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1、论文框架论文框架低压储罐的焊接工艺设计球罐概况焊接初步分析焊前准备焊接工艺设计焊接工艺评定球罐组装及焊后处理结论第1页/共16页研究背景研究背景 储罐因其使用条件的特殊性，常处于高温、高压、真空、腐蚀等的环境条件下长期运行，而所盛装的介质常为易燃、易爆、剧毒、有害物质，因此产品的安全被放在首要位置。焊接是压力储罐制造中最重要的加工工艺，焊接质量在很大程度上决定着压力储罐的制造质量。随着压力储罐工作参数的大幅提高及应用领域的不断扩展，焊接结构逐渐向着大型化、高参数和高寿命的方向发展，对焊接技术提出了愈来愈高的要求。第2页/共16页球罐概况球罐概况设计压力1.5MPa设计温度50介质氮气壳体材料1
2、6MnR球罐内径9200mm容积400m3筒体壁厚44mm结构形式混合式 球罐是一种钢制压力容器，因为其形状为球状，因此被称为球形储罐，简称球罐。本设计中的低压储罐为容积为400m3的球罐，设计压力为1.5MPa，结构形式为混合式，具体的参数见下表。第3页/共16页焊接性分析焊接性分析 根据国际焊接学会（IIW）所采用的碳当量（CE）计算公式：将16MnR所含化学成分代入上式，计算其碳当量。由计算得出16MnR的碳当量为CE0.45%。当CE0.45%，钢的淬硬倾向逐渐增加，因此16MnR属于有淬硬倾向的钢。但是，当CE低于0.5%时，淬硬倾向尚不严重，焊接性仍属于较好类型，但随钢板厚度的增加
3、需要采取一定的预热措施。本设计中球罐的球壳厚度为44mm，因此在焊接前应对其进行预热以避免出现裂纹，选取的预热温度为120140。因为400m3球罐体积庞大，不易操作，因此须选用手工电弧焊对球罐进行焊接。对于16MnR钢的焊接，国内外普遍采用E5015型焊条和ZXG-400弧焊整流器。第4页/共16页球罐焊缝简介 球罐上的焊缝有环焊缝、纵焊缝等多种形式，本设计中的球罐的结构形式为混合式三带，三带球罐的主要焊缝有9条，它们分别是赤道带纵缝、上极带小纵缝、下极带小纵缝、上大环缝、下大环缝、上极带方环缝、下极带方环缝、上极带中极板焊缝和下极带中极板焊缝。其简图如下图所示。第5页/共16页纵缝的焊接工
4、艺设计纵缝的焊接工艺设计 本设计中球罐的主要纵缝有赤道带纵缝和上、下极带小纵缝三条，它们的焊接工艺是一致的，其焊接接头简图如下。焊接要点：为了有效防止角变形，焊接时需要注意焊接顺序，现焊接大坡口处的三分之二，然后再对小坡口进行清根和焊接，这样就抵消了焊接大坡口时产生的内角变形，最后焊接大坡口的剩余部分，因为已经焊过的金属具有一定的刚性拘束作用，所以产生的角变形较小。焊接层道采用多层单道焊，每一焊层只焊一道，又因为钢板较厚，随着焊接的进行坡口将越来越宽，因此为了使焊缝一次成型且均匀、饱满，运条方法须采用锯齿形来回运条。第6页/共16页环缝的焊接工艺设计环缝的焊接工艺设计 本设计中球罐的主要纵缝有
5、上、下大环缝和上、下极带方环缝四条，它们的焊接工艺也是一致的，其焊接接头简图如下。焊接要点：同前面所叙述的一样，环焊缝的焊接同样需要控制内角变形，方法依然为先焊大坡口三分之一处，再对背面进行清根和焊接，最后焊接大坡口的剩余部分。环焊缝的焊接位置为横焊，横焊的特点是熔池金属受重力的作用，有下垂的倾向，在焊道的上方易产生咬边，下方易产生焊瘤。因此，为了限制每道的熔敷金属量，厚板宜采用多道焊。多道焊对于运条没有特殊要求，采用直线运条即可。第7页/共16页中极板焊缝的焊接工艺设计中极板焊缝的焊接工艺设计 中极板焊缝分为上、下极带中极板焊缝两条，它们的焊接工艺有微小的差别。上极带中极板焊缝接头简图如下左
6、图。下极带中极板焊缝接头简图如下右图。焊接要点：为了防止内角变形，焊接采用先焊大坡口三分之二，然后对背面清根和焊接，最后焊接大坡口剩余部分的顺序。焊接层道采用多层单道焊，每一焊层只焊一道，又因为钢板较厚，坡口会越来越宽，因此为了使焊缝一次成型且均匀、饱满，运条方法须采用锯齿形来回运条。上极带中极板焊缝位于球罐的上方，因此大坡口的焊接位置是平焊，小坡口的焊接位置是仰焊。而下极带中极板焊缝位于球罐的下方，焊接位置正好相反。小坡口的焊接位置是平焊，大坡口的焊接位置则是仰焊。第8页/共16页焊接工艺评定焊接工艺评定试件母材的厚度Tmm试验项目和取样数量/个拉伸试验弯曲试验冲击试验拉伸面弯背弯侧弯焊缝区
7、热影响区T1.52221.5T102223310T2022233T202433 为验证本设计中的焊件焊接工艺的正确性，我们需对上述9条焊缝取样进行焊接工艺评定。具体的工艺评定方法包括外观检查、无损检测以及力学性能试验。外观检查、无损检测都是用来检测试样缺陷的，外观检查用来检查外部缺陷，而无损检测用来检查内部缺陷。力学性能测试是用来测试试样的拉伸、弯曲和冲击等各项力学性能的，板件的厚度不同，需进行的力学性能试验项目数也不同，他们的关系如下表所示。因此需要2个拉伸试验试样、4个侧弯试验试样3个焊缝区冲击试验试样以及3个热影响区冲击试验试样。第9页/共16页焊接顺序焊接顺序 要对球罐进行组装，就必须
8、先确定各条焊缝的焊接顺序，焊接时，应按先纵缝后环缝、先焊大坡口后焊小坡口的原则安排焊接顺序。具体焊接顺序如下：赤道带纵缝的焊接上极带小纵缝的焊接下极带小纵缝的焊接上大环缝的焊接下大环缝的焊接上极带方环缝的焊接下极带方环缝的焊接上极带中极板焊缝的焊接下极带中极板焊缝的焊接。如下图所示。第10页/共16页球罐组装球罐组装 球罐的组装采用散装法，散装法的基本程序是先在平台上将下段支柱与带上段支柱的赤道板组焊好，然后以此为基础安装赤道带，赤道带组装完成后，然后组装上、下极板，这样就组成了一个整球。散装法的组装顺序如下图（左）所示，上、下段支柱组装示意图见下图（中），赤 道带的组装顺序如 下图（右）所示
9、。第11页/共16页焊接检验焊接检验 组装、焊接完成后，需要对球罐进行一系列的检验来证明球罐没有缺陷，能够正常投入使用。本设计中采用了三种检验方法，分别为外观检验、无损检验和水压性试验。具体的操作方法是使用肉眼观察，确保表面没有缺陷。然后进行100%的射线检测辅以20%的超声波检测。最后进行水压试验确保其气密性。这三项检测中一旦有一项检测不达标，球罐就必须返修，直到再次检测达标方可投入使用。第12页/共16页焊后热处理 本设计中球罐壁厚大于30mm，因此要对其进行整体热处理以消除应力，采用内燃法即以球罐内部为燃烧室，对球罐整体进行加热。16MnR球罐焊后热处理工艺曲线如下图所示。由此可知，对于
10、本设计中罐体材料为16MnR的球罐来说，焊后热处理的具体工艺是将球罐以任意的速度升温至300后再以6080/h的速度升温至热处理温度62525，恒温2小时后，以3050/h的速度降温至300，最后再自然冷却至室温。第13页/共16页结论结论 通过以上对球罐的焊接、焊后整体热处理以及焊接工艺评定等方面的学习与研究，可以证明拟订的球罐制造工艺基本可行。目前，国内已经出现了球罐自动焊的先进技术，并积累了一定的经验。但我国球罐行业的整体制造水平较国外相比，还有很大差距，还必须不断努力学习，以提高本国的球罐制造水平。第14页/共16页一二三四五六七，七六五四三二一第15页/共16页谢谢您的观看！第16页/共16页