第四章焊工识图 第四节 球罐装配图识图及制造生产课程材料

1、焊接职业素养课程材料第四章 第四节 球罐装配图识图及制造生产哈尔滨职业技术学院二0一六年十二月二十六日第四章 焊工识图第四节 球罐装配图识图及制造生产一、提出任务 容器是一种重要的工业设备，尤其是压力容器，其下料质量决定着设备的产生质量，同时也影响其生产效率。怎样制作一个符合技术要求的球形容器呢？分析任务 根据容器的结构，可将容器分为球形容器、筒形容器。根据容器的工作状态，可将容器分为无压容器和压力容器。 从几何形体的角度来看，球形容器是表面积最小、受压最均匀的容器。因此，许多大型压力容器都制成球形。然而，球罐是不可展表面，要制造球形容器，首先要解决形体的近似展开(下料)的问题；其次要解决压制

2、成球面的问题。二、工艺准备1.直径计算 在设计球罐时，球罐的容积往往是已知的，那么其直径(半径)便可使用(4-1)计算，即 (4-1)式中d球罐的内径,m； V球罐的容积,m3。 2.壁厚的计算 球罐就是球形压力容器。在球罐的设计和制造中，壁厚的计算是很严肃的力学问题，其计算过程也是非常复杂的。本书不能详细介绍，下面介绍一个简单的壁厚计算公式，即 (4-2)式中板厚； P球罐的内压； d球罐的内径； 球罐的周向应力。 利用这两个公式，设计一般的球形压力器是很方便的。3.球罐的分瓣展开 球罐的下料方法主要有两个问题需要考虑：一是在诸多展开方法中选择何种方法展开；二是划分各部分的大小。 根据球罐的

3、大小来确定采用分瓣、分带或分块展开。一般来说，小型球罐选用分瓣展开，大型球罐选用分块展开。分带展开只能用于很小(直径0.5m以内)的球罐。由于球罐的尺寸一般都较大，故多数情况下是要采用计算后，再分瓣、分带或分块展开的。 在展开方法确定后，还要考虑分多少瓣或多少块的问题，这主要考虑一张钢板能制作一块或一瓣，不要在一块或一瓣上还有拼缝。图4-1所示是球罐分瓣(12瓣)展开的示意图。在分瓣展开时，要先解决两个问题：一是分瓣的大小(每瓣的角度)；二是极板的直径。然后便是要计算出每一瓣的展开尺寸和极板的直径。图4-1 球分瓣展开(1)球极的确定 球极最好用一块板制成，也可以用两板拼接而成。因此，球极的直

4、径是任意的，只要下料方便。一旦确定了球极的直径，球瓣的长度也就确定了。一般来说，球极直径不大于2 m。(2)球瓣尺寸的确定 球瓣的宽度 每一瓣的宽度为(4-3)式中Bn 在n等分时的瓣宽； D球罐的外径； d球罐的内径。一般情况下，当球罐的直径不大时经常均匀分成8瓣或12瓣，也可以根据球罐的直径和板料的宽度分瓣。为了方便读者的计算，表4-4列出了不同等分的分瓣展开的计算公式。表4-4 不同等分的分瓣展开时瓣宽的计算公式球瓣的两端尺寸 用表4-4中的公式计算出来的是球瓣最宽处的尺寸，但一个球瓣从中间两端是逐渐变窄的。最窄处就是与极板连接部位，其计算公式为 （4-5）式中b球瓣两端最窄处的宽度;

5、l上、下极板设定的半径; n半球上的1/4圆周等分的数日。 其他位置的宽度尺寸的确定 为了准确地画出每一瓣的形状与尺寸，应再取出几点计算该瓣的宽度。在图4-1所示的球瓣中，球瓣中间的宽度为B，可根据表4-4中公式计算出来。球瓣两端的宽度可用式(4-5)计算出来。而中间2、3位置的宽度则首先要确定在球罐上的位置，然后再进行计算。确定这两个位置最好用等分角的方法来确定。如图4-1中是将半球上的1/4圆周分成3等分，每一等分为30°，则2、3点的宽度则为 （4-6）式中式bn将圆周”等分后，bn是等分点n与n一1、n-2、n-32处对应的球瓣宽度；D球罐的外径；d球罐的内径；a是将半球上的

6、1/4圆周(90。)分成n等分，每一等分的度数（角度）；n半球上的1/4圆周等分的数目 在计算中，如图4-1所示的球罐中，分别为30°和60°，n为12。但在实际生产中，需根据球罐的大小来确定等分数。在此，将常采用的角度及计算公式列入表4-7中，供读者查阅。表4-7 常采用的角度及计算公式4.球体的组立、焊接、检验 焊接技术员给出球罐参数，并且调研掌握GB 123371998钢制球形储罐标准，GB/T1501998钢制压力容器标准，储罐储存介质的特性、储罐的工作条件等。 (1) 制造概况 该球罐按GB123371998钢制球形储罐制造。球瓣片有2000 t水压机冷压成形。为

7、消除冷作硬化现象，球瓣片经550580 回火处理，回火后钢板的力学性能经检验符合要求。 球罐本体焊缝总长650 m。支柱采用12根529 mm×8 mm的无缝钢管制成。它由南北两极各一块、南北寒带各16块、南北温带及赤道各24块，共计106块组成，除南北两极外，每两块板在工厂预先拼焊好，以减少工地焊接工作量。 焊前，经焊接裂纹试验确定预热温度为100 ，选用E5015型焊条，焊条直径为3.2 mm和4 mm两种。由几种位置的焊接试板验证试验表明，各项力学性能指标均达到设计要求。 (2)焊前准备 材料检验。原材料需进行逐张复验，钢材力学性能及化学成分要符合有关产品制造法规、标准和技术条

8、件的规定。 坡口加工。球瓣片冷压成形前，一次下料时切出坡口。坡口采用不对称双V形如图4-2所示。由于大坡口面在外，可以减少罐内焊接工作量。成形后，坡口边缘应磨光，并用着色或磁粉探伤。若发现有缺陷，如裂纹、夹层等应进行修补，严重者应更换。球壳板加工好以后，在车间内按带试装，并试装相邻的两个带。试装时，可作适当修整，合格后按位置编号，并将每两个带先行焊接。图4-2球壳板的坡口形式 预热装置。采用弯成弧度的凹形和凸形丙烷喷管加热。 焊条的烘干。焊条应由专人管理，焊条经350400 烘焙2 h后放入100120 的烘箱内保温，随用随取。焊工配备保温筒，取出的焊条超过4 h时，应重新烘干。 焊接变形的防

9、止。为防止焊接变形，纵缝和环缝的焊接都在球形焊接夹具上进行，在凹形夹具上焊内焊缝，在凸形夹具上焊外焊缝，并用弧形加强板固定，罐内采用十字交叉支撑。焊后检查，如有超标变形可用水压机进行矫正。三、焊接程序1.工艺准备 球罐本体的焊接采用总体装配后再焊接的程序。优点是：变形小，有利于保证整体尺寸和形状。但拘束度大，容易产生裂纹。焊接顺序是从中间(赤道带)向二极，先纵缝后环缝，先外后内，焊接顺序示意图如图4-3所示。图4-3球罐焊接顺序示意图2.焊接方法 为使收缩变形均匀，应力较小，采用对称焊法。每一组带焊接时，各条纵缝应同时施焊。如赤道带、南北温带，由24名焊工同时焊接。环缝焊接时，由多名偶数的焊工

10、对称分段、朝同一方向施焊。施焊时应注意，各层焊道的接头应错开。 每条焊缝都先在外侧用3.2 mm的焊条焊两层。然后反面拆除定位器、圆弧加强板、清除焊根、排出未焊透等缺陷，砂轮磨光后，经着色或磁粉探伤合格后，分别用3.2 mm和4.0 mm焊条焊满内侧。再用4.0 mm焊条将外侧焊满。平焊、立焊、仰焊缝采用多层焊，横焊缝采用多层多道焊。焊缝完全焊完并进行后热热处理后，相隔24h以上，进行X 射线或超声波探伤，并进行表面裂纹检查，以防漏检延迟裂纹。水压试验前，还需进行焊缝表面的磁粉检测。 焊接前在焊缝背面采用丙烷管预热，把火焰对准焊缝中心，同时在正面坡口两侧50 mm处进行测温，当达到100 时开

11、始施焊。焊接时火焰不熄灭，用能量较小的火焰燃烧，当低于预热温度时，应随时加热。层间温度不低于100 。每条焊缝焊完后，继续加热30 min后缓冷。3.支柱及其他附件的焊接 支柱及其他附件与球罐罐体的焊接处，均应预热至100 ，工艺参数适当大些。焊接时不准在坡口处随意引弧，以防产生淬硬组织。 球罐共有12根支柱，可先焊其中的6根，待先焊支柱全部焊妥并冷却后，再焊其余6根，以防变形或下沉。每根支柱焊完后，继续加热2030 min。全部焊完24 h后，进行着色或磁粉探伤。检验修补 经X射线、超声波及表面探伤检出的超标准缺陷，应返修。根据缺陷存在的实际情况进行电弧气刨。气刨后应将表面打磨光滑，经检查确认缺陷清除后方可补焊。 补焊用的焊条和工艺参数应与正式焊接时相同。补焊处需预热，要求在相距补焊位置100 mm以外的球壳表面温度达到150 时，才能开始补焊。当补焊长度超过500 mm时，采用逆向分段焊法，层间温度不低于100 。补焊后立即用氧乙炔焰加热半小时，2