80m3液化石油储罐结构设计及焊接工艺设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专业设计课程任务书学院材料科学与工程专业材料成型及控制工程设计题目80m 3液化石油气卧式储罐设计设计条件表序号项 目数 值单 位备 注1名 称液化石油气卧式储罐2用 途储存3最高工作压力1.6MPa由介质温度确定4工作温度-19505公称容积（Vg）80M36设计压力1.77 MPa7装量系数(V)0.98工作介质液化石油气9材质Q345R卧式储罐结构设计结构设计：董显、刘玉琨二维结构与二维图纸：倪贝拓水压数值模拟：李高阳、张根红卧式储罐焊接设计焊接工艺设计：杨嘉兴、

2、申永成工艺卡及焊接设计图纸：魏启迪工程预算：宋厚80m 3液化石油气卧式储罐设计摘 要 液化石油气储罐是盛装液化石油气的常用设备，由于该气体具有易燃易爆的特点，因此在设计这种储罐时，要注意安全与防火，和在制造、安装等方面的特点。卧式储罐结构设计是以应力分析为主要途径，以材料力学为基础，对容器的各个主要受压部分进行设计。利用ANSYS软件对进行静力学应力、应变模拟分析，得出的应力作用下的较为精确详尽的储罐响应结果,直观的再现了储油罐在应力作用下的受力情况和薄弱环节,从为储罐的设计提供了可靠的依据。在焊接过程中，采用多层多道焊，选择合理的焊接工艺措施，如控制焊接电流、电弧电压，选择材料、破口形式、

3、焊丝焊剂、焊条等，不但能控制结构的焊接变形和应力，而且能保证焊缝的组织和性能，有效提高压力容器的品质。此外，除第一层打底焊外，每层都要捶击消除应力，每道焊缝都要清渣，防止夹渣，焊缝要圆滑过渡，防止应力集中。同时，在工程预算方面，从原材料花费、焊接相关花费、人工费几个方面进行统计估算。关键词：卧式储罐，结构设计，模拟分析，焊接工艺，工程预算80m3 LIQUEFIED OIL TANK STRUCTURE DESIGNABSTRACTLiquefied petroleum gas storage tank is holding the commonly used equipment, lique

4、fied petroleum gas (LPG) due to the characteristics of the gas is flammable and explosive, so in the design of the tank, pay attention to the safety and fire protection, and in the aspect of manufacture, installation, etc. Horizontal tank structure design is based on stress analysis as the main way,

5、 on the basis of mechanics of materials, to design the main compression portion of the container. Using ANSYS software to the stress, strain simulation statics analysis, it is concluded that the stress under the action of response result more accurate and detailed tank, intuitive reproduce the force

6、 of the oil tank under the effect of stress and the weak link, from the design provides a reliable basis for storage tank. In the welding process, the use of multi-layer welding, multichannel selecting rational welding process measures,Such as control welding current, arc voltage, material selection

7、, crevasse form, flux welding wire, welding wire, etc., not only can control the welding deformation and stress of structure, and can guarantee organization and properties of the weld, effectively improve the quality of the pressure vessel. In addition, in addition to the first layer of backing weld

8、ing, each layer to thump of eliminating stress and every way weld slag removal, preventing slag, weld to smooth the transition, prevent stress concentration. At the same time, in the aspect of engineering budget, from raw materials costs, welding related costs and labor statistical estimation.KEY WO

9、RDS: Horizontal tank,Structure design,Simulation analysis, Welding process,Project budg TOC o 1-3 h z u 第一章 设计参数的选择1.1液化石油气参数的确定 液化石油气的主要组成部分由于石油产地的不同，各地石油气组成成分也不同。取产自新疆克拉玛依油田的液化石油气，其具体成分如下：表1.1 液化石油气组成成分组成成分异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔各成分百分比0.012.2547.323.4821.963.791.190.02 对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如表1.2：表1.2 各温

10、度下各组分的饱和蒸气压力温度，饱和蒸汽压力，MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00111.2设计温度 根据本设计工艺要求，使用地点为天津市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-1950，介质为易燃易爆的气体。 从表中我们可以明显看出,温度从50降到-25时,各种成分的饱和蒸气

11、压力下降的很厉害,可以推断,在低温状态下,由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。由上述条件选择危险温度为设计温度。为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。所以，取最高设计温度t=50，最低设计温度t=25。根据储罐所处环境，最高温度为危险温度，所以选t=50为设计温度。1.3设计压力 该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度下的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。根据道尔顿分压定律，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气分压，如表1.3：表1.3 各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压温度, 饱和蒸气分压, MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戍烷正戍

12、烷乙烯-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0000.0530.22040.03590.02240.001290.02000.0840.3940.0690.0450.002880.00063050000.08250.15730.10980.007580.00190有上述分压可计算再设计温度t=50时，总的高和蒸汽压力P=0.01%0+2.25%7+47.3%1.744+23.48%0.67+21.96%0.5+3.79%0.2+1.19%0.16+0.02%0.0011=1.25901 MP

13、a （1.1）因为：P异丁烷（0.2）P液化气(1.25901)P丙烷（1.744）设计压力为1.77MPa，最高工作压力为1.6MPa。1.4 设计储量参考相关资料，石油液化气密度一般为500-600Kg/m3，取石油液化气的密度为510Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为： 表1.4 液化石油气主要成分在50的密度 Kg/m3温度 丙烷异丁烷正丁烷50446520542参考化工原理： （1.2） 故设计存储量为：W=Vt=0.980510=36720t （1.3） 1.5 主要元件材料的选择1.5.1筒体材料的选择 选用筒体材料为Q345R 鞍座 地脚螺栓均选用Q345R的材

14、料1.5.2鞍座材料的选择 该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-1950，按国家标准JB/T4712.1-2007选择鞍座材料为Q345R，使用温度为-20250，许用应力为sa= 185MPa。1.5.3地脚螺栓的材料选择 根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为Q345R。第二章 容器的结构设计2.1筒体和封头的设计 对于承受内压，且设计压力Pc=1.77MPa3 (2.4) 符合要求。则v计=v筒+2v封= L/4+2v封=87.63m3 （2.5） 根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存

15、放温度为-1950，最高工作压力等条件。根据GB150-2011表4.1，选用筒体材料为低合金钢Q345R（钢材标准为GB713）选用Q345R为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（8mm）的压力容器。Q345R钢板,根据GB150，初选厚度为620mm，最低冲击试验温度为-20，热轧处理，=185Mpa;面焊接；钢板负偏差由化工设备机械基础表14.5查得： 腐蚀裕量由GB150.1-4-2010查得： 考虑容器运输和安装过程中的稳定性，壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度：a） 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3 mm；b） 对高合金钢制容器，一般应不小于2 mm

16、。本筒体材料Q345R为碳素钢 ,则壁厚附加量C=0.8+3=3.8mm。 （2.6） 2.3筒体厚度计算根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-2048，最高工作压力等条件。根据GB150-1998表4.1，选用筒体材料为低合金钢Q345R，适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（8mm）的压力容器。根据GB150，初选厚度为625mm，最低冲击试验温度为-20，热轧处理。由GB150附录B中的式（B.1）可知筒体的计算公式为： （2.7） （2.8)对Q345R，钢板负偏差,可取名义厚度2.4封头厚度计算根据GB150封头厚度计算公式（5.1）可知： （2.

17、9） (2.10)对Q345R，钢板负偏差,为便于取材可取封头名义厚度第三章 零部件的确定3.1开孔和选取法兰分析液化石油气储罐应设置排污口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口等。图3.1液化石油气储罐结构图3.1.1人孔的设计查压力容器与化工设备实用手册，因筒体长度11000mm6000mm，需开两个人孔，选回转盖带颈平焊法兰人孔。由使用地为室外，确定人孔的公称直径DN=500mm，以方便工作人员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同，根据HG/T 21518-2005回转盖带颈平焊法兰人孔，查表3.1，由PN=2.5MPa选用凹凸面的密封形式MFM，采用

18、8.8级35CrMoA等长双头螺柱连接。其明细尺寸见表3.1：表3.1 人孔尺寸表 单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公称压力PN / MPa2.566048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40123B200螺柱尺寸M33x2x170d506b44L300总质量302图3.2回转盖带颈平焊法兰人孔3.1.2 接管和法兰根据设计压力PN=1.77MPa，查HG/T 20592-97钢制管法兰，选用PN=2.5MPa板式平焊钢制管法兰(PL)，由介质特性和使用工况，查密封面型式的选用。选择密封面型式为平面，压力等级为1.04.0MPa，接管法兰材料选用Q345R。

19、根据各接管公称通径，查得各法兰的尺寸如下表3.2： 图3.3板式平焊钢制管法兰表3.2 接管及法兰尺寸序号名称公称通径DN钢管外径B连接尺寸法兰厚度C法兰高度H法兰颈法内兰径B1坡口宽度b法兰理论质量Kg法兰外径DD螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓通径a液位计口3238140100188M161830603952.02b放气管8089200160188M1624401189164.86c安全阀口8089200160188M164401189164.86d排污口8089200160188M1624401189164.86e液相出口8089200160188M162440118916

20、4.86f液相回流管8089200160188M1624401189164.86g液相进口8089200160188M1624401189164.86h气相管8089200160188M1624401189164.86i压力表口202510575144M121626452641.03j温度计口202510575144M121626452641.033.1.3 垫片查HG/T 20592-20635-2009钢制管法兰、垫片、紧固件，知板式平焊钢制法兰的尺寸，根据设计压力为Pc=1.77MPa，采用金属包覆垫片，选择法兰的密封面均采用平面密封。金属材料为纯铝板L3，标准为GB/T 3880，最高

21、工作温度200，最大硬度40HB。填充材料为非石棉纤维橡胶板，代号为NAS，最高工作温度为290。得对应垫片尺寸如表3.3：图3.4平面型垫片表3.3 垫片尺寸符号管口名称公称直径DN(mm)内径D1(mm)外径D2(mm)厚度(mm)a液位计口3261.5823b放气管80 109.51423c安全阀80109.51423d排污口80109.51423e液相出口80109.51423f液相回流管80109.51423g液相进口80109.51423h气相管口80109.51423i压力表2045.5613j温度计2045.56133.1.4 螺栓（螺柱）的选择根据密封所需压紧力大小计算螺栓载

22、荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为Q345R。查HG/T 20592-20635-200钢制管法兰、垫片、紧固件得螺柱的长度和平垫圈尺寸,如下表3.4：表3.4螺栓尺寸 符号管口名称公称直径(mm)螺纹螺柱长(mm)a液位计口32M1685b放气管80M16100c安全阀80M16100d排污口80M16100e液相出口80M16100f液相回流管80M16100g液相进口80M16100h气相管口80M16100i压力表口20M1280j温度计20M1280图3.5双头螺柱图3.6 螺母3.1.5液位计的设计 根据容器的工作温度-1950

23、，设计压力Pc=1.77MPa，介质密度,查化工容器及设备设计简明手册，玻璃管液面计适用工作工作压力小于1.6MPa，并不满足工作的需求，所以选用价格稍高的磁性液面计，根据测量范围30010000mm，工作压力：（高压型）4.0MPa，介质温度：（标准型）-20150，介质密度，选择了L5770T顶装式的磁性液面计。根据法兰标准和液面计的型号标准综合考虑，选用公称直径为32的液面计，其接管法兰也用公称直径为32的平面法兰，其尺寸与压力表连接法兰一致。 图3.7 磁性液面计3.2鞍座选型和结构设计3.2.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-1950按JB/T 4731-2005

24、 表5.1选择鞍座材料为Q345R，许用应力为sa= 185MPa。估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m1+2m2+m3+m4 。其中：m1 为筒体质量：对于Q345R普通碳素钢，取=7.85103kg/m3 m1=DL=311201037.85103=16268.34kg (3.1)m2为单个封头的质量：查标准JB/T 4746-2002 钢制压力容器用封头中标B.2 EHA椭圆形封头质量，可知m2=DL=1564.1kg (3.2)m3为充液质量：液化石油气D，所以在有效补强范围。补强圈内径d=530+10=540mm (3.31)补强圈厚度： (3.32)圆整取名义厚度为16mm。根据

25、GB-150，JB/T4736-2002，补强圈焊接形式D型，如图3.9，尺寸如表3.7： D1=d0+(612) (3.33)图3.10补强圈焊接形式表3.7 补强圈补强接管公称直径DN/mm外径D2/mm内径D1/mm厚度（）/mm重量/Kg5008405401641.5图3.11开孔补强第四章 应力校核4.1 圆筒轴向弯矩计算4.1.1 圆筒中间截面上的轴向弯矩圆筒的平均半径Ra=Di/2+n/2=1510mm，座反力F=497kN根据JB/T 4731-2005式（7.2）得： = (4.1) 化简得：M1=F（C1L-A） (4.2)其中C1= (4.3) Mi=F（C1L-A）=8

26、84.7 kNm (4.4)其中，剪力弯矩图如下图4.1所示（圆筒轴向最大弯矩位于圆筒中间截面或鞍座平面上）：图4.1 容器载荷、支座反力、剪力及弯矩图4.1.2 支座截面处的弯矩 根据JB/T 4731-2005式（7.3）得：M2= (4.5)式中： C2=2 (4.6) C3=0.05 (4.7) M2=-217.72kNm (4.8)4.2 圆筒轴向应力计算并校核4.2.1 圆筒中间截面上的轴向应力根据JBT4731-2005中的式（7.4）和(7.5)分别计算截面最高点和最低点应力：计算截面最高点（压应力） 1= =56.49 MPa (4.9)计算截面最低点（拉应力） 2=76.2

27、6MPa (4.10) 4.2.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算并校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力,根据JBT4731-2005中的式（7.6）和（7.7),按下式计算：1.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）时，轴向应力位于横截面最高点处. 取鞍座包角，查JBT4731-2005表7.1得，.则：鞍座横截面最高点轴向应力（拉应力） 3= =68.62MPa (4.11) 2. 在横截面最低点处的轴向应力鞍座很截面最低点处轴向应力（压应力）4= =64.13MPa (4.12)图4.2 支座处圆筒轴向应力位置4.2.3 圆筒轴向应力校核 根据JBT473

28、1-2005中的式（4.3）可知:A=1.2510-3 (4.13) 根据JBT4731-2005中的式（4.4）和查过程设备设计得,则B=EA=21051.2510-3=166.67Mpa (4.14) 压应力不应超过tcr=min（t，B）=min（0.8166.67）=133.33MPa (4.15) 在操作工况条件下，轴向拉应力不得超过材料在设计温度下的许用应力t，压应力不应超过轴向许用临界应力cr和材料的t。t=0.9185=166.5 MPa (4.16)cr=B=133.33MPa (4.17)在水压试验条件下，轴向拉应力不得超过0.9Rel=0.90.9185=149.85 M

29、Pa (4.18)压应力不应超过min0.8Rel，B=min0.8185,166.67=149.85MPa (4.19) 1， 2t=166.67MPa 合格 (4.20) 压应力：|1|， |4|tcr=133.33 MPa 合格 (4.21) Tcr=133.33MPa 合格 (4.22)4.3 切向剪应力的计算及校核因A0.5Rm，带来的加强作用，根据包角=120查JB/T4731-2005中表7.2得K3=0.88，K4=0.401，其最大剪应力位于2=2（/2 +/20）的支座角点处。根据JB/T4731-2005中式（7.9)得=K3=0.88=14.58MPa (4.23) 圆

30、筒的切应力不应超过设计温度下的许用应力的0.8倍。即 0.8t=0.8185=148 MPa 合格 (4.24)根据JB/T4731-2005中式（7.10)得圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力h=K4=0.401=6.64 MPa (4.25) 根据JB/T4731-2005中式（7.12),由内压引起的拉伸应力（K=1.0）h=132.75MPa (4.26) h+h=6.64+132.75=139.39MP 1.25t=231.25MPa 合格 (4.27)4.4 鞍座应力计算并校核 1.水平应力由包角=120，查JB/T 4731-2005 表7.5可知，K9=0.204 根据JB/T

31、4731-2005中式（7.25)得水平分力 Fs=K9F=0.204497=101.39kN (4.28)2.腹板水平拉应力 计算高度Hs=min（H，Ra/3）=min（250，） =250mm (4.29) 鞍座腹板厚度b0=10mm 鞍座实际宽度b4=430 mm ，鞍座垫片有效宽度b2=b+1.56=631 mm，鞍座有效断面平均应力，对于无垫板或者垫板不起加强作用的情况。根据JB/T4731-2005中式（7.26)得9=64.056 MPa (4.30) 3.应力校核对于Q345R鞍座材料的许用应力sa=185 MPa9=64.056StyleSymmetric Expansio

32、n2D AxiSymmetric命令，打开2D Axi-Symmetric对话框，分别选择All expansion和No expansion，单击OK按钮，生成结果如图5.12、图5.13。 图5.12 图5.135.6.2 最高工作压力为1.6MPA的后处理模拟1.查看容器罐变形情况执行Main Menu-General -Postproc-Plot Results-Deformed Shape对话框，选择Def+undef edge ，单击 OK，即输出变形图如图5.14。图5.14根据变形图可以得到最大位移DMX=0.m从变形图可以看出，储油罐发生横向收缩，结果与预期的估计相一致，储油

33、罐能够安全使用。2.查看容器罐位移云图执行Main Menu-General -Postproc-PlotResults-Contour Plot-Noda Solu 命令，弹出选择框，依次选择Noda Solution-DOF solution-Displacement vector sum,单击OK按钮，位移云图如图5.15。 图5.153.查看Mises应力执行Main Menu：General Postproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal命令对话框，打开对话框依次选择Noda Solution-Stress-von Mises stress ,然后单

34、击OK按钮，生成结果如图5.16。 图5.16根据应力图可以得到最大应力SMX=0.127108pa=12.7Mpa 最小应力SMN=1139.69pa=0.Mpa 最大变形DMX=0.m从应力云图可以看出，在储油罐接管处，由于存在结构不连续，发生微小应力集中现象，结果与预期的估计相一致，储油罐能够安全使用。4.等比例显示执行Unitity Menu-PlotCctrs-Style-Displacement Scaling 命令，弹出对话框，在框中选择项中选择1.0（true scale），然后单击OK按钮，生成的结果即正式的变形图如图5.17。 图5.175.查看三维立体图从应用菜单中选择U

35、tility Menu：PlotCtrlsStyleSymmetric Expansion2D AxiSymmetric命令，打开2D Axi-Symmetric对话框，分别选择All expansion和No expansion，单击OK按钮，生成结果如图5.18、图5.19。图5.18图5.195.7结论通过有限元对储油罐进行了三维静力学分析，理论计算结果与有限元分析结果基本一致，符合储油罐的设计满足安全要求。根据位移图分析可得，最大位移为0.0162mm。根据应力图分析可得，压力容器罐在设计压力1.77MPA和最高工作压力1.6MPA两种载荷情况下最大应力为14.1MPA和12.7MPA

36、，压力容器满足强度，储油罐可以安全使用。第六章 焊接工艺参数的选择6.1母材焊接性根据2008年9月1日实施的GB 713-2008锅炉和压力容器用Q345R是,是锅炉压力容器常用钢材。交货状态分：热轧或正火，属低合金钢，其塑性、焊接性及加工工艺性能良好，且质量稳定，可用于-40以下寒冷地区的各种结构。性能与16Mn的（16mm钢板的屈服强度大于345Mpa）性能相近，抗拉强度为（510-640）之间，伸长率大于21%，零度V型冲击功大于34J。Q345R工艺参考标准。作为屈服强度为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。磷、硫含量略低于低合金高强度钢板16Mn钢，

37、除抗拉强度、延伸率要求比16Mn钢有所提高外，还要求保证冲击韧性。由于加入了少量合金元素，Q345R钢的冷裂纹倾向较大，所以在较低温度下或刚性大、壁厚结构的焊接时，需要考虑采取预热措施，预防冷裂纹的产生。此外，由于加入的合金元素能细化晶粒，大大提高了钢的韧性，钢的综合机械性能得到较大提高。目前，它是我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。6.2母材碳当量估测碳当量=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15*100%式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中该元素含量。随着碳当量的增加，钢材的焊接性会变差，一般当碳当量小于0.4%时，不需要预热（板厚太大时也得预热）。当

38、碳当量值大于0.4%0.6%时，冷裂纹的敏感性将增大，焊接时需要采取预热。Q345R是C0.2%的一种低合金钢，查表得出化学成分表6.1 Q345R化学成分元素CMnSiPSAlVNb含量0.21.0-1.60.550.0350.0350.0150.02-0.150.015-0.06即：Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5计算Ceq=0.49%，大于0.45%，可见Q345R钢焊接性能不是很好，需要在焊接时制定严格的工艺措施。第七章 焊接方法的选择7.1 焊接方法的选择手工电弧焊的优点：焊接设备价格低，简单；焊条品种齐全，可以焊接多种不同的金属，包括最常用的

39、金属和合金；在狭窄空问焊接的场合，采用手工电弧焊比较方便、实用；对于同样的焊接设备，采用不同的电流设置，获得满足使用要求的焊缝；适合各种位置的焊接；与气体保护焊相比，不易受到风的影响；对焊接金属的最大厚度没有限制；在大多数天气情况下都可以进行焊接。手工电弧焊的缺点：不适合焊接厚度小于1. 5mm的薄板；负载率和总的熔敷效率一般比送丝焊接方法低，当焊条消耗完毕或需要更换焊条时，焊接过程也暂时中断；并非整根焊条都可以充分利用，焊钳中被夹持的部分必须丢弃，一般要浪费2550mm长度的焊条；频繁地更换焊条也增加了焊接缺陷的产生。埋弧自动焊的优点是：生产效率高。埋弧自动焊的生产率可比手工焊提高510倍。

40、因为埋弧自动焊时焊丝上无药皮，焊丝可很长，并能连续送进而无需更换焊条。故可采用大电流焊接（比手工焊大68倍），电弧热量大，焊丝熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多。板厚30毫米以下的自动焊可不开坡口，而且焊接变形小；焊剂层对焊缝金属的保护好，所以焊缝质量好；节约钢材和电能。钢板厚度一般在30毫米以下时，埋弧自动焊可不开坡口，这就大大节省了钢材，而且由于电弧被焊剂保护着，使电弧的热得到充分利用，从而节省了电能；改善了劳动条件。除减少劳动量以外，由于自动焊看不到弧光，焊接过程中发出的气体量少，这对保护焊工眼睛和身体健康是有益的。埋弧自动焊的缺点是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的

41、环焊缝。综合考虑，由于手工电弧焊设备简单，操作方便适合全位焊接的特点，因而空间狭小、板较薄的部分手工电弧焊，而厚板接头要增加熔深，提高生产率，采用埋弧焊。最终采用焊接方法为：手工电弧焊+埋弧焊。7.2焊接设备7.2.1手弧焊机手弧焊用的焊机是一台额定电流500A以下的弧焊电源：交流变压器或直流发电机；辅助设备有焊钳、焊接电缆、面罩、敲渣锤、钢丝刷和焊条保温筒等。1.焊钳焊钳 用以加持焊条进行焊接的工具，应安全、轻便、耐用，根据焊接方法及设备54页，表3.2表7.1 手工电焊机的型号型号型号型号额定电流（A）焊接电缆孔径（mm）适用的焊条直径（mm）重量（kg）外形尺寸(mm)G35230014

42、2-50.5250 x80 x40G582500184-80.7290 x100 x452.焊接电缆 焊接电流应采用多股细铜线电缆，一般选用YHH型电焊橡皮套电缆或YHHR型电焊橡皮套特软电缆。根据焊接方法及设备54页，表3-3选择。焊接电缆长度一般不超过20-30mm根据焊接方法及设备表3.3额定电流与相对应的铜芯电缆最大断面积的关系表7.2 额定电流与相对应的铜芯电缆最大断面积的关系额定电流（A）100125160200250315400500630电缆断面积（mm2）161625355070951201503.面罩 面罩是为了防止焊接的飞溅、弧光及其他辐射对焊工面部及颈部损伤的一种遮蔽工

43、具，有手持式和头盔式。根据焊接方法及设备54页，表3.4，选择护目镜片。表 7.3 焊工护目遮光镜片选用表工种遮光镜片号焊接电流30-7575-200200-400电弧焊5-67-88-1011-12碳弧气刨10-1112-14焊接辅助工3-47.2.2埋弧焊机埋弧焊机分为自动焊机和半自动焊机两大类1半自动埋弧焊机半自动埋弧焊机的主要功能（1）将焊丝通过软管连续不断地送入电弧区（2）传输电焊电流（3）控制焊接启动和停止（4）向焊接区铺施焊剂因此它主要由送丝机构、控制箱带软管的焊接手把及焊接电源组成。软管式半自动埋弧焊兼有前述自动埋弧焊的有点及手工电弧焊的机动性。在难以实现的自动焊的工件上（例如

44、中心线不规则的焊缝、短焊缝、施焊空间狭小的工件）可用这种焊机进行焊接。2自动埋弧焊机自动埋弧焊机的主要功能是（1）连续不断地向焊接区送焊丝（2）传输焊接电流（3）使电弧沿接缝移动（4）控制电弧的主要参数（5）控制焊接的启动与停止（6）向焊接区铺施焊剂（7）焊接前调节焊丝端位置常用的自动埋弧焊机有等速送丝和变速送丝两种。它们一般都由机头、控制箱、导轨（或支架）以及焊接电源组成。等速送丝自动埋弧焊机采用电弧自身调节系统。变速送丝自动埋弧焊机采用电弧电压自动调节系统。图7.1 MZT-1000型自动焊焊车第八章 焊接材料选择8.1焊接材料选用原则对受内压的简体，由于其工作介质为液化石油气，考虑其腐蚀

45、性小，再综合其经济效益考虑选择Q345R作为材料。表8.1 Q345R材料性能分析（GB713-2008）元素CSiMnSPAlVNbTi含量0.20.550.0350.0350.0350.0030.0060.0150.02低合金钢焊接材料的选择应根据所焊钢材的化学成分、接头的力学性能要求、结构的拘束程度（板厚、接头形式）、焊后是否需要热处理、焊接结构的服役工况（耐腐蚀、耐高温、耐低温等）、焊接位置和施焊条件、焊接产品的批量大小及焊接设备条件等方面进行综合考虑。对于重要的焊接产品，焊接材料初步选定后，应根据相应产品的工艺规程进行工艺评定，检测焊缝金属的力学性能、抗裂性、耐腐蚀性以及焊条、焊丝和

46、焊剂的焊接工艺性能，经考核所选的焊接材料满足所焊产品的技术要求后，方可用于产品的焊接。所选择的焊接材料以焊缝金属的力学性能及其他特殊性能满足焊接结构的使用要求为前提，其次，焊接材料应具有良好的焊接工艺性能及较高的焊接生产效率。选择低合金钢焊接材料应注意以下几个方面：1.对于低合金高强度刚，在保证焊接接头强度的前提下，重点考虑焊接材料的抗裂性及焊缝金属的塑韧性。为此应优先选择低氢及超低氢的焊接材料及塑韧 性优良的焊接材料。2.对于两种强度级别不同的结构钢之间的焊接，应按强度级别低的母材选择焊接材料。3.选择焊接材料时，应考虑工艺条件的影响。采用同一焊接材料焊同一钢种时，如果坡口形式不同，则焊缝性

47、能各异。如用HJ431焊剂进行Q345（16Mn）钢埋弧焊不开坡口直边对接焊时，由于母材溶入焊缝金属较多，此时采用合金成分较低的H08A焊丝配合HJ431，即可满足焊缝力学性能要求；但如焊接Q345（16Mn）钢厚板开坡口对接接头时，如仍采用H08A-HJ431组合，则因母材熔合比小，而使焊缝强度偏低，此时应采用合金成分较高的H08MnA、H10Mn2等焊丝与HJ431组合；角接接头焊接时的冷却速度要大于对接接头，因此Q345R钢角接时，应采用合金成分较低的H08A焊丝与HJ431焊剂组合，以获得综合力学性能较好的焊缝金属；对于焊后经受热卷或热处理的焊件，必须考虑焊缝金属经受高温热处理后对其性

48、能的影响，应保证焊缝热处理后仍具有所要求的强度、塑性和韧性，如厚壁压力容器筒节需用热卷方法成形，热卷温度一般要求达到或高于正火温度，这时筒节纵缝将随着经受正火处理，一般正火处理后的焊缝强度要比焊态时低，因此对于在焊后要经受正火处理的焊缝，应选用合成成分较高的焊接材料。如焊件焊后要进行消除应力热处理，一般焊缝金属的强度将降低，这时也应选用合金较高的焊接材料；对于焊后经受冷卷或冷冲压的焊件，则要求焊缝具有较高的塑性。4.对于厚板、拘束度大及冷裂倾向大的焊接结构，应选用超低氢焊接材料，以提高抗裂性能，降低预热温度。厚板、大拘束度焊件，第一层打底焊缝最容易产生裂纹，此时可选用强度稍低、塑韧性良好的低氢

49、或超低氢焊接材料。5.对于重要的焊接产品，如海上采油平台、压力容器及船舶等，为确保产品使用的安全性，焊缝应具有优良的低温冲击韧度和断裂韧性，应选用高韧性焊接材料，如高韧性焊丝、焊条、高纯度的保护气体并采用Ar+CO混合气体保护焊等。6.为提高生产率，应选用高效铁粉焊条、重力焊条、高熔敷率的药芯焊丝及高速焊剂等，立角焊时可用向下立焊焊条，大口径管接头可用高速焊剂，小口径管接头可用高速焊剂，小口径管接头可用底层焊条。7.在通风不良的产品中焊接时（如船仓、压力容器等），为改善卫生条件，宜采用低尘低毒焊条。8.2焊条电弧焊焊接材料焊条的选择：焊条的选用主要考虑焊缝的使用性和施焊的工艺性，焊条选择的主要

50、原则有以下几点。根据被焊金属材料的类型，选择相应焊条种类的大类。如焊接母材是普通低合金钢时，选用结构钢类型的焊条；根据被焊母材的性能，选用与其性能相同的焊条，或选用熔敷金属与母材化学成分类型相同的焊条，以保证母材性能与焊缝相同；选择焊条时还要考虑工艺方面，主要是操作方便，易获得优良的焊缝；从焊件的结构特征和受力情况考虑，选择抗裂纹性能或氧化性强的焊缝；从价格考虑，在满足性能及施工要求的前提下，尽量选用熔敷效率高、价格低的焊条，从而提高生产率，降低成本。根据焊接方法及设备表3.12，对于Q345R钢应选择的焊条型号是E5015，对应的牌号是J507。8.3埋弧焊焊接材料选择埋弧焊在电弧在焊剂层下

51、燃烧进行焊接。焊丝和焊剂为其的消耗材料，从碳素钢到高镍合金多种金属材料的焊接都可以选用焊剂和焊丝配合进行埋弧焊接。埋弧焊焊丝的选用既要考虑焊剂成分的影响，又要考虑母材的影响。对于给定的焊接结构，应根据钢种成分、对焊缝性能的要求及焊接工艺参数的变化等进行综合分析之后，再决定所采用的的焊剂和焊丝。8.3.1焊丝的选择 药芯焊丝国内应用尚不普遍，活性焊丝主要用于气体保护焊，故选择实芯焊丝。常用的低合金埋弧焊实芯焊丝有以下三类：低锰焊丝（如H08A）：常配合高锰焊剂，用于低碳钢和强度较低的低合金钢焊接；中锰焊丝（如H08MnA，H10MnSi）：主要用于低合金钢焊接，并可配低锰焊剂焊接低碳钢；高锰焊丝

52、（如H10Mn2，H08Mn2Si）：用于焊接低合金钢。8.3.2焊剂的选择 JQSJ101是氟碱型烧结焊剂，碱度约为1.8，灰色圆形颗粒，粒度为2.00.28mm（1060目）。焊接时电弧燃烧稳定，脱渣容易，焊接成型美观，熔敷金属具有较高的低温冲击韧惟，可交直流两用，直流焊接时焊丝接正极。其用途是配合适当的焊丝（如H08MnA、H10Mn2、H08MnMoA、H08Mn2MoA等），可焊接多种低合金结构钢，如船体、锅炉水力容器、管道等。可用于多层焊、双面单道焊、多丝焊及窄问隙埋弧焊。表8.2 焊剂参考成分(%)（按GB/T5293-1999）SPSiO2+TiO2CaO+MgOAl2O3+M

53、nOCaF20.0600.0801525253520301525表8.3 熔敷金属力学性能（按GB/T5293-1999）项目配合焊丝b(MPa)s(MPa)5(%)Akv(J)室温0-20-40H08MnA415550330221501108027H10Mn2480650400221501108027H08MnMoA55065042020907034 -H08Mn2MoA62075050020907034_配合H10MnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢(Q345)结构。故选择焊剂SJ101根据焊接丁艺要求，并查常用焊丝焊剂表，选用焊丝Hl0MnS，焊剂SJ101。外面焊接采用埋弧焊，选择

54、焊丝直径为5mm以及焊接速度要求选择MZ-1000型焊机。第九章 焊接工艺参数的选择9.1埋弧焊工艺参数的选择埋弧焊的焊接参数 焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和伸出长度等。9.1.1焊接电流 当其他参数不变时，焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响。一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比。随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。同时，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加。随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。9.1.2电弧电压电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。但是电弧电压太大时，不仅使熔深变小，产生未焊透，而且会导致焊缝成形差

55、、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。所以在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。9.1.3焊接速度当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。焊接速度太大会造成未焊透等缺陷。为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。9.1.4焊丝直径与伸出长度当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅

56、，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。9.1.5其他1.坡口形状 2.根部间隙 3.焊件厚度和焊件散热条件。表9.1 埋弧焊焊接规范（GB/T5293-1999）焊丝规格mm焊接电流A电弧电压V电流种类焊接速度m/h道间温度C焊丝伸出长度mm1.635020302直流或交流181.5135-16513-192.0400202.54502119-323.25002322-354.05502525-385.0600266.065027由于选用5mm焊丝，则焊接电流为580-620A，电弧电压为28-32V，焊接速度24-28m/h，焊丝伸出长度为25-38mm，焊丝H10MnSi，焊剂

57、JQSJ1019.2焊条电弧焊焊接工艺参数选择9.2.1确定焊条直径根据过程装备制造与检测得由被焊工件的厚度选择焊条直径为5mm。9.2.2焊接电流的确定手工电弧焊根据焊接方法及设备 表3.18表9.2 焊条直径与焊件厚度之间的关系焊接厚度/mm234-56-1213焊条直径/mm23.23.2-44-54-6根据焊接方法及设备表3.19表9.3 各种直接焊条使用电流参考值焊条直径/mm1.62.02.53.24.05.05.8焊条电流/A25-4040-6050-80100-130160-210200-270260-300根据表 4.2得，焊接板厚大于13mm，选用直径为4-6mm焊条，这里

58、选用5mm焊条，根据表 4.3焊接电流为200-270A。9.2.3焊接电压的确定手工电弧焊，焊接电压选择为2230V，其电压主要由电弧长度决定，电弧长则电弧电压高，反之则电压低。电弧过长则不稳定，熔深浅，熔宽增加，易产生咬边等缺陷，同时空气容易侵入，易产生气孔，飞溅严重，浪费焊条，电能效率低。生产中尽量采用短弧焊接，电弧长度一般为26mm。9.2.4焊接速度V的确定由书本查得焊接线能量约为E=qv=18KJ/cm由焊接线能量公式E=qv=0.7UI/v得焊接速度1520cm/min选择焊接速度约为18cm/min。由J507焊条对应国标为E5015，即说明熔敷金属抗拉强度为50MPa，焊接位

59、置为平焊，药皮类型为低氢钠型，焊接电源为直流反接。9.2.5层数的确定厚板焊接一般要开坡口，同时采用多层多道焊，每层焊接厚度不超过5mm，手工电弧焊一次最大熔深约为68mm当每层厚度约为焊条直径的0.81.2倍时，生产效率高。1计算B类焊缝V型焊缝的横截面积A=b+（-b）2tan(/2)+2/3hc=307.06mm3 （4.1）可知焊道共A/S=307.06/28.29=11，由公式n=D/d（此处厚度用D表示）得焊接层数n=20/5=4层。2计算16mm厚法兰和接管的单V型焊缝横截面积A=b（-p）2tan/2+2/3hc=168.35 mm3 （4.2）可知焊道共A/S=168.35/

60、27.5=7，由公式n=D/d=16/5=3层。3.计算18mm厚法兰和接管的单V型焊缝横截面积A=b（-p）2tan/2+2/3hc=203.53 mm3 （4.3）可知焊道共A/S=203.53/27.5=8，由公式n=D/d=18/5=4层。4.计算24mm厚法兰和接管的单V型焊缝横截面积A=b（-p）2tan/2+2/3hc=327.89 mm3 （4.4）可知焊道共A/S=327.89/27.5=12，由公式n=D/d=24/5=5层。5.计算人孔法兰和接管的单V型焊缝横截面积A=b（-p）2tan/2+2/3hc=624.86 mm3 （4.5）可知焊道共A/S=624.86/27