课程设计（论文）-00Cr19Ni13Mo3空气储罐外壳焊接生产工艺设计.doc

中北大学课程设计说明书各专业全套优秀毕业设计图纸课程设计说明书 00cr19ni13mo3空气储罐外壳 焊接生产工艺设计姓名:学 号：1003054316学院（系）:材料科学与工程学院专业:材料成型及控制工程（焊接方向）高工 指导教师： 教授 2014年1月 10日目录1 前言12 母材的焊接工艺性分析12.1 00cr19ni13mo3的特性12.2 00cr19ni13mo3的焊接性分析12.3 00cr19ni13mo3钢热处理43 焊接生产工艺性分析43.1 焊接结构工艺性审查43.2 00cr19ni13mo3的焊接工艺要求53.21焊前准备532.2焊接方法选择6323拟用的焊接辅助装置732.4焊接材料选择732.5焊接工艺要点84焊接工艺性评定94.1 焊接试件的制备94.2 焊接试件试验方法114.2.1 拉伸试验114.2.2 冲击试验114.3 工艺评定试验分析124.4 焊接工艺参数的选择124.5设计技术要求135 工艺方案的选择1351筒节的制造145.2 标准椭圆形封头的制造175.3 管法兰的制造185.4 接管的制造195.5 支座的制造206 各部件的装焊工艺226.1 筒体、封头与法兰的装焊226.2 筒体与接管的装焊236.3 封头与接管的装焊246.4 接管与法兰的装焊246.5 支座与筒体的装焊257焊接质量的控制方法和措施258.该产品的质量检验方法和使用的标准269 结束语28参考文献291 前言储罐作为储存设备，主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保等领域得到广泛应用。空气储罐使用不锈钢制作的低压容器，虽然压力低，但是受力较大。如焊接中发生较大的错边，未焊透，裂纹，气孔，夹渣等缺陷，会引起较大的应力集中，导致结构损坏，甚至爆炸。本次课程设计主要是空气储罐外壳的焊接生产工艺设计，包括材料的焊接性分析、焊接工艺方案分析及工艺评定、确定焊接结构生产工艺流程、确定产品外壳主要零件的加工工艺及检验、绘制焊接结构简图、确定部件的装焊工艺等。通过设计，初步掌握根据产品图样及技术要求制定焊接工艺规程的方法、焊接工艺设计的步骤，提高分析焊接生产实际问题、解决问题的能力。2 母材的焊接工艺性分析2.1 00cr19ni13mo3的特性00cr19ni13mo3是超低碳钢，具有良好的耐腐蚀性、塑形和高温性能。与其他类型的不锈钢相比具有良好的焊接性。其化学成分和见表2-1和表2-2力学性能所示：表2-1 00cr19ni13mo3 的化学成分（gbt 12201992）化学成分质量分数（%）csimnpnicrmos0.031.002.000。03511.0-15.018.0-20.03.0-4.00.03表2-2 00cr19ni13mo3的力学性能（gbt 1220-1992）拉伸试验硬度试验b/mpas/mpa/%hbshrbhv4801774060187902002.2 00cr19ni13mo3的焊接性分析一般认为00cr19ni13mo3的焊接性比较好，可是如果焊接的工艺规范不当，不采取正确的预防措施也会出现很多焊接性问题，这主要取决于母材和填充金属成分及杂质含量，特别是硫和磷的含量，以及热影响区或焊缝中应力集中处的应力腐蚀。容易产生的缺陷：1 .热裂纹产生焊接热裂纹的主要原因 ：(1)在铬镍奥氏体不锈钢焊缝金属中，如果可能形成低熔点共晶的元素(如c，si，s，p等)含量较高时，就可能在结晶后期以低熔点液膜的形式存在于奥氏体柱状晶体之间。当焊接熔池继续冷却而产生收缩时，被液膜分隔的晶体边界就会被拉开而形成裂纹。(2)由于低熔点共晶液膜的存在，凝固时间越长，产生热裂纹的倾向越高。而焊接热输入决定焊缝金属在高温区停留的时间，所以，焊接热输入越大，产生热裂纹的倾向就越大。(3)由于奥氏体不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，也延长了焊缝金属在高温区停留的时间，同时焊接区在冷却期间焊接接头必然承受较大的拉应力，从而导致热裂纹的产生。控制热裂纹的措施：（1）应选用优质的奥氏体不锈钢母材和焊接材料即严格控制其c，si，p，s等杂质的含量。控制焊缝金属组织，尽量使焊缝金属呈双向组织，铁素体含量尽量控制在3%-5%以下。因为铁素体能大量溶解有害的s，p杂质。（2）选用适当的焊条药皮类型。用低氢型焊条药皮焊条可以使焊缝晶粒细化，减少杂质偏析，提高抗裂性。用酸性药皮焊条氧化性强，使合金元素烧损多，抗裂性下降而且晶粒粗大，使热裂纹极易产生。（3）设计合适的坡口形式和尺寸，减小熔合比。保证装配间隙均匀一致，避免强制组装定位，以免产生过大的装配应力。（4）采用适当的焊接规范和冷却速度。采用小规范，即小电流、快速焊来减少焊接熔池过热，快速冷却以减少偏析，使抗裂性提高。多层焊接时，要控制层间温度。2 .晶间腐蚀产生晶间腐蚀的主要原因： 晶间腐蚀发生于晶粒边界，所以叫晶间腐蚀。它是奥氏体不锈钢最危险的一种破坏形式，它的特点是腐蚀沿晶界深入金属内部，并引起金属机械性能和耐腐蚀性能的下降；奥氏体不锈钢在450850的敏化温度区间内停留一定时间后，就会使碳化铬沿奥氏体晶界析出，造成晶粒表层区域的cr含量下降到耐腐蚀所要求的极限值训fcr)12。即形成贫cr区，从而导致晶间腐蚀。受到晶间腐蚀的不锈钢在表面上没有明显的变化，但在受力时会沿晶界断裂，几乎完全丧失强度。防止晶间腐蚀的措施：选用超低碳c0.03%，添加钛或铌等稳定元素的不锈钢焊条。采用小规范，目的就是为了减少危险温度范围停留时间，采用小电流、快焊速、短弧焊及不做横向摆动。焊缝可采用强制冷却（如铜垫板、水冷）方法加快焊接接头的冷却速度，减少热影响区。多层焊时，应控制层间温度，要前一道焊缝冷却至60以下再焊接。接触介质的那面焊缝最后焊接。3 .应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂的原因： 应力腐蚀开裂是焊接接头在特定的腐蚀环境下，受拉伸应力的作用是所产生的延迟开裂的现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性的脆性破坏。防止应力腐蚀开裂的措施：a.合理制定成形加工和组装工艺，尽可能的减少冷却变形度，避免强制组装，防止组装过程中的各种伤痕。b.合理选择焊材。焊缝与母材应有良好的匹配，不产生任何不良组织，如晶粒粗化，及脆硬的马氏体等。c.采取合适的焊接工艺。保证焊缝成形良好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷,采取合适的焊接顺序，降低焊接残余应力。d.消除应力处理，焊接后进行热处理。4焊缝成形不良焊缝成形不良的原因： 奥氏体不锈钢焊接的时候，由于焊缝中合金元素含量高，熔池的流动性差，易造成焊缝表面成形不良。主要表现在根部焊道背面成形恶化及盖面焊道表面粗糙。焊缝表面成形不良对焊缝性能的影响在常温或者高温下工作下表现不明显，但是在低温工作下，其成形不良所造成的应力集中，对焊缝的低温性能的影响不低于焊缝内部的质量的影响。防治措施： 对于焊缝成形不良及焊接热影响区的晶间腐蚀问题，可以通过焊接工艺加以解决。2.3 00cr19ni13mo3钢热处理a固溶处理 这种热处理是将1cr18ni9ti奥氏体不锈钢零件加热到固溶温度（10501100），让所有碳化物及冷加工形成的马氏体全部溶入和转变成奥氏体，然后快冷，在室温下保持单相高温组织。这种热处理可以得到最软而塑性最高的状态。b应力松驰处理 冷加工产生的内应力可以通过较低的温度退火（275450，0.52h）予以消除。经过这种处理后，力学性能可以改善；但延伸率没有改变。c稳定化处理 为了防止晶间腐蚀，在00cr19ni13mo3奥氏体不锈钢中加入少量的钛或银，并进行所谓的稳定化处理。这种处理将样品加热至900，使大部分碳化铬溶解，而溶解了的碳与钛或银化合为比碳化铬稳定的tic或nbc，使碳化铬不再在晶间析出。这种处理对力学性能没有明显影响。3 焊接生产工艺性分析3.1 焊接结构工艺性审查 3.1.1产品图样结构审查此次设计的设备为空气储罐外壳体，筒体直径1800mm，容器总长4708mm，壁厚12mm。产品外观图样大体如图3-1所示：图3-1空气储罐壳体主要加工手段为焊接，此外还采用冲压、卷弯、机加工等辅助工艺。焊接方法采用埋弧自动焊，焊条电弧焊，接头形式为对接、角接。3.1.2产品技术特性及检验要求表3-1空气储罐壳体技术特性表序号名称指标1设计压力（mpa）0.882设计温度（）1603物料名称空气4全容积（m3）10.45焊缝系数0.856腐蚀裕度（mm）1.57主要受压元件材料a38容器类别i3.2 00cr19ni13mo3的焊接工艺要求3.21焊前准备：a下料方法的选择奥氏体不锈钢中有较多的铬，用一般的氧乙炔切割有困难，可用机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。b坡口的制备在设计奥氏体不锈钢焊件坡口形状和尺寸时，应充分考虑奥氏体不锈钢的线膨胀系数会加剧接头的变形，应适当减少v形坡口角度。c焊前清理为了保证焊接质量，焊前应将坡口两侧2030mm范围内的焊件表面清理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂上用白粉调制的糊桨，以防飞溅金属损伤表面。d表面防护在搬运、坡口制备、装配及定位焊过程中，应注意避免损伤钢材表面，以免使产品的耐蚀性降低。如不允许用利器划伤钢材表面，不允许随意到处引弧等。32.2焊接方法选择：奥氏体不锈钢具有较好的焊接性，可以采用焊条电弧焊、埋弧焊等进行焊接。a焊条电弧焊焊条电弧焊是最常用的焊接方法，具有操作灵活、方便等优点。为提高焊缝金属抗裂纹能力，宜选择碱性药皮的焊条；对于耐蚀性要求高、表面成形要求好的焊缝，宜选用工艺性良好的钛钙型药皮的焊条。b埋弧焊埋弧焊是一种高效的焊接方法，特别是热输入大，熔池尺寸较大，冷却速度和凝固速度慢，因此焊接热裂纹敏感性增大。埋弧焊对母材稀释率变化范围大（10%75%），这就会对焊缝金属成分产生重大影响，关系到焊缝组织中铁素体含量的控制。本实验拟用的焊接方式：埋弧自动焊和焊条电弧焊1. 封头的焊接：封头的焊接是在专用胎架上，对装配点固定好的封头直接进行焊接，可大大减少工件自重和工件搁置不当所产生的结构变形。为此需对工件开x型坡口，进行双面对称焊接。同时根据焊缝数量，由多名焊工同时分布在对称位置上焊接，采用逆向分段坡焊的焊接顺序，在胎架上焊完内壁焊缝，然后翻身放在平台上清根后，采用和内壁同样的焊接方法焊完所有焊缝。经检验合格后进行下道工序的装焊。2. 筒节纵缝焊接：采用焊条电弧焊打底的单面埋弧焊。先用焊条电弧焊打底，熔深为板厚的30%35%，然后用埋弧自动焊焊接正面焊缝。注意，采用此焊接工艺时，往往需要用碳弧气刨清理焊根后再进行埋弧焊。3. 容器环缝焊接：环缝埋弧焊技术与筒节纵缝埋弧焊技术类似。双面焊时，先在焊机垫上焊接内焊缝，然后再焊接外焊缝。如内焊缝采用焊条电弧焊打底，焊接外焊缝前应清理焊根。此外，在该容器的制造中，为了改善表面焊缝及热影响区组织，降低硬度，提高冷弯角度，常在最终焊缝上堆焊正火焊道。正火焊道应高出母材表面1.53mm，焊后热处理后再磨去正火焊道。罐体上所有其它对接焊缝、组合焊缝、角接焊缝、返修焊缝等均采用焊条电弧焊焊接。323拟用的焊接辅助装置：1.专用胎具：如图3-2是封头在专用胎架上装配的示意图，构成胎架支撑的是模板，模板是通过放样得出实际形状后加工而成的，这样的胎架，只适用一种形状和尺寸的工件装配和焊接，故称之为专用胎具。2.焊接滚轮架：筒节的装配应在滚轮架上进行，如筒节的环缝焊接，见图3-3。图3-3：筒节环缝焊接图3-2：封头在专用胎具上的装配与焊接32.4焊接材料选择：00cr19ni13mo3奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则，应使焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同，并尽量降低焊缝金属中碳含量和s、p等杂质的含量。对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料选择的原则是无裂纹的前提下保证焊缝金属的热强性与母材基本相同，这就要求其选材料成分大致与母材成分相匹配，同时应当考虑焊缝金属中铁素体含量的控制。对于长期在高温条件下运行的奥氏体不锈钢焊接接头，铁素体含量不应超过5%，以免出现脆化。在铬镍的质量分数均大于20%的奥氏体不锈钢中，为获得抗裂性高的纯奥氏体组织，选用wmn=6%8%的焊接材料是一种行之有效且经济的解决方法。对在腐蚀介质中工作的奥氏体不锈钢，主要按腐蚀介质和腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相近或相同的焊接材料。由于含碳量对抗腐蚀性有很大影响，因此熔敷金属中碳的质量分数不能高于母材。腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含ti或nb等稳定化元素或超低碳焊接材料；对于要求耐酸腐蚀性能较高的工件，常选用含mo的焊接材料。32.5焊接工艺要点：根据奥氏体不锈钢对抗裂性和耐蚀性的要求，焊接时要注意以下几点:a焊前不预热由于奥氏体不锈钢具有较好的塑性，冷裂纹倾向较小，因此焊前不必预热。多层焊时要避免道间温度过高，一般应冷却到100以下再焊下一层；否则接头冷却速度慢，将促使产生碳化铬而造成耐晶间腐蚀性下降。在工件钢性极大的情况下，有时为了避免裂纹的产生，不得已进行焊前预热。b防止接头过热具体措施有：焊接电流比焊低碳钢时小10%20%，短弧快速焊，直线运条，减少起弧、收弧次数，尽量避免重复加热，强制冷却焊缝（加铜垫板，喷水冷却等）。c要保证焊件表面完好无损焊件表面损伤是产生腐蚀的根源，避免碰撞损伤，尤其避免在焊件表面进行引弧造成局部烧伤等。d焊后热处理奥氏体不锈钢焊接后，原则上不进行热处理。只有焊接接头产生了脆化或要进一步提高其耐蚀能力时，才根据需要选择固溶处理、稳定化处理或消除应力处理。e焊后清理不锈钢焊后，焊缝必须进行酸洗、钝化处理。酸洗的目的是去除焊缝及热影响区表面的氧化皮；钝化的目的是使酸洗的表面重新形成一层无色的致密氧化膜，起到耐蚀作用。常用的酸洗方法有两种：酸液酸洗。分为浸洗法和刷洗法。浸洗法是将焊件在酸洗槽中浸泡2545min，取出后用清水冲净，适用于较小焊件。刷洗法是用刷子或抹布反复刷洗，直到呈白亮色后用清水冲净，适用于大型焊件。适用于大型结构，是将配制好的酸膏敷于结构表面，停留几分钟后，再用清水冲净。酸洗前必须进行表面清理及修补，包括修补表面损伤、彻底清除焊缝表面残渣及焊缝附近表面的飞溅物。钝化在酸洗后进行，用钝化液在部件表面揩一遍，然后用冷水冲洗，再用抹布仔细擦洗，最后用温水冲洗干净并干燥，经钝化处理后的不锈钢制品表面呈白色，具有较好的耐蚀性。3.2.6接头与坡口型式设计： 焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明显的影响。合理的接头设计应使应力集中系数尽可能的小，且具有好的可焊性，便于焊后检验。一般来说，对接焊缝比角焊缝更合理。同时便于进行射线或超声波探伤，坡口形式以u形为佳，单边v形也可采用。但必须在工艺规程中注明要求两个坡口面必须完全焊透。为了降低焊接应力，可采用双v或双u坡口。无论采用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。本次设计，钢板开v型坡口。坡口形式见下图3-4。 图3-4 v型坡口4焊接工艺性评定4.1 焊接试件的制备采用刨边机进行坡口加工。清除坡口附近的水、油污、锈渍等杂质。对接焊缝试件的制备 00cr19ni13mo3奥氏体不锈钢采用v形坡口，坡口型式如前图3-4所示。采用埋弧自动焊，埋弧自动焊的规范参数包括电源极性、焊丝直径、电弧电压、焊接电流、焊接速度等。（一）电源极性 埋弧自动焊焊接钢时应采用直流反接。（二）焊丝直径 埋弧自动焊的焊丝直径一般可根据板厚选择。空气储罐的壁厚为12mm可选4.0mm的焊丝。（三）电弧电压和焊接电流 对于一定直径的焊丝来说，在埋弧自动焊中，采用较低的电弧电压，较小的焊接电流焊接时，焊丝熔化所形成的熔滴把母材和焊丝连接起来，呈短路状态称为短路过渡。大多数埋弧自动焊工艺都采用短路过渡焊接。当电弧电压较高、焊接电流较大时，熔滴呈小颗粒飞落称为颗粒过渡。 综上所述，其焊接工艺参数如表4-1所示。表4-1 埋弧自动焊工艺参数焊接方法焊丝牌号及规格/mm焊接电流/a电弧电压/v极性焊接速度/（m/h）sawh08mn2sia4.090040直流反接36（2）角接焊缝试件的制备 采用埋弧自动焊焊接，如图4-2所示。其工艺参数见表4-2。 表4-2 埋弧自动焊工艺参数坡口形式焊丝直径/mm焊接电流/a焊接电压/v焊丝焊接速度m/h电流极性单边v型4.060035h08mn2sia30直流反接 图4-2 角接试件4.2 焊接试件试验方法4.2.1 拉伸试验金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。按gb/t 228-2002规定对试件进行拉伸强度试验，如图4-3所示。 图4-3 拉伸试件4.2.2 冲击试验将试样置于低温槽的均温区冷却到-45后，保温足够长的一段时间，然后将试样取出进行冲击试验。使用液体冷却介质，保温时间不得少于5min。试样移出冷却介质至打断的时间不超过5s，如超过5s则应将试样放回冷却介质重新冷却，保温，再进行试验。采用摆锤冲击试验，其示意图如图4-4所示。 图4-4 摆锤冲击试验4.3 工艺评定试验分析（1）无损探伤 试验试板焊后经射线探伤，均末发现焊接缺陷。（2）接头力学性能 根据接头力学性能试验的结果，其接头强度、塑性均能满足规定的标准值。（3）接头冲击韧性 试验结果表明，焊缝金属的-45却贝冲击值可以达到规定标准，热影响区-45却贝冲击值比规定的标准值要高得多，其冲击值完全可以满足00cr19ni13mo3奥氏体不锈钢的标准。熔合线的冲击值所反映的是焊缝或热影响区的冲击韧性。可以认为，只要是热影响区尤其是焊缝金属的冲击韧性解决好了，熔合线的冲击韧性应该能获得较为满意的结果。（4）根据试验可以看出，焊接接头无淬硬组织。接头的硬度分布是正常的。调质钢焊接后，如不再进行调质处理，则热影响区的软化将成为调质钢焊接的一个重要问题， 而00cr19ni13mo3奥氏体不锈钢的焊接接头并无软化现象。4.4 焊接工艺参数的选择从防止冷裂纹出发，要求冷却速度慢为佳，但对防止脆化来说，却要求冷却较快为好，因此应该确定兼顾两者的冷却速度范围。这个范围的上限取决于不产生冷裂纹，下限取决于热影响区不出现脆化的混合组织。但在焊接厚板时，即使采用了大的线能量，冷却速度往往还是超过了它的上限，这就必须通过预热来使冷却速度降到低于不出现裂纹的极限值。因此，正确选择线能量和预热这两个参数使保证不出现裂纹和脆化的关键。焊接线能量 如果焊接线能量较大，使得热影响区的晶粒粗大，则焊缝中的柱状晶也粗大，焊接线能量大，必然会引起结晶时的冷却速度较慢，最高加热温度tm升高和ac3以上停留的时间长。线能量较小，焊速过快，焊工操作困难，而且易产生夹渣等焊接缺陷，所以焊接线能量一般应以812kj/cm为宜。预热温度 预热主要希望它能降低马氏体转变时的冷却速度，通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性能。焊后热处理：考虑到00cr19ni13mo3 钢调质时的回火温度为640660，所以焊后退火处理温度，只能是600左右。4.5设计技术要求1.焊接采用焊条电弧焊，焊条型号为j422，图中未标明焊接接头形式与尺寸按gb985-88气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊逢坡口的基本形式与尺寸进行。2.预制完毕的封头在堆放、运输和起吊过程中应采取有效措施防止变形。3.罐体安装完毕验收合格后，罐体外表面刷二遍底漆-环氧树脂漆，二遍面漆-聚氨酯面漆,涂层厚度参照国家标准规定执行。5 工艺方案的选择本次设计的空气储罐，其主体部分由封头、筒体和支座，筒体上连接有接管，接管与法兰连接。由此可以确定其制造工艺方案如下：1.根据图样技术要求分别制造各个零部件，可采用锻、焊、机加工等手段，零件制造完成后，需要进行尺寸、质量等检验。2.根据图样要求进行装焊，可以采用必要的装配夹具等。装焊完成后，需要进行无损检验，可以采用100%射线探伤或100￥超声波探伤且加70%射线探伤复检。产品生产的工艺流程图：筒节制造工艺总装配焊接工艺 下料筒节间或筒节与封头装配预处理钢板复检环缝焊接边缘加工卷制附件装配焊接焊接矫圆纵缝装配x射线检验封头制造工艺消除应力热处理下料预处理钢板复检拼接焊缝装配边缘加工焊接水压试验包装出厂二次切割压制加热压缩空气储罐制造的工艺流程图 51筒节的制造 工艺流程如下：1. 钢板复检：对钢板进行复检，内容包括钢的化学成分、各种力学性能、表面缺陷及外形尺寸（主要是厚度）的检验。一般采用抽检法，抽检的百分比15%。2.预处理：复检合格后对钢板进行矫正。矫正后对钢板进行喷丸、喷漆等表面处理。原理：将淬硬钢丸(一般应用锰钢丸,直径为0.8-1.2mm,硬度为hrc47-50),以压缩空气喷出或离心式喷丸机借离心力甩到金属表面, 利用钢丸对金属表面的冲击作用使零件表面硬化。钢丸冲击金属表面:第一使零件表面生成0.1-0.4mm 深的硬化层, 增加零件表面对塑性变形和断裂的抵抗能力,并使表层产生压应力,提高其疲劳强度;第二使零件表面上的缺陷和由于机械加工所带来的损伤减少, 从而降低应力集中。3.划线：划线前应展开，可采用计算展开法。具体展开公式如下： l=（dg+）+s式中 l-筒节毛坯展开长度（mm） dg-容器公称直径（mm） -容器壁厚（mm） s-加工余量（包括切割余量、刨边余量和焊接收缩量等）（mm 两侧均需刨边，则取1015mm。筒体展开后，其实就是一块矩形金属板。毛坯宽度为筒节的长度，其大小取决于原材料的宽度和容器上焊缝的分布情况（焊缝不允许十字交叉）。注意，毛坯实际宽度也要包括加工余量s。经查阅资料及计算，如图5-1所示，取划线尺寸为57003450（长度宽度）的坯料。 图5-1 钢板划线 尺寸570034504.下料：采用气体火焰切割。5.边缘加工：采用刨边机进行钢板的直线边缘加工和开坡口，加工精度高，坡口尺寸准确。6.卷制：采用对称式三辊卷板机来卷制钢板。（1）预弯 采用对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法弯卷。为使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要先将其两端弯曲成所需要的曲率，称为预弯。如图5-2图5-2 预弯本次设计利用压力机预弯。受模具长度限制，板料的压弯需逐段进行，且在压制过程中需要随时用样板检查曲率半径的大小，以保证成形尺寸满足要求。（2）对中 板料预弯后，放入卷板机上下辊之间进行辊卷前必须使板料的母材与辊的轴线平行，使板料的纵向中心线与辊的轴线保持相互垂直，即对中，其目的是防止钢板在滚卷过程中产生扭斜变形。（3）卷圆 钢板对中后，即可用上辊压住板料并使之产生一定弯曲，开动机床进行滚卷。每滚卷一次行程，便适当下调上辊一次，这样经过多次滚卷就可将板料弯曲成所要求的曲率。在滚卷过程中要注意：随时用卡样板测量，看是否达到曲率要求，不可过卷量太多，因为过卷要比曲率不足难以修正，且易使金属性能变坏。在冷卷时要考虑到回弹的影响，必须施加一定的过卷量。当卷制达到曲率要求时，还应在此曲率下多卷几次，以使其变形均匀和释放内应力，减少回弹。00cr19ni13mo3钢回弹量较大，需要在最终成形之前进行一次退火。如图5-3图5-3 卷圆7纵缝装焊：筒节的装配一般在v形铁或焊接滚轮上进行。带铁的螺旋压紧器和斜楔式压紧器可以防止错边，螺旋拉紧器可以调整间隙。通过采用夹具保证纵缝边缘齐整，且沿着整个长度方向上间隙均匀一致后，可进行定位焊。定位焊时，焊点要有一定尺寸，且焊点间距300mm。如图5-4 图5-4纵缝装焊 表5-1 筒节纵缝焊接工艺参数焊接方法焊丝牌号及规格/mm焊接电流/a电弧电压/v极性焊接速度/（m/h）sawh08mn2sia4.090040直流反接368矫圆：焊接结束后，在卷板机上进行矫圆，大致可分三个步骤。（1）工件放入卷板机上辊之后，根据计算，将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载。（2）使工件在矫正曲率下多次滚卷，并着重于焊缝区的矫正，使圆筒曲率均匀一致。经测量，直到合乎要求为止。（3）逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐卸除载荷的过程中多次滚卷。9无损检验：焊缝进行x射线局部无损探伤，探伤长度分别不少于纵环焊缝长度的100%，质量评定按jb4730.2-2005焊缝射线探伤标准达到级为合格。10制孔：须在筒体上开1个89mm的孔。先要进行划线、打标记来确定孔中心的位置。将筒节置于v形铁上固定，在筒体上已标记的孔中心位置分别沿筒体径向和周向划出接管的尺寸和位置线。仔细检查核对孔的大小、方位后开孔，选用型号为z3080摇臂钻床钻出。5.2 标准椭圆形封头的制造按jb/t 4746-2002钢制压力容器用封头，标准椭圆形封头由半个椭球和一个高度为h的圆柱形短节（封头直边部分）构成，如图5-5所示。 图5-5 椭圆形封头封头制造工艺如下：1.钢材复检：复检材料成分、规格、牌号。2.预处理：矫正，喷丸处理。3.划线：椭圆形封头毛坯尺寸的计算：式中： p封头椭圆部分的半周长，a椭圆的长半轴，b椭圆的短半轴。由于a=700mm，b=350mm，得出p=1640mm。考虑加工余量后，封头毛坯直径可按下式计算：d0=p+2hk0+2s式中： 封头冲击成形是的拉伸系数，取k0=1s封头边缘加工余量h直边高可求得d0=1800mm。综上，在原材料上划一直径为1800mm的圆。4.下料：气体火焰切割。5.热冲压：先加热至1000，再1000t水压机压制成形并预留直边加工余量。6.二次划线：量取直边高度54mm划线，同时对20mm的孔划线。7.切割：lgk8等离子弧切割机切出102mm直边。8.钻孔：先用z3080摇臂钻床钻出20mm的孔。 9.扩孔：用cwc-200扩孔机扩孔至20mm。10.检验：按图样要求检查其尺寸、质量等。5.3 管法兰的制造按gb/t 9115-2010 对焊钢制管法兰，壳体上的管法兰为平焊法兰。法兰标准如下表5-2：表5-2法兰标准公称通径dn管子外径a连接尺寸法兰厚度c法兰高度h法兰内径b颈部直径nma圆角半径r法兰理论重量kg法兰管径d螺栓孔中心圆直径k螺栓孔直径l螺栓螺柱dpfermax数量n螺纹th8089260205308m271681301280.84611070138819.73250905804855412m4842533017110.888230224380101916图5-6法兰管法兰制造工艺如下：1.材料复检、预处理:与筒体基本一致。2.下料：采用gb4235锯床，从1000mm的圆钢上锯取长81mm的一段。3.镦粗：始锻温度11501200，终锻温度800850，使直径达18002mm，厚度达462mm。4.垫环局部镦粗：始锻温度11501200，终锻温度800850。5.热处理: 对其进行600650回火，保温4h,空冷，以恢复组织。6.滚圆修整。7.钻孔：用z3080摇臂钻床钻出1846mm孔。8.一次检验：检验锻造后尺寸是否在允许范围，是否存在夹层等内部缺陷。9.粗铣：x5032铣床粗铣两端面各留余量1mm。10.划线：在已铣好的大端面上，画出24通孔位置线，并用样冲做好标记。11.钻孔：用z3080摇臂钻床钻24螺栓孔。12.精铣：铣床精铣两端面，不再留余量。13.精车：ca6140车床精车柱面，不再留余量。14. ca6140普通车床修锐边。15.二次检验：对法兰进行表面检验，法兰的表面应光滑，不得有裂纹及其它降低法兰强度或连接可靠性的缺陷。5.4 接管的制造取连接上述法兰与对应筒体的尺寸为575mm（内径壁厚）的接管为研究对象，进行接管设计研究。表5-3接管参数序号公称直径连接标准紧密面形式公称压力用途a250hg5010平面16空气透口b250hg5010平面16空气出口c80hg5010平面16安全阀接口d/m2015内螺纹/压力表接口e300400/椭圆形人孔f/g1内螺纹/排放口其制造工艺过程如下：1.钢管复检：检查钢管材质、圆度、型号。2.预处理：清除管表面杂质。3.划线：在钢管上按需要长度划线4.下料：采用等离子弧切割切出相应长度钢管。利用等离子弧的热能实现被切割材熔化的方法称等离子弧切割，它是利用高速、高温和高能的等离子体来迅速加热熔化被切割的材料，并借助内部或外部的高速气流。将熔化的材料排开，直至等离子气流束穿透工件背面而形成切口，从而达到切割的目的。5.车加工：在车床上加工切割断面，使其达到标准要求；6.清理：表面清洗，使其表面不得有油污等杂质；7.检验：另取相同钢管，按gb/t 3091-2008进行拉伸、弯曲、盛水试漏试验。5.5 支座的制造设备采用a型腿式支座，其基本结构如图5-7所示，按gb 150.1150.4-2010固定式压力容器和jb-t4710-2005钢制塔式容器进行设计。图5-7 支座1 号料1.1 按设计图纸、标准图尺寸号料。a型支腿角钢支柱的材料为a3钢，底板材料为a3钢，垫板材料与壳体材料相同。1.2 支柱应平直，且无凹坑和损伤等明显缺陷，支柱直线度允差lh/1000。1.3钢管支柱与封头（或垫板）连接部分须与封头外壁相吻合，须进行精确放样。1.4 角钢垂直度允差按型钢相应标准规定。2 下料2.1 按号料线剪切和切割垫板、支柱、底板。直角处制作出r=510mm圆度过渡。2.2 剪切面允许有深度1mm的磕痕和厚度0.5的毛刺。切割后，材料表面均匀光滑，不得有氧化铁等杂物，不得有沟槽、缺肉等缺陷。3 滚制3.1 垫板按筒体外径制作。4 划线4.1 按设计图纸及标准图进行底板、支柱、垫板的划线，底板上划出螺栓孔、底板中心线、支柱安装位置线，角钢支柱上划出90v型缺槽，接管支柱上划出90v型缺槽、本身大u型缺槽、底端r3半圆槽。在长条弧板上进行垫板划线，并划出周边圆角。4.2 用永久性记号笔标注圆孔、圆角、v形缺槽、大u型缺槽的规格、数量，并在基准线、基准圆上打上钢印，以便检查机加工误差。5 钻孔、切割5.1 按划线要求进行钻孔、切割，保证垫板周边圆角。钻孔粗糙度 ，加工后表面不得有毛刺、铁屑等杂物。5.2 v形、u形开槽及垫板表面须均匀光滑，不得有沟槽、缺肉等缺陷，不得有氧化铁等杂物，零件加工边缘的表面粗糙度不得低于ra50m。6 组对6.1 表面打磨干净后，将底板、支柱点焊在一起，待现场焊接。7 安装划线7.1 按设计图纸进行支座安装方位划线，划出筒体及封头上垫板的安装位置线，划出垫板上支柱的安装位置线，划出筒体及封头上支柱的安装位置线。方位允差为1mm。6 各部件的装焊工艺装配焊接就是将已加工好的零件按图样规定的相互位置加以固定组装成零部件或结构，并焊接成形的过程。采取分部件装配，在装配过程中，允许偏差值要小于2mm。在夹具上定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法保证它的既定位置，即始终使工件的定位基准与工件的定位元件紧密接触。为此，夹紧所需的力应能克服操作过程在红产生的各种力，如工件的重力、惯性力、因控制焊接变形而产生的拘束力等。夹紧力应该指向定位基准，而且其指向应有利于减少夹紧力，通过传动机构而使夹紧元件与工件受压面直接接触而完成夹紧。在焊接过程中，由于焊接是局部加热和局部冷却成型过程，局部区域各部分金属处于从液态到塑性状态在到弹性状态的不同状态，并随热源的变化而变化。其在焊接受热的过程中，受热大的部分，在随后的冷却过程中会产生较大的焊接应力，使其在焊接后产生较大的焊接应变，这是焊接应力变形的根本原因。在工艺设计中要采用适当的方法去尽量减少焊接应力和变形。减少变形措施有:(1)设计时，避免焊缝的十字交叉，避免其应力集中，保持较好的焊接操可适性。(2)焊接前采取预热，减缓其冷却速度过大而产生较大的应力。焊接采取了合理的焊接顺序和方向，调整了其应力分布。装焊过程中采取了降低焊缝拘束度的工艺措施，补偿焊缝的缩量。（3）焊后采取锤击法，能在金属表面层内产生局部双向塑性延展，补偿焊缝区的不协调应变达到释放焊接残余应力的目的。6.1 筒体、封头与法兰的装焊筒体与封头的连接采用加有密封圈的法兰进行连接。筒体、封头分别与法兰连接，焊缝为角焊缝,焊后进行法兰间的装配。封头与法兰的装配、焊接都在小型变位器上进行，禁止将法兰密封面与装配平台接触，以避免擦伤密封面。其焊接接头均属于角接头，坡口形式及尺寸见图3-1，装焊示意图如图6-1所示： 图6-1 法兰与封头、法兰与筒体的装焊示意图焊接方法采用埋弧自动焊焊，其焊接工艺参数见表3-2。焊缝附近的油污等杂质要清理干净。需要在夹具上采用刚性固定，限制角变形。焊后对焊缝进行x射线探伤。6.2 筒体与接管的装焊（1）划线 （2）装配 按定位线找正位置进行装配。接管与筒体的垂直度，可用直角尺测量校正。（3）焊接 先实施定位焊，应使焊接点对称分布，使工件准确定位。然后采用埋弧自动焊焊进行焊接，坡口形式及尺寸见图3-1，焊接工艺参数见表6-1，装焊示意图如图6-2所示。 表6-1 埋弧自动焊工艺参数坡口形式焊丝直径/mm焊接电流/a焊接电压/v焊丝焊接速度m/h电流极性单边v型4.060035h08mn2sia30直流反接图6-2 装焊示意图（4）检验 检查工件的位置、尺寸精度是否符合要求。对焊缝进行磁粉探伤。6.3 封头与接管的装焊封头与接管的焊接接头是角接接头，采用埋弧自动焊进行焊接，其焊接工艺参数见表6-1，其坡口形状及尺寸见图3-1，装焊示意图如图6-3。其装配同接管与筒体的装配工艺。 图6-3 封头与接管装焊示意图6.4 接管与法兰的装焊装配在焊接变位器上进行，它可以将焊件各种位置的焊缝调整到易焊位置施焊。接管与管法兰的连接采用对口焊形式，如图6-4所示。采用埋弧自动焊进行焊接，焊接工艺参数见表6-1，坡口形状及尺寸见图3-1。焊缝附近的油污等杂质要清理干净，焊接过程稳定。 图6-4 接管与法兰装焊示意图6.5 支座与筒体的装焊其装焊工艺过程类似筒体与封头的装焊工艺过程，坡口形式及尺寸见图3-1，采用埋弧自动焊，利于焊缝成型，减少各种焊接缺陷的产生有大的作用，焊接工艺参数见表6-2。表6-2 埋弧自动焊工艺参数坡口形式焊丝直径/mm焊接电流/a焊接电压/v焊丝焊接速度m/h电流极性单边v型4.060035h08mn2sia30直流反接7焊接质量的控制方法和措施1预热、层间温度控制和后热管理：焊接过程中预、后热对焊缝缓慢冷却，改善热循环，促使焊缝中扩散氢的充分逸出，防止产生冷裂纹具有重要作用，因此，在压力筒焊接中应加强对预、后热及层间温度控制的管理，具体要求如下：a、焊条电弧焊的预热、后热及层间加热采用电加热，加热部位在施焊部位的另一侧，加热宽度为距焊缝中心两侧各150mm，即加热宽度不少于300mm。焊接时按照jb4709的要求进行预热，不同钢号相焊时，预热温度按预热温度较高的钢号选取；层间温度不低于预热温度，且不宜太高，层间温度不低于预热温度。后热温度为300350，保温0.51小时。b、埋弧自动焊因焊接速度快，焊缝长，焊前应采用电加热与烤枪结合的方式对焊缝预热，预热温度及层间温度详见焊接工艺卡。c、焊接前及焊后，专职质量检查员应随时用远红外测温仪测量焊缝的预热、层间及后热温度，并将测量结果记录在焊接记录上。2焊接线能量的控制：焊接线能量是影响焊接接头质量的重要因素，过大的线能量会使热影响区加宽，导致焊缝金属和溶合线缺口韧性降低，过低的线能量可能造成高硬度低韧性的热影响区组织，而且可能产生氢致裂纹，现场施焊接线能量宜控制在焊接工艺卡范围内，并应随时监控焊条电弧焊横焊及埋弧自动焊的焊接能量。根据线能量范围，选择正确的电弧电压、电流、焊接速度进行控制，现场应配一名焊接记录员，及时作好焊接线能量等焊接记录。3焊缝内部缺陷修补a通过射线检查确定其位置及性质，然后用超声波探出其存在的深度，采用碳弧气刨与打磨相结合的方式清除缺陷，在清除缺陷后，继续向深度方向磨削3mm，但气刨深度不得超过板厚的2/3，如气刨深度过板厚的2/3仍未发现缺陷时，则应补焊后从另一侧气刨，直至找出缺陷。气刨长度不得小于50，气刨后用砂轮机磨去氧化皮及渗碳层，并经检验合格后，方可补焊。返修焊工由焊接工程师指定，同一部位的返修次数不应超过二次。b补焊前应编制返修工艺，分析缺陷产生的原因，提出返修方案，经焊接责任工程师批准同意后实施，返修工艺至少应包括缺陷产生的原因，避免再次产生缺陷的技术措施，焊接工艺参数的确定，返修焊工的指定，焊材牌号、规格，返修工艺编制人，批准人签字等并及时做好返修记录。c返修后缺陷部位须经射线探伤重新进行无损检测。补充：x射线检验：x射线衍射法是一种研究晶体结构的分析方法，而不是直接研究试样内含有元素的种类及含量的方法。当x射线照射晶态结构时，将受到晶体点阵排列的不同原子或分子所衍射。x射线照射两个晶面距为d的晶面时，受到晶面的反射，两束反射x光程差2dsin使入射波长的整数倍时,即2dsin=n（n为整数），两束光的相位一致，发生相长干涉，这种干涉现象称为衍射，晶体对x射线的这种折射规则称为布拉格规则。称为衍射角（入射或衍射x射线与晶面间夹角）。n相当于相干波之间的位相差，n1，2时各称0级、1级、2级衍射线。反射级次不清楚时，均以n1求d。晶面间距一般为物质的特有参数，对一个物质若能测定数个d及与其相对应的衍射线的相对强度，则能对物质进行鉴定。8.该产品的质量检验方法和使用的标准储罐的检查包括储罐外部检查、储罐内外部检验和液化气储罐全面检验。 1储罐外部检查亦称运行中检查：检查的主要内容有：压缩空气储罐外表面有无裂纹、变形、泄漏、局部过热等不正常现象；安全附件是否齐全、灵敏、可靠；紧固螺栓是否完好、全部旋紧；基础有无下沉、倾斜以及防腐层有无损坏等异常现象。 外部检查既是检验人员的工作，也是操作人员日常巡回检查项目。发现危及安全现象（如受压元件产生裂纹、变形、严重泄渗等）应予停车并及时报告有关人员。 2储罐内外部检验：压缩空气储罐内外部检验这种检验必须在停车和容器内部清洗干净后才能进行。检验的主要内容除包括外部检查的全部内容外，还要检验内外表面的腐蚀磨损现象；用肉眼和放大镜对所有焊缝、封头过渡区及其他应力集中部位检查有无裂纹，必要时采用超声波或射线探伤检查焊缝内部质量；测量壁厚。若测得壁厚小于容器最小壁厚时，应重新进行强度校核，提出降压使用或修理措施；对