500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计.docx
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500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计
500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计
专业课程设计论文
题目500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计
学生姓名周天龙
学号200812010204
院系材料科学与工程学院
专业班级材料0802
指导教师徐向前
完成时间2011年月日
1概述1
11压力容器的概述1
12压力容器分类1
121按承压方式分类1
122按设计压力P分类1
123按设计温度T分类1
124按容器制造材料分类2
125按容器制造方法分类2
126按容器使用方法分类2
127按容器外形分类2
128按容器在生产工艺过程中原理分类的作用2
13焊接接头分类2
131A类焊缝对接缝或搭接焊缝不包括角接焊缝2
132B类焊缝对接缝或搭接焊缝不包括角接焊缝2
133C类焊缝对接缝或搭接焊缝或角接焊缝2
134D类焊缝对接缝或角接焊缝2
135E类焊接接头3
14焊缝结构的分类及设计与选用3
141焊缝结构的分类3
142焊缝结构的设计与选用3
15焊条的选取原则3
151根据工件的机械性能和化学成分3
152根据工作性能4
16各种焊接方法的优缺点4
161手工电弧焊4
162埋弧焊4
163TIG焊钨极氩弧焊5
164CO2保护焊5
2焊接工艺说明6
21焊接方法选择6
22焊接材料6
23坡口设计824坡口加工9
25焊条10
26焊接工艺参数10
261焊接电流10
262电弧电压11
263焊接速度11
264焊接线能量11
27焊接层数和顺序12
28热处理及表面处理12
29焊接质量的检验12
210附录13
3总结13
参考文献14
附录15
附录115
附录216
附录317
附录418
附录519
500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工工艺设计
1概述
11压力容器的概述
随着经济的发展工业的进步压力容器已经广泛用于化工炼油等工业部门及日常生活中在炼化行业中越来越多的新型高效节能的设备得到应用许多装置对压力容器的要求非常高其操作介质多为高温或低温高压易燃易爆有毒强腐蚀等具有相当的危险性随着世界对海洋资源的开发为了适应海洋气候恶劣的环境以及石油加工的深度不断增加操作条件越来越苛刻对压力容器的要求也越来越高越来越严世界能源危机的出现和军事装备的竞争核能的开发应用对压力容器提出新的要求航天事业更是要求压力容器为其提供坚实的基础
在压力容器的使用中小到不足1m3的气瓶大到成千上万甚至几十万几百万立方米的大型压力容器都与人们的生命息息相关稍有不慎就有可能给人民的生命财产带来灾难性的后果如核泄漏他不仅使人民色生命受到威胁而且对周围环境造成毁灭性的污染并且危害还会影响到今后几十年几百年这就要求对压力容器的设计制造检验安装使用维修退役等方面都必须提出严格的要求于是作为龙头的压力容器设计就显得尤为重要了
12压力容器分类
压力容器的应用广泛用途各异因而有众多的类型和不同的结构以适应不同的使用要求对压力容器可以从不同的角度进行分类分类的目的在于了解不同类型压力容器有何特点基本结构是这样的适用于何种场合进而能对各种容器的设计制造及管理方面有一个初步的认识
121按承压方式分类
内压容器外压容器
122按设计压力P分类
1低压容器代号L01MPa≤P＜16MPa
2中压容器代号M16MPa≤P＜10MPa
3高压容器代号H10MPa≤P＜100MPa
4超高压容器代号UP≥100MPa
123按设计温度T分类
1低温容器T≤-20℃
2常温容器-20℃≤T＜150℃
3中温容器150℃≤T＜400℃
4高温容器T≥400℃
124按容器制造材料分类
钢制容器铸铁容器有色金属容器非金属容器
125按容器制造方法分类
焊接容器铆接容器铸造容器锻造容器热套容器多层包扎容器绕带容器
126按容器使用方法分类
固定式容器移动式容器
127按容器外形分类
圆筒形容器圆柱形容器球形容器矩形容器组合式容器
128按容器在生产工艺过程中原理分类的作用
反映容器代号R换热容器代号E分离容器代号S存储容器代号C球罐代号B
13焊接接头分类
根据国标GB1998《钢制压力容器》对压力容器主要受压部件焊接接头主要分为ABCDE五类
131A类焊缝对接缝或搭接焊缝不包括角接焊缝
根据ASME规范的规定A类焊缝的结构形式可以是对接缝或搭接焊缝不包括角接焊缝具体包括①圆筒管子或圆锥壳上的纵向焊缝②球壳成型封头平封头或平板矩形截面容器各侧板等上的任何焊缝此处所说的任何焊缝指在上述各部件的任何方向但属A类的任何焊缝结构形式③球形封头与圆筒圆锥壳等相连接的环向焊缝
132B类焊缝对接缝或搭接焊缝不包括角接焊缝
根据ASME规范的规定B类焊缝的结构形式可以是对接焊缝或搭接焊缝
但不包括角接焊缝具体包括①圆筒圆锥壳或接管上的环向焊缝②成型封头半球形封头除外与圆筒圆锥壳或管子想连接的环向焊缝
133C类焊缝对接缝或搭接焊缝或角接焊缝
根据ASME规范的规定C类焊缝的结构形式可以是对接焊缝搭接焊缝或角接焊缝具体包括①法兰环翻边搭环管板平封头与圆筒或圆锥壳管子或各类成型封头此处包括半球形封头相连接的焊缝②矩形截面容器各侧板之间相连接的焊缝
134D类焊缝对接缝或角接焊缝
根据ASME规范的规定D类焊缝的结构形式可以是角接焊缝或对接焊缝具体包括①接管或各种受压室与圆筒球壳圆锥壳或各类成型封头相连接的焊缝②接管或各种受压室与矩形截面容器个侧板相连接的焊缝③补强圈凸缘等与壳体封头之间的连接焊
135E类焊接接头
包括吊耳支撑支座及各种内件与筒体或封头内外表面相接的角接接头注对接接头通常为AB类角接接头通常为CD类
A类各类接头中要求最高也是应力条件最苛刻的接头
B类较A类的应力水平低工作应力为A类的一半包括圆筒圆锥壳体或管子上的环形焊缝
C类这类接头受力较小通常采用较焊缝连接矩形截面容器各侧板之间的接头
D类接管与壳体的交接接头存在较高的应力集中受力条件苛刻
14焊缝结构的分类及设计与选用
141焊缝结构的分类
1对接焊缝将两快钢板或一块钢板的两个端面弯转后如筒体纵焊缝对在一起进行焊接的焊缝
2角接焊缝将两快板互成直角的连接焊缝常出现于容器封头与接管的连接法兰的连接夹套与筒体的连接等处
3搭接焊缝指一块搭板在另一块板上进行焊接的焊缝常用于压力容器中的加强圈与筒体坐垫板与器壁以及外壁上视孔凸缘与容器本体的连接焊缝
142焊缝结构的设计与选用
1作为压力容器的焊接应尽量采用对接焊缝不仅可以提高焊接质量而且便于对焊缝内部进行无损检测对于接管的焊缝一般是角焊缝应尽量采用全焊透的坡口结构这样既保证了焊缝质量又可以减少应力集中
采用的焊缝结构应减小焊缝的应力集中
2焊缝处的应力集中是由焊缝内部和外部两个方面引起的内部主要是由于焊缝未焊透使焊缝的内部造成几何不连续从而形成很高的焊缝应力这往往是导致容器脆性破坏的始裂点从结构上考虑对于对接焊缝当采用X型双V型双U型以及U型V型组合坡口由于是双面焊一般不会发生未焊透饮泣焊缝应力集中的外部原因主要是焊缝的外部缺陷如焊缝咬边焊缝角变形接缝错边等
15焊条的选取原则
151根据工件的机械性能和化学成分
1低碳钢和低合金钢按等强度原则选取即按钢的强度等级选取相应的焊条注意焊条是按抗拉强度分等级的而钢材是按屈服强度分等级的另外焊缝与钢材强度应相当以免影响焊缝的塑性和韧性
2对耐热钢和不锈钢应按化学成分相近为原则以保证焊缝的特殊性能
152根据工作性能
1承受压力或动载的结构应保证焊缝有良好的塑性和韧性一般选用低氢焊条
2对于形状复杂钢性大焊后残余应力大的工件也应选用抗裂性好的低氢焊条
16各种焊接方法的优缺点
压力容器的承压能力和安全可靠性在很大程度上取决于容器的制造质量焊接是现代压力容器制造中最常用的加工方法也是关键的工艺手段所以合格的焊接质量是保证压力容器的强度和安全可靠性的前提和基础在压力容器制造过程中常用的焊接方法有手工电弧焊埋弧焊TIG焊CO2保护焊等方法下面分别介绍
161手工电弧焊
与别的焊接方法相比较手工电弧焊的设备简单易于维护使用灵活方便便于在室内室外和高空作业并且对材料的适应性广是压力容器制造过程中广泛使用的一种焊接方法它具有以下优点
1要求不高工艺灵活适合各种结构形状各种位置的焊接并且对焊接接头装置精度要求较低
2适应性强设备简单操作和维修方便适用于不同厚度的金属材料焊接
3易于通过工艺的调整如对称焊等来控制工件的变形改善应力状态
4与气焊和埋弧焊相比金相组织较细热影响区较小
焊条电弧焊的不足生产效率低劳动强度较大对于焊工的操作技术要求较高
162埋弧焊
将电弧覆盖的焊剂层下燃烧底下焊剂熔化蒸发成气体排开周围熔渣形成一个封闭的空腔电弧在空腔内燃烧不断送入焊丝以熔滴状落入熔池并与母材金属熔合成焊缝埋弧焊时熔化的焊剂对熔池金属起还原净化和合金化的作用埋弧焊分为埋弧自动焊过程全部由机械来完成和半自动埋弧焊手工完成送丝
埋弧焊的优点是焊接电流大熔透深可减小焊接坡口焊接速度快焊剂保护效果好劳动条件好生产率高
163TIG焊钨极氩弧焊
钨极氩弧焊是使钨极熔池及邻近区域在氩气的保护下利用钨极与工件间产生的电弧进行焊接可以加填充或不加填充丝用作保护气体的惰性气体有氦气与氩气由于氦气的价格较贵常用氩气作为保护气体用氩气作为保护气的钨极惰性气体保护焊称为钨极氩弧焊
钨极氩弧焊有以下一些特点
氩气是惰性气体与熔化金属不反应不会引起金属元素的氧化烧损电弧在气流压缩下燃烧热力集中熔池较小故焊接速度较快热影响区较窄焊件焊后变形小适用于薄板焊接由于氩气不易电离引弧时需较高的电压明弧焊接便于焊工操作及调整工艺参数焊接质量易于控制容易实现全位置自动化焊接
电弧气氛中的含氢量较容易控制可减小焊缝冷裂纹倾向直流反极性钨极氩弧焊接负极的熔池表面受到正离子的猛烈撞击高熔点的金属氧化膜被打碎清除此现象称为阴极雾化可以用来焊接铝镁等金属
钨极氩弧焊分为手工及自动焊两种手工钨极氩弧焊操作灵活方便应用极为广泛自动钨极氩弧焊主要用于外形规则并成批生产的直缝及环缝的焊接
164CO2保护焊
利用CO2气体在高温下分解为CO和O2氧分子继续分解为氧原子原子氧有强烈的氧化作用氧化熔池中的FeSiMnC等元素形成相应的氧化物FeOSiO2MnOCO等产生的SiO2MnO以熔渣的形式浮出CO逸出到气相中
CO2气体保护的特点
1明弧可见度好便于对中操作方便可进行全位置焊接
2电弧在气流的压缩下热量集中熔池体积小热影响区窄焊件变形小
3熔深较大由于电弧穿透能力强对焊件可减少焊接层数焊后无焊接熔渣所以多层焊时不必中间清渣
4成本低是手工电弧焊成本的50适用范围广适用于各种位置的焊接既适合于薄板又适用于厚板
CO2保护焊的缺点是焊缝成型粗糙飞溅较大弧光强烈及紫外线强分别为手工电弧焊的2～3倍和20～40倍应加强防护
2焊接工艺说明
21焊接方法的选择
500m3不锈钢立式圆筒形储罐在焊接过程中可选择的方法有手工电弧焊埋弧焊TIG焊CO2气体保护焊
手工电弧焊灵便性好可全位置焊接宜于长短及曲线形状的焊接适用于低碳钢低合金钢耐蚀耐热钢铝铜及其合金异类金属的焊接可焊厚度范围10～38mm但飞溅大效率低
埋弧自动焊焊缝质量好劳动条件好飞溅小易于长而规则焊缝的焊接适用于低碳钢低合金钢可焊厚度范围4ｍｍ以上但只能在平焊位置焊接
TIG焊焊缝质量高可全位置焊接宜于曲线形状焊缝的焊接适应于低合金钢有色金属的焊接但投资大对于低合金钢来说常用于4mm以下焊材的打底焊单层埋弧焊焊接的方法TIG焊打底焊接材料包括焊条焊丝钢带焊剂气体电极衬垫等焊接材料选择时应根据母材化学成分力学性能焊接性能并结合压力容器的特点适用条件及焊接方法综合考虑选用焊接材料对于焊条焊丝焊剂的选择应从工艺性能焊接质量方面来选择焊接材料酸性焊条HJ260
-
H0Cr21Ni10Ti
YBT5091
E347-16
GBT983A1370Cr17Ni12Mo2
E316-16
GBT983A202H0Cr19Ni12Mo2
YBT5092
-HJ260--H0Cr19Ni12Mo2
YBT5091
E316-15
GBT983A2070Cr18Ni12Mo2Ti
E316L-16
GBT983A022H00Cr19Ni12Mo2
YBT5092-HJ260-H00Cr19Ni12Mo2
YBT5091E318-16
GBT983A2120Cr19Ni13Mo3
E317L-16
GBT983----
-H00Cr21Ni10Mo3
YBT509100Cr19Ni10E308L-16
GBT983A002H00Cr21Ni10
YBT5092-HJ260
-H00Cr21Ni10
YBT509100Cr17Ni14Mo2
E316L-16
GBT983A022-----00Cr19Ni13Mo3
E317L-16
GBT983A242-----
21号焊缝采用埋弧焊根据表21选用的焊丝钢号为H00Cr21Ni10
YBT5092
29号焊缝采用TIG焊和手工电弧焊根据表21TIG焊选用的焊丝钢为H00Cr21Ni10YBT5091手工电弧焊选用的焊条型号为E308L-16牌号为A002钛钙型药皮的双相钢焊条由于熔敷金属中含有40左右的铁素体故具有优良的抗裂性能为酸性焊条
表2200Cr19Ni10的化学成分
钢号
标准号
C
Si
Mn
S
P
Cr
Ni
00Cr19Ni10GBT1220-1992
≤003
≤100
≤200
≤003
≤00351800～2000800～12力学性能
抗拉强度σbMPa≥480
条件屈服强度σ02MPa≥177
伸长率δ5％≥40
断面收缩率ψ％≥60
硬度≤187HB≤90HRB≤200HVMoSpH00Cr21Ni10≤003100～250≤006195～22090～110≤002≤002≤03023坡口设计
坡口是用来使电弧沿板厚熔入一定的深度保证焊接接头的焊透坡口形式应根据母材的结构形状板材厚度及对焊接质量要求来设计条件不同其接头及坡口形式也不同
在选择坡口形式时主要考虑一下因素
是否能够保证工件焊透和便于操作
坡口的形式应容易加工
尽可能提高焊接生产率和节省焊条
调整焊缝金属的化学成分
常用的坡口形式有I
I型
坡口b
0-3mm
δ
6mm
21号焊缝为罐壁的纵缝对接接头工件厚度δ6mm选择的焊接方法为手工电弧焊定位单层埋弧焊焊接的方法
V型
坡口
α
60°
δ
56mm
Φ
603mm
29号焊缝为接管与法兰的对接接头工件厚度δ56mm选择的焊接方法为TIG焊打底α60°
坡口加工方法及清除
坡口加工采用机械加工其加工精度高也可以采用火焰切割或碳弧气刨对强度级别高埋弧焊工艺参数焊缝厚度ｍｍ焊缝次序焊丝直径ｍｍ焊接电流A焊接电压V焊接速度m·1焊丝牌号正～～表27手工钨极氩弧焊工艺参数焊件厚度ｍｍ钨极直径ｍｍ焊丝直径ｍｍ焊接电流A焊接电压V气体流量
L·min－1020～2520110～16011～1560～70焊缝采用了单埋弧焊焊接的方法对于埋弧焊工件厚度手工电弧焊工艺参数焊件厚度mm第一层焊缝第二层焊缝焊条直径mm焊接电流A焊条直径mm焊接电流A～04140～160TIG焊打底焊接电流焊接电流的大小号焊缝焊接焊接第一层时采用焊选用直流电源工件为根据表电流大小为0～0A焊接第二层时采用埋弧自动焊根据表焊接电流大小为～110～160～ｑｎIUv-1
式中
ｑ－焊接线能量
I－焊接电流
U－焊接电压
V－焊接速度
ｎ－热效系数
根据公式焊接线能量由IUVｎ等参数决定改变IUV参数可以改变线能量IU一定时V增大ｑ减小V减小ｑ增大V一定时IU增大ｑ减小IU增大ｑ增大nδd式-2
式中
n层数
δ工件厚度
d焊条直径
单层埋弧焊焊接Φ200mm第二层用埋弧焊焊接焊丝Φ400mm焊缝层数2层
29号焊缝以TIG焊打底打底再以手工电弧焊填充TIG焊的焊丝直径Φ200mm手工电弧焊的焊条直径为Φ400mm焊缝层数为2层
热处理说明
储罐的主体材料为00Cr19Ni10是比0Cr19Ni9碳含量更低的奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性优越可用作焊接后不进行热处理部件类对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理焊条使用时应保持干燥钛钙型应经150干燥1小时不能多次重复烘干否则药皮容易开裂剥落防止焊条药皮粘油及其它脏物以免致使焊缝增加含碳量和影响焊件质量100和局部20两种对其A类焊缝接头进行百分之百的射线或超声检测对有无损检测要求的角接接头t形接头不能进行射线或超声波检测时应做100的表面检测无损检测应在其外观质量检验合格后进行无损检测的常用方法有射线RT超声UT磁粉MT渗透PT和涡流ET
焊接成品的密闭性检验载水试验适用于不受压的容器或敞口焊接的密封性试验试验时仔细清理容器焊缝表面并用压缩空气吹净吹干在气温不低于零摄氏度的条件下在容器内灌入温度不低于5度的净水然后观察焊缝其待续时间不得少于1小时在试验时间内焊缝不出现水流水滴状况渗出焊缝及热影响区表面无出汗现象即为合格致密性试验是利用惰性气体对盛装有毒或易燃介质的压力容器整体密封性能所进行的试验方法
不锈钢储罐在焊接完成后应检验其气密性和对焊接接头进行探伤对21号焊缝进行100射线探伤29号焊缝进行20的射线RT探伤对配制罐进行致密性试验
附录
500m3不锈钢储罐加工工艺流程图见附录1
500m3不锈钢储罐焊缝定位编号图见附录2
500m3不锈钢储罐焊缝接头名称见附录3
焊接工艺卡1见附录4
焊接工艺卡2见附录5
3总结
这是我们第二次做课程设计不过与第一次做的时候情况有很多不同第一次做的是机械设计要画大图还要手写的论文这一次是我们真正接触专业课程设计心里有些拿不准刚开始不知道该如何下手
从接到任务书到现在已经有两周的时间在这两周里我从无从下手到了解掌握我忽然觉得小有成就我对不锈钢储罐的加工整个流程有了系统的认识并且在整个过程中了解到了许多以前并不在意的东西加深了对专业知识的掌握并对我们专业有了更深的了解对我今后的学习会起了很好的指导作用
焊接是一种重要的材料加工工艺随着人类社会对物质文明的追求各种新型材料的不断开发及科学技术的不断发展焊接技术已成为一门独立的学科它广泛的应用于石油化工电力航空航天海洋工程核动力工程微电子技术桥梁船舶潜艇以及各种金属结构等工业部门可以预料在推动我国的经济建设和发展的经济建设和发展科学的事业上焊接技术将其重要作用
此次设计题目是500m3不锈钢圆形立式储罐流程及焊接工艺设计其中我重点做两条焊缝的设计在做整个设计时我首先感觉到自己学到的东西太少这时候才恨自己平时学的太少肚子里似乎没有墨水有一种悔恨而又痛心的感觉其次是设计的意义所谓设计它不同于我们平时的学习答案是唯一的它又太多的选择抉择很痛苦确实如此整个设计我们做的不是没答案是太多的答案让我不知道该怎么选择如焊剂焊丝材料的选择以及坡口的设计再次这次设计让我学会了许多以前很难学到就拿查资料来说以前我们仅仅是翻翻课本及部分资料太单一此次设计是我们充分利用了一切可以利用的东西尤其是互联网的应用在这一段时间里我熟练的掌握了WordAutoCAD总之这次设计对我影响很大受益匪浅在整个设计中不仅是我对压力容器有了全面的了解对整个焊接工艺有了充分的了解更重要的使我慢慢对工业设计有了整体认识有了一定的设计思路尤其是焊接工艺的设计我相信此次设计会对我以后的工作和学习都会产生深远的影响
最后对在设计当中尽心指导我们的老师及帮助我的同学送上我最真挚的感谢
参考文献
[1]《焊接结构及生产设计》贾安东编著天津大学出版社
[2]陈裕川钢制压力容器焊接工艺[M]北京第二版机械工艺出版社2010
[3]李坤李志伟最新压力容器设计手册宁夏大地音像出版社2007
[4]《焊工手册》张力应主编中国电力出版社
[5]赵熹华焊接检验[M]北京机械工业出版社2011
[6]姜焕中电弧焊及电渣焊[M]上海交通大学出版社1984
[7]上海焊接技术协会电焊工实践上海科学技术出版社
[8]李亚江低合金钢焊接及工程应用[M]化学工业出版社1995
[9]《焊接工程基础》熊腊森主编机械工业出版社
[10]赵品谢辅洲材料科学基础教程[M]哈尔滨工业大学出版社2009
附录1500m3不锈钢储罐加工工艺流程图
附录2500m3不锈钢储罐的焊缝定位图
附录3500m3不锈钢储罐的焊缝接头名称
焊缝编号接头名称焊缝等级焊缝编号接头名称焊缝等级1接管与筒体角接C2人孔焊缝C19顶盖与筒体对接A3接管与筒体与加强圈角接B20壁板纵缝对接接头A4加强圈与罐壁角接D21筒体纵缝A5承压盖与圆筒壁搭接A22筒体环缝B6接管组件焊接A23筒体纵缝A7接管与筒体角接A24补强圈与筒体对接C8接管组建与项板焊接接A25筒体纵向焊缝A9接管与壳体角焊缝A26筒体环缝焊接B10人孔焊缝A27筒体纵缝A11接管与平盖的对接A28接管与筒体与加强圈角接C12顶盖板与板焊接A29法兰与接管的对接C13顶盖板与板焊接A30备用管与筒体角接B14顶板与顶板搭接A31筒体纵缝A15管件焊接接头C32罐底对接焊缝A16平台支架焊接B33加热盘管和筒体对接C17碳素钢之间的T型接头C34集液槽与罐底搭接D
西安石油大学专业课程设计论文
1
划筒体开孔
顶盖柱体焊接
罐体成形
法兰外购
确定顶盖口形形
柱体成形
审核竣工图
审核产品质量证书
签发合格证
油漆工装
环缝组装
坡口加工
环缝探伤
环缝焊接
筒体分封头组装
材料检验
坡口加工
接管切割
接管检验
接管外购
护栏材料检验
坡口加工
焊接成型
坡口加工
法兰检验
坡口加工
封头装加强圈
开孔
焊接成型
板料搭接
顶盖下料
顶盖材料检验
入库
纵缝组装
致密性实验
水压实验
配件焊接
配件组装
环缝探伤
环缝焊接
组装各筒体节
纵缝探伤
纵缝焊接
温卷
筒体下料
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