采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條，如A137、A132等；由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+鐵素體的雙相組織(鐵素體一般控制4-12%)；減少焊接熔池過熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度；對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進行焊后穩(wěn)定化退火處理。焊接熱裂紋熱裂紋產生的主要原因是焊縫中的樹枝晶方向性強，有利于S、P等元素的低熔點共晶產物的形成和聚集。另外，此類鋼的導熱系數小(約為低碳鋼的1/3)，線脹系數大(比低碳鋼大50%)，所以焊接應力也大，加劇了熱裂紋的產生。防止措施：選用含碳量低的焊接材料，采用含適量Mo、Si等鐵素體形成元素的焊接材料，使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織，減少偏析；2）盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。（3）應力腐蝕開裂應力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應力作用時所產生的延遲開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴重的失效形式，表現(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞。應力腐蝕開裂采取的防止措施：1）采取合適的焊接工藝，保證焊縫成形良好，不產生任何應力集中或點蝕的缺陷,如咬邊等;采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應力水平；2）合理選擇焊材，焊縫與母材應有良好的匹配，不產生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等；3）消除應力處理:焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等。（4）焊縫金屬的低溫脆化。對于奧氏體不銹鋼焊接接頭，在低溫使用時，焊縫金屬的塑韌性是關鍵問題。此時，焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。一般可以通過選用純奧氏體焊材和調整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫的方法來防止焊縫金屬的低溫催化。（5）焊接接頭的o相脆化。焊件在經受一定時間的高溫加熱后會在焊縫中析出一種脆性的。相，導致整個接頭脆化，塑性和韌性顯著下降。。相的析出溫度范圍650-850°C。在高溫加熱過程中，o相主要由鐵素體轉變而成。加熱時間越長，。相析出越多。防止措施：1）限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15%），采用超合金化焊接材料，即高鎳焊材；2）采用小規(guī)范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時間；3）對已析出的。相在條件允許時進行固溶處理，使。相溶入奧氏體。2.1.2外膽材料焊接性的分析1.Q235B材質性能分析根據《焊接手冊》第二版《材料的焊接》查得母材化學化學成分見表2.3與力學性能見表2.4。表2.3Q235B的化學成分化學成分CMnSiSP百分含量0.12?0.200.30?0.70<0.30<0.045<0.045表2.4Q235B鋼的力學性能牌號拉力強度MPa屈服點MPa伸長率(%)Q235B375?50023526母材碳當量估測采用國際焊接學會碳當量估測公式計算：八5、a(Mn)s(Cr)+b(Mo)+b(V)s(Ni)+b(Cu)C=a(C)+—-——-++(eq)6515=0.2+0.12=0.32Q235B中C()=0.32<0.4，焊接熱影響區(qū)的淬硬及冷裂傾向較小，其焊接性良好，焊前不需預熱。Q235B焊接性特點Q235鋼是一種普通碳素結構鋼，含碳量低，錳、硅含量又少，所以，通常情況下不會因焊接而引起嚴重的硬化組織或淬火組織。這種鋼材的塑形和沖擊韌性良好，焊成的接頭塑形和沖擊韌性和很良好，焊接時，一般不需預熱、層間溫度后后熱，焊后不必采用熱處理改善組織，可以說，整個焊接過程中毋須特殊的工藝措施，其焊接性優(yōu)良。但在少數的情況下，低碳鋼的焊接性也會不好，焊接時出現(xiàn)困難。例如：采用舊冶煉方法生產的轉爐鋼，這種鋼的含氮量高，其他的雜質也較多，從而冷脆性大，時效敏感性大，焊接接頭質量低，表現(xiàn)為焊接性差。對于轉爐鋼要根據其冶煉方法不同而不同評價和不同對待。舊法冶煉的轉爐鋼不能用重要的焊接結構，如果應用于重要結構，則必須進行焊接性鑒定，其中特別注意冷脆敏感性、時效敏感性等的檢測，以保證焊接結構質量，防止破壞性事故發(fā)生。沸騰鋼脫氧不完全而含氧量較高，硫、磷等雜質的分布不均勻，局部區(qū)域硫、磷含量大大超過平均含量，時效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向大。因此一般不宜用承受動載荷和嚴寒下的工作的重要焊接結構。低碳鋼母材成分不合格時，含碳量過高，含硫量過高，焊接時候可能出現(xiàn)裂紋。采用質量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高會導致裂紋。某些焊接方法可能會給低碳鋼的焊接質量帶來麻煩，例如埋弧焊線能量較大，會使焊接熱影響區(qū)的粗晶粒過于粗大，降低焊接接頭的質量。2.2焊材的消耗及耗時根據《焊接手冊》第一版《焊接方法與設備》查得焊條消耗量按照以下公式計算：W=AxpxLx1/qx1.2W焊條的消耗量(g)L焊道長度(cm)p密度(g/cm3)A截面積(cm2)n熔敷效率原設計焊縫消耗質量計算（1）縱向焊縫消耗質量w1：1）內膽縱向焊縫A=8xb=8x2=16mm2；L=4920mm；p=7.9；n=99%W11=AxpxLx1/nx1.2=0.16x7.9x492x1/0.99x1.2=753.80g2）外膽縱向焊縫A=8xb=10x3=30mm2；L=nD=6136mm；p=7.8；n=99%W12=AxpxLx1/nx1.2=0.30x7.8x613.6x1/0.99x1.2=1740.49gW1=W11+W12=753.80+1740.49=2494.29g（2）環(huán)向焊縫消耗質量W2：1）內膽環(huán)向焊縫A=8xb=8x2=16mm2；L=nD=3.14x2200=6908mm；p=7.9；n=99%W21=AxpxLx1/nx1.2=0.16x7.9x690.8x1/0.99x1.2=1058.39g2）外膽環(huán)向焊縫A=8xb=10x3=30mm2；L=nD=3.14x2300=7222mm；p=7.8；n=99%W22=AxpxLx1/qx1.2=0.30x7.8x722.2x1/0.99x1.2=2048.42gW2=3W21+3W22=3175.17+6145.27=9320.44g（3）人孔焊縫消耗質量W3：A內=103.21mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x530=1664.2mm；p=7.9；n=55%W31=A內xpxLx1/r|x1.2=1.2049x7.9x166.42x1/0.55x1.2=2960.56gW32=A外xpxLx1/qx1.2=0.82x7.85x166.42x1/0.55x1.2=2337.26gW3=W31+W32=2960.56+2337.26=5297.82g（4）補強圈焊縫消耗質量W4：A=18mm2；L=nD=3.14x840=2637.6mm；p=7.9；n=55%W4=AxpxLx1/r|x1.2=0.18x7.9x263.76x1/0.55x1.2=818.33g（5）接管焊縫消耗質量W5：1）壓力表口和溫度計口焊縫A內=55.45mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x25=78.5mm；p=7.85；n=55%W內51=A內xpxLx1/qx1.2=0.5545x7.9x7.85x1/0.55x1.2=75.03gW外51=A外xpxLx1/qx1.2=0.82x7.85x7.85x1/0.55x1.2=107.56g2）排空口焊縫A內=55.45mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x45=141.3mm；p=7.85；n=55%W內52=A內xpxLx1/qx1.2=0.5545x7.9x14.13x1/0.55x1.2=135.05gW外52=A外xpxLx1/r|x1.2=0.82x7.85x14.13x1/0.55x1.2=193.61g3）安全閥口、排污口、液料進出口焊縫A內=55.45mm2；A外=82mm2；L=nD=3.14x76=238.64mm；p=7.85；n=55%W內53=A內xpxLx1/r|x1.2=0.5545x7.9x23.864x1/0.55x1.2=228.08gW外53=A外xpxLx1/r|x1.2=0.82x7.85x23.864Q/0.55x1.2=326.98gW=2W+2W+W+W+4W+4W=291408g.5內51外51內52外52內53外53。（6）故所有焊縫消耗量總計為W=W+W+W+W+W=2494.29+9320.44+5736.49+818.33+2914.08=20787.96g總12345°坡口角度增加一度時焊縫消耗質量計算（1）縱向焊縫消耗質量W1：W1=2494.29g（2）環(huán)向焊縫消耗質量W2：W2=9320.44g（3）人孔焊縫消耗質量W3：A內=104.89mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x530=1664.2mm；p=7.9；n=55%W31=A內xpxLxl/qxl.2=1.0489x7.9x166.42x1/0.55x1.2=3008.75gW32=A外xpxLxl/qxl.2=0.848x7.85x166.42x1/0.55x1.2=2360.07gW3=W31+W32=3008.75+2360.07=5368.82g（4）補強圈焊縫消耗質量W4：W4=818.33g（5）接管焊縫消耗質量W5：1）壓力表口和溫度計口焊縫A內=56.23mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x25=78.5mm；p=7.85；n=55%W內51=A內xpxLx1/qx1.2=0.5623x7.9x7.85x1/0.55x1.2=76.09gW外51=A外xpxLx1/qx1.2=0.848x7.85x7.85x1/0.55x1.2=111.32g2）排空口焊縫A內=56.23mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x45=141.3mm；p=7.85；n=55%W內52=A內xpxLx1/qx1.2=0.5623x7.9x14.13x1/0.55x1.2=136.95gW外52=A外xpxLx1/r|x1.2=0.848x7.85x14.13x1/0.55x1.2=200.39g3）安全閥口、排污口、液料進出口焊縫A內=56.23mm2；A外=84.8mm2；L=nD=3.14x76=238.64mm；p=7.85；n=55%W內53=A內xpxLx1/qx1.2=0.5623x7.9x23.864x1/0.55x1.2=231.29gW外53=A外xpxLx1/r|x1.2=0.848x7.85x23.864x1/0.55x1.2=338.42gW=2W+2W+W+W+4W+4W=2991g5內51外51內52外52內53外53。（6）故所有焊縫消耗量總計為W=W+W+W+W+W=2494.29+9320.44+5368.82+818.33+2991=20992.88g總12345°（7）坡口增加一度時焊縫消耗量增加量了204.92g。間隙值增加1mm時焊縫消耗質量計算縱向焊縫消耗質量W1：內膽縱向焊縫A=8xb=8x3=24mm2；L=4920mm；p=7.9；n=99%W11=AxpxLx1/nx1.2=0.24x7.9x492x1/0.99x1.2=1130.71g外膽縱向焊縫A=8xb=10x4=40mm2；L=nD=6136mm；p=7.8；n=99%W12=AxpxLx1/r|x1.2=0.40x7.8x613.6x1/0.99x1.2=2320.52gW1=W11+W12=1130.71+2320.52=3451.23g環(huán)向焊縫消耗質量W2：內膽環(huán)向焊縫A=8xb=8x3=24mm2；L=nD=3.14x2200=6908mm；p=7.9；n=99%W2i=AxpxLx1/r|x1.2=0.24x7.9x690.8x1/0.99x1.2=1587.58g外膽環(huán)向焊縫A=8xb=10x3=40mm2；L=nD=3.14x2300=7222mm；p=7.8；n=99%W22=AxpxLx1/nx1.2=0.40x7.8x722.2x1/0.99x1.2=2731.23gW2=3W21+3W22=4762.74+8193.69=12956.43g人孔焊縫消耗質量W3：A內=120.21mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x530=1664.2mm；p=7.9；n=55%W31=A內xpxLx1/r|x1.2=1.20421x7.9x166.42x1/0.55x1.2=3456.23gW32=A外xpxLx1/r|x1.2=1.09x7.85x166.42x1/0.55x1.2=3106.85gW3=W31+W32=3456.23+3106.85=6563.08g補強圈焊縫消耗質量W4：W4=818.33g接管焊縫消耗質量W5：1)壓力表口和溫度計口焊縫A內=63.45mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x25=78.5mm；p=7.85；n=55%W內51=A內xpxLx1/qx1.2=0.6345x7.9x7.85x1/0.55x1.2=85.85gW外51=A外xpxLx1/qx1.2=1.09x7.85x7.85x1/0.55x1.2=146.55g2）排空口焊縫A內=63.45mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x45=141.3mm；p=7.85；n=55%W內52=A內xpxLxl/qxl.2=0.6345x7.9x14.13x1/0.55x1.2=265.47gW外52=A外xpxLx1/r|x1.2=1.09x7.85x14.13x1/0.55x1.2=263.79g3）安全閥口、排污口、液料進出口焊縫A內=63.45mm2；A外=109mm2；L=nD=3.14x76=238.64mm；p=7.85；n=55%W內53=A內xpxLx1/qx1.2=0.6345x7.9x23.864x1/0.55x1.2=260.98gW外53=A外xpxLx1/r|x1.2=1.09x7.85x23.864Q/0.55x1.2=445.51gW=2W+2W+W+W+4W+4W=382002g.5內51外51內52外52內53外53。（6）故所有焊縫消耗量總計為W=W+W+W+W+W=3451.23+12956.4+6563.08+818.33+3820.02=27609.09g總12345°（7）焊縫間隙增加1mm時焊縫消耗量增加了6821.13g。焊接耗時計算（1）埋弧焊焊縫耗時：內筒4920+3x6908=25644mm，所需時間約為T1=2564.4/56.7=45.23min外筒6136+3x7222=27802mm，所需時間約為T2=2780.2/50=55.60min（2）焊條電弧焊焊縫耗時：1664.2+2637.6+4x78.5+2x141.3+8x238.64=6807.52mm焊條電弧焊所需時間約為T3=680.752/30=22.69min（3）故所有焊縫總耗時為T總二+T]T2+T3=45.23+55.60+22.69=123.52min臥式儲罐焊接工藝設計3.1焊接方法的確定為保證產品的焊接質量,提高生產效率，在有關規(guī)程及標準指導下，結合生產實際，還需考慮到焊接性、厚度、適用性、焊接材料、焊接設備和焊接成本等多方面因素的綜合影響，決定采用手工電弧焊，埋弧自動焊及二者組合焊接。埋弧焊（1）生產效率高這是因為，一方面焊絲導電長度縮短，電流和電流密度提高，因此電弧的溶深和焊絲溶敷效率都大大提高。（一般不開坡口單面一次溶深可達20mm）另一方面由于焊劑和溶渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失，飛濺也少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但總的熱效率仍然大大增加。（2）焊縫質量高熔渣隔絕空氣的保護效果好，焊接參數可以通過自動調節(jié)保持穩(wěn)定，對焊工技術水平要求不高,焊縫成分穩(wěn)定，機械性能比較好。（3）勞動條件好除了減輕手工焊操作的勞動強度外，它沒有弧光輻射，這是埋弧焊的獨特優(yōu)點。手工電弧焊（1）設備簡單，可用成本較低的交流或直流焊接電源。（2）靈活方便，不需要輔助氣體保護可用焊接各種位置、各種厚度和形狀的焊件。（3）應用范圍廣，適用于大多數工業(yè)用的金屬和合金的焊接。（4）焊接質量主要取決于焊工的熟練程度和焊條的質量。3.2焊接材料選擇1.埋弧焊焊絲與焊劑的選擇（1）對于0Cr18Ni9與0Cr18Ni9同種材料的焊接根據GB/T14957-1994焊接用鋼絲規(guī)定，埋弧焊的焊絲選擇牌號為H0Cr21Ni10，焊劑牌號為HJ260。

表3.1H0Cr21Ni10不銹鋼焊絲化學成分化學成分CSiMnPSNiCr百分含量（％）<0.06<0.061.00?2.50<0.30<0.209.00?11.0019.50?22.00表3.2HJ260熔煉型焊劑成分組成成分SiO2CaF2CaOMgOAl2O3MnOFeOSP質量分數（％）29~3420?254~715?1819~242~4<1.0<0.07<0.07（2）對于Q235B與Q235B同種材料的焊接根據GB/T14957—1994焊接用鋼絲規(guī)定，埋弧焊的焊絲選擇牌號為H08A，焊劑牌號為HJ431。表3.3H08A碳素結構鋼焊絲化學成分化學成分CMnSiCrNiSP百分含量（%）<0.100.30?0.55<0.30<0.20<0.30<0.040<0.040表3.4HJ431熔煉型焊劑成分組成成分SiO2CaF2CaOMgOAl2O3MnOFeOSP質量分數（％）40?445?9<65?7.5<434.5?38<1.8<0.10<0.102.手工電弧焊焊條的選擇（1）對于0Cr18Ni9于0Cr18Ni9同種材料的焊接根據GB/T983—1995不銹鋼焊條規(guī)定，手工電弧焊焊條選擇牌號為A107的低氫型不銹鋼焊條。表3.5A107不銹鋼焊條化學成分化學成分CMnSiCrNiMoCu百分含量（％）<0.080.50?2.5<0.9018.0?21.09.0?11.0<0.75<0.75（2）對于Q235B與Q235B同種材料的焊接根據GB/T5117—1995碳鋼焊條規(guī)定，手工電弧焊焊焊條選擇牌號為J422的鈦鈣型碳鋼焊條。表3.6J422碳鋼焊條化學成分化學成分CMnSi百分含量（％）<0.120.30?0.60<0.25（3）對于0Cr18Ni9與Q235B異種材料的焊接根據GB/T983—1995不銹鋼焊條規(guī)定，手工電弧焊焊條選擇牌號為A302的鈦鈣型不銹鋼焊條。表3.7A302不銹鋼焊條化學成分化學成分CMnSiCrNiMoCu百分含量（％）<0.150.50~2.5<0.9022.0~25.012.0~14.0<0.75<0.753.3焊接參數的選擇（1）焊條電弧焊焊接參數選擇根據焊接手冊（第二版）第一卷焊接方法及設備中表3-20和表3-21查得焊條電弧焊焊接參數見表3.8和表3.9。表3.8焊條直徑與焊件厚度的關系焊件厚度/mm234-56-12>13焊條直徑/mm23.23.2~44~54~6根據表得焊件的厚度8mm和10mm，焊條的直徑4~5mm；表3.9焊接電流與焊條直徑的關系焊條直徑/mm1.62.02.53.24.05.05.8焊接電流/A25~4040~6050~80100~130160~210200~270260~300根據表得焊條直徑4~5mm，選擇焊條電弧焊焊接電流范圍在160~210、200~270；根據焊接手冊（第二版）第一卷焊接方法及設備中表3-25查得焊條電弧焊焊接參數見表3.10。

表3.10焊條電弧焊焊接工藝參數焊條層次直徑mm焊接電流A焊接電弧V焊接速度cm/min電源極性運條方法底層焊4.0填充及蓋面焊4.0120?180110~17022~31「25?3515?507~35直流反接直流反接直拉直拉或擺動（2）埋弧焊焊接參數選擇根據焊接手冊（第一版）第卷焊接方法及設備中表4-23和表4-24查得埋弧焊焊接參數見表3.11。表3.11埋弧焊電弧焊焊接工藝參數板厚焊條直mm徑mm焊接電：流A焊接電弧V焊接速度cm/min裝配間隙mm電流種類空氣壓力KPa8.04.0725?75530~3656.70?3.5直流101?15210.05.0700?75032~36503?4父流或直流3.4接頭的分類與坡口形式按GB150-1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定，壓力容器受部分的焊接接頭分為A,B,C,D四類：A類焊縫：受壓部分的縱向接頭（多層包扎壓力容器層板層縱向接頭除外）球形封頭與圓筒聯(lián)接的環(huán)向接頭，各類凸形封頭中所有拼焊接頭以及嵌入式接管與圓筒，封頭聯(lián)接的對接接頭等。B類焊縫：受壓部分的環(huán)向接頭，橢圓形封頭小端與接管連接的接頭。長頸法蘭與接管連接的接頭。但已規(guī)定的A，C，D類焊縫除外。C類焊縫：平蓋，管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體接管的接頭，內封頭與圓筒的搭接填角接頭以及多層包扎壓力容器層板層縱向接頭。D類焊縫：接管孔與殼體非對接連接的接頭凸緣，補強圈與殼體連接的接頭。但已規(guī)定的A，B類的焊接接頭除外。

由上述四類接頭的說明設計如下：筒體在圓周方向上，用一張板材卷成形圓柱形筒節(jié)形成對接接頭，對接處的焊縫屬于受壓部分的縱向焊縫，按GB150-1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定，此類焊縫屬于A類焊縫。內外筒在軸向上，筒節(jié)之間的焊縫屬于受壓部分的環(huán)向焊縫，按GB150-1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定，此類焊縫屬于B類焊縫。筒體的縱縫與環(huán)焊縫為A，B類焊縫，其焊接采用單面埋孤焊，根據埋孤焊坡口加工要求其坡口形式，查HGT20583-2011：由于外膽壁厚10mm，內膽壁厚8mm，可選I形坡口見圖3.1；圖3.1A,B類焊縫的坡口形式法蘭與接管、人孔的焊接均采用搭接角焊縫，形成環(huán)焊縫，此類屬于C類焊縫。采用焊條電孤焊。查HGT20583-2011選擇角接接頭，坡口形式見圖3.2；圖3.2C類焊縫的坡口形式接管和筒體采用帶頓邊的單邊V形坡口對焊，形成環(huán)焊縫，接管與人孔等與殼體非對接的接頭屬于D類，采用焊條電弓瓜焊，查HGT20583-2011選擇搭接接頭，坡口形式見圖3.3；圖3.3D類焊縫的坡口形式3.5焊前準備3.5.1鋼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。3.5.2鋼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。對于板厚10mm的鋼板，采用火焰矯正，火焰矯正方法簡單，靈活，快速，效率高，效果好，適用于單件及小批量結構件的二次矯正。3.5.3鋼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。本容器選用化學法進行表面清理，為了保證焊接質量，焊前應將坡口及其兩側20?30mm范圍內的焊件表面清理干凈。如有油污，可用丙酮或酒精等有機溶劑檫拭，而不應用鋼絲刷或砂布進行清理。對表面質量要求特別高的焊件，應在適當范圍內涂上白堊粉調制的糊漿，以防止飛濺金屬損傷不銹鋼表面。3.5.4畫線、放樣與下料畫線畫線是根據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0.25?0.5mm范圍內。放樣放樣又叫落樣或放大樣。它是根據工作圖的要求，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。下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。它是在劃線與號料的基礎上，進行機械切割，熱切割下料。切割的邊緣，特別是裝配焊接邊緣，通常要進行邊緣加工(破口加工)。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。剪切下料時，由于0Cr18Ni9奧氏體鋼韌性高，容易冷作脆化，用一般的氧乙炔火焰切割有困難，可用機械切割、等離子弧切割或碳弧氣刨等方法進行下料或坡口加工。所需剪切力比剪切相同厚度的低碳鋼應大1/3左右。等離子弧切割的切割表面光滑、割縫窄，切割速度快，最大切割速度可達100mm/min，是切割0Cr18Ni9奧氏體鋼最理想的切割方法。電弧氣刨具有設備簡單，操作靈活等優(yōu)點，特別適用于開孔、鏟焊根、焊縫返修等場合，但若操作不當，很容易在切割表面引起“粘渣”或“粘碳”。直接影響鋼的耐蝕性。切割機選擇：表3.14LHLM-1型龍門式數控切割機參數導軌間距（mm）4000-6000有效切寬（mm）3200導軌長度（mm）6000切割長度（mm）7000火焰割炬1組切割厚度（mm）6-200等離子割據1組速度（mm/min）0-3500驅動方式雙邊驅動自動調高行程（mm）0-2303.6成型和彎曲加工坡口加工機選擇坡口加工常用的方法有機械切削和熱切割兩類，機械切削加工坡口，常采用刨邊機，坡口加工機和銑床，刨床，車床等各種通用機床。在此選用型號為HP-1的技術數據見表3.15。表3.15HP-10技術數據型號抗拉強度（MPa）坡口最大寬度（mm）坡口角度最小鈍邊高（mm）坡口加工速度m/min工件最大厚度（mm）HP-10390?7507~1230°?45°12.6?3.430筒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60mm的鋼板可采用冷卷；本次設計的容器筒體鋼板厚度為10mm，因此選擇冷卷板機型號見表3.16。表3.16W11S上輥數控萬能式三輥卷板機參數型號與規(guī)格最大厚度最大寬度—rlpJ/VU|口/、/、(mm)(m)卷板速度滿載最小上輥直下輥直(m/min)直徑(mm)徑(mm)徑(mm)W11-12x30001230005650280240W11-30x320030320051200500400筒體板材選擇查GB6654—1996壓力容器鋼板和GB/T709—2006熱軋鋼板和鋼的尺寸外形重量及允許篇差可以得到低合金鋼板長度和寬度范圍見表3.17。表3.17鋼板、帶材長度和寬度范圍板材的寬度和長度帶材的寬度和內徑板材厚度板材的寬度板材的長度帶材的寬度帶材的內徑>6-120600?38001000~10000——根據上面兩個表格，由于筒體的厚度為8mm,公稱直徑DN=2200mm，所以選擇以下板材：板8x3000x7000,1張板8x2000x7000,1張板10x3200x7300,1張板10x3000x7300,1張3.7裝配焊接夾具選擇焊接工裝夾具是將焊件準確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。選擇手動加緊機構中的手動螺旋撐圓器，其主要作用是用于筒形工件的對接，矯正其不圓柱度，防止變形消除局部變形。3.8焊接位置與順序1.焊縫位置分布焊接是壓力容器設計、制造過程中不可避免的連接方式，所以要合理布置焊縫，使焊縫分布均勻、避免焊接殘余應力相互疊加。根據焊縫布置一般性原則，即避開應力最大處，焊縫遠離加工面，對稱布置變形小，焊縫布置求分散，便于操作和焊接效率等，對內外筒體焊縫的布置和數量見圖3.8。6136內筒焊縫分布圖外筒焊縫分布圖圖3.8內外筒體焊縫的布置和數量內筒焊縫分布圖外筒焊縫分布圖焊接裝配順序選擇隨裝隨焊，臥式儲罐的裝配是先將板材加工成圓筒，一般要用定位焊給予定位，再將封頭與筒體進行定位焊。筒體的縱向焊縫、封頭和筒體的環(huán)焊縫用埋孤焊進行焊接。筒體的裝配焊接：清理焊口，在縱向焊劑墊上埋孤自動焊接罐筒縱縫；在焊劑墊上埋孤自動焊接環(huán)焊縫；氣切罐筒上各孔（如進氣孔，排氣孔等），并進行質量檢驗，接管裝配焊接：采用手工焊接各接管環(huán)焊縫，電孤清根，焊成內筒體。外筒體裝配焊接及接管裝配焊接參照內筒同上；但組裝的順序是先組裝內膽，然后內膽水壓試驗和無損檢測，再組裝外膽，最后進行外膽的水壓試驗和外膽無損檢測。裝配及焊接順序如下：（1）內膽筒體縱、環(huán)焊縫選用埋弧焊；（2）外膽筒體縱、環(huán)焊縫選用埋弧焊，外膽筒體與左側封頭采用埋孤焊；（3）加強圈與內膽定位點焊連接；（4）將帶有加強圈的內膽與外膽筒體組裝；（5）按照管口表中各管口尺寸，在筒體相應位置打孔a?h,并與管材焊接；（6）內膽焊接完好后，進行水壓試驗；（7）在內膽水壓試驗合格后，外膽右封頭與筒體采用埋弧焊焊進行焊接；（8）外膽焊接完好后應進行夾層承載水壓試驗；（9）外膽水壓試驗合格后，在c口處將珠光砂充滿并抽真空（c為真空口）。（10）外膽筒體與支座焊接組裝；4焊后處理與檢驗4.1焊后處理一般情況下，0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼不進行焊后熱處理，且焊后變形不能用火焰加熱矯正，只能用其他方法防止和消除變形。如果工件溫度高于450°C,且介質腐蝕性強，即對工件抗腐蝕要求較高時，可進行焊后固溶處理或穩(wěn)定化退火。如果整體無法退火時，可對焊縫進行局部退火。但焊縫必須進行酸洗、鈍化處理。酸洗的目的是去除焊縫及熱影響區(qū)表面的氧化皮，鈍化的目的是使酸洗的表面重新形成一層無色的致密氧化膜，起耐腐蝕的作用。常用酸洗的方法有兩種：酸液酸洗和酸膏酸洗。酸液酸洗又分為滲洗和刷洗。滲洗法適用于較小部件，將部件在酸洗槽中泡25?40min，取出后用清水沖洗。刷洗法適用于大型部件，用刷子或拖布反復刷洗，到呈亮色后，用清水沖凈。Q235B鋼焊接性較好，不進行焊后熱處理。特別情況可進行消除應力的回火，溫度為600?650C。4.2致密性檢查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。4.2.1水壓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