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1、项目四焊接结构生产工艺规程的编制（五）2任务任务5 压力容器的生产工艺压力容器的生产工艺 【任务目标】【任务目标】n压力容器是承受一定温度和压力作用的密闭容器，在现代工业生产中应用广泛。n压力容器不仅结构形式较多，同时也是一种比较容易发生事故、生产技术和焊接水平要求较高的特殊设备。n因此，掌握压力容器的生产工艺对于焊接技术人员是非常重要的。n目前，工业生产中最典型和最常用的结构形式是圆筒形和球形容器。3【任务分析】【任务分析】n压力容器的主要问题是密封和承受压力的作用n因此，对生产工艺的制定应从容器装配、焊接方法和焊接检验方面进行。4【相关知识及工作过程】【相关知识及工作过程】 5.1压力容器
2、的基础知识压力容器的基础知识1、压力容器的应用、压力容器的应用n压力容器广泛用于石油化工、能源工业、科研和军事工业等方面。n压力容器在民用工业领域也有应用，如煤气或液化气罐、各种蓄能器、换热器、分离器以及大型管道工程等。52、压力容器的分类、压力容器的分类n压力容器按其承受压力的高低分为常压容器和承压容器。n两种容器无论是在设计、制造方面，还是结构、重要性等方面均有较大的差别。n压力容器的定义是指最高工作压力0.1MPa，容积25L，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度不小于标准沸点的容器。6n 压力容器主要的分类方法有以下两种： (1)按设计压力划分按设计压力划分 可分为四个承受等级： 低
3、压容器(代号L)，0.1MpaP1.6MPa； 中压容器(代号M)，1.6MPaP10MPa； 高压容器(代号 H)，10MPaP100MPa； 超高压容器(代号U)，P100MPa。7 图4-61 中低压压力容器的结构 8图4-62 高压压力容器的结构9(2)按综合因素划分按综合因素划分n在承受等级划分的基础上综合压力容器工作介质的危害性(易燃、致毒等程度)，可将压力容器分为、和类。 类容器：一般指低压容器(和类规定的除外)。 类容器：(属于下列情况之一者) a.中压容器(类规定的除外)。 b.易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应器和储存容器。 c.毒性程度为极度和高度危害介质的低压容
4、器。 d.低压管壳式余热锅炉。 e.陶瓷玻璃压力容器。10n类容器：(属于下列情况之一者) a.毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和PV0.2 MPam3的低压容器。 b.易燃或毒性程度为中度危害介质且PV0.5 MPam3的中压反应容器或PV10 MPam3的中压储存容器。 c.高压、中压管壳式余热锅炉。 d.高压容器。11 3、压力容器的结构组成、压力容器的结构组成n常见压力容器的结构形式有圆柱形、球形和圆锥形三种。a)圆柱形 b)球形 c)圆锥形 图4-57 压力容器的结构形式12n压力容器的基本结构组成包括: (1)筒体(2)封头 (3)法兰 (4)开孔与接管 (5)支座13(1)
5、(1)筒体筒体n筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需储存大部分压力的空间。n当筒体直径较小(小于500 mm)时，可用无缝钢管制作。n当筒体直径较大时，一般用钢板卷制或压制(压成两个半圆)后焊接而成。n当筒体较短时，可做成完整的一节；当筒体的纵向尺寸大于钢板的宽度时，可由几个筒节拼接而成。n所有的纵、环焊缝焊接接头原则上均采用对接接头。 14 (2)(2)封头封头n根据几何形状的不同，压力容器的封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种，其中凸形封头应用最多。 凸形封头凸形封头n凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、无折边球面封头和半球形封头。15 图4-64 凸形封
6、头a)椭圆形封头 b)碟形封头 c)无折边球面封头 d)半球形封头16n椭圆形封头的纵剖面呈半椭圆形，是目前应用最普遍的封头形式，一般采用长短轴比值为2的标准封头。n碟形封头又称带折边的球形封头，特点是深度较浅，易于压力加工。n无折边球面封头又称球缺封头，其受力状况不良，在直径不大、压力较低、介质腐蚀性很小的场合可考虑采用。n半球形封头（也叫球形封头），其承压效果在几种凸形封头中是最好的，但制造难度也是最大的，因此应用并不广泛。17 锥形封头锥形封头n锥形封头分为无折边锥形封头、大折边锥形封头和折边锥形封头三种。n从应力角度分析，锥形封头大端的应力最大，小端的应力最小，因此壁厚是按大端设计的。
7、n锥形封头有利于流体流速的改变和物料的排出，厚度较薄的锥形封头制造比较容易，顶角不大时其强度也较好，较适用于某些受压不高的石油化工容器。 18 图4-65 锥形封头a)无折边锥形分头 b)大折边锥形封头 c)折边锥形封头19 平盖封头平盖封头n平盖封头结构最为简单，制造也很方便，但在受压情况下平盖中产生的应力很大，因此要求它不仅具有足够的强度，还要有足够的刚度。n平盖封头一般采用锻件制造，与筒体焊接或螺栓连接，多用于塔器底盖和小直径的高压及超高压容器。20图4-66 平盖封头21 (3)(3)法兰法兰n法兰按其所连接的部分，分为管法兰和容器法兰。n法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来
8、。 (4)(4)开孔与接管开孔与接管n由于工艺要求和检修时的需要，常在石油化工容器的封头上开设各种孔或安装接管。n筒体与封头上开设孔后，开孔部位的强度被削弱，一般应进行补强。22(5)(5)支座支座n压力容器靠支座支撑并固定在基础上。n圆筒形容器的安装位置不同，有立式容器支座 和卧式容器支座两类。n卧式容器主要采用鞍形支座，其中薄壁长容器也可采用圈形支座。23 图4-67 卧式容器典型支座 a)鞍形支座b)圈形支座245.2压力容器制造的技术要求和技术条件压力容器制造的技术要求和技术条件n压力容器不仅是工业生产中常用的设备，同时也是一种比较容易发生事故的特殊设备。 n它与其他生产装置不同，压力
9、容器一旦发生事故，不仅使容器本身遭到破坏，而且往往还会诱发一连串的恶性事故，如破坏其他设备和建筑设施，危及人员的生命和健康，污染环境，给国民经济造成重大损失等，其结果可能是灾难性的。n所以，必须严格控制压力容器的设计、制造、安装、选材、检验和使用监督。25nJB/T 4744-2000标准规定，把压力容器受压部分的焊缝按其所在位置分为A、B、C、D四类。图4-62 压力容器四类焊缝的位置265.3中低压容器的焊接生产工艺中低压容器的焊接生产工艺n中低压容器的结构及制造较为典型，应用也最为广泛。n这类容器一般为单层筒形结构，常见的有圆柱形和球形。1、圆柱形压力容器的焊接生产工艺、圆柱形压力容器的
10、焊接生产工艺 (1)封头的制造(2)筒节的制造 (3)容器的装配工艺(4)容器的焊接27图4-69 圆筒形压力容器制造工艺流程28(1)(1)封头的制造封头的制造n目前广泛采用冲压成形工艺加工封头。n椭圆形封头的制造工艺大致如下：n原材料检验划线下料拼缝坡口加工拼板的装焊加热压制成形二次划线封头余量切割热处理检验装配。29n椭圆形封头压制前的坯料是一个圆形，其坯料直径可按公式进行计算。n坯料尽可能采用整块钢板，如直径过大，则一般采用拼接。n封头拼接有两种方法：一种是用两块或左右对 称的三块钢板拼接，其焊缝必须布置在直径或弦的方向上；n另一种是由瓣片和顶圆板拼接制成，焊接方向只允许是径向和环向。
11、30图4-70 封头拼接位置图 31图4-71 封头余量切割机1-封头；2-割炬；3-悬臂；4-立柱；5-传动系统；6-支座32(2)(2)筒节的制造筒节的制造n筒节制造的一般过程为：原材料检验划线下料边缘加工卷制纵缝装配纵缝焊接焊缝检验校圆复验尺寸装配。n筒节可采用剪切或半自动切割下料，下料前先划线，管孔中心线距纵缝及环缝边缘的距离不小于管孔直径的4/5。n筒节的展开方向应与钢板轧制的纤维方向一致，最大夹角应小于45。n筒节的纵、环缝坡口是在卷制前就加工好的，焊前应注意坡口两侧的清理。33 图4-72 筒节划线示意图34n筒节纵缝焊接的质量要求较高，一般采用双面焊，顺序是先里后外。n纵缝焊接
12、时，一般都应做产品的焊接试板；n同时，由于焊缝引弧处和引出处的质量不好，故焊前应在纵向焊缝的两端装上引弧板和引出板。n筒节纵缝焊接完后还需按要求进行无损探伤，再经校圆，满足圆度要求后才可送入装配。35图4-73 筒节与引弧板、焊接试板和引出板的组装情况 36 (3)(3)容器的装配工艺容器的装配工艺n容器的装配是指各零部件间的装配，其接管、人孔、法兰、支座等的装配较为简单n主要分析筒节与筒节以及封头与筒节之间的环缝装配工艺。n筒节与筒节之间的环缝装配要比纵缝装配困难得多n其装配方法有立装和卧装两种。37立装立装 n适用于直径较大而长度不太长的容器，一般在装配平台或车间地面上进行。n装配时，先将
13、一筒节吊放在平台上，然后再将另一筒节吊装其上，调整间隙，即沿四周定位焊，按照相同的方法再吊装上其他筒节。卧装卧装 n一般适用于直径较小而长度较长的容器。n卧装多在滚轮架或V形铁上进行。n先把要组装的筒节置于滚轮架上，将另一筒节放置于小车式滚轮架上，移动辅助夹具使筒节靠近，断面对齐。38n封头与筒体的装配也可采用立装和卧装。n当封头上无孔洞时，可先在封头外临时焊上起吊用的吊耳(吊耳与封头材质相同)，便于封头的吊装。n立装与前面所述筒节之间的立装相同；n卧装时如是小批量生产，则一般采用简易装配法。n批量生产时，一般采用专门的封头装配台来完成封头与筒体的装配。n封头与筒体组装时，封头拼接焊缝与相邻筒
14、节的纵焊缝应错开一定的距离。39图4-68 封头简易装配法 1-封头；2-筒体；3-吊耳；4-吊钩；5-滚轮架；6-形马40(4)(4)容器的焊接容器的焊接n容器环缝的焊接一般采用双面焊。n在焊剂垫上进行双面埋弧焊时，经常使用的环缝焊剂垫有带式焊剂垫和圆盘式焊剂垫两种。a)带式焊剂垫 b)圆盘式焊剂垫 图4-69 环缝焊剂垫的形式41n容器环缝焊接时，可采用各种焊接操作机进行内外缝的焊接，但在焊接容器最后一条环缝时，只能采用手工封底或带垫板的单面埋弧焊。n容器的其他部件，如人孔、接管、法兰、支座等，一般采用焊条电弧焊焊接，容器焊接完后还必须采用各种方法进行检验，以确定环缝质量是否合格。42n力
15、学性能试验、金相分析、化学分析等破坏性试验用于对产品焊接试板的检验n而对容器本身的焊缝则应进行外观检查、各种无损探伤、耐压及致密性试验等。n凡检验出超过规定的焊接缺陷，都应进行返修，直到重新探伤后确认缺陷已全部清除，才算返修合格。432、球形压力容器的焊接生产工艺、球形压力容器的焊接生产工艺（1）球形容器的结构形式）球形容器的结构形式n球形容器一般称作球罐，它主要用来储存带有压力的气体或液体。n球罐按其瓣片形状分为橘瓣式、足球瓣式及混合式。n橘瓣式球罐因安装方便，焊缝位置规则，日前应用最为广泛。n足球瓣式的优点是所有瓣片的形状、尺寸都一样，材料利用率高，下料和切割比较方便n混合式球罐的中部用橘
16、瓣式，上极和下极用足球瓣式，常用于较大型的球罐。44图4-70 球罐形式 a）足球瓣式 b）橘瓣式 c）混合式45（2）球罐的技术条件及其分析）球罐的技术条件及其分析n球罐的各球瓣下料、坡口加工、装配精度等均要符合技术要求，这是保证球罐质量的先决条件。n由于工作介质和压力、环境的要求，且返修困难，对焊接质量要严格控制，保证球罐受压均匀。n焊接变形也要严格控制；这必须有合适的工装夹具来配合，同时采用正确的装焊顺序。n一般球罐多在厂内预装，然后将零件编号，再到工地上组装焊接。n球罐的焊缝多数采用焊条电弧焊，要求焊工的技术水平较高，并要有严格的检验制度，对每一生产环节都要认真对待。 46（3）球罐的
17、制造工艺）球罐的制造工艺 瓣片制造瓣片制造 球瓣的下料及成形方法有一次下料法和二次下料法。 支柱制造支柱制造 球罐支柱形式多样，以赤道正切式应用最为普遍。 球罐的装焊球罐的装焊 球罐的装配方法很多，一般采用以赤道带为基准来安装的分瓣装配法。 球罐的整体热处理球罐的整体热处理 球罐焊后是否要进行热处理，主要取决于材质与厚度，球罐热处理一般进行整体退火。47图4-77 橘瓣式球罐的装配流程简图48图4-79 中心柱使用 49n球罐制造时，一般装配与焊接交替进行，其安装、焊接及焊后的各项工作为： 支柱组合吊装赤道板吊装下温带板吊装上温带板装里外脚手架赤道纵缝焊接下温带纵缝焊接上温带纵缝焊接赤道下环缝
18、焊接赤道上环缝焊接上极板安装上极板环缝焊接下极板安装下极板环缝焊接射线探伤和磁粉探伤水压试验磁粉探伤气密性试验热处理涂装、包保温层交货。50图4-73 火焰加热退火装置示意图515.4高压容器的焊接生产工艺高压容器的焊接生产工艺n高压容器大体上分为单层和多层结构两大类。n单层高压容器由于壁较厚，筒节一般采用热弯卷加热矫正成形。n由于加热时产生的氧化皮危害较严重，会使钢板内外表面产生麻点和压坑，所以加热前需涂上一层耐高温、抗氧化的涂料，以防止卷板时产生缺陷；n同时热卷时，钢板在辊筒的压力下会使厚度减小，而长度略有增加，因此下料尺寸必须严格控制。52n筒节纵缝可采用开坡口的多层多道埋弧焊n如果壁厚
19、太大(50mm)，可以采用电渣焊，以简化工艺，降低成本。n电渣焊后需进行正火处理。n容器环缝多采用电渣焊或窄间隙埋弧焊来完成。若采用窄间隙埋弧焊这一新技术，与普通埋弧焊相比，其效率大大提高，同时可节约焊接材料。 53【综合练习】【综合练习】n一、填空题一、填空题1. 筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件，当筒体直径较小时，可用 制作，当筒体直径较大时，筒体一般 制成。2. 压力容器的封头可分为 、 、 锥形封头和 等结构形式。3. 球罐按其瓣片形状分为 式、 式 及 式。4. 球罐的装配方法很多，一般采用以 为基准来安装的分瓣装配法。5容器结构主体部分主要由 、 、 组成。54n二、简答题二、简答题1. 封头的制造工艺过程如何？2. 球形容器的结构形式有哪些？各有何特点？3. 球罐瓣片的下料方法有哪些？如何进行？4压力容器有哪些类型？、类压力容器是如何划分的？5圆筒形压力容器有哪些主要部件？为什么压力容器制造必须严格执行国家标准？6分析中低压容器各主要部件的装焊工艺要点。7高压容器的制造有何特点？