西南石油大学-材料成型及控制工程-课程设计-空气储罐设计说明书

1、目录1 课程设计目的、任务及要求31.1课程设计目的31.2课程设计任务31.3课程设计的基本要求 32 焊接结构总体设计32.1基本工作原理32.2设计参数选择及设计要求42.3容器结构设计42.5产品制造工艺流程83焊接工艺设计93.1材料焊接性分析93.2焊接方法的选择93.3焊接工艺规程 103.4焊接检验124课程设计心得体会 12参考文献 131 课程设计目的、任务及要求1.1课程设计目的课程设计是焊接课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面系统的训练，可以让学生将学过的零碎知识系统化，真正地把学过的知识落到实处，进一步激发学生学习的热情。另外，课程设计是在完成焊接结构生产理论教学

2、课程后，进行的综合运用所学基本知识和技能的一个非常重要的教学环节。通过课程设计，可以培养学生解决焊接生产实际问题的能力，检验学生对所学基本知识的综合运用能力；使学生进一步了解典型焊接结构（压力容器）的基本知识及相关焊接工艺，掌握焊接结构的整体设计、焊接工艺规程、焊接工艺卡的编制要领；最终使学生具有根据生产实际独立制定焊接结构焊接工艺的能力。1.2课程设计任务了解焊接结构（压力容器）、工况环境、制造过程的特点，掌握焊接结构的整体设计、焊接工艺规程、焊接工艺卡的编制要领。最终根据实际需要独立研究设计相应的焊接结构，制定相关的焊接工艺。1.3课程设计的基本要求熟悉焊接结构（压力容器）的结构特点，了解

3、焊接结构（压力容器）各部分的运行状态、结构特点以及影响制造工艺的因素并能按实际情况具体制定相应的工艺流程卡和工艺卡。2 焊接结构总体设计2.1基本工作原理2.1.1压缩空气性质：主要成分： 氮气、氧气等。 外观与性状：无色无味 沸点()：192（101.3KPa） 相对密度(水=1)： 0.9危险特性：高压常温储存，高温剧烈震动易爆。特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。来源：大气中的空气常压为0.1Mpa，经过空气压缩机加压后达到理想的压力。用途：压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的

4、工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。2.1.2空气储罐工作原理空气储罐广泛应用于中央空调、锅炉、热水器、变频、恒压供水设备中，起缓冲系统压力波动，保证系统的平稳用气，降低气流脉动的作用，从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化系统，以便充分除去油水杂质，减轻后续氧氮分离装置的负荷。在系统内水压轻微变化时，能保证系统的水压稳定，水泵不会因压力的改变而频繁开启。2.2设计参数选择及设计要求设计题目0.5m³空气球罐的设计介质空气设计压力0.5Mpa使用温度0-100几何容积（m³

5、;）0.5 1）设计要求：根据给定的条件（如设计压力、设计温度等）来选定容器的几何尺寸，即确定筒体的内径、长度、封头类型等，然后确定有关的设计参数，如容器材料、许用应力、壁厚附加量、焊缝系数等；2）计算封头和筒体壁厚、进行强度计算、焊接接头设计 、附件设计等。2.3容器结构设计2.3.1主要部件材料选取根据GB150-19981表4-1，选用筒体及封头材料为Q235-A（钢材标准为GB3274），其许用应力，鞍座选用材料为Q235-B（钢材标准为GB3274），其许用应力 ，接管采用材料为20（钢材标准为GB6654），。表2.12.3.2圆筒厚度的设计根据容器体积，粗定公称直径为650mm。

6、由于该容器储存介质易燃，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该储罐进行100%探伤，所以取焊缝系数为2。假设圆筒的厚度在4.516mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：100下的许用应力为，利用中径公式： （2-1）1当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取。对于有空气介质，腐蚀裕度应不小于2，。则筒体的实际厚度，对于内径大于500mm的容器，其最小壁厚，因此. （2-2） 22.3.3封头厚度计算根据查压力容器常用结构尺寸计算手册，选取公称直径的标准椭圆形封头，根据公式可得封头计算壁厚： （2-3）3同上，取，则封头的实际厚

7、度为：2.3.4封头和筒体的结构设计根据查压力容器常用结构尺寸计算手册表3-1得公称直径DN=650m的椭圆形封头各尺寸参数：表2.2 封头尺寸表公称直径DN 曲面高度直边高度内表面积容积质量650mm162mm25mm0.5070.0442m³24.5Kg图2.1 椭圆形封头由容器容积、公称直径，根据公式计算筒体长度：, （2-4）3即,计算得=1240mm2.3.5强度校核圆筒筒壁按下式进行应力校核： MPa （2-5）3封头许用压力校核： （2-6）32.3.6接管、法兰、鞍座在该空气储罐上设计了进气口、排气口、温度计口以及压力表口，其大致方位如下图所示：图2.2 各管口方位根

8、据HG/T 20609-20094选择各管口法兰尺寸如下表：表2.3 各管口法兰尺寸表名称公称直径DN(PL)法兰内径B法兰外径D法兰厚度C进气口5059B16519出气口5059B16519温度计口2026B10516压力表口2026B105162.4产品工装工作图（见附件）2.5产品制造工艺流程压力容器车间生产包括备料、成型、坡口成型、装配、焊接、焊缝检测、热处理、压力试验、表面处理、油漆及包装等一系列工序，以下流程图直观简要描述了产品车间制造工艺流程：装 配 端 盖钻 床 加 工包 装 入 库最 终 检 验喷 油 漆液 压 试 验车 床 加 工磷 化气割焊接车床加工开孔划线坡口加工清 洗

9、钻床加工车床加工换 热 管图 样 设 计申 购 材 料入 库领 材 料下 料亮 体管 板接 头端 盖进料检验胀 管气 密 性 试 验磷 化焊 接 组 装注：“”为特殊工序3焊接工艺设计3.1材料焊接性分析钢材的焊接性通常以下列特性指标加以评定：焊接热影响区的最高硬度（脆硬性）、冷裂纹敏感指数（与焊缝金属中的氢含量相关）、热裂纹敏感指数（焊缝中S、P等杂质和C、Si、Ni）、再热裂纹敏感指性以及接头各区的力学性能，特别是韧性的降低程度等。3.1.1低碳钢焊接特点低碳钢含碳量低，锰、硅含量少，在通常情况下不会因焊接而引起严重组织硬化或出现淬火组织。这种钢的塑性和冲击韧性优良，其焊接接头的塑性、韧性

10、也极其良好。焊接时一般不需预热和后热，不需采取特殊的工艺措施，即可获得质量满意的焊接接头，故低碳钢钢具有优良的焊接性能，是所有钢材中焊接性能最好的钢种。3.1.2低碳钢焊接要点1）埋弧焊时若焊接线能量过大，会使热影响区粗晶区的晶粒过于粗大，甚至会产生魏氏组织，从而使该区的冲击韧性和弯曲性能降低，导致冲击韧性和弯曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板时，应严格按经焊接工艺评定合格的焊接线能量施焊。2）在现场低温条件下焊接、焊接厚度或刚性较大的焊缝时，由于焊接接头冷却速度较快，冷裂纹的倾向增大。为避免焊接裂纹，应采取焊前预热等措施。3.2焊接方法的选择本次设计的空气储罐压力、尺寸小，筒体

11、采用一整块钢板卷制成型，有一条纵焊缝；两头采用标准椭圆形封头与筒体直边对接，两条环焊缝；容器总体共设计四个管接口，四条管板角焊缝。综合所学知识，拟采用焊条电弧焊以及埋弧焊两种焊接方法，下面简述两种焊接方法工艺特点：3.2.1焊条电弧焊工艺特点1）焊接设备简单，工艺灵活；2）对工作场地无特殊要求；3）可在任何位置焊接；4）对各种钢材的工艺适应性强，可焊接几乎所有的压力容器用钢，包括碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢；5）焊缝金属的力学性能优良，低温冲击韧度相当高；但也有很大不足，其生产效率低，对焊工操作技术要求高，焊接劳动条件差，焊接环境有毒烟尘大。3.2.2埋弧焊工艺特点埋弧焊是压力容器制造中最常

12、用的优良高校焊接方法：1）焊剂对电弧和焊接区起保护作用；2）焊接成本低且焊接生产率高；3）焊接金属的品质良好、稳定；4）焊接外观非常美观；5）操作环境好。埋弧焊存在的问题：1）设备费用高；2）对坡口精度要求高；3）焊接姿势受到限制；4）适用于碳素钢、低合金钢、不锈钢等材料的焊接，有色金属焊接困难；5）焊缝金属的冲击韧性普遍不好；6）主要用于自动焊、长缝焊、中等以上厚度板的焊接。综上分析，壳体与接管的连接采用焊条电弧焊焊接，筒体纵缝、封头与筒体连接采用埋弧焊焊接。3.3焊接工艺规程对焊条电弧焊，焊接电流与焊条直径大致存在下列经验关系：I=(3050)d （3-1）5I -焊接电流d-焊条直径碱性

13、焊条，电弧电压一般可取20-22V；对酸性焊条，电弧电压可取25-28V对于低碳钢，焊件壁厚较小时，可不必预热。具体的焊接工艺规程如下表所示：焊 接 工 艺 规 程 5Welding Procedure Specification日 期：产品零部件名称： 空气罐筒体纵缝 焊接方法： 埋弧焊 接头型式接头坡口形式：v 焊接层次：单面焊一层双面成型 母材1）材质： Q235-A 3）壁厚范围： 6mm 4）管径范围： 填充金属6焊丝牌号H08A焊丝直径4.0mm焊剂牌号HJ431焊前准备1） 坡口加工要求： 火焰切割或刨边2） 坡口及两侧清理：砂轮打磨坡口两侧母材各20mm范围内3） 焊材烘干要求

14、：焊剂烘干温度250 300/2h4） 焊接衬垫材料牌号及规格：焊剂垫 预热1）最小预热温度： 2）最大层间温度： 焊接位置1） 对接焊缝位置： 平焊 2） 角焊缝位置： 3）焊接方向： 气体保护保护方式气体类型气体成份气体流速喷嘴电特性1）电流类型和极性： 直流反接 2）最大线能量： 拖罩背面焊接电参数1） 焊接电流：650700A 3）焊丝伸出长度：5080cm2） 焊接速度：67cm/min 4）电弧电压：2832V焊后热处理温度范围： 处理时间： 焊后检查 1） 目视检查： 2） 射线探伤： 抽查率： 100% 3） 超声波探伤： 抽查率： 4） 磁粉探伤： 5） 渗透探伤：

15、 3.4焊接检验焊接是压力容器生产过程中的一个重要环节，而焊缝是压力容器中的薄弱区域，多种焊接缺陷、组织变化、焊接应力和应力集中常源于此。因此，焊缝质量的好坏直接影响压力容器的安全运行。为此对压力容器焊缝的表面质量有如下要求：1) 焊缝外尺寸符合标准规定和图样要求，焊缝与母材应圆滑过渡，焊缝高度不应低于母材表面；2) 焊缝与热影响区表面不应有裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见的夹渣等缺陷。3) 焊缝局部咬边深度不得大于0.5mm，低温压力容器焊缝不应有咬边，对于任何咬边都应进行修磨或补磨光，并作表面探伤，经修磨部位的厚度不应小于设计要求的厚度。焊缝的检验根据焊缝位置、接头形式、管子的直径等因数采用不同的方法，射线检测缺陷等级评定按照JB4730-94标准执行；钢制压力容器对接焊接接头超声检测按照1152-81锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤的规定进行。4课程设计心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生综合能力的具体训练和考察过程。这次对储罐的课程设计可以说是对以前所学知识的巩固，更是工作的前奏。对于本次课程设计，虽然这次课程设计量比较大，但是老师的安排是非常有意义的，对我们来说也是大学学习生涯必须完成的任务。在设计开始时，老师进行了的详细讲解，我才有了自己的设计思路。在完成任务的过程中遇