中压容器焊接设计方案

- 1 - 中压容器焊接设计方案 第一章 中压容器结构设计 器 将容器视为筒体，取 L/ 由 V=（ /4） 得： 500，所以 整得： 500器壁厚 工作压力 p=缝系数 =1（全焊透， 100无损探伤） 钢板负偏差 蚀裕量 所以厚度附加量 C=2=文献【 1】 191 页表 4得： 1 s =345b =540s /30b /3=180以， 1许用应力 t =180公式 = p t5500/（ 2 180 =以 n= +C=整得： n=52取封头的壁厚与筒体壁厚一致，即封头的壁厚 n=52 制压力容器用封头查 得封头的参数如下： H=1099， h=276头的结构如图 1示 图 1器筒体长度 - 2 - 由公式 V= 2 /4）（ n） H+2： H=4（ 500（ =整得： H=20m 第二章 中压容器附件的设计 选择回转盖不锈钢人孔 容器 V=500m，工作压力 p=据 转盖不锈钢人孔选择突面（ 公称压力 称直径 00人孔。其结构如图 2示，明细表如图 2示，参数如表 2示 图 2 图 2封面形式 公称压力（ 公称直径（ 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 螺母数量 直径长度 数量 40 3 210 20 表 2用的补强圈结构如图 2示，参数如表 2示 图 2管公称直径 外径 2D (内径 1D (厚度 00 980 624 10 表 2镜的设计 根据 1619镜标准图选择视镜 g g 150 标准图号： 结构如图 2示，材料如表 2示，选择不锈钢型，参数如表 2示。 - 4 - 图 2号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料 1 视镜玻璃 1 硼硅玻璃(1 压紧环 1 衬 垫 2 石棉橡胶板 2 双头螺柱 8 接 缘 1 1 螺母 16 2N 视镜玻璃 S D D1 b1 双头螺柱 数量 直径 150 159 50 215 40 30 110 12 2液口、出液口、液面计的设计 采用 108缝钢管，接管与 筒体 内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰： 法兰 0兰的结构如图 2示，参数如表 2示 - 5 - 图 2 2器支座的设计 设计容器为卧式，选用鞍式支座。根据 712鞍式支座选择 000 120包角轻型带垫板鞍式支座，其结构 如图 2示，参数如表 2示。 图 2管名称 公称直径连 接 尺 寸 法兰厚度C 法兰内径B 坡口宽度 b D K L n 液口、出液口、液面计 100 109 285 240 22 8 2 110 6 - 6 - 公称直径 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 垫板 螺栓连接尺寸 弧长 4 e 间距 孔 d 螺纹 M 孔长 l 250 4640 600 10 80 2660 28 0 表 2三章 中压容器焊接生产的备料工艺 材的预处理 钢材的预处理是对钢板、型钢、管子等材料在画线下料之前进行矫正及清理、表面防护等表面处理工作的总称。预处理的目的是为后序加工做好准备。 材的矫正 矫正是使材料在加工之前保持一种力学性能良好、有利于零件 加工的平直状态。钢材的矫正是钢材进行加工并保证加工质量的前提和基础。钢材的矫正方法分为手工矫正、机械矫正、火焰矫正和高频热点矫正四种。本容器结构所选用的钢材厚度是 52于厚板，所以选用机械矫正的方法矫正。 材的表面清理 钢材的表面清理，就是清除钢材和零件表面上的锈、油污和氧化物等的一道工序。为防止零件加工过程中再一次被污染，有些零件在表面清理后还要喷保护底漆。常用的表面清理方法有机械除锈法、化学除锈法和火焰除锈法。本容器选用机械除锈法进行清理。 线、放样与下料 线 画线是根据设计图纸上图形和尺寸，准确的按 1:1 的比例在待下料的零件表面上画出加工界限的过程。画线的作用是确定零件各加工表面的加工位置和余量，使零件加工时有明确的标志；还可以检查零件毛坯是否正确；对于有些误差不大，但仍属不合格的毛坯，可以通过借料得到挽救。画线的精度一般要求在 围内。 样 放样又叫落样或放大样。它是根据工作图的要求，用 1:1 的比例，按正投影原理，把构件画在样台或平板上，画出图样。此图叫做实样图，又叫放样图。画放样图的过程叫做放样。对于 不同行业，如机械、锅炉、船舶、车辆、化工、冶金、飞机制造等，其放样工艺各具特 - 7 - 色，但就其基本程序而言，却大体相同。 料 下料就是用各种方法将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序。一般把下料分为手工下料和机械下料。常用的下料方法主要有：剪切、气割、冲裁、锯割、砂轮切割、克切等。 筒节下料 筒节的划线是在钢板上划出展开图。筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准。由于钢板在卷板机上弯卷是受辊子的碾压，厚度会减薄，长度会伸长。因此，下料尺寸应比计算出来的尺寸短一些。筒节展开长按下式计算 ： L= L 式 中 ： 径， 通常 L=( （ ） =18以将数据带入公式可得： L=55007252于单个筒节是由两个半圆筒焊接而成的，因此筒节下料单个钢板的长度为： 8630 取钢材宽度为 4m，所以其具体尺寸为（长 宽 高） 8630 4000 52筒节钢板的下料选择机械剪切下料。常用的机械剪切下料多采用圆板剪和龙门剪板机，而以龙门剪板机的应用最为广泛，通常只能做直线剪切。 本次选择的剪板机的型号为： 50 。其具体参数见下表： 封头的下料 封头的展开较筒节复杂，有些封头如椭圆封头、球形封头和折边锥形封头，属于不可展开的零件，它们从坯料制成零件后中性层尺寸发生变化，因此这类零件 的坯料计算较为复杂。 本结构选择的封头为椭圆形标准封头，其毛坯展开尺寸计算公式为： 常取 以，5500+2 276 误 !未找到引用源。 封头由于其尺寸较大，且其形状为圆形，不能使用龙门剪板机。所以对封头的切割选择火焰切割。 曲与成形 将 坯料弯成所需形状的加工方法为弯曲成形，简称弯形。弯形根据坯料温度可分为冷弯和热弯；根据弯形的方法分为手工弯形和机械弯形。在焊接结构制造中， 80%90%的金属材料需进行弯曲与成形加工，例如：压力容器、各种石油塔、罐、球形封头及锅炉的锅筒和管子等。 - 8 - 体的卷制成形 圆筒形和圆锥形构件，都是采用不同厚度的钢板卷制而成。卷制成形通常在三辊筒或四辊筒卷板机上进行的，实际上是一种弯曲工艺。卷筒可以分为热卷和冷卷。通常对厚度小于60钢板可采用冷卷；本次设计的容器筒体钢板厚度为 52此选择冷卷。 卷 板机型号为： 35000。其具体参数为： 卷板最大厚度 卷板最大宽度 最小卷筒直径 上辊直径 下辊直径 下辊中心距 卷头能力 卷板速度 下辊升降速度 主传动电机动率 下辊升降电机功率 mm m/mm/W 60 5000 2000 700 660 800 44 3 100 125 65 2 头的冲 压成形 封头成型法主要有冲压成型法、旋压成型、爆炸成型等三种方法。冲压成型就是用水压机或油压机借助冲模把毛坯冲压成所需形状。其成型质量好，生产效率高适用于批量生产。由于冲压过程毛坯塑性变形较大，对于壁厚较大或冲压深度较大的封头，为了提高材料变形能力，保证封头成型质量，一般都采用热冲压成型。由于本次所选用的封头壁厚为 52厚较大，因此封头的冲压成形选用热冲压一次冲压成形。 接接头的设计 焊接接头的设计应遵循以下原则： 尽可能减少焊缝数量 合理安排焊接位置 焊缝应避免过密或交叉 焊缝应尽量避开最 大应力或应力集中处 焊缝应尽量避开加工面 不同厚度工件焊接应注意平滑过渡 应正确选用接头形式 接头可设计成热源对称形 尽量使焊接端部角度变缓 受弯曲作用的焊缝未焊侧不应位于拉应力区 - 9 - 11 焊缝位置应考虑操作可达性 12 改变焊缝、坡口形式，降低接头应力 13 腐蚀介质中的接头，应考虑接头焊缝形式，考虑焊透，考虑热影响区范围 14 接头焊缝考虑可检测性 节纵向接头的设计 筒节是由钢板卷制而成，其边缘部分由于变形和冷作硬化作用其性能已发生变化，不能满足设计要求，应此需将此区域除去。筒节卷制成形后，按图样规定的筒体名义直径 测量筒节的实际周长，并划二次线，割去余量后按焊接工艺要求加工坡口。筒体的横向接头的焊接采用双面埋弧焊，根据埋弧焊坡口加工要求其坡口形式为带钝边双面 Y 形坡口，即 X 形坡口，采用热切割方法进行开坡口。具体尺寸如图 3示： 图 3节纵向接头 体环焊缝的设计 压力容器筒身环焊缝坡口形式，取决于其壁厚及所选用的焊接工艺方法。对于薄壁容器，壳体环焊缝多采用 V 形坡口；而对于厚壁容器壳体环焊缝，为了减少焊缝的横截面，通常采用 U 形坡口。对于此次所设计的容器，属于厚壁型 ，采用带钝边 坡口 。其环焊 缝包括筒节 间 对接焊缝和筒体与封头的对接焊缝，都采用相同的坡口形式 ，采用碳弧气刨的方法进行开坡口 。 具体尺寸如图 3示： - 10 - 图 3体环焊缝 孔与筒体之间的焊缝设计 由于存在补强圈，所以人孔接管与筒体的焊缝采用带钝边双面 J 型坡口，补强圈与人孔接管采用 I 型坡口，补强圈与筒体采用角接接头。 J 型坡口采用碳弧气刨的方法进行开坡口，I 型坡口在剪板机上剪切加工。具体尺寸如图 3示： 图 3孔与筒体之间的焊缝 液口、出液口、液面计与筒体之间的焊缝设计 采用 带钝边双面 J 型坡口，采用碳弧气刨的方法进行开坡口。具体尺寸如图 3示： - 11 - 图 3液口、出液口、液面计与筒体之间的焊缝 镜与人孔之间的焊缝 采用角接的方式焊接。具体尺寸如图 3示： 图 3镜与人孔之间的焊缝 - 12 - 第四章 部件装配与焊接工艺 在焊接制造中，往往装配与焊接是交替进行的，因此装配顺序的制定实际上是装配 以在确定装配顺序时，不能单纯孤立地只从装配工艺的角度去考虑，必须与焊接工艺一起全面分析。对于 500m中压容 器的设计采用“随装随焊”的顺序，即先将零件组装起来，随之焊接相应的焊缝，然后再装配若干个零件，再进行焊接，直至全部零件装完并焊完，成为符合要求的构件。具体的装配与焊接顺序为： 1) 单个筒节的装配与焊接 2) 筒节与筒节之间的装配与焊接 3) 筒节与封头之间装配与焊接 4) 人孔、视镜、工艺接管和支座的装配与焊接 质 11于铁素体不锈钢，查文献【 1】 191 页表 4其化学成分如表 4示： C n P S 4 - 13 - 铁素体不锈钢的焊接性较差，其主要是焊接接头的脆化、焊接裂纹及耐腐性下降。 焊接接头的脆化 铁素体不锈钢焊接接头的脆化有粗晶脆化、间隙元素引起的脆化、马氏体脆化、 相脆化及 475脆化等。 焊接裂纹 铁素体不锈钢在 800900进行热处理时，将析出 碳化物。这些碳化物加热到 900以上而固溶，形成奥氏体，这种奥氏体在冷却过程中会转变为马氏体。这种马氏体，因为喊 C 量 较高，所以，是一种脆硬的组织。另外，在焊接过程中，还会晶粒长大而脆化。高 素体不锈钢还会发生碳化物和氧化物析出而脆化，还有 475脆化。这些脆化叠加，使得铁素体不锈钢焊接接头的塑性和韧性大幅度下降，容易产生脆性裂纹。在有氢存在时，还会产生延迟裂纹。由于氢在铁素体不锈钢中的扩散速度比在碳钢中慢，所以，这种延迟裂纹产生会比在碳钢中慢。 耐腐蚀性 铁素体不锈钢焊接接头有较大的晶间腐蚀倾向，出现晶间腐蚀的部位是在熔合线附近的焊接热影响区过热区。铁素体不锈钢在高温下晶粒急剧长大，也能加重晶间腐蚀的敏感性，降低 接头耐腐蚀性能。因此，应防止焊接接头过热。而为防止焊接接头过热，在铁素体不锈钢焊接时，工艺上宜采用小电流，大焊速，焊条最好不作横向摆动，尽量用窄喊道焊接。多层焊时要注意控制层间温度，待前一道焊缝冷却到预热温度时，再焊下一道。 节的装配与焊接 件的装配 焊件的装配不仅要求组件的尺寸与配合符合设计图样的要求，而且要保证接头的装配及定位焊缝的质量符合工艺规范的要求。对于筒节的焊接，可将卷制好的板材放置在滚轮架上，并与其他夹具相配合以保证结构的精度。 条电弧焊封钝边 预 热温度： T 100 焊条： 4接工艺参数： 焊接电流： 100A 层数： 1 层 向焊缝埋弧焊 预热温度： T 180 层间温度： T=300 - 14 - 焊机： 埋弧焊机，配用龙门式焊接操作机进行焊接 焊丝： 5剂： 接工艺参数： 直流反接，焊接电流 300400A 电 弧电压 4852V 焊接速度 4050cm/丝速度 80100cm/一层约为 8，每一侧焊 3 层，正面焊完后背面采用碳弧气刨清焊根后再施焊。底层焊道电压取最低值，焊接速度取最高值。焊接焊缝时，焊缝的两端加引弧板和收弧板，焊接完成后用气割的方法去除引弧板和收弧板。 表面补焊用 4条 后处理 去氢处理： 250 （ 12） h，焊后立即进行 热处理： 700730 回火 后检验 100%超声波检验 体与封头的装配和焊接 筒节的对接装配，其要求是保证对接环焊缝和两节圆筒的同轴度误差符合技术要求。对于筒节和封头的焊接，可将工件在辊筒架上进行装配，并与其他夹具相配合以保证结构的精度。 体保护焊 预热温度： T 100 焊丝： 接工艺参数： 焊接电流： 360A 电弧电压： 34V - 15 - 焊接速度： 30m/h 焊丝伸出长度： 20流极性：直流反接 气体流量： 20L/层约 7共 2 层。 型坡口的埋弧焊 预热温度： T 180 层间温度： T=300 焊机： 埋弧焊机，配用龙门式焊接操作机进行焊接 焊丝： 5剂： 接工艺参数： 直流反接，焊接电流 300400A 电弧电压 4852V 焊接速度 4050cm/丝速度 80100cm/一层约 10共 4 层。底层焊道与补强层焊道电压取最低值，焊接速度取最高值。 后处理 去氢处理： 250 （ 12） h，焊后立即进行 热处理： 700730 回火 后检验 100%超声波检验 孔的装配与焊接 孔的装配 在人孔接管表面和筒体表面画出人孔接管的中心线作为定位线，来确定 人孔接管的位置，再以定位焊固定进行装配。 配定位焊 预热温度： T 100 焊条： 4位焊层数： 1 层 - 16 - 面 1) 封底 焊丝： 接工艺参数： 焊接电流： 360A 电弧电压： 34V 焊接速度： 30m/h 焊丝伸出长度： 30流极性：直流反接 气体流 量： 20L/) 环焊缝 预热温度： T 100 焊丝： 接工艺参数： 焊接电流： 400A 电弧电压： 40V 焊接速度： 30m/h 焊丝伸出长度： 30流极性：直流反接 气体流量： 20L/层约 2共 12 层。正面焊完后背面采用碳弧气刨清焊根后再施焊。 强圈 预热温度： T 100 焊条 : 4接电流： 250A 电流极性：直流反接 强圈角接接头 预热温度： T 100 - 17 - 焊条 : 4接电流： 250A 电流极性：直流反接 后处理 去氢处理： 250 （ 12） h，焊后立即进行 热处理： 700730 回火 后检验 100%超声 波检验 艺接管的装配与焊接 艺接管的装配 在工艺接管表面和筒体表面画出工艺接管的中心线作为定位线，来确定工艺接管的位置，再以定位焊固定进行装配。 配定位焊 预热温度： T 100 焊条： 4位焊层数： 1 层 面 1) 封底 焊丝： 接工艺参数： 焊接电流： 360A 电弧电压： 34V 焊接速度： 30m/h 焊丝伸出长度： 30流极性：直流反接 气体流量： 20L/) 环焊缝 预热温度： T 100 - 18 - 焊丝： 接工艺参数： 焊接电流： 400A 电弧电压： 40V 焊接速度： 30m/h 焊丝伸出长度： 30流极性：直流反接 气体流量： 20L/层约 2共 12 层。正面焊完后背面采用碳弧气刨清焊根后再施焊。 后处理 1) 去氢处理： 250 （ 12） h，焊后立即进行 2) 热处理： 700730 回火 后检测 100%超声波检测 镜的装配与焊接 镜的装配 在视镜侧面和人孔表面画出视镜的中心线作为定位线，来确定视镜的位置，再以定位焊固定进行装配。 配定位焊 预热温度： T 100 焊条： 4位焊层数： 1 层 条电弧焊 预热温度： T 100 焊条 : 4接电流： 250A 电流极性：直流反接 后处理 - 19 - 1) 去氢处理： 250 （ 12） h，焊后立即进行 2) 热处理： 700730 回火 后检测 100%超声波检测 座组焊 本课设中压容器采用鞍式支座。在底 板上划好线，焊上腹板和纵向立肋，组焊时需保证各零件与底板垂直。然后将弯制好的托板与腹板和纵向立肋组焊，最后，将支座组合件焊在筒体预先划好的支座位置线上。 第五章 焊接变形矫正 焊接结构生产中，总是免不了要出现焊接变形。因此，焊后对残余变形的矫正是必不可少的一种工艺措施。焊接变形矫正方法分为机械矫正法和火焰矫正法。 （一） 机械矫正法 机械矫正法是利用机械力的作用，使焊件产生与焊接变形相反的塑性变形，并使两者抵消从而达到消除焊接变形的一种方法。焊接生产中机械矫正法应用广泛，例如：筒体容器纵向焊缝角变形 常在卷板机上采用反复辗压进行矫正。 （二） 火焰矫正法 火焰矫正法是利用氧 不均匀加热的方式引起结构变形，来矫正原有的焊接残余变形的一种方法。具体操作方法是：将变形构件的伸长部位，加热到 600800，然后让其冷却，使加热部分冷却后产生的收缩变形来抵消原有的变形。 - 20 - 第六章 致密性检验 储存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透等，可用致密性实验来发现。致密性实验法有：水压试验、气压试验和煤油试验。 水压试验常被用来检查管子、油箱、水箱以及各种容器，目的是测定这些容器的水密性的构件在承受一定压力下的致密性。具体方法： （ 1）用水把容器灌满，并堵