储油罐的设计及焊接工艺1.pdf

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1、河北工程大学毕业论文 1 河北工程大学毕业论文 2 第 1 章 绪论 1.1 焊接技术的发展及其工业地位 焊接技术是随着金属的应用而出现的古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺就是铁与铜的铸焊件其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙是分段钎焊连接而成的。经分析所用的与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑刀刃为钢刀背为熟铁一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载中国古代将铜和铁一起入炉加热经锻打制造刀、斧用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上分段煅焊大型船锚。中世纪在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。古代焊接技术长期

2、停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上使用的热源都是炉火温度低、能量不集中无法用于大截面、长焊缝工件的焊接只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。19 世纪初英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源18851887 年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳1900 年又出现了铝热焊。20 世纪初碳极电弧焊和气焊得到应用同时还出现了薄药皮焊条电弧焊电弧比较稳定焊接熔池受到熔渣保护焊接质量得到提高使手工电弧焊进入实用阶段电弧焊从 20 年代起成为一种重要的焊接方法。在此期间美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度制成自动电弧焊机从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930 年美国的罗宾诺夫发明使

3、用焊丝和焊剂的埋弧焊焊接机械化得到进一步发展。40 年代为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。1951 年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊成为大厚度工件的高效焊接法。1953年苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊促进了气体保护电弧焊的应用和发展如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957 年美国的盖奇发明等离子弧焊40 年代德国和法国发明的电子束焊也在 50年代得到实用和进一步发展 60 年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现标志着高能量密度熔焊的新发展大大改善了材料的焊接性使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接

4、。其他的焊接技术还有 1887 年美国的汤普森发明电阻焊并用于薄板的点焊和缝焊缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法随着缝焊过程的进行工件被两滚轮推送河北工程大学毕业论文 3 前进二十世纪世纪 20 年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956 年美国的琼斯发明超声波焊苏联的丘季科夫发明摩擦焊1959 年美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊50 年代末苏联又制成真空扩散焊设备。近年来随着国民经济的飞速发展我国重型机械金属结构制造业取得了令人瞩目的成就。我国不仅是世界钢材消耗大国也是一个世界机械制造业大国。据国际钢铁协会 IISI 统计 2004 年世界钢产量首次达到 10.3

5、 亿 t 用钢量为 9.35 亿 t。我国 2004年钢产量为 2.72 亿 t约占全球钢产量的 26全年用钢量为 3.12 亿 t占全球钢产量的 33其中 1.6 亿 t 应用于焊接结构约占用钢量的 51左右。而欧美和原苏联焊接结构用钢占其用钢量的 60左右日本超过 70。由此可见我们与工业发达国家相比还有一定差距。根据有关调查在 1.6 亿 t 焊接结构用钢中机械制造业金属结构用钢量约占用钢量的 45钢铁工业的快速发展给我国焊接行业尤其是重型机械金属结构行业焊接技术的可持续发展创造了很大的发展空间。进入 21 世纪我国重型机械行业面临新的挑战和机遇应彻底改善耗能大、耗材高、效率低、工作环境

6、差和自动化程度低的传统焊接产业促进焊接技术与产业向着优质、高效、节能、低成本、环境友好方面和自动化方向发展努力将相对人力资源优势转化为科技竞争优势促进企业进步和产业升级。1.2 行业焊接技术现状 1.2.1 中国大陆情况 发展至今我国的重型机械焊接技术与美国如 P&H 公司等、德国如西马克公司等、法国如奥钢联公司等、日本如三菱重工、小松株式会社等等发达国家间存在很大的差距。目前这些国家及地区采用焊接结构件的比例日趋增大其中自动化、机械化的气体保护焊及多丝埋弧焊等高效焊接工艺方法消耗的焊接金属材料约占全部焊材总量的 5070其焊接生产采用机械化、自动化、高效的焊接工艺方法带来焊接生产效率高、焊接

7、质量好的效果国际竞争力强。机械金属结构行业气体保护焊、双丝埋弧自动焊、龙门焊机、电渣焊等高效焊接工艺方法在大型金属结构制造企业中的应用日趋增多高效焊接方法完成的金属结构件已占其总重量的 5080左右在中小型企业中CO2 气体保护实芯焊丝、埋弧自动焊等方法也得到一定应用。但总体来说我国重型机械制造中劳动工资低廉的优势正在被生产效率低下、质量成本高昂的巨大差距所抵消这应引起我们的足够重视。1.2.2 成就及产品情况 机械金属结构行业主要为国家大型骨干企业和国家重点工程项目提供重型机械装河北工程大学毕业论文 4 备。行业制造骨干企业如第一重型机械集团有限公司、第二重型机械集团有限公司、太原重型机械集

8、团有限公司、大连重工起重机集团有限公司、中信重型机械有限公司、郑州煤机厂、北京煤机厂、上海振华港口机械公司、齐齐哈尔第二机床厂等主要制造大型桥式和门式起重机、435m3 机械式挖掘机、16m3 液压挖掘机、大型加压气化炉、加氢反应器、大型舞台设备、航天发射塔架、焦炉机械设备、螺旋焊管设备以及大型减速机、提升机、堆取料机、轧钢锻压设备、氧气瓶压机、水泥设备、粉磨、破碎机械、水利、工程机械、液压支柱、港口机械及环保设备等大型设备。1.2.3 重型机械金属结构行业用钢 我国重型机械金属结构行业大多采用国内外成熟钢种 如 Q235 系列碳素钢 Q345、Q390系列低合金钢20g、16MnR 压力容器

9、用钢等。近年来随着国家重点工程的发展和产品结构的调整焊接用钢的种类品种大幅度提高随着钢材种类和品种的不断增多焊接件的年产量大幅度提高。据不完全统计 2005 年齐齐哈尔第二机床厂焊接件年产量约为1 万吨第二重型机械集团有限公司约为 3 万吨太原重型机械集团有限公司为约 5 万吨中信重型机械有限公司突破 5 万吨上海振华港口机械公司焊接件年产量高达 20万吨左右。焊接结构件以其独特的优势已取代了铆接结构替代了铸造结构成为重型机械行业金属结构设备的主导结构。1.2.4 焊接工艺方法 机械金属结构行业开始起步一般采用手工电弧焊工艺方法。20 世纪 50 年代开始使用埋弧自动焊和电渣焊工艺方法主要用于

10、一些厚板对接、工型梁及筒体焊接。近年来一些大型企业通过技术改造相继应用双丝埋弧焊、双丝窄间隙埋弧自动焊、龙门式焊机、轧辊埋弧堆焊等先进的焊接工艺方法以满足产品制造技术要求。我国大型骨干企业焊接技术改造气体保护焊工艺方法在重型机械金属结构行业得到广泛的应用。可以说气体保护焊工艺方法伴随着重型机械金属结构行业焊接技术的发展而壮大。在我国八十年代后期为满足国家重点工程大型机械技术装备制造要求引进国外先进的焊接技术和设备对大型骨干重型机械企业进行技术改造我国大型重型机械金属结构制造企业通过与美国、德国、日本等国家的跨国公司合作制造大型金属结构批量购买国外气体保护焊设备、焊材等器材并进行焊工培训。我国借

11、助国外气体保护焊成熟技术和生产工艺 形成了我国大型金属结构行业以气体保护焊为主的生产能力从根本上改变了重型机械金属结构行业的制造技术水平推动了我国气体保护焊技术的发展。90 年代初至今的近十几年时间 以第一届“全国 CO2 焊接技术推广应用交流会”为契机我国又分别于 2001 年和 2004 年连续举行两届全国 CO2 焊接技术推广应用交流会气体保护焊技术在重型机械金属结构行业中推广应用工作持续、稳定、蓬勃发河北工程大学毕业论文 5 展气体保护焊技术开发应用能力增强应用工作从大型机械企业推广到中小企业而大型重型机械企业的气体保护焊应用也从合作制造产品的生产 推广到普通产品的生产中。气体保护焊设

12、备、焊材、辅件基本实现国内供给逐渐形成了我国气体保护焊产业。1.3 储油罐 1.3.1 储油罐的分类 储油罐是储存油品的容器它是石油库的主要设备。储油罐按材质可分金属油罐和非金属油罐 按所处位置可分地下油罐、半地下油罐和地上油罐 按安装形式可分立式、卧式按形状可分圆柱形、方箱形和球形。1金属油罐 金属油罐是采用钢板材料焊成的容器。普通金属油罐采用的板材是一种代号叫 A3F的平炉沸腾钢寒冷地区采用的是 A3 平炉镇静钢对于超过 10000m3 的大容积油罐采用的是高强度的低合金钢。常见的金属油罐形状一般是立式圆柱形、卧式圆柱形、球形等几种。立式圆柱形油罐根据顶的结构又可分为桁架顶罐、无力矩顶罐、

13、梁柱式顶罐、拱顶式罐、套顶罐和浮顶罐等 其中最常用的是拱顶罐和浮顶罐。拱顶罐结构比较简单常用来储存原料油、成品油和芳烃产品。浮顶罐又分内浮顶罐和外浮顶罐两种罐内有钢浮顶浮在油面上随着油面升降。浮顶不仅降低了油品的消耗而且减少了发生火灾的危险性和对大气的污染。尤其是内浮顶罐蒸发损耗较小可以减少空气对油品的氧化保证储存油品的质量对消防比较有利。目前内浮顶罐在国内外被广泛用于储存易挥发的轻质油品是一种被推广应用的储油罐。卧式圆柱形油罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力有利于减少油品的蒸发损耗也减少了发生火灾的危险性。它可在机械一成批制造然后运往工地安装便于搬运和拆迁机动性较好。缺点

14、是容量一般较小用的数量多占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用如放空罐和计量罐等。球形油罐具有耐压、节约材料等特点多用于石油液化气系统也用做压力较高的溶剂储罐。2非金属油罐 非金属油罐的种类很多有土油罐、砖油罐、石砌油罐、钢筋混凝土油罐、玻璃钢油罐、耐油橡胶油罐等等。石砌油罐和砖砌油罐应用较多常用于储存原油和重油。该类油罐最大的优点是节约钢材、耐腐蚀性好、使用年限长。非金属材料导热系数小当储存原油或轻质油品时因罐内温度变化较小可减少蒸发损耗降低火灾危险性。又河北工程大学毕业论文 6 由于非金属罐一般都具有较大的刚度

15、能承受较大的外压适宜建造地下式或半地下式油罐有利于隐蔽和保温。但是一旦发生基础下陷易使油罐破裂难以修复。它的另一大缺点是渗漏虽然使用前经过防渗处理但防渗技术还未完全解决。3地下油罐 地下油罐指的是罐内最高油面液位低于相邻区域的最低标高 02m且罐顶上覆土厚度不小于 05m 的油罐。这类油罐损耗低着火的危险性小。4半地下油罐 半地下油罐指的是油罐埋没深度超过罐高的一半油罐内最高油面液位比相邻区域最低标高不高出 2m 的油罐。5地上油罐 地上油罐指的是油罐基础高于或等于相邻区域最低标高的油罐或油罐埋没深度小于本身高度一半的油罐。地上油罐是目前炼油企业常见的一类油罐它易于建造便于管理和维修 但蒸发损

16、耗大 着火危险性较大。基本参数 1、压力 常压 温度-19200 介质燃料油石油化工原料等 2、5m³100 m³卧式油罐基本参数和尺寸 3、安全储罐应有壁雷、防静电措施、消防措施根据工程实际情况由选用单位与环卫措施等统一考虑。4、防腐 储罐内壁防腐措施应根据罐内贮存介质确定外壁防腐措施根据罐土质确定。5、根据现在容器所造材质及规格不同主体材质可选用不锈钢、碳钢、低合金钢。最后根据客户要求来设计制造、安装。河北工程大学毕业论文 7 第 2 章 25cm3 储油罐结构的制造工艺 2.1 储油罐的结构分析 本次设计的储油罐属于 II 类压力容器。工业生产中具有特定的工艺功能并承

17、受一定压力的密闭容器和分离容器均属压力容器。它在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济设备称压力容器。目前压力容器在各行业中的应用已十分广泛。贮运容器、反应容器、换热的各个部门都起着重要作用。本储油罐的设计目的是储蓄和运输石油石油是无毒易爆介质每个焊缝都必须保证质量达到要求。本产品主要是由筒体封头法兰所组成。产品的简要数据如表 2-1所示。河北工程大学毕业论文 8 表 2-1 产品简要数据表 设计压力(MPa)0.2 设计温度()100 工作压力(MPa)0.1 全容积(m3)25 物料名称 导热油氮气 容器类型 II 类 储油罐上还有支座、支架、支撑架、法兰等几个附件。2.3 产品制作

18、工艺流程图 2.3.1 筒节制作工艺流程图 此储油罐的筒体部分是由两节筒节焊接而成筒节的制作工艺流程如图 2-1 所示。图 2-1 筒节制作工艺流程图 2.3.2 封头制作工艺流程图 本设计中有两个封头它们的制作工艺是相同的如图 2-2 所示。图 2-2 头制作工封艺流程图 河北工程大学毕业论文 9 2.4 筒节制作工艺 2.4.1 钢材复检 压力容器是质量要求严格的重要焊接结构。储油罐的厚度为 8mm的 Q235B 钢板制作。这两种钢材在使用前应进行必要的化学成分和力学性能复检 还应检验金属材料的表面及内部质量(如夹层、砂眼等)。2.4.2 钢材预处理 1矫正 钢材在轧制、运输、装卸和堆放过

19、程中表面常会出现凹凸不平或弯曲、扭曲、波浪变形等现象。当这些变形超过一定程度时会影响焊接结构件生产过程中各工序的正常进行并将降低产品的质量。按操作方法的不同对钢板的矫正可分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正三种方法。在本设计中对 Q235B 钢板的矫正选用的是机械矫正法。(2)清理 钢材表面存在的铁锈、氧化皮及各种污物等 都将直接影响零件和产品的制造质量焊前应进行清理的工作。除锈的方法有种化学法和机械法。本设计中对 Q235B 钢板清理选用的是机械法中的喷丸方法。采用 GYX-nM 型钢材预处理装置它是一种大型喷丸除锈设备既可以用于钢板、型钢的表面处理也可用于结构部件的表面处理。钢材矫正后利用电磁

20、吊上料、辊道输送到加热室预热再进入喷砂机中将铁锈及氧化皮除掉清理掉丸料后装置自动喷底漆并烘干以防钢板在加工过程中再次生锈。2.4.3 划线、下料 1下料规范 筒体的排板下料应根据板材实际尺寸进行绘制排板图时应遵循以下规定 1 最短筒节长度 L300mm。2 同一筒节在下料时应尽量减少纵向拼接焊缝的数目 同一筒节相邻纵缝间的弧长距离L500mm。3 筒节与筒节之间筒节与封头之间的焊缝不允许采用“+”字交叉焊缝它们之间的焊缝必须错开错开量应大于名义厚度的三倍且不小于 100mm。4 筒体内件与筒体焊接的焊缝边缘应尽量避开筒体环焊缝边缘。河北工程大学毕业论文 10 5 卧式容器的环焊缝应尽可能布置在

21、支座之外纵焊缝的布置应在筒体下部 140 或170范围之外。6 筒体的纵、环焊缝应尽可能避开开孔以及补强圈。7 排板图上必须按产品标识和可追溯性管理规定的规定进行标记绘制。8 根据排板图进行下料时各块板料的材质标记、产品编号、件号、筒节号、板厚及几何尺寸、焊缝编号、坡口方向均应检查合格。9 排板图上应按选定的基准绘制装配基准线装配基准线对于大直径的容器应间隔45绘制一条 对于直径较小的容器至少应保证隔 90有一条。装配基准线沿圆周用规定的标记表示。10 筒体周长一律按中径展开并参照封头外周长尺寸加以确定。11 筒节下料划线时板上应注明检查线、实际用料线和切割线。12 切割余量和边缘加工余量根据

22、选定的加工方法或工艺文件要求确定。13 筒体展开长度应考虑纵焊缝收缩量其数值按有关工艺文件规定。2材划线及下料尺寸的计算和确定 选定钢板尺寸规格后在板材上进行划线所谓划线即按构件设计图样的图形与尺寸 1:1 划在待下料的钢板上随后按划线图形进行下料加工的工序。下料是指将零件从金属材料上按划线标记切割下来的工序。下料的方法可分为两类机械切割和热切割。本设计中 Q235B 钢板选用的都是中等厚板的板材对其下料均选用热切割的方法采用的设备是 CNC-4A 型数控切割机用氧乙炔火焰进行切割。在划线下料前应先对制作筒节的板材进行选取因为钢材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

23、间存在着一层既不缩短也不伸长的纤维该层即为中性层。制作内筒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s的比值确定中性层位置k为中性层位置系数。512581000sr所以k值取 0.5。故筒节的展开直径 d=Dg+s=2200+8=2208 (2-1)筒节的展开长度 L=d=3.14*2208=6693 (2-2)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 5800mm选取两块板材即可宽度为 2900mm。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为 50mm。河北工程大学毕业论文 11 根据

24、国标 70988 热轧钢板和钢带的尺寸、外形和重量。钢板宽度可为 50mm 或者10mm 倍数的任何尺寸。钢板长度可为 100mm 或者 50mm 的任何尺寸 但厚度小于等于 4mm钢板的最小长度不得小于 1.2mm厚度大于 4mm 钢板的最小长度不得小于 2m。根据以上计算和国标规定 选择制作筒节板材的尺寸为,8mm*6800mm*3000 俩块 所选板材尺寸如图 2-3 所示 图 2-3 筒节板材尺寸 2.4.4 边缘加工 边缘加工是按工艺要求采用一定的加工方法将工件的边缘或端面加工成符合工艺要求的形状、平直度和粗糙度的生产过程。边缘加工可以消除前到工序加工所产生的加工硬化层和热影响区根据

25、工艺要求完成坡口加工消除装配、焊接工件边缘或自由边的各类缺陷以提高储油罐的整体质量提高结构的表面质量也可为产品的后期制作创造条件。常用边缘加工的方法为刨削、铣削、车削等切削加工工艺。2.4.5 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。本设计选用对称式三辊卷板机钢板卷制的基本原理如图 2-3 所示。河北工程大学毕业论文 12 图 2-4 三辊卷板机工作原理图 1)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

26、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 2-5 所示。图 2-5 预弯胎板法工作原理图 胎板 工件 abdcBHdRd河北工程大学毕业论文 13 预弯胎板一般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 20mm。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 900mm。预弯长度应大于两下辊中心距的一半通常为(620)s在此取 240mm。(2)为防止钢板在卷制过程中出现扭斜产生轴线方向的错边滚卷之前在卷板机上摆正钢板的过程为对中。常用的方法有对中挡板对中法、倾斜进料对中法、辊上槽线对中法。

27、本设计所选用的是辊上槽线对中法即先在钢板上划出中线然后与下辊表面的槽线对正即可对中。(3)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。(4)在滚圆完毕并对纵缝进行装配焊接之后应再次滚圆以使筒节的圆度达到规定的范围。步骤如下逐渐加载达到最大矫正曲率重点矫正焊缝区经测量直到合格逐渐卸载至卷制过程结束。2.5 封头制作工艺 封头制作的钢材复

28、检、预处理、边缘加工工艺与内筒筒节的钢材复检、预处理及边缘加工工艺相同。下面介绍封头制作的其它工艺。2.5.1 封头部分的选料 封头在划线下料前应先对制作封头的坯料进行计算。坯料直径包括加工余量 1002)(hsDgkDp (2-11)式中Dp-毛坯料直径,mm Dg-封头内径,mm k-封头形状影响系数 s-板厚,mm h-直边量,mm 100-二次切割余量,mm。河北工程大学毕业论文 14 所以Dp筒=Dp=1.19*2200+8+2*40+100=2807.52m m 由于毛坯料直径过大 所以采用拼板的方法来制作毛坯料 为了避免焊缝十字交叉压力容器的封头由两块或有左右对称的三块钢板且对接

29、焊缝距封头中心1/4Dg。内筒封头坯料由8mm*1100mm*2850mm 和 8mm*1750mm*2850mm 的两块板材拼焊而成封头拼板如图 2-6 所示。图 2-6 封头拼板示意图 2.5.2 加热 拉延前要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。筒封头材料为 Q235B 钢板冲压的起始温度为 900-1050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。2.5.3 压制 压制封头的方法很多可采用人工锤击法、冲压成形法及爆炸成形法等。本设计采用的是冲压成形法

30、。整体封头压制属于拉延过程。拉延也称为拉伸或压延它是平板毛坯或空心半成品利用拉延模具拉延成一个开口零件的过程。此加储油罐的封头设计为标准椭圆形。首先对冲压封头的压延力进行计算 1100 1750 2850 2807 河北工程大学毕业论文 15 tbsDgDpekP)(2-12)式中e-压边力影响系数有压边2.1e k-封头形状影响系数 Dp-毛坯直径mm Dg-封头内径mm s-板厚mm tb-材料的高温抗拉强度N/mm2。根据上式计算出筒封头的压延力 P内筒)t(083.261516.016)220052.2807(14.319.12.1 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

31、择压力机的吨位并且需要考虑到冲压直径。所以可选用 500t 的四柱式油压机。在压制封头过程中当2.11100 Dps需要采用压边圈。内筒封头的2.112849.010052.28078100Dps所以要采用压边圈。压边圈主要用来防止由于冲压力过大而产生起皱的现象。压边圈应安装在下模上面与下模表面之间应留有 1.151.2 倍板厚的间隙。由于mm)(52.607220052.2807 DgDpsDgDps456。因此该产品的封头属于中壁封头中壁封头可一次拉延成形。2.5.4 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 100m

32、m 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。即可切出直边、V 形或 X 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。河北工程大学毕业论文 16 2.6 装配工艺 在

33、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。2.6.1 装配的基本条件 进行焊接结构的装配必须具备定位、夹紧和测量三个基本条件。定位就是将带装配的零件按图样的要求保持正确的相对位置的方法。夹紧就是借助于外力是零件准确到位并将定位后的零件固定。测

34、量是指在装配过程中对零件间的相对位置和各部位尺寸进行一系列的技术测量以衡量定位的准确性和夹紧的效果以指导装配工作。2.6.2 工件的定位 定位器是将装配零件在装焊夹具中固定在正确位置的器具。在装焊工装夹具中常用的定位器主要有挡铁、支撑钉、定位销、定位槽、V 形铁、定位样板等。装焊夹具在使用前应按规定的程序校验定位器与基准面之间的形位公差是否符合夹具设计图样的要求。在安装基面上的定位器要承受焊件的重力并与焊件表面接触。2.6.3 容器的装配焊接 1筒节间的装配焊接 筒节对接装配首先应定位准确、可靠符合施工图样规定的尺寸和公差要求。为使筒节易于获得同轴度及便于装配中翻转装配前筒节已进行了矫圆为了防

35、止筒体变形可以在筒体内使用径向推撑器撑圆。本设计中筒节间的装配采用的是卧式装配的方法装配是在焊接滚轮架上进行的。将两筒节置于滚轮架上按要求预留出焊缝间隙进行定位焊。接头装配后错边量不应超过壁厚的 15%最大不超过 5.0mm。2筒与筒封头间的装配焊接 筒与筒封头装配时内筒放置在滚轮架上封头则是用吊车吊至装配处。定位焊方法及焊接工艺均与筒节间的装配焊接相同。河北工程大学毕业论文 17 2.6.4 附件的装配焊接 其它部件如接管、法兰、吊架及支座等在定位后采用焊条电弧焊进行定位焊然后焊接。2.6.5 焊接工艺装备选用 1滚轮架的选用 焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩擦力带动焊件旋转的变位机。

36、焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接焊件也可以在滚轮架上进行修整、翻孔及探伤等作业。本设计中选用的是自调心式的滚轮架如图 2-6 所示自调心式的滚轮架可根据焊件的直径自动调整滚轮之间距离。图 2-7 自调心式焊接滚轮架 2焊接操作机 焊接操作机是在焊接作业中将焊件回转或倾斜使焊件上的焊缝置于有利施焊位置的焊接变位机械。焊接操作机按结构形式可分为伸缩臂式焊接操作机、平台式焊接操作机、门架式焊接操作机三种。本次设计选用的是伸缩臂式焊接操作机其焊接机头和工作台安装在伸臂的一端伸臂可水平伸缩。与所选用的焊接滚轮架配合可以焊接储油罐的内、外环缝和纵缝。2.7 储油罐检验 焊接检验工作必须贯穿于储油罐的

37、整个焊接生产过程中。焊接检验主要是为了检查出焊接接头中的缺陷检查是否存在可能影响焊接接头质量的工艺以确保储油罐的制造质量。在各部件整体装配焊接完成后还需要对储油罐进行耐压试验。耐压试验的河北工程大学毕业论文 18 目的是检验容器的密封性能和强度它是压力容器设计和制造质量的综合性检验。2.7.1 无损检验 本储油罐采用 X 射线探伤的方法进行焊接缺陷的无损检验。无损检验是指不使焊接结构受伤、分离或者破坏而了解其内部结构的均匀性和完整性所进行的各种检验是保证焊接产品质量的有效方法。射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种检验方法。按所使用的射线源种类不同可分为 X 射线探

38、伤、射线探伤和高能射线探伤等。X 射线探伤又分为射线照相法、荧光屏检测法、工业电视检测法、射线剂量检测法等。在焊接结构制造中多采用射线照相法。射线照相法的探伤原理是利用了射线在穿过物质时的衰减规律及对某些物体产生荧光和光化作用为基础实现的。射线透照工件时因为有、无缺陷部位对射线的吸收比不同因而透过的射线能量大小也不同就会在底片上引起不同的感光度。X 射线探伤 适用于检查储油罐各对接焊缝的内部缺陷。对气孔、夹渣等体积性缺陷具有较高的检测灵敏度超声波检测 超声检测Ultrasonic TestingUT是利用超声波在介质中传播时产生衰减遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。超声检测既可用

39、于检测焊缝内部埋藏缺陷和焊缝内表面裂纹 还用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的检测。该方法具有灵敏度高、指向性好、穿透力强、检测速度快成本低等优点且超声波探伤仪体积小、重量轻便于携带和操作对人体没有危害。但该方法无法检测表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷此外该方法对缺陷的定性、定量表征不准确。储油罐上的对接焊缝检测长度为 100%X 射线探伤 其检验结果必须符合 GB332387中规定的 II 级合格并辅以 20%的超声波探伤。2.7.2 水压试验 耐压试验是用水或其它适宜的液体作为加压介质 极少数情况用气体作加压介质 对容器进行强度和密封性的综合检验在绝大多数场合耐压试验用水作为加压

40、介质的耐压试验又称为水压试验。水压试验的主要目的是检验容器受压部件的结构强度验证其是否具有在设计压力安全运行所需的承压能力在耐压试验时对于高压或小容器还可进行残余变形测定以判明材料是否出现整体屈服。考虑稳定因素本产品的试验压力为 0.2 兆帕容器灌满水后用水泵加压达到规定试验压力后在试验压力下持续不少于 30 分钟。然后降至试验压力的 80%保持足够的时间检查焊接接头和连接部位。河北工程大学毕业论文 19 第 3 章 焊接工艺评定 3.1 焊接工艺评定的意义、目的 在焊接结构制造工艺拟订好焊缝施焊前要进行焊接工艺评定这是从焊接工艺角度保证产品质量的重要措施使制造出来的接头满足所要求的性能。焊接

41、工艺评定的目的在于验证焊接工艺指导书的正确性焊接工艺正确与否的标志在于焊接接头的使用性能是否符合要求。若使用性能符合要求则证明所拟订的焊接工艺是正确的当用于产品时则产品焊接接头的使用性能同样可以满足要求。压力容器焊接工艺所包括的内容相当广泛并且任何一种主要焊接参数,如焊接电流、焊接电压、焊接速度、预热温度、层间温度、焊接材料的牌号或成分、焊后热处理温度和保温时间、焊件厚度个焊接位置的改变,都会对接头的性能产生较大的影响,因此对于所编制的并将用于生产的每项焊接工艺应作相应的评定。焊接工艺评定的主要内容是按准备采用的焊接工艺在接近实际生产的条件下焊制模拟产品接头的试板并从焊成的试板中按产品的技术条

42、件截取拉力、弯曲和冲击韧性试样。并将焊接条件变化是否影响焊接接头力学性能作为是否需要重新评定焊接工艺的判断准则评定标准和规则也是根据这一判断职责指定的。如果所有试样的检验结果全部符合技术要求则证明所编制的焊接是可行的可根据工艺评定报告拟订正式的焊接工艺细则卡。如果检验的项目中某一项或几项不合格 则说明该工艺不能用于生产 需要重新编制再作焊接工艺试验直至全部项目合格。3.2 焊接工艺评定的一般过程 1拟订焊接工艺指导书 由具有一定专业知识和有相当实践经验的焊接工艺人员根据钢材的焊接性能实验结合产品特点、制造工艺条件来拟订焊接工艺指导书。2施焊试件 由技术熟练的焊工根据焊接工艺指导书的内容及有关参

43、数规定对样板进行施焊。3填写焊接工艺评定报告 按照焊接工艺指导书和标准规定对样板进行施焊后检验及测定试样性能填写焊接工艺评定报告。如果评定不合格应修改焊接工艺指导书继续评定直到评定合 河北工程大学毕业论文 20 3.3 焊缝位置分布见图 3-1焊缝位置要避免十字交叉 图 3-1 焊缝分布图 焊缝缝的种类 本储油罐有二类焊缝 I、纵焊缝环焊缝用埋弧焊焊接。II、法兰用手工电弧焊焊接。3.4 Q235B 钢性能分析 3.4.1 Q235B 钢的成分及性能 Q235B 易于冶炼价格低廉性能基本满足一般工程结构要求其含碳量低通常以热轧空冷状态供应其塑性高焊接性好使用下的组织为铁素体加珠光体。其化学成分

44、见表 2-2。河北工程大学毕业论文 21 表 3-1 Q235B 钢化学成分 牌号 等级 化 学 成 分%脱氧方法 C Mn Si S P Q235 B 0.120.20 0.300.70 0.3 0.045 0.045 F、b、z 用焊接碳当量法估算判断焊接性为 Ceq=Wc+Wmn6+Wsi24+Wp2=0.120.20+0.300.706+(0.3)/24+(0.045)/2=0.20550.30475 证明,碳当量小于 0.4%-0.5%钢就具有良好的焊接性由上述经验公式可知,碳含量在0.2055-0.3475 间,可知 Q235B 焊接性良好。3.4.2 Q235B 钢的力学性能分析

45、 Q235B 钢属于典型的碳素结构钢。本次设计选用的 Q235B 钢板的厚度为 8mm该厚度钢板的力学性能如表 3-2 所示。表 3-2 Q235B 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s(MPa)抗拉强度 b(MPa)伸长率 5(%)温度()V 型纵向冲击吸收功 kvA(J)=2 180 Q235 B 616 235 375500 26 20 27 纵a横1.5a 3.4.3 Q235B 钢的焊接性分析 Q235B 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

46、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 Q235B 钢的焊接性优良5。但是当刚性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。河北工程大学毕业论文 22 焊接要点 1在严寒的低温条件下焊接低碳钢或焊接大厚度的焊缝时由于焊接接头冷却速度较快冷裂纹的倾向增大特别是在多层焊时第一道焊缝容易开裂。为避免焊接裂纹应该采取以下措施 预热焊接过程中保持层间温度。采用低氢或者超低氢焊条。定位焊时加大焊接电流减慢焊接速度。整个焊缝尽量一次连续焊完(2)低碳钢埋弧焊时为保证其接头的冲

47、击韧度和冷弯性能应适当控制热输入量不宜采用大范围焊接尽量使每道焊肉的厚度减薄。3.5 压力容 I 类焊缝焊接工艺评定 本课题主要研究的是 Q235B 钢的焊接工艺评定 钢板的厚度为 =8mm 它的力学性能见表 3-2 表示。表 3-2 所示力学性能 钢 号 板厚/mm 状态 拉伸性能 弯曲 180 冲击性能 s/MPa b/MPa s/%温度 冲击功 Akv/J Q235B 6-12 热轧 235 370-500 26 d=3a+20 27 纵向 3.5.1 拟订焊接工艺如下 1 焊接方法的确定 焊条电弧焊 原理用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧使焊

48、条和焊件熔化从而获得牢固的焊接接头。属气渣联合保护。主要特点操作灵活待焊接头装配要求低可焊金属材料广 焊接生产率低 焊缝质量依赖性强 依赖于焊工的操作技能及现场发挥。应用广泛用于造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行河北工程大学毕业论文 23 业中。适用于上述行业中各种金属材料、各种厚度、各种结构形状的焊接。埋弧焊自动焊 原理电弧在焊剂层下燃烧。利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生的热量熔化焊丝、焊剂和母材焊件而形成焊缝。属渣保护。主要特点焊接生产率高焊缝质量好焊接成本低劳动条件好难以在空间位置施焊对焊件装配质量要求高不适合焊接薄板焊接电流小于 100A 时电弧稳定性不好和

49、短焊缝。应用广泛用于造船、锅炉、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中。凡是焊缝可以保持在水平位置或倾斜角不大的焊件均可用埋弧焊。板厚需大于5 毫米防烧穿。焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合钢材等。二氧化碳气体保护焊自动或半自动焊 原理利用二氧化碳作为保护气体的熔化极电弧焊方法。属气保护。主要特点焊接生产率高焊接成本低焊接变形小电弧加热集中 焊接质量高操作简单飞溅率大很难用交流电源焊接抗风能力差不能焊接易氧化的有色金色。应用主要焊接低碳钢及低合金钢。适于各种厚度。广泛用于汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门。MIG/MAG 焊 熔化极惰性气体保护焊 原理采用惰

50、性气体作为保护气使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法。保护气通常是氩气或氦气或它们的混合气。MIG 用惰性气体MAG 在惰性气体中加入少量活性气体如氧气、二氧化碳气等。主要特点焊接质量好焊接生产率高无脱氧去氢反应易形成焊接缺陷对焊接材料表面清理要求特别严格 抗风能力差焊接设备复杂。应用几乎能焊所有的金属材料主要用于有色金属及其合金不锈钢及某些合金钢太贵的焊接。最薄厚度约为 1 毫米大厚度基本不受限制。TIG 焊钨极惰性气体保护焊 原理在惰性气体保护下利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝也可不加填充焊丝 形成焊缝的焊接方法。主要特点适应能力强电弧稳定不会产生飞溅 焊接生产率低钨极承载电