100立方米氮气储罐设计

1、摘 要 氮气贮罐是储存氮气的压力容器，本次设计中详细制定了氮气贮罐罐体部分的制作工艺和焊接滚轮架的设计。 根据压力容器的制造标准，此氮气贮罐属于类压力容器。其设计、制造、检验和验收应符合GB150.42010固定式压力容器的规定。该产品主体部分由16MnR钢制作完成，其它配件部分由Q235钢制作完成。而16MnR钢和Q235钢的力学性能和焊接性能均良好。通过分析母材的各种性能以及氮气贮罐的结构特点，编制出适合氮气贮罐的生产工艺流程。主要为贮罐的筒体制作工艺、贮罐的封头制作工艺和贮罐的总装配焊接工艺。贮罐筒体的制作主要涉及母材的复检、划线下料、筒节的卷制和卷制完成后的矫圆等。而贮罐封头的制作除了

2、母材的复检、划线下料之外还涉及到封头的压制、二次切割等重要制作工艺。筒体与封头制作完成之后需进行总装配焊接，在总装配焊接时，应根据产品的制作工艺特点选择合适的夹具及焊接工艺装备，以提高制作产品的生产效率，此文将对自调式焊接滚轮架进行设计。最后，结合产品的技术要求，采用无损检测和水压试验对氮气贮罐进行检验。关键词：氮气贮罐；制作工艺；焊接滚轮架；设计Abstract Nitrogen tank is stored nitrogen pressure vessel. The design of the nitrogen storage tank formulated the detail main

3、 components manufacturing technique and turning rolls design. According to the standard of pressure containers, this nitrogen storage tanks is belonged to I kind of pressure container. Its design, manufacturing, examination and acceptance should conform to the provision of GB150.42010stationary pres

4、sure containers.The main part of the product produced by the 16MnR steel, other parts of steel produced in part by the Q235. The 16MnR steel and Q235 steel mechanical properties and welding properties are fine.By analyzing the various properties of parent material and the structural characteristics

5、of the nitrogen tank, nitrogen tank suitable for the preparation of the production process.The main tank of the tube production process, storage tanks and tank head production process of final assembly welding process. Mainly related to the production of cylinder tank base metal re-examination, mark

6、ing cutting, tube and section rolling rolling circle after the completion of such correction.The tank head production in addition to the base metal re-examination, marking involves cutting head in addition to the repression, the second cut, and other important production process.Production of the cy

7、linder and head assembly after the completion of the total need of welding, welding in the general assembly should be based on characteristics of their production process and select the appropriate welding fixture and equipment to improve production efficiency and production, this article will be se

8、lf-tuning rolls frame design.Finally, combined with the product technical requirements, uses nondestructive test and the hydraulic test carries on the examination.Keywords: Nitrogen storage tank; manufacturing technology; turning rolls; design引 言 近20年来，我国经济持续高速增长，制造业作为我国国民经济主要的支柱产业以空前的速度发展。2003年，我国钢

9、产量突破2.3亿吨，其中焊接结构用钢量超过1.0亿吨，跃居世界首位，由此推动了我国焊接结构制造业向规模化发展。焊接技术也已经从一种传统的加工工艺和材料连接方法演变成为当今世界先进的制造技术之一。焊接结构生产工艺的先进性、合理性和经济性对我国制造业的发展和经济效益正产生越来越大的影响。鉴于焊接技术具有一系列独特的优点，已经在几乎所有的工业部门得到了广泛的推广应用。其中最主要的应用领域有建筑结构、交通运输、发电设备、冶金设备、石油化工机械、工业管道、食品医药机械、航空航天工程、重型机械、工程机械和机床制造业等。随着焊接结构不断向大型化、重型化、精密化和高参数化方向发展，焊接生产技术的整体水平得到相

10、应的提升。各种先进高效的焊接方法以及机械化、自动化焊接装备在我国普遍推广应用。压力容器也是焊接最主要的应用领域之一，所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力P0.1MPa，容积V25L，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。它广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的设备。随着石油化工、电站锅炉和原子能工业的迅猛发展，压力容器制造技术也有了很大的发展，它主要表现在以下三个方面：一是压力容器向大型化过渡，容器直径和壁厚成倍增长；二是低合金高强

11、度钢的广泛应用，大部分压力容器均采用了各种级别的低合金高强度钢；三是焊接新工艺、新技术的广泛应用，使得焊接质量进一步提高，从而提高了这些大型产品质量的可靠性。其中以压力容器产品大型化、高参数化的趋势尤为明显。1000吨级的储气罐、2000吨级的煤液化反应器、10000立方米的天然气球罐（日本最大的天然气球罐为30000立方米）等已经在我国大量应用。压力容器在石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步

12、表现在以下几个方面：（1）材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性；（2）材料的介质适应性：针对各种腐蚀性介质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供了保证；（3）材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的适用范围；（4）更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统的材料已经无法解决，诸如30000立方米天然气球罐、200000立方米原油储罐以及超高压容器的选材问

13、题。目前800MPa 高强材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注。 近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40%以上。正由于这些先进高效焊接设备及工艺的采用，使压力容器制造技术有了更大的提高和发展。就具体的压力容器焊接而言，焊条电弧焊的比例已逐步缩小，而埋弧自动焊、氩弧焊、CO2气体保护焊等先进的焊接技术已经得到广泛应用；带极堆焊、窄间隙埋弧焊和药芯焊丝气体保护焊等高效率的焊接方法设备已成为一些大型压力容器厂必备的焊接设备；小管径内壁堆焊、管子-管板自动旋转氩弧焊、马鞍形接管自动焊等一系列新型焊机也在不少工厂中得到了应用。这对于稳定地提高压力容器焊接质量，提高压力容器制造工艺

14、水平，无疑将起到很大推动作用。压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测及安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展。在世界各国投入了大量人力物力进行深入研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新工艺所代替、而冶金机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体制造技术水平提高的前提条件 。 中国是压

15、力容器的生产大国，目前生产的目的主要是满足国内的需求。生产厂家的数量（约3200家）和相应的装备能力均为世界领先，从以储气罐为代表的重型容器到高压气体运输容器等特殊的容器，中国都有很强的生产能力，并且产品的价格和质量都具有一定的竞争力。多年的生产实践和国家的规范化管理，使我国的压力容器行业形成了装备齐全、人员配套、管理严格的生产格局，为我国的压力容器产品走向世界奠定了基础。随着我国加入WTO和国民经济持续高速发展，压力容器制造业今后也必然会有一个很大的发展，只有认清发展趋势，才能把握住自己的发展方向，才会使压力容器制造业有更好的发展。1 产品介绍1.1 氮气贮罐的结构分析氮气贮罐是一个承受内压

16、的钢制焊接压力容器。在规定的使用温度和对应的工作压力下，应保证安全可靠，罐体的基本结构部件包括筒体、封头、法兰、接管、支座、工作台等。表1为氮气贮罐的主要参数。表1 产品主要技术参数 设计容积 100m3设计压力 0.98MPa设计温度 50 焊缝系数0.85材料性质 16MnR腐蚀裕度 3mm 充装介质 氮气介质特性 无毒 图1为氮气贮罐的结构简图。 图1 产品结构简图 1.支座；2.封头；3.法兰；4.接管；5.人孔；6.工作台；7.筒体 氮气贮罐组成为：（1）筒体 筒体是该压力容器的重要组成部分，由它构成储存物料所需要的大部分压力空间。由于本次设计的罐体直径较大,应采用钢板卷制后焊接。除

17、此之外，由于容器的长度较长，需要用钢板卷焊成若干个筒节，再组装焊接成所需要长度的筒体。从压力分类可以看出该容器属于低压容器（0.98MPa），因此为单层结构。（2）封头根据几何形状的不同，压力容器封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种。该罐体的封头属于凸形封头中的椭圆形封头。（3）法兰法兰按其所连接的部分分为管法兰和容器法兰。用于管道连接和密封的法兰叫管法兰；用于容器顶盖与筒体连接的法兰叫容器法兰。法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来。（4） 开孔与接管由于工艺要求和检修时的需要，常在容器的筒体和封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管，以及安装压力表、液位

18、计、流量计和安全阀等接管开孔。手孔及人孔是用来检查容器内部并用来拆装和洗涤容器内部的装置。手孔直径一般小于150mm。直径大于1200mm的容器应开设人孔。筒体与封头开设孔后，开孔部位的强度被削弱，一般应进行补强。（5） 支座 压力容器依靠支座并固定在基础上。视圆柱形容器的安装位置不同，可采用立式容器支座和卧式容器支座两类。该容器为卧式容器可采用鞍式支座，因为其又为薄壁容器也可采用圈座。（6） 梯子 该容器为卧式容器，但由于其直径较大，以及人孔设计位置，需要制作一个梯子，梯子与地面所成角度为60º。（7）工作台 就是方便工作人员进行操作的工作平台，其置于卧式容器的上方，与梯子和人孔互

19、相连接。1.2 母材焊接性分析1.2.1 氮气贮罐主体部分材料焊接性分析 （1）16MnR钢的化学成分分析材料的化学成分直接影响着材料的各项性能，因此需控制材料中的有害杂质硫、磷的含量。材料中含硅量超过了0.6%对冲击韧性不利，使脆性转变温度提高。含碳量超过0.3%和含锰量超过1.6%，焊接时易出现裂纹，同时在热轧钢板上还易出现脆性的贝氏体组织。这一类热轧钢主要通过锰、硅等合金元素的固溶强化获得高强度。16MnR钢的化学成分如表2所示。表2 16MnR钢的化学成分牌号化 学 成 分/ %CSiMnSP16MnR 51.201.600.0300.035 （2）16MnR钢的

20、力学性能分析 16MnR钢板的力学性能如表3所示。表3 16MnR钢的力学性能牌号热处理状态规格/mm拉 伸 试 验冲击试验冷弯试验屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率(%)温度/20横向 /Jb=2a ,180º16MnR热轧1634551064021031 d = 2a材料的力学性能与焊接结构的使用安全有很大关系，因此材料的力学性能必须达标才可使用。（3）16MnR钢的焊接性分析 16MnR钢是制造压力容器的专用钢，对硫、磷等杂质控制严格，但在焊接接头中仍有可能产生缺陷及性能变化：1）粗晶区脆化 焊接时，热影响区中被加热到1100以上的粗晶区，是焊接接头的薄弱区。在焊接时，如焊

21、接线能量过大，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而降低韧性；焊接线能量过小，由于粗晶区组织中马氏体比例的增大而降低韧性，这在焊接含碳偏高的热轧钢时比较明显。采用小线能量焊接或在钢中加入微量钛（约0.29%)。2）热应变脆化 焊接接头熔合区以及最高加热温度低于AC1的亚临界热影响区，有热应变脆化现象。一般认为，这种脆化是由于碳、氮原子聚集在位错周围，对位错造成的钉扎作用造成的。一般易于在200400最高加热温度范围的亚临界热影响区产生热应变脆化。16MnR钢中不含氮化物形成元素，因此16MnR钢具有大的热应变脆化倾向。所以可以通过添加V、N等元素形成氮化物，从而降低热应变脆化倾向。此外，还可以通

22、过热处理使韧性得到很大恢复。3）冷裂纹 16MnR由于含有少量合金元素，所以这种钢的淬硬倾向要比低碳钢要大一些。但由于其碳当量比较低，一般情况下（除环境温度很低或钢板厚度很大时），其冷裂纹倾向都不大。但16MnR在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而是转变为含碳较高的马氏体和上贝氏体，具有淬硬倾向。16MnR焊条电弧焊冷却速度时，热影响区会出现少量铁素体、贝氏体和大量马氏体。焊接热影响区产生淬硬的马氏体或者是高碳马氏体、上贝氏体和珠光体的混合组织时，对氢致裂纹的倾向就比较敏感：而当产生下贝氏体和低碳马氏体的组织时，对氢致裂纹的倾向就不敏

23、感。所以需要采取控制焊接线能量，降低含氢量，预热和及时后热等措施，以防止冷裂纹的产生。 4）热裂纹 由于16MnR含碳量较低、而Mn含量较高。具有较好的抗裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下不会出现热裂纹。但是个别情况下也会在焊接中出现热裂纹问题，这主要是与16MnR中C、S、P等元素含量偏高或者严重偏析有关。在措施上主要采取设法减小母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝成型系数（即焊缝宽度与厚度之比），也可以通过焊材来调整焊缝金属成分，降低焊缝中的才C含量和提高焊缝中的Mn含量。5）层状撕裂 大型厚板焊接结构，如在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。这种

24、裂纹常出现于角接接头或丁字接头。合理选用层状撕裂敏感性小的钢材；改善接头形式以减轻钢板Z向所承受的应力应变；在满足产品使用要求前提下，选用强度级别较低的焊接材料或预堆焊低强焊缝；采用预热及降氢等措施，都有利于防止层状撕裂。1.2.2 氮气贮罐配件部分材料焊接性分析（1）Q235A钢的化学成分分析Q235A钢含碳量小于或等于0.22%，锰、硅等元素含量也比较少。具体化学成分如表4所示。表4 Q235A钢的化学成分牌号等级化 学 成 分/%CMnSiSPQ235A0.220.300.700.350.050.045（2）Q235A钢的力学性能分析Q235A钢属于典型的碳素结构钢。Q235A钢板的力学

25、性能如表5所示。表5 Q235A钢的力学性能牌号等级规格/mm拉 伸 试 验冲击试验冷弯试验屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率(%)温度/V型纵向冲击吸收功 /J=2,180ºQ235 A616235375500262027纵a，横1.5a （3）Q235A钢的焊接性分析 Q235A钢属于碳素结构钢中的低碳钢。其含碳量少，锰、硅等元素含量较少，一般用熔焊法或其他焊接方法通常不会因焊接而出现严重的硬化组织或淬硬组织。这种钢的强度不高，塑性和冲击韧性良好，焊接接头的塑性和冲击韧性也很好。焊接时一般不需要预热、层间保温和后热，焊后也不必热处理。所以Q235A钢的焊接性优良。但是，当刚性

26、大的结构件在低温条件下焊接时，可能出现裂纹。为此，在寒冷天气焊接时有必要采用适当的预热和缓冷措施。2 产品主要部件制作工艺2.1 筒节制造工艺 筒节制造工艺流程如图2所示。 图2 筒节制作工艺流程图 2.1.1 钢材复检钢材检验是为了检验所用的钢材是否符合国家标准，相关的技术要求，质量标准和等级标准，主要检验以下几个方面：钢号、化学成分、力学性能、表面和内部缺陷等。（1）钢号核对钢材入厂时，检验员应该按厂内的钢材进货要求检查所入钢材是否为本厂要求的同批号钢材，且数量是否足够。（2）化学成分检验 在钢板上取样之后，对其进行化学成分的校对检验。检验的主要元素是碳、锰、硫、磷。化学分析试验的操作应符

27、合GB/T223的规定。（3）力学性能检验 通过做静负荷试验，来检验钢材的的力学性能。试样形状、尺寸及试验方法参见GB26491989、GB26512008、GB26532008的规定。（4）缺陷检验 钢材的缺陷主要有表面缺陷和内部缺陷两种。1）检验成品钢材的表面缺陷是指检验其是否在运输中受损，出现严重损伤划痕、沙眼、裂纹等，一般为可见的缺陷。2）检查所入钢材的内部缺陷是指检查内部是否存在沙眼、气孔、夹渣、裂纹、麻点、疏松等缺陷。一般用超声波探伤。2.1.2 钢材预处理 （1）钢板表面净化钢板的表面净化是钢板预处理的一个步骤，运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。表面净化的

28、方法大体分两类：机械法和化学法。化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法主要有砂轮打磨、喷砂、喷丸处理。本钢板选用喷砂作为表面净化的处理方式，除去铁锈和氧化皮。用喷砂法做表面净化，所得钢板质量好，且效率高，但是，粉尘太大，所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作。需要注意的是，近年来钢板出厂时，大都会喷一层防护漆，来避免它的腐蚀，防护漆不影响以后的加工和焊接，此时，表面净化这一工序就可省略。 （2）钢板矫形钢材在吊装、运输、装卸和堆放过程中，都会由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面凹凸不平等。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他

29、加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另外，在装配焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的

30、。矫形的方法按操作方法的不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。图3为多辊式矫平机的工作原理图。本工艺中，钢材16MnR，板厚为16mm。选用11辊矫正机，其参数情况见表6。 图3 多辊式矫平机工作原理图表6 矫正机参数表辊数辊距/mm 辊径/mm钢板最小厚40kg/mm²/mm 最大矫正度/ms-1主电机最大功率/kw1136032050.3220 为了提高矫平效

31、果，可以使辊间距离前后不等，前边辊间距离较小，使钢板产生较大的变形，以使弯曲均匀，而后面的辊间距离较大，使钢板的变形逐渐减小和平直，这样一次通过就能达到矫平目的。2.1.3 下料金属材料的下料可采用机械切割和热切割完成。对于有冷作硬化倾向或有淬硬倾向的金属材料，在机械剪切或热切割后，待焊边缘应作进一步机械加工。对于厚板则需要作边缘的坡口加工。目前常用的机械剪切机床有：龙门式剪板机，联合式剪板机，盘园式剪板机，振动式剪板机，以及专用或多用的型钢剪断机等。由于剪切需要对母材进行划线、号料，因此，本工艺选用较为方便操作的数控火焰切割方式来进行钢板的下料，可省去划线、号料。数控切割设备选用LHBX-1

32、型便携式数控切割机，该型数控切割机为悬臂式结构，可配备火焰切割，是一种高效率、节约能源的切割设备。气体火焰切割原理是利用可燃气体与氧气混合燃烧形成的预热火焰，将被切割的金属加热到其燃烧温度，再用喷射出高速氧气流使割缝被加热到燃点的金属发生剧烈燃烧产生大量热量，并将产生的氧化物熔渣吹除掉，从而把金属分割开来的一种加工方法。LHBX-1型便携式数控切割机主要技术参数见表7。表7 LHBX-1型便携式数控切割机技术参数切割厚度/mm调速范围/mmmin-1切割宽度/mm轨道长度/mm切割气体02000350001200mm02500mm氧气+乙炔或丙烷 在下料前应先对制作筒节的板材进行选取，因为钢材

33、在卷圆后，内层纤维受压而缩短，外层纤维被拉伸而伸长。而在内层与外层之间存在着一层既不缩短也不伸长的纤维，该层即为中性层。制作筒节所用钢材的展开尺寸计算就是以中性层为依据的。首先，按弯曲内径r与板厚的比值确定中性层位置，k为中性层位置系数。r/s=1600/16=100>5,所以k值取0.5。由于筒节为圆柱形回转体，划线前要进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，一般按中径展开。具体公式如下：L=(Dg+)+S (2-1)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（mm）。 故筒节的展开直径d=Dg+=3200+16=3216 (mm) 筒节

34、的展开长度：L=d+S=3.14× 3216+2= 10100.24（mm） 筒节的展开长度即为选用板材的长度；再根据筒体的总长选择板材数量以及每块板材的宽度。筒体总长11400mm，根据压力容器用钢板规格，宽度：6003800mm，长度最小为10000mm，可选取10200mm×2100mm×16mm钢板4块，选取10200mm×3500mm×16mm钢板1块。采用数控切割机下料时，钢板边缘处厚度不均匀影响焊接质量，因此，需预留出余边量。所选筒节板材，如图4所示。 图4 内筒筒节下料尺寸 注：为毛坯尺寸；-为选板尺寸2.1.4 边缘加工所谓边

35、缘加工是将工件的边缘或端面加工成符合工艺要求的形状和尺寸精度的加工工序。对下料后的零件进行边缘加工的主要目的是：（1） 消除前道工序加工所产生的加工硬化层和热影响区；（2） 根据工艺要求完成坡口加工。 （3）消除装配、焊接工件边缘或自由边的各类缺陷，以提高结构的整体质量； （4）提高结构的表面质量，也可为产品的后期制作创造条件。刨边机可进行钢板的直线边缘加工和开坡口，且加工精度高，坡口尺寸准确，刚性夹紧装置可以防止产生加工变形，不会出现加工硬化和热切割中出现的淬硬组织和熔渣等。本工艺选用B81120A/1型刨边机进行边缘加工。参数见表8。表8 B81120A/1技术参数产品名称型号最大刨削尺寸

36、:长×宽/mm最大牵力/t刀架数及回转角调整范围直线度/mm主电机功率/Kw 净重外形尺寸长×宽×高/mm 刨边机B81120A/1 12000×80 62个,±25º 0.1 18.5 3818275× 3750×39002.1.5 筒节卷制钢板的弯曲加工，实际上是通过旋转的辊轴，使钢板在辊轴的作用力和摩擦力的作用下，自动向前推进产生塑性变形而弯曲。本工艺选用对称式三辊卷板机，钢板卷制的基本原理如图5所示。图5 三辊卷板机工作原理图1.上辊；2.下辊；3.钢板 上辊1可在垂直方向上下调节，两个下辊为主动辊，可正反

37、两方向旋转，并对称于上辊中心线排列。弯曲时将钢板放入上、下辊之间，然后上辊向下移动将钢板压紧并使之弯曲，使钢板达到塑性变形状态，再驱动两下辊旋转，并借助于钢板与辊子之间的摩擦力使钢板左、右移动，同时上辊也随之转动，这样，就使钢板连续通过垂直平面，受到相同的弯曲，产生相同的变形，钢板成为曲率相同的弧形板。一次行程之后，再将上辊下压一定距离，又驱动下辊，使钢板进一步受到弯曲。上辊几次下压，就将钢板弯卷到需要的曲率半径。板料的两端不能同时进入三辊之间部分得不到弯曲，成为剩余直边。剩余直边的长度约为两下辊中心距的一半。根据工艺要求，本工艺采用Wn-16×3200型号的对称式三辊卷板机，其技术

38、参数如表9所示。 表9 Wn-16×3200型对称式三辊卷板机技术参数卷板最大尺寸(厚度×宽度) /mm×mm卷标速度/mmin-1最小弯曲直径/mm材料屈服极限/MPa电机功率/kw16×3200585024544 （1）预弯 胎板工件 使用对称式三辊卷板机进行钢板卷制时，在钢板的两端各存在一个平直段（约为两下辊中心距长度的一半）无法卷弯。为此，在卷制之前，应采取的措施将钢板两端弯曲成所需要的曲率。预弯的方法有以下两种：模压预弯和弯胎预弯。在此选择弯胎预弯的方法，即利用弯曲胎板在卷板机上进行的。其原理如图6所示。 图6 预弯胎板法工作原理图预弯胎板一般

39、用厚度大于筒体厚度两倍以上的板材制成。在本设计中预弯胎板的厚度取35mm。在冷变形时需考虑到回弹量，预弯胎板的曲率半径应略小于筒体的半径，所以取1500mm。预弯长度应大于两下辊中心距的一半，通常为(620)，在此取240mm。（2） 对中 板料预弯之后，将放入卷板机上下辊之间进行滚卷前必须使板料的母线与辊的轴线平行，使板料的纵向中心线与辊的轴线保持互相垂直，也就是对中。其目的是防止钢板在滚卷过程中产生扭斜。常用方法有：挡板对中法、倾斜进料对中法、辊上槽线对中法。本设计选用挡板对中法。（3） 卷制 对中后可实施滚卷，使上辊下压，钢板产生一定曲率的弯曲。卷制时应注意：冷卷时，不超过材料允许的最大

40、变形率；上辊下压产生的下压力保证辊子不打滑；根据板厚、材质，一次下压量不超过卷板机的额定功率；考虑冷卷时的回弹量，应过卷2030mm，并随时用样板进行测量。卷制达到要求曲率时，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。2.1.6 纵缝装配与焊接（1）焊前准备 筒节卷制完成后，进行纵焊缝的装配焊接。筒节的装配可以在焊接滚轮架上进行。装配时经常采用各种夹具来保证质量。筒节所用的材料是16mm厚的16MnR钢板，焊缝长度长度为2000mm，所以采用埋弧自动焊的焊接方法，坡口形式为带钝边的V型坡口，图7所示 图7 筒节纵缝焊接坡口形式在焊接前首先应对坡口进行机械清理，清除坡口内外两

41、侧各20mm范围内的油污、铁锈、氧化皮等杂质。焊条需在350的温度下烘干1小时；焊剂需在150的温度下烘干2小时。（2）焊接工艺参数 首先，将纵缝用焊条电弧焊进行定位焊，采用夹具保证纵缝边缘平齐，且沿整个长度方向上间隙均匀一致（符合技术要求）后，可以进行定位焊。定位焊采用焊条电弧焊，焊点要有一定尺寸，且焊点间距为250350mm，电源采用的是直流反接。选用的电机型号为ZXG-300，工艺参数如表10所示。表10 焊条电弧焊接工艺参数焊接材料焊条直径/mm焊接电流/A电源种类E50154180直流反接纵缝定位焊后，需检查装配及焊点焊接质量。此时可以根据坡口形式采用埋弧自动焊焊接。埋弧焊机型号：M

42、Z-1000，此焊机的技术参数如表11所示。表11 MZ-1000焊机的技术参数焊接电流/A焊丝直径/mm送丝速度/cmmin-1焊接速度cmmin-1电流种类4001200355020025117直流或交流 由于筒节部分选用的是16 mm的钢板，所以采用多层焊，层数为2层，焊接时要控制好层间温度，焊接第一层的熔深为板厚的40%50%,第二层要控制熔深达到板厚的60%70%，以保证焊透。埋弧焊工艺参数如表12所示。表12 埋弧焊接工艺参数焊层焊接材料焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mh-11H10Mn2+HJ4314660680303228322H10Mn2+HJ4314680

43、70030322832 当筒节卷制完成后，要根据技术要求对焊缝边缘进行磨平，磨平的主要目的是减少应力，防止裂纹的产生。2.1.7 矫圆 当圆筒形工件进行点装和纵缝焊接后，一般还要进行矫圆。矫圆多是在卷板机上进行。矫圆大致可分为以下三个步骤：（1）工件放入卷板机上辊之后，首先是根据经验或计算，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，并着重于焊缝区地方矫正，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，至此整个钢板的卷制过程即告结束。2.1.8 热处理为了消除焊缝附近的残余应力，需进行焊后热处理。焊

44、后热处理采用的方法是整体消除应力处理，即对罐体进行高温回火。由于筒节部分的母材为16MnR，回火温度在650左右保温时间按每毫米板厚保温12分钟计算，本贮罐加热后的保温时间需30分钟。2.1.9 检验用X射线探伤的方法对筒节的对接纵焊缝进行焊接缺陷的无损检验，以保证焊接焊缝质量。此处选用200EG-S2 X射线机，主要参数见表13。 表13 200EG-S2 X射线机主要参数 型 号管压峰值/kV管流平均值/mA焦点尺寸/mm最大穿透厚度/m）X射线管头重量/kg 管 注 200EG-S2 200 5 2.0×2.0 29 20波纹陶瓷管；铅箔增感屏具体检验步骤如下：（1） 确定探伤

45、部位。（2）选择适合的胶片和铅增感屏。（3）选择适合的透照方式。（4）将像质计和标记带按规定贴在射线源侧的工件表面上。（5）进行曝光，曝光条件为160kV、14mA、1min。（6）进行暗室处理，暗室处理为显影7min、19；定影20min；水洗30min；自然干燥。（7）按规定填写透照检验记录。（8）评片。筒节的对接纵缝检测比列为100%焊缝长度，其检验结果必须符合GB/T33232005中规定的II级合格，并辅以20%的超声波探伤。符合规定标准后方可进行最终总装配焊接。2.2 封头制造工艺封头制作的钢材复检、预处理、边缘加工、焊后热处理、检验与筒节制作的钢材复检、预处理、边缘加工、焊后热处

46、理相似不再重复介绍。下面重点介绍封头制作的其它工艺。封头制造工艺流程如图8所示。 图8 封头制造工艺流程图2.2.1 封头的坯料计算封头在划线下料前应先对制作封头的坯料进行计算。椭圆形封头如图9所示。 图9 椭圆形封头坯料直径（包括加工余量）： Dp=k(Dn+)+2h （2-2） 式中： Dp毛坯料直径（mm）；Dn封头内径（mm）； k影响系数；板厚（mm）； h直边量（mm）； 所以，Dp= 1.19×（3200+16）+2×80=3987.0（mm） 根据根据压力容器用钢板规格，选取1块4200mm×2600mm×16mm和1块4200mm

47、15;1600mm×16mm的钢板拼焊而成。封头下料如图10所示。 图10 封头示意图2.2.2 封头坯料的拼接 封头拼接采用埋弧自动焊，坡口形式为带钝边的V型坡口，如图11示。埋弧焊机型号：MZ-1000，封头拼焊工艺参数同表10和表12。 图11 封头拼接焊缝坡口形式 2.2.3 加热考虑到常温下压制（冷压）时母材变形抗力较大等因素，多采用加热后压制（热压）的方法来加工封头。拉延前对板材进行加热，这样可以提高板材的韧性，降低变形抗力，易于拉延成形。采用室式加热炉加热。筒节封头材料为16MnR钢板，冲压的起始温度为1050左右，冲压结束温度不得低于700，如温度低于700冲压后必须

48、进行回火处理。温度过高，板材的结构组织将发生变化；温度过低，变形抗力大不易拉延。2.2.4 压制在封头的冲压过程中，板料的变形很大，对于壁厚或冲压深度过大的封头，若在冷态下冲压，不仅需要较大功率的压力机，而且会使成型后的封头产生严重的冷作硬化，甚至形成裂纹。为保证封头的质量，采用热冲压。此封头设计为标准椭圆形封头。首先，对冲压封头的压延力进行计算： P=ek（Dp-Dn) （2-3）式中：e压边力影响系数，无压边；k封头形状影响系数；Dp毛坯直径（mm）；Dn封头内径（mm）；板厚（mm）； 材料的高温抗拉强度，其值约为110MPa。根据上式计算出内筒封头的压延力： P=1×1.19

49、×3.14×（3987.043200）×16×110=517.59（t）冲压设备采用水压机或油压机。根据上述的延压力计算来选择压力机的吨位，并且需要考虑到冲压直径。所以可选用800t的四柱式液压机，本次设计选用YTD32800四柱液压机其具体参数如下表14所示。 由于DpDn=3987.043200=787.04(mm)，DpDn>45。因此，该产品的封头属于薄壁封头，需要通过二次延压成形。先用比封头内径小200mm左右的下模压成碟状，可2到3块坯料叠压;再用配套的下模压成所需要的封头形状，必要时可分3到4次延压。 表14 YTD32-800四柱液

50、压机主要参数序号项目单位YTD328001公称力kN80002回程力kN16003顶出力kN10004液体最大工作力MPa255滑块最大行程mm/s6006顶出活塞最大行程mm/s4507滑块距工作台最大距离mm/s12008滑块速度工作mm/s8回程mm/s509工作台尺寸左右mm1400前后mm140010电动机总功率KW4511机器净重（约）KG320002.2.5 二次划线、切割因考虑到在冲压成形加工工艺过程中存在不稳定因素，较难掌握封头的变形及准确形状，在封头毛坯下料时已预留出100mm修边余量，以便加工后进行修整。因此，封头冲压成形后利用焊接回转台再按照内筒封头的展开尺寸，进行二次

51、划线及二次切割。为提高工作效率，可使钢板的二次切割和坡口加工同时进行。将封头夹持于可旋转的回转平台上，开口朝上，而将割枪夹持于工作平台侧面的支架上，使之对准切割线，由电动机驱动回转平台旋转。即可切钝边V形坡口。切割时主要考虑封头的对中方法，本设计采用三角对中法，即将封头放在等边三角形支架上，找出最低点，装夹好即可。另外，由于封头中心与回转台中心不同轴及封头高度差异造成封头边缘的径向跳动，使切割不稳定，为此，可采用与割嘴相连的导向滚轮，用弹簧压紧在封头壁进行切割。 2.2.6 检验由于封头焊缝成形过程中将发生较大的弯曲变形，为了保证焊接接头的质量，对压力容器封头坯料的拼接焊缝进行100%焊缝长度

52、的射线检测，其检验结果必须符合GB/T33232005中规定的II级合格，并辅以20%的超声波探伤。符合规定标准后方可进行最终总装配焊接。3 装配焊接工艺 在焊接结构制造中，将组成结构的各个零件按照一定的位置、尺寸关系和精度要求组合起来的工序，称为装配。装配在焊接结构制造工艺中占有很重要的地位，这不仅是由于装配工作的质量好坏直接影响着产品的最终质量，而且还因为装配工序的工作量大，约占整个产品制造的30%40%。因此，应正确的选用工装夹具定位并夹紧工件；选用适合的变位机调整焊件、焊机或焊工的位置，可提高装配工作的效率和质量，缩短产品制造工期、降低生产成本、保证产品质量。3.1 定位焊定位焊是用来

53、固定各焊接零件之间的相互位置，以保证整个结构件得到正确的几何形状和尺寸，它是装配常用手段之一。进行定位焊时应注意：定位焊的起头和结尾处应圆滑，否则在焊接时容易在该处造成未焊透；定位焊应与该构件的焊接工艺相同(如预热、焊材等)；定位焊由于是间断焊，工件温度较正式焊接时低，因热量不足而容易产生未焊透和淬硬组织，因此定位焊的焊接电流应较正式焊接时高10%15%；在焊缝交叉处和焊缝方向急剧变化处，不要进行定位焊；局部强行组对的结构，其定位焊缝长度可视其情况适当加长。因为本次设计贮罐各部分板厚都大于9mm，故定位焊缝长度3040mm，间距250350mm。3.2 容器的装配焊接 此容器采用卧式装配法，其特点为焊工无需高空作业，定位