2空气储罐的焊接工艺设计

1、课程设计说明书题 目：2m3空气储罐的焊接工艺设计专业年级：姓 名：学 号：绪论第一章压缩空气的特性第二章设计参数的选择第三章容器的结构设计3.1 圆筒厚度的设计3.2 封头厚度的计算3.3 筒体和封头的结构设计3.4 接管的设计3.5 鞍座选型和结构设计第四章强度计算4.1 水压试验应力校核4.2 圆筒轴向弯矩计算4.3 圆筒轴向应力计算及校核 4.4 切向剪应力的计算及校核 4.5 圆筒周向应力的计算和校核 第五章制造工艺参考文献心得体会绪 论课程设计是一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课 程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养 学生

2、独立工作能力的重要作用。课程设计需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进 行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择 优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有 益实践。通过课程设计，学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1.查阅资料，选用公式和搜集数据的能力；2,树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到 操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和 解决实际问题的能力；3,迅速准确的进行工程计算的能力；4,用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力本次设计

3、为压缩空气储罐，在十天的时间中，通过查阅相关数据及对国家标准 的查找计算出合适的尺寸，设计出主体设备及相关配件，画出装备图零件图以及课 程设计说明书。压缩空气储罐的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。 常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。各项设计参数都正 确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到设计要求，合 理地进行设计。第一章压缩空气的特性中文名称：压缩空气主要成分： 氮气、氧气等。外观与性状：无色无味沸点（C） ： 192c （ 101.3 千帕）相对密度（水=1）： 0.9健康危害：无环境危害：无燃烧危险：无危险特性：高压常温储存

4、，高温剧烈震动易爆。特性总述：压缩空气，即被外力压缩的空气。它具有下列明显的特点：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。作用或用途：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工艺气源，具 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。第二章设计参数的选择1、设计题目：压缩空气储罐设计2、最高工作压力：0.909MPa3、使用温度：0100C4、工作介质

5、：压缩空气5、全容积：2 m36、设计压力：1.0 MPa7、公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为1200mm8、焊接接头系数：0.89、主要元件材料的选择：根据GB150-19981表4-1 ,选用筒体、鞍座等材料为Q235-B,其许用应力错误! 未找到引用源。；第三章容器的结构设计3.1 圆筒厚度的设计由于该容器储存压缩空气，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该 储罐进行局部探伤，所以取焊缝系数为小=0.8圆筒材料Q235-B,设计压力1.0Mpa,查NT-1,可得：计算厚度占=6.3mm设计厚度=6 +C2=6.3+1=7.3mm取整后取为6 d=8.0mm3.2 封头厚

6、度的计算从受力和制作角度分析，球形封头是最理想的结构形式。但其缺点是深度大、 冲压较困难；而椭圆形封头深度币半径小，易于冲压成型，是目前低压容器中用的 较多的。故采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。查标准JB/T4746-20024中表1,得公称直径DN = Di =1200 mm选用标准椭圆形封头，根据椭圆形封头计算公式：6 = KPcDi/(2 6t 小-0.5Pc)取整后取为6 d=8.0mm!昔误！未找到引用源。3.3 筒体和封头的结构设计 一 D： 一一.一一.一、一 一由封头长短轴之比为2 ,即a=2错误！未找到引用源。，得 2hiD； 1200h = =mm=300mm错误！未

7、找到引用源。44查标准4中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见 表3-1和图3-1 oIT _V = DiL0+2V 封4取装料系数为0.9,则=-DiL0 +2V封即30 =M.22 XL0 +2 X0.2545错误！未找到引用源。0.9 40.9 4算得错误！未找到引用源。表3-1封头尺寸表公称直径DN mm总深度H mm内表回积A m容积m3质量Kg12003251.65520.25451063.4接管的设计很据实际情况，开二个孔焊接接管，一个为进料孔，一个为出料孔，两空参数相同接管尺寸如下:Di=50mm, H=60mm, 6 =8mm3.5鞍座选型和结

8、构设计3.5.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座。材料选用Q235-R按鞍式支座标准JB1167-81表3-6 鞍座尺寸表公称直彳仝Di鞍座长度L0鞍座图度H鞍座质量m鞍座边角91200mm1080mm200mm40 kg120 °3.5.2鞍座的安装位置图3-3鞍座安装位置第四章强度计算4.1 水压试验应力校核试验压力 Pt=1.25Pc=1.25Mpa圆筒的薄膜应力为(rt=Pt(Di+ 6 e )/2 6 e=119.67Mpa0.9 小(rs=169.2Mpa即0.9" 圻,所以水压试验合格由于该空气储罐壁厚8mm属于薄壁，只需计算轴向和周向应力。

9、4.2 圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为 Ra=Di/2+ 6 d/2=604mm储罐总质量m箱体质量+封头质量+空气质量+接管质量=594.77kg支座反力 F=mg/2=(594.77 乂 9.81)/2=2971.35N4.2.1 圆筒中间截面上的轴向弯矩根据2中式7-2,得：2(Rahi2)222 (604 -300 )M1FLL24A2971.35 1600160024 3001.4些3 16001600= 2.64 10 54.2.2鞍座平面上的轴向弯矩 根据2中式7-3,得：一 i + A+Ra2hi21i - M 2 = FA 1 + !72A-/ 4hi1+L一3L 一=1.

10、94 106 N m m2971.35 300223006042 -300216002 300 16004 3003 1600剪力图筒体受剪力图弯矩图筒体受弯矩图4.3 圆筒轴向应力计算及校核4.3.1 圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力最高点处:PcRaMi市a2a1 106 6042 6.352.64 105_2 -3.14 0.6046.3=47.97MPa最低点处:02PcRaM1成a211.0 106 6042 6.31.94 10 523.14 0.6042 6.3=47.96MPa4.3.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向

11、应力，按下式计算：a) .当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强(即 AMR%)时，轴向应力位于横截面最高点处.m21.0 106 6041.94 1062 = 48.21MPa2 6.33.14 1 0.6042 6.3取鞍座包角日=120：查表 7-1 (JB/T4731-2005)得，K1 = 1.0, K2 = 1.0 .则b) .在横截面最低点处的轴向应力 仃4 ：48.21MPapcRaM 21 106 6041.94 106% =Z2= Z-Z - 2-ZZ2 Z-128e水2Ra 花 2x6.33.14x1x0.604 父6.34.3.3 圆筒轴向应力校核0.094

12、A 二Ri/1604 /6.30.094=9.8 10 -4(5-3)查图 4-810得,E =1.86 X105，则225B=2 EA=21.861059.8 10(-4)33= 121.58MPa5 ,近，6 , b41max =4821 MPa0ac I - B =121.58MPa满足条件Oac>max4.4切向剪应力的计算及校核4.4.1 圆筒切向剪应力的计算根据2中式7-9计算，查2中表7-2 ,得:K3 = 0.880K4 =0.401K3FRa I0.88 2971.350.604 0.0063= 6.87MPa4.4.2 圆筒被封头加强（A <Ra/2）时，其最大

13、剪应力 入根据2中式7-10,计算得:K4F4 二Ra维0.401 2971.350.604 0.0063= 3.13MPa4.4.3 切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8封头的切向剪应力，应满足.h M1.25L- 1 -二h而 p=6.87MPa <0.81/=0.8><170 = 136MPa故圆筒满足强度要求。根据2中式7-122Di . 1 x222hi 621200+ 2 X300KpcDi2黑1 1 120095.24MPa2 6.30=3.13MPa <1.251.-诉=1.25 父 170-136.36 = 76.14

14、MPa故封头满足强度要求4.5圆筒周向应力的计算和校核4.5.1 在横截面的最低点处:其中k=0.1 （容器焊在支座上）查2中表 7-3 知，K5 =0.760.1 0.76 2971.358 6 140= 0.12MPa4.5.2在鞍座边角处由于 L Ra =2250 =3.73 ：二8604F12K6FRa4a十鼠b2 Li /十e2)06由于 A/Ra = -03- = 0.49 < 0.50.604查2中表 7-3 知，(=0.0 1 3M2971.3512 0.013 2971.35 6044 8 6 1401600 8 62=12.88 MPa104.5.4周向应力校核% =

15、0.12MPa < I(rl =170MPa% =12.88MPa <1.251(rl = 1.25父 170 = 212.5MPa故圆筒周向应力强度满足要求。第五章空气储罐制造工艺5.1 2m 3空气储罐制造工艺流程1、钢板切割下料2、筒节卷制及封头的冲压成型3、筒节纵缝坡口制备卷制成形后，按图样规定的筒体名义直径测量筒体实际周长，并划二次线，除去余量后按焊接工艺的要求加工出 V形坡口4、筒节纵缝的焊接和热处理筒节纵缝焊接方法按壁厚选择单丝埋弧焊和焊条电弧焊，5、环缝坡口的制备6、环缝焊接焊接方法：埋弧焊7、接管焊接8、焊后热处理9、水压试验10、涂装发运第六章焊接工艺6.1、

16、母材的化学成分及力学性能化学成分C/%Mn/%Si/%Cr/%Ni/%P/%S/%Q235-B0.12-0.200.30-0.70<3.00/0.0450.045力学性能6 s/MPa6 b/MPa8 5/%4 /%AkvQ235-B>235/>26>27 (-30、0、30 C)6.2、 低碳钢的焊接性选用Q235-B碳素钢。11原因：压力容器用碳素钢一般是含 S、P杂质少，塑性好，焊接性优异, 抗冷脆性高，时效倾向小的镇静钢。供应方便，价格低廉。6.3、 低碳钢的焊接工艺要点低碳钢焊接一般不需要采用特有的工艺措施，但若在寒冷冬季施焊时，焊接接 头冷却速度较快，裂纹倾

17、向增大，尤其焊接厚板角焊缝、厚板多层焊角焊缝或对接 多层焊中第一道及最后一层，开裂倾向就更大。因此为避免裂纹的产生可采取如下 措施：、如需要预热，焊前要预热，同时焊时保持层间温度。、采用低氢焊接材料。、厚板单层角焊缝不得过小，表面缺陷的补焊应有正常焊缝尺寸，长度不得 过短。、适当增加定位焊的截面和长度。定位焊时要加大焊接电流，降低焊速，必 要时还要预热。、焊接要连续，尽量避免中断，尤其多层焊应尽量连续焊完最后一层。、焊后适当注意缓冷，一般不需要消除应力回火。6.4、 焊接方法选择及对应坡口形式一、筒体纵缝与环缝焊接工艺1、筒体纵缝的焊接（1）焊前准备1）焊接方法与焊接材料的选择根据筒体采用Q2

18、35-R所以选择埋弧焊和焊条电弧焊。焊接楙通祝网H08A星 丝和HJ430的焊剂、J422即E430鲫条2）坡口型式如图所示，开带钝边的V型坡口。留2mnH隙。3）准备衬垫，为单面焊双面成型做好准备。4）清理坡口及边缘的杂质，包括油锈水等。5）采用焊条电弧焊进行定位焊。定位焊采用马板的形式，在坡口内不能出现 定位焊焊缝。（2）焊接工艺1 ）打底层采用焊条电弧焊反面不加衬垫，采用J422，3.2的焊条，如果采用连弧法，焊 接电流选择115-125A如果采用断弧法焊接电流选择105-115A运条方法采用锯齿形。焊 条在坡口两侧多做停留。运条频率为每分钟50-55次为最佳。2）盖面层采用埋弧焊，可以

19、采用500A的焊接电流，电弧电压35-40V.采用H08A焊丝和HJ430 的焊剂。2 .筒体环缝的焊接（1）焊前准备1 ）将筒体纵缝焊接结束以后，将筒体与封头接缝处开坡口，坡口型式如图所示。2）采用焊条电弧焊将筒体与封头装配并且定位焊，焊条采用J422,定位焊焊接在12坡口背面。3）清除坡口附近的杂质，包括油锈水等。（2）焊接过程1 ）打底层最佳方法是埋弧焊，也可以将筒体放置在转台上，焊缝置于平焊的位置，采 用FAB法，即焊剂石棉衬垫法。特别注意安装衬垫时，将双面胶带贴在焊缝反面，在间隙内铺设少量铁粉，在焊接时生成熔渣，对熔池 形成承托的作用。焊丝为H08A焊丝直彳全为C 4,焊剂是HJ43

20、0.铁粉牌号 是RR-2。焊接电流为400A,电弧电压为34V.焊接速度是36m/h。2）盖面层：采用埋弧焊，焊接电流与电弧电压都可以增加。 焊接电流增加到450A,电弧电压 34-36V,焊接速度为34.5 m/h.电源采用交流。I焊条电弧焊：主要特点一一操作灵活；待焊接头装配要求低；可焊金属材料广；焊接生产率 低；焊缝质量依赖性强（依赖于焊工的操作技能及现场发挥）。应用一一广泛用于造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等 制造维修行业中。适用于（上述行业中）各种金属材料、各种厚度、各种结构形状 的焊接。2、埋弧焊（自动焊）：主要特点一一焊接生产率高；焊缝质量好；焊接成本低；劳动条件好；难以在 空间位置施焊；对焊件装配质量要求高；3、焊丝化学成分C/%Mn/%Si/%Cr/%Ni/%P/%S/%H08A<0.100.300.55<0.03<0.20<0.30<0.03<0.03力学性能6 l/MPa®2/MPa8/%Akv (0C)H08A410550>330>22>27136.5、 焊接、焊前的准备1 材准备：领取符合国家标准的母材试板、钢管、焊接气体、焊丝等。2 前准备工具：手套、面罩、榔头、凿子、尖嘴钳、三角铁、锤刀、钢刷， 记录笔