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立式储油罐工艺设计课程设计

发布时间:2020-10-19 13:24

  立式储油罐工艺设计课程设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。立式储油罐工艺设计课程设计

  目录 1 绪论 ........................................................................................................................... 2 1.1 材料的焊接性 ................................................ 2 1.3 焊接材料的选择 .............................................. 4 2 工艺参数的选择 .................................................... 6 2.1 板厚的计算................................................... 6 2.2 焊接工艺参数的选择 .......................................... 6 2.2.1 焊丝焊条直径............................................................................................... 7 2.2.2 焊接电流的选择................................................................................... 7 2.2.3 焊接电压............................................................................................... 9 2.2.4 焊接层数............................................................................................... 9 2.2.5 焊接速度的选择................................................................................. 10 2.3 焊缝的布置及焊接接头坡口选择............................................................... 11 2.3.1 焊缝布置............................................................................................ 11 2.3.2 焊接接头坡口的选择........................................................................ 11 2.3.3 焊接耗材与生产设备...................................................................... 13 3 焊后热处理和焊接检验 ......................................................................................... 16 3.1 焊后热处理................................................................................................. 16 3.2 焊接检验..................................................................................................... 16 3.3 钢制立式储罐的安装、验收....................................................................... 18 4 焊接工艺卡 ............................................................................................................. 20 1 绪论 钢制立式固定顶储罐的工艺设计部分包括材料的焊接性分析, 焊接方法的选 择,焊接材料的选择,焊接参数的选择,焊缝位置的布置、焊接坡口的选择,焊 接耗材的计算,焊接设备以及其它使用设备的选择,装配工序的选择,以及焊前 预热、 焊后热处理及焊后检验等,根据以上部分制作焊接工艺卡以便实际生产使 用。 1.1 材料的焊接性 焊接性是金属材料是否能适应焊接加工而形成完整的、 具有一定使用性能的 焊接接头的特性。 其主要依据两个方面来判别:一是金属在进行焊接加工中是否 容易产生缺陷;二是所形成的焊接接头在一定使用条件下的可靠运行的能力。 所以焊接性就分为了工艺焊接性和使用焊接性。 工艺焊接性就是在一定焊接 工艺条件下,获得优质、无缺陷的焊接接头的能力;使用焊接性焊接接头满足某 种使用性能的能力,通常包括常规的力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕 变、疲劳性能、持久强度以及抗腐蚀性和耐磨性等指标[7]。前者是关于材料能不 能焊接的问题,后者是关于焊后能不能使用的问题。 本立式固定顶储罐选用的材料为 16MnR 为钢材属于低碳钢的碳素钢种类。 16MnR 是普通低合金钢,它的强度较高、塑性韧性良好,常见交货状态为 热轧或正火。属低合金高强度钢,含 Mn 量低。它是屈服强度为 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。下表 1.1 给出了碳素钢 的化学成分。 表 1.1 牌号 C 16MnR ≤0.20 Si 0.20~0.55 Mn 1.20~1.60 16MnR 的化学成分 化学成分(质量分数)∕﹪ Ni — Mo — Cr — Nb — Al — V P S ≤0.035 — ≤0.030 碳当量(CE)计算公式: CE ? w(c) ? w( Mn ) w(Cr ? Mo ? V ) w( Ni ? Cu ) ? ? 6 5 15 将 16MnR 所含化学成分的相应数值代入上式,计算其碳当量。通过计算得出, 16MnR 的碳当量 CE=0.40%~0.47%。 当 CE=0.40%~0.60%,钢的淬硬倾向逐渐增加,所以 16MnR 属于有淬硬倾 向的钢。但是,当 CE 不超过 0.5%时,淬硬倾向尚不严重,焊接性较好,但随 板厚增加需要采取一定的预热措施。16MnR 钢碳当量不高,淬硬倾向小,室温 下焊接一般不易产生冷裂纹。钢在轧制中,硫、磷含量控制较低,所以也不易产 生热裂纹。 16MnR 钢在焊接时,不需要采取特殊的工艺措施,当钢板厚度较大,焊接 接头刚性拘束较大或环境温度过低时,可在焊接前进行合理的预热。在焊接过程 中通过细化晶粒, 合金化和提高纯净度等措施来对其焊接接头的组织和性能加以 改善。特别是以铁素体为基的 16MnR 钢,铁素体晶粒尺寸越细小,钢的脆性转 变温度将越向低温方向移动,一定低温下的韧性值相应提高。通过上述分析,可 以清楚地认识到:通过细化晶粒来保证 16MnR 钢焊接接头的低温韧性,这是制 定 16MnR 钢焊接工艺的一个根本出发点。 1.2 焊接方法的选择 焊接方法有三大类:即熔焊、压焊、钎焊。具体每类又分为很多小类,如 熔焊方法又分为电弧焊、气焊、铝热焊、、电渣焊、电子束焊和激光焊等。实际 常用的焊接方法有手工电弧焊、TIG 焊、MAG 焊、埋弧焊等。本设计主要选择 的焊接方法是焊条电弧焊、CO2 气体保护焊和埋弧焊。 1.焊条电弧焊 焊条电弧焊作为焊接应用中最广泛的焊接方法,其操作简 单,能够对空间不同位、不同接头形式的焊缝进行焊接,所以此方法主要用在需 要现场焊接的焊缝。同时焊条电弧焊接由于手工操作故生产率低,劳动强度大, 所以应该尽量避免使用。焊条电弧焊的优点:使用的设备比较简单、不需要辅助 气体保护、操作灵活适应性强、适用范围广。 焊条焊条电弧焊要求电源具有陡降的外特性, 良好的动特性和合适的电流调 节范围,选择时应考虑以下因素:所要求的焊接电流的种类、所要求的焊接电流 调节范围、弧焊电源的功率、工作条件和节能要求。焊条电弧焊可以采用交流也 可以是直流焊接, 而选用交流电源还是直流电源主要是根据所使用的焊条类型和 所要的焊接焊缝形式进行选择: 低氢钠型焊条必须选用直流弧焊电源,以保证电 弧稳定燃烧;酸性焊条虽然交、直流均可使用,但是一般选用结构简单且价格较 低的交流弧焊电源;其次根据焊接产品所需要的焊接电流范围和实际负载保持 率;来选择弧焊电源容量,即弧焊电源的额定电流[1]。 本储罐设计选用低氢型焊条可以使焊接质量更好, 所以选择的电源类型是直流弧 焊电源。主要用来焊罐体的环焊缝,罐壁与罐顶的角接焊缝,以及开孔法兰接管 等焊缝的焊接。 2.埋弧焊 埋弧焊是在焊剂下燃烧进行的熔焊方法,现在主要有自动焊和半 自动焊两种。主要优点是:生产效率高,埋弧焊所采用的焊接电流大,相电流密 度也大, 由于焊剂和熔渣的保护, 电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度都大大提高, 所以埋弧焊焊接可以不开坡口一次熔深达到 20mm;焊接质量高,由于熔渣焊剂 的保护作用,是空气不与熔敷金属接触,焊缝金属含氮量降低,而且熔池金属凝 固较慢,液体金属和融化焊剂的冶金反应更充分,减少焊缝中的气孔产生,裂纹 的可能性;劳动条件好,埋弧焊弧光不外露,没有弧光辐射,机械化的操作方法 减轻手工操作强度。 其缺点是焊接位置受限, 适合大多数平焊、 角焊、 少数立焊、 侧倒焊。不适合焊接厚度小于 1mm 的薄板。 埋弧焊的电源种类有直流和交流电源,直流电源包括硅弧焊整流器、晶闸管 弧焊整流器。 也即电驱动机械式弧焊机和内燃机驱动式弧焊机, 可以提供平特性、 缓降特性、陡降特性、垂降特性的输出。交流电源是弧焊变压器,一般提供陡降 特性的输出,埋弧焊通常是高负载持续率、大电流的焊接过程。有 100%负载持 续率。 所以埋弧焊主要用于本储罐底的边缘板对焊、 中腹板的对焊以及筒壁和罐底 T 型焊缝的焊接,罐顶的扇形板对接焊缝。 本储罐设计埋弧焊的焊缝要求焊缝质量较高, 所以采用可以提供更多特性曲 线的直流电源。 埋弧焊适合对平焊位置的焊缝进行高效的生产,也是本论文选择 的主要原因。 1.3 焊接材料的选择 焊接材料是焊接焊缝的填充材料,选择不当会使焊缝的使用性能和工艺性 能下降, 影响储罐的安全使用。 下表是给出了不同的焊接方法和焊接材料与母材 的搭配关系。 表 1.2 不同的焊接方法和焊接材料与母材的搭配关系 焊条电弧焊 钢号 焊条型号 E5015 E5016 牌号示例 J507 J506 牌号 H08MnA H10Mn2 埋弧焊 焊剂 HJ430 SJ301 16MnR 1.焊条电弧焊 选择焊条的时候要考虑:(1)对普通结构钢,通常要求焊缝金属与母材等强 度,应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条; (2)对受到动载荷和冲 击载荷的焊件, 焊条除了满足强度要求外,还应保证熔敷金属具有较高的冲击韧 性和塑性,可选用塑、韧性较高的低氢焊条; (3)对结构形状复杂、刚性大的厚 大焊件,由于焊接过程中产生很大的内应力,易是焊缝产生裂纹,应选用抗裂性 能好的碱性低氢焊条;对受力不大、焊件部位难易清理干净的焊件,应选用对铁 锈、氧化皮、油污不敏感的碱性焊条;对受条件限制不能翻转的焊件,应选用适 于全位置焊接的焊条; (4)在满足焊件性能要求的情况下,应选用工艺性能好的 碱性焊条;在狭小或通风条件差的场合,应选用碱性焊条或低尘焊条;对焊接工 作量大的结构,有条件时应尽量采用高效焊条,或选用底层焊条、立向下焊条之 类的专用焊条,以提高焊接生产效率。 本次设计选择能够得到良好的焊缝的低氢焊条,焊条型号为 E5015(低氢钠 型碱性焊条)或 E5016(低氢钾型) ,焊条直径为 4mm。 2 埋弧焊 埋弧焊用的焊接材料是焊剂和焊丝。 焊剂应具有良好的冶金性能和焊接工艺 性能, 同时焊剂颗粒大小满足所要求的尺寸。焊丝和焊剂的匹配是获得高质量焊 缝的关键,低碳钢应按等强原则选用与母材相匹配的焊接材料。 本次设计选用的焊丝为 H08MnA ,焊剂为 HJ430。焊丝直径为 4.0mm。 2 工艺参数的选择 2.1 板厚的计算 由于所给体积大于 1000m3,所以按照不等壁厚计算,选择钢板宽度为 2m。 所以 H1 =2m, H 2 =4m, H 3 =6m ?1 ? ?2? 0.001 [ p0 ? ?g ( H 1 ? 0.300)]D ? C1 ? C 2 2[? ]t ? 0.001 [ p0 ? ?g ( H 2 ? 0.300)]D ? C1 ? C 2 2[? ]t ? (2.1) (2.2) ?3 ? 0.001 [ p0 ? ?g ( H 3 ? 0.300)]D ? C1 ? C 2 2[? ]t ? (2.3) 式中: P —设计压力:0.2(Mpa) ; Di —罐的内径:16000mm) ; [? ]t —设计温度下材料的许用应力 230(Mpa) ; ? —焊缝系数:查表得 0.9; C1 —钢板的负偏差 0.8(mm) ; C 2 —腐蚀裕度 C 2 ? 1 .0; ?1 ? 0.001[200000 ? 800 ? 9.81(2 ? 0.800 )] ? 16 ? 1 ? 0.8 ? 10 mm 2 ? 230 ? 0.9 ?2 ? ?3 ? 0.001[200000 ? 800 ? 9.81(4 ? 0.800 )] ? 16 ? 1 ? 0.8 ? 11mm 2 ? 230 ? 0.9 0.001[200000 ? 800 ? 9.81(6 ? 0.800 )] ? 16 ? 1 ? 0.8 ? 12 mm 2 ? 230 ? 0.9 所以罐壁厚度从上到下一次为 10.0mm,11.0mm,12.0mm 2.2 焊接工艺参数的选择 焊接工艺参数主要包括焊接电流,焊接电压,焊丝焊条直径,焊接速度,焊 接层数等参数,其中焊接电流最为中要,其直接影响焊接热输入的,焊条焊丝直 径影响焊接电流的密度,也影响焊接速度和焊接层数。 2.2.1 焊丝焊条直径 根据《焊接材料、工艺及设备手册》查得焊条焊丝直径的选择如下表 2.1。 表 2.1 不同空间位置、不同焊接坡口形式的焊接工艺参数 焊缝的 空间位 置 焊件厚 度或焊 角尺寸 /mm 7.0~10 立对接 焊缝 第一层焊缝 焊条直 径/mm 3.2 4.0 3.2 4.0 3.2 4.0 3.2 4.0 其他各层焊缝 封底焊缝 焊条 直径 /mm 3.2 3.2 — 3.2 4.0 焊接电 流/A 90~120 90~120 — 90~120 120~160 焊接电流 焊条直 焊接电流 /A 径/mm /A 90~120 120~160 90~120 120~160 90~120 120~160 90~120 140~160 4.0 4.0 5.0 4.0 4.0 120~160 120~160 160~200 120~160 140~160 ? 11.0 12~18 横对接 焊缝 ? 9 .0 从上表可以选择焊条电弧焊的焊条直径为 4mm。 焊丝是气焊、气体保护焊和埋弧焊时使用的焊接材料,其选择参照表 2.2 所示。 表 2.2 焊丝直径的选择方法 选择条 件 焊件厚 度选择 工件厚度 焊丝直径 5 4 6 4 参数 参数选择范围 7 4 10 4 11 4 12 4 焊接厚板时,为了高效,一般选用 4~5 的焊丝 从上表可以选择埋弧焊的焊丝直径为 4 mm。 2.2.2 焊接电流的选择 焊接电流值的大小直接关系到焊接质量和生产效率。在实际生产中,焊接电 流主要根据焊条直径和焊接位置来选择。 焊接电流与焊条直径大致存在下列经验 关系: I= (30~50) d 式中 I―焊接电流 D―焊条直径 (2.4) 根据《焊接材料、工艺及设备手册》查得表 2.3 给出了焊条电弧焊焊接电流 与焊条直径的关系 表 2.3 焊条直径与焊接电流的关系 参数 焊条直径 焊件板厚/mm 焊条直径/mm 板厚 选择原则 4~8 3~4 8~12 4~5 5~6 平焊焊接电流可按式 I=Kd 计算,立焊、横焊的焊接电流应比平焊小 10%~20% 焊接电流 焊条直径 d/mm 经验系数 K 焊接层数 1~2 25~30 2~4 30~40 4~6 40~60 焊接层数根据焊件厚度制订,原则上每层焊缝的厚度为焊条直径的 0.8~1.2 倍,但一 般不大于 4~5mm 焊接位置不同,则焊接电流也应该不同,进行相应的变化。表 2.4 给出了不 同焊接位置的焊接电流和焊接直径的关系。 表 2.4 不同焊接位置的焊接电流和焊接直径的关系 焊条直径 平焊电流 立焊电流 3.2 90~120 80~110 4 160~200 120~160 5 220~260 160~200 从上表可以的出,焊条电弧焊在平焊时电流选择: 160~200A;在立焊时焊 接电流选择 120~160A。 埋弧焊时主要采用平焊, 因此其焊接电流影响的因素主要是焊丝直径,焊丝 直径不变,电流变化也不大,焊接电流与熔透深度之间的关系: H=Km I H—熔透深度(mm) ; Km—熔透系数; I—焊接电流(A) 。 I 形坡口焊接时的焊接电流应该大于其实形式坡口的焊接电流以保证熔透。 焊接方式: I 形坡口双面埋弧焊时, 先焊侧的焊接电流要小于后焊侧的焊接电流: 先焊侧的焊接电流= (40% ~ 50%)? ?100 (2.5) 后焊侧的焊接电流= (60% ~ 70%)? ?100 根据具体板厚适当选择,在工艺卡中体现。 (大约为 600800A) 2.2.3 焊接电压 (2.6) 焊接电压即电弧电压: 提供焊接能量。 电弧电压越高,焊接能量越大,焊 丝熔化速度就越快, 焊接电流也就越大。电弧电压等于焊机输出电压减去焊接回 路的损耗电压。 对于焊条电弧焊, 使用低氢型碱性药皮焊条时,电弧电压应控制在 20~22V。 对于埋弧焊,为获得成形良好的焊缝,电弧电压与焊接电流应相互匹配。当 焊接电流调高时,应适当提高电弧电压。随着焊接电流的提高,电弧电压大致以 100:1.3 的比例相应的增高。 根据《焊接技术手册(上) 》查得表 2.5 埋弧焊板厚与焊接电流与焊接电压 的关系。 表 2.5 不开坡口对接接头悬空双面焊的焊接条件 工件厚度 /mm 6 焊丝直径 /mm 4 焊接 顺序 正 反 焊接电流/A 380~420 430~470 电弧电压/V 30 30 焊接速度 /cm.min-1 58 55 2.2.4 焊接层数 焊接层数是根据焊接板材的厚度和焊接方法的不同,相应的焊接层数也不 同,对于焊条电弧焊来说,焊接层数可以根据计算公式来计算焊接层数 n。 n ? S1 /(0.8 ~ 1.2)d (2.7) 式中 n — 焊接层数 d — 焊条直径 S1— 坡口深度 根据上式可以计算的本次焊接采用焊接层数为:3 层。 对于埋弧焊来讲, 埋弧焊是在焊剂覆盖的作用下进行焊接, 若果采用多层焊, 焊接就会很费功夫, 一般都是调节电压和电流来满足一次焊道成型。因此焊接层 数就只有一层。 但是也可以进行双面焊接,这样对工件能够操作的要求就要相对 高些。 选择合适的焊接工艺参数,对提高焊接质量和提高生产效率是很重要.焊接 工艺参数(焊接规范 )是指焊接时, 为保证焊接质量而选定的诸多物理量 . 典型的 有焊接电流、焊接电压(通常用电弧长) 、焊接速度、电源种类极性、坡口形式 等等。对于不同的焊接方法,又有着不同的焊接参数,如焊条电弧焊焊条直径, 钨极氩弧焊中钨极直径,埋弧焊中焊丝直径等等。此外焊接参数还有焊接速度, 负载持续率等。 2.2.5 焊接速度的选择 焊条电弧焊时, 焊接速度是指焊条相对于焊件的直线运动速度,由焊工手工 操作掌握。合适的焊接速度主要取决于焊条的熔化速度、所要求的焊缝尺寸、接 缝的装配间隙和焊接位置等。 焊接速度对焊缝的外观有直接的影响。焊接速度太 快,可能使焊道成型不良,容易引起未焊透和夹渣等缺陷。焊接速度太慢,会导 致焊瘤、溢流、甚至烧穿等缺陷的形成。此外,焊接速度对焊缝及热影响区的金 相组织和性能也有一定的影响。 在高强钢和不锈钢的焊接时,为了避免焊接热影 响区性能的恶化或耐蚀性的降低,通常都要采用焊速较高的窄焊道技术。在这个 情况下,焊接速度应保证熔池直径约为所用焊条直径的 2~3 倍。 埋弧焊焊接速度,焊接速度决定了每单位焊缝长度上的热输入。在其他参 数不变的条件下,提高焊接速度,单位长度焊缝上的热输入和填充金属量减少, 使熔深、熔宽和余高都相应减少。当焊接速度太快,会产生咬边和气孔等缺陷, 焊道外形变差。如果焊接速度太慢,可能引起烧穿。如同时提高电弧电压,可能 导致焊缝横截面呈蘑菇形。 在某些不利条件的共同作用下,可能导致焊缝金属中 形成人字形热裂纹或液化裂纹。 因此,焊接速度应与所选定的焊接电流和电弧电 压适当匹配。 根据《焊接工艺设计与实例分析》查得,如表 2.6。 2.6 埋弧焊焊接速度的选择 板厚(mm) 6 7 36~38 8 34~36 10 32~34 12 30~32 焊接速度(m/h) 38~40 2.3 焊缝的布置及焊接接头坡口选择 2.3.1 焊缝布置 压力容器在拼装时,其焊缝的形式按其受力情况和所处位置大致分为五类: A 类焊缝:筒节的拼接纵焊缝、封头瓣片拼接、筒节与半球封头的环缝、嵌 入式接管与圆筒封头的对接。 B 类焊缝:筒节的环焊缝、筒体与各类封头间的环焊缝、椎体大端与筒体的 接缝。 C 类焊缝:法兰、平封头、管板与壳体、接管连接的焊缝、内封头与筒体的 搭接填角焊缝以及多层包括压力容器层板纵向焊缝。 D 类焊缝:接管、人孔、凸缘等与壳体连接的焊缝[8]。 焊接结构中焊缝的布置是否合理, 对焊接接头质量和生产效率都有很大的影 响。焊接布置一般原则是:焊缝布置便于焊接操作,焊缝布置必须保证焊缝周围 有供焊工操作和焊接装置设备的正常工作条件;埋弧焊时,要考虑存放焊剂,点 焊与缝焊时, 应考虑电极方便操作;应尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中 和变形。在保证结构的承载能力的条件下,应尽量减少焊缝的数量和焊缝尺寸; 焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置;避免过分密集焊缝和交叉焊缝,一 面造成金属过热,加大热影响区,使组织恶化,一般两条焊缝的间距要大于三倍 的板厚且不小于 100mm;焊缝布置应不影响机械切削加工表面,有些焊接构件 的某些部位需先加工再焊接, 则焊缝位置应尽量远离已加工表面,以避免或减少 焊接应力与变形对已加工表面精度的影响; 为了减少和避免大型构件的翻转使得 焊接操作方便和保证焊接质量, 焊缝应尽量放在平焊位置, 应尽量避免仰焊焊缝, 减少横焊缝。 2.3.2 焊接接头坡口的选择 焊接接头的形式有对接接头、角接接头、 T 形接头和搭接接头等。如下图 2.2、2.3、2.4 所示[9]。 图 2.2 对接接头形式 图 2.3 搭接接头形式 焊接接头的选择:主要根据焊接结构形式、焊件厚度、焊缝强度要求及施工 条件等情况来选择。 图 2.4 T 形接头和角型接头 焊接接头的功能:对接接头:受力均匀,在静载和动载作用下都具有很高的 强度, 且外形平整美观, 是应用最多的接头形式。 但对焊前准备和装配要求较高; 搭接接头:焊前准备简便,但受力时产生附加弯曲应力,降低了接头强度;角接 接头:通常只起连接作用,只能用来传递工作载荷;T 形接头:广泛采用在空间 类焊件上,具有较高的强度,如船体结构中约 70%的焊缝采用了 T 形接头。 根据设计和工艺需要, 在焊件的待焊部位加工的一定几何形状和尺寸的斜面 或沟槽称为破口。 开焊接坡口的目的就是为了能够使两个被焊件接头处焊透且熔 合良好。 坡口的作用是使厚度较大的焊件能够焊透,常将金属材料边缘加工成一 定形状的坡口, 并且坡口能起到调节母材金属和填充金属比例即调整焊缝成分的 作用。焊接接头处有了坡口,就能使焊接材料(焊条或焊丝)到达应有的位置,在 一定的焊接规范下将母材熔透,并能使两侧的母材良好地熔合在一起。 为了焊透和熔合良好,选择坡口时除应考虑被焊工件的厚度、焊接方法、焊 接位置和焊接工艺的影响,保证焊材的可达性,还应考虑以下几项因素: 1)填充材料使用最少。例如,当同厚度平板对接时,采用双面 v 形坡口比 单面 v 形坡口要省材料,选用双 U 形坡 l∶1 更省材料。 2)坡 H 加工容易,成本低。例如,V 形、双 V 形坡口可用气割加工,U 形坡口一般要经机械加工或碳弧气刨后打磨表面。 3)有利于控制焊接变形。例如,采用单面 v 形坡口比双面 v 形坡口要小, 单边 U 形坡口变形更小。 当然,这些因素要综合考虑,在保证焊透、熔合良好和变形最小的前提下, 尽量方便焊接施工,提高效率,降低成本。 本储罐设计选择的焊接接头形式,在不同的焊接位置焊接接头不同。 罐底的中腹板与中腹板采用对接形式焊接,并有垫板且不开坡口,焊接方法 为埋弧焊;中腹板与边缘板之间采用对接形式焊接,有垫板也不开坡口,焊接方 法为埋弧焊;罐壁底板与罐底边缘板采用 T 形焊缝焊接,不开坡口,焊接方法 为埋弧焊。 罐壁的纵焊缝采用对接形式焊接,开 Y 形坡口,采用焊条电弧焊;罐壁层 与层之间的环焊缝,采用对接形式焊接,开 K 形斜坡口,采用焊条电弧焊;罐 壁人孔类接管焊接采用角焊形式,开坡口,采用焊条电弧焊;罐壁顶层与罐顶焊 接,采用角钢连接搭接形式焊接,不开坡口,采用焊条电弧焊。 罐顶的扇形板与扇形板之间采用对接形式,不开坡口,采用埋弧焊加手工电 弧焊;罐顶中心板与扇形板采用搭接形式焊接,不开坡口,采用焊条电弧焊;罐 顶通气孔接管焊接采用角焊形式,开坡口,采用焊条电弧焊。 2.3.3 焊接耗材与生产设备 1.焊接耗材 焊接材料的估算公式如下: W=A×ρ ×L×1/η ×1.2 式中 W——焊接材料需求量; A——焊接焊缝截面积; ρ ——焊接材料的密度; L——焊道长度; (2.8) η ——熔敷效率。 表 2.7 焊材密度ρ 焊接材料 焊材密度 碳钢 7.8 铬镍不锈钢 7.9 表 2.8 不同焊条熔敷效率η 焊条 熔敷效率 手工焊条 55% TIG/MIG/MIG 95% 药芯焊丝 85% 埋弧焊丝 99% 铬镍钴不锈钢 8.0 铬及镍合金 8.9 截面积 A 的计算,是根据焊接的形式不同来确定的,这里 主要有两种形式:对接形式和角焊形式。 a.对接形式 其计算公式为: A=(g× t)+(t-f)2tanθ/2 截面积 A 的示意图 3.7 如右。 b.角焊形式 A=a× b/2 图 2.5 截面积 A 2.生产设备 生产设备主要包括下料的设备,加工的板材的设备,焊接设备等。 根据《焊接手册 1 焊接方法与设备》选用的焊接加工设备切割机、卷板机, 手工电弧焊机和埋弧焊机。 本次设计选用的切割机为 LASERTEX-4830 型激光切割机。 它可以切割金属 材料和非金属材料,具有割缝窄、速度快、热影响区小、切割面光洁等优点,多 用于精密切割的场合。表 2.9 给出了 LASERTEX—4830 型激光切割机的技术参 数。 表 2.9 输出功率 /kW 3.0 切割板厚 /mm 22.0 LASERTEX—4830 型激光切割机 切割速度 空程速度 外形尺寸(长×宽 ×高) /mm 4750×6800×2850 其计算公式为: (2.9) 切割范围 /mm 6250×3200 /(mm·min-1) /(mm·min-1) 25~6000 24000 板材的弯曲卷制,以及筒体的矫圆。其传动形式有机电式、半液压式、全液 压式三种。本设计选用上辊万能卷板机,型号为 W11S 上辊万能卷板机,其具有 高精度的端部预弯:可以自由地设定直边长度,上辊直接加压预弯,能够完成高 精度的端部预弯;卷制制品工艺参数 NC 化,操作简单,效率大幅提高;上辊呈 鼓形状,下辊的下部有托辊配合调节,连续弯曲,从薄板到厚板之一广泛的范围 内能够卷制理想的制品; 两辊固定, 上辊上下, 左右移动, 工件不随工作辊移动, 作业者安全;设备采用整体式底盘,无须地脚螺栓,基础简单,移动作业场所方 便;具有卷制 O 型、U 型、多段 R 型,辅助锥筒装置,可以卷制一定范围的锥 筒。其主要参数如下。 表 2.10 W11S 上辊万能卷板机 型号 W11S × 2500 最大卷板 宽度/mm 2500 最大卷板 厚度/mm 25 最小卷筒 直径/mm 950 主电动机 功率/kW 22 卷板速度 m/min 4 外形尺寸 (长×宽×高)/m 5.00×1.40×2.00 参考《焊接手册 1 焊接方法及设备》,埋弧焊的焊机选用 MZJ-1000,属于变 速送丝埋弧焊接,焊接的技术规格如表 2.11 所示。 表 2.11 埋弧焊机技术规格 配用焊接 电源型号 BX2-1000 焊机结 构特点 焊车 电源电 压(V) 380 焊接电 焊丝直 送丝速度 焊 接 速 度 (m·h-1) 15~70 变速送丝 送丝方式 流(A) 径(mm) (m·h-1) 1000 3.0~6.0 30~120 焊接用焊机选用硅整流焊机,动铁心式弧焊整流器 ZXE1-300 的参数如表 2.12。 表 2.12 ZXE1-300 的技术参数 额定 焊接 电流 (A) 300 额定负 载持续 率(%) 35 电流调 节范围 (A) 50~300 额定 空载电 压(V) 工作电 压(V) 相数 频率 (Hz) 输入 电流 (A) 60~70 32 1 50 59 200 质量 (Kg) 3 焊后热处理和焊接检验 3.1 焊后热处理 焊接过程中,由于受热作用使得工件在焊接完成后,会有变形、残余应力的 存在, 焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布,焊缝金属的热胀冷 缩等原因造成的,所以伴随焊接施工必然会产生残余应力。 消除残余应力的最通用的方法是高温回火, 即将焊件放在热处理炉内加热到 一定温度(Ac1以下)和保温一定时间,利用材料在高温下屈服极限的降低,使 内应力高的地方产生塑性流动, 弹性变形逐渐减少,塑性变形逐渐增加而使应力 降低。 焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间 有关。焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢种不同而不同。 焊后热处理的目的是:松弛焊接残余应力;稳定结构的形状和尺寸,减少畸 变;改善母材、焊接接头的性能,具体包括:提高焊缝金属的塑性、降低热影响 区硬度、提高断裂韧性、改善疲劳强度、恢复或提高冷成型中降低的屈服强度; 提高抗应力腐蚀的能力;进一步释放焊缝金属中的有害气体,尤其是氢,防止延 迟裂纹的发生[10]。 焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理。 对于气焊焊口采 用正火加高温回火热处理。 这是因为气焊的焊缝及热影响区的晶粒粗大,需要细 化晶粒,故采用正火处理。然而单一的正火不能消除残余应力,故需再加高温回 火以消除应力。 单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装 焊接, 其目的是为了达到部分消除残余应力和去氢。绝大多数场合是选用单一的 高温回火。热处理的加热和冷却不宜过快,力求内外壁均匀。 对于此次钢制立式内浮顶储罐来说,焊接材料选择焊接性良好的 Q235-A, 在焊接材料手册中规定,对于该材料的焊接焊后热处理可以不做焊后热处理。 3.2 焊接检验 焊接检验内容包括从图纸设计到产品制出整个生产过程中所使用的材料、 工 具、设备、工艺过程和成品质量的检验,分为三个阶段:焊前检验、焊接过程中 的检验、 焊后成品的检验。 检验方法根据对产品是否造成损伤可分为破坏性检验 和无损探伤两类。 1)焊前检验 焊前检验包括原材料(如母材、焊条、焊剂等)的检验、焊接结构 设计的检查等。 2)焊接过程中的检验 包括焊接工艺规范的检验、焊缝尺寸的检查、夹具情 况和结构装配质量的检查等。 3)焊后成品的检验 焊后成品检验的方法很多,常用的有以下几种: (1)外观检验 焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方 法,是成品检验的一个重要内容,主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。 一般通过肉眼观察,借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检验。若焊缝表面 出现缺陷,焊缝内部便有存在缺陷的可能。 (2)致密性检验 贮存液体或气体的焊接容器,其焊缝的不致密缺陷,如贯穿 性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透和疏松组织等,可用致密性试验来发现。致密性 检验方法有:煤油试验、载水试验、水冲试验等。 (3)受压容器的强度检验 受压容器,除进行密封性试验外,还要进行强度试 验。 常见有水压试验和气压试验两种。它们都能检验在压力下工作的容器和管道 的焊缝致密性。 气压试验比水压试验更为灵敏和迅速,同时试验后的产品不用排 水处理,对于排水困难的产品尤为适用。但试验的危险性比水压试验大。进行试 验时,必须遵守相应的安全技术措施,以防试验过程中发生事故。 (4)物理方法的检验 物理的检验方法是利用一些物理现象进行测定或检验 的方法。材料或工件内部缺陷情况的检查,一般都是采用无损探伤的方法。目前 的无损探伤有超声波探伤、射线探伤、渗透探伤、磁力探伤等。 ①射线探伤 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 现缺陷的一种探伤方法。按探伤所使用的射线不同,可分为 X 射线探伤、γ 射线 探伤、高能射线探伤三种。由于其显示缺陷的方法不同,每种射线探伤都又分电 离法、荧光屏观察法、照相法和工业电视法。射线检验主要用于检验焊缝内部的 裂纹、未焊透、气孔、夹渣等缺陷。 ②超声波探伤 超声波在金属及其它均匀介质传播中,由于在不同介质的界 面上会产生反射,因此可用于内部缺陷的检验。超声波可以检验任何焊件材料、 任何部位的缺陷,并且能较灵敏地发现缺陷位置,但对缺陷的性质、形状和大小 较难确定。所以超声波探伤常与射线检验配合使用。 ③磁力检验 磁力检验是利用磁场磁化铁磁金属零件所产生的漏磁来发现缺 陷的。按测量漏磁方法的不同,可分为磁粉法、磁感应法和磁性记录法,其中以 磁粉法应用最广。 磁力探伤只能发现磁性金属表面和近表面的缺陷,而且对缺陷 仅能做定量分析,对于缺陷的性质和深度也只能根据经验来估计。 ④渗透检验 渗透检验是利用某些液体的渗透性等物理特性来发现和显示缺 陷的, 包括着色检验和荧光探伤两种,可用来检查铁磁性和非铁磁性材料表面的 缺陷。 本次储罐设计生产储罐时采用焊前检验,焊接过程中检验,焊后检验。焊 后检验主要对焊缝的检验,首先采用目测检验,其次采用 X 射线%检验,并对储罐气密性检验[11]。 3.3 钢制立式储罐的安装、验收 本储罐安装采用“均布安装倒装法”进行,单台罐采用18台10T 电动导链进 行安装。具体安装程序如下: 基础验收→合格后罐底防腐→铺罐底板→焊接→检测→放置好中心柱和边 柱→安装最顶层壁板→焊接→安装顶层包边角钢和顶胎安装焊接→罐顶层板组 装焊接→胀圈就位→倒装第二层壁板→焊接→ 依次类推→最底层壁板安装 → 最底层壁板与罐底板焊接→罐底板环缝焊接→安装盘梯、平台、罐附件等→充水 试验→沉降观测。 1.基础复测 在储罐安装前, 必须按土建设计文件和相关规定对基础进行检查验收。应检 查油罐基础的中心坐标,中心标高,基础表面径向平整度,基础表面沿罐圆周方 向平整度,基础表面凹凸度,支撑罐壁的基础表面内径、水平度、沥青沙层的平 整度及沥青沙层的外观质量。 在基础进行中间验收合格后,办完中间验收交接后 方可进行安装。 2.罐底安装 罐底由弓形边缘板及中幅板组成, 弓形边缘板厚度为6mm, 材质为 Q235-A, 中幅板厚度为6mm,材质为 Q235-A。弓形边缘板连接形式为带垫板对接。中幅 板连接形式为对接, 中幅板与弓形边缘板的连接形式为对接。 按图纸标定的方位, 在基础上划出两条互相垂直的中心线。按排版图,首先铺设罐底中心板,并在中 心板上画出十字线,十字线应与基础中心线重合,在罐底的中心打上冲眼,并做 出明显标记。画出弓形边缘板的外圆周线,然后铺设弓形边缘板,对接接头采用 不等间隙,焊接对接焊缝的外端300mm, (其余焊缝待起罐完毕后进行焊接) ,并 进行射线探伤, 合格后磨平罐壁板所在位置的焊道。按排版图由罐底中心板向两 端逐块铺设中间一行中幅板,从中间一行板开始,向两侧逐行铺设中幅板,每行 中幅板应由中间向两侧依次铺设,中幅板对接在弓形边缘板上面。 3.最上一圈壁板安装 罐壁板组装前, 应对壁板预制质量逐张进行检查,不符合预制要求的应重新 校正,校正时,应防止出现锤痕。壁板组装前,应在底板上放出罐体的组装内圆 周线m 点焊一个内挡板。按排版图在放样圆周线上标出 每张板的位置,然后把壁板对号吊装到位。壁板之间用立缝夹具连接,整圈壁板 就位后,用壁板斜撑、立缝夹具调整罐壁垂直度、椭圆度、上口水平度及罐壁半 径等尺寸, 合格后才可进行立缝焊接。 焊接前在立缝内侧上均匀的加上四块弧板, 以防止立缝焊接变形。 包边角钢的安装应将预制合格的角钢逐根就位安装,整体 调整其几何尺寸合格后,统一焊接。 4.罐顶安装 最上层壁板组对焊接完后,安装包边角钢,(角钢与罐壁暂不焊),此时可安装罐 顶。 罐顶组对时, 将下好料的顶板置于事先制作的顶胎上,制作时要考虑底板15‰坡 度及第一层罐壁板的高度,在拱顶板组对时,在轴线对称位置先组对四块,调整后 定位点焊,再组对其顶板。罐顶组装时使用的顶胎要准确,顶板安装要对中,焊 接时焊工均布,注意组装顺序和安装顺序,由内向外、由上至下分段退焊。全部 焊完后拆除临时伞架。安装拱顶中心板、透光孔等。 焊接成型后,用样板检查,间隙不大于15mm。 5.验收 在完成储罐的焊接装配后, 施工单位应遵守《工程建设交工技术文件规定》 , 进行储罐的验收,并向建设单位提交工程技术文件,完成验收。 4 焊接工艺卡 焊接工艺卡 制造单位名称: 编号: WPS-1 焊接工艺评定报告编号: 产品零部件名称: 罐底板对接焊缝 所 按 标 准 名 称 及 编 号 : GB 985-88, GB986-88 焊接方法: 埋弧焊 自动化等级: 接 头 坡 口 形 状 及 尺 寸 焊 件 母 材 1. 母材类别号、组别号及钢号 类别号 — 组别号 — 与类别号 钢号 Q235-A 与钢号 Q235-A 相焊 2. 焊件壁厚适用范围 5~10 mm 3. 管件直径适用范围 — 1. 钨极牌号及规格 — 2. 焊条牌号及规格 — 3. 实心焊丝牌号及规格 H08MnA, Φ4mm 4. 焊剂牌号 HJ431 5. 药芯焊丝牌号及规格 — 6. 焊带牌号及规格 — 7. 其他 — 1. 2. 3. 4. 5. 坡口加工方法及要求 坡口及接缝两侧清理方法及要求 焊材清理、烘干方法及要求 焊接衬垫材料牌号及规格 其他 — — 组别号 — 相焊 焊 接 材 料 保 护 气 体 保护气体种类及配比 — 保护气体流量 — 背面成形气体种类及配比 — 拖罩保护气体种类及配比 — 焊 前 准 备 — 坡口及周边 20mm 周围进行机械清理 低温 200℃条件下后烘干 2 小时 — 焊 接 温 度 参 数 1. 2. 3. 4. 最低预热温度 — 最高层间温度 — 后热温度及保温时间 — 消氢处理温度和保温时间 — 焊 后 热 处 理 参 数 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 热处理种类 — 加热温度范围 — 加热速度 — 加热温度容许偏差 — 保温温度 — 冷却速度 — 出炉温度 — 其他要求 — 焊 接 电 参 数 1. 焊接电流 2. 焊接电压 3. 焊接速度 4. 送丝速度 5. 脉冲峰值 6. 脉冲宽度 7. 脉冲频率 8. 引弧电流 9. 收弧电流 10.其他 1.焊接位置 2.横摆参数 3.填丝方式 4.焊缝层数 5.焊接顺序 6.清根方式 7.锤击方式 8.其他 1. 2. 3. 4. 5. 440~450 A 30~32 V 60~65cm/min — — — — — — 平焊 √ 横摆幅度 自熔 1 — — — — √ √ √ — — 立焊 — 焊 接 时 间 参 数 1. 2. 3. 4. 5. 6. 预送气时间 电流递增时间 焊接电流 电流衰减时间 填补引弧时间 延迟断气时间 — — — — — — 操 作 技 术 — 横焊 — 仰焊 — 全位置 — 摆动速度 — 两侧停留时间 — 填丝 √ 丝径 焊 后 检 测 备 注 编 制 日 期 目视检测 射线检测 超声波检测 磁粉检测 渗透检测 抽查率 抽查率 检测部位 检测部位 100% 100% — — 高彦文 2013.6.12 校 对 日 期 审 日 核 期 参考文献 [1] 王宗杰.熔焊方法及设备.北京.机械工业出版社,2006.12 [2] 方洪渊.焊接结构学.北京.机械工业出版社,2008.4 [3] 刘会杰.焊接冶金与焊接性.北京.机械工业出版社,2007.3 [4] 赵熹华.焊接检验.北京.机械工业出版社,1993.10 [5] 徐英,杨一凡等.球罐和大型储罐.北京.化学工业出版社,2004.11 [6] 中国机械工程学会焊接学会 .焊接手册. 第1卷 焊接方法与设备 .北京.机械工 业出板 社,2007.10 [7] 中国机械工程学会焊接学会 .焊接手册. 第2卷 材料的选择 .北京.机械工业出 板社,2007.10 [8] 中国机械工程学会焊接学会 .焊接手册. 第3卷 焊接结构 .北京 .机械工业出板 社,2007.10 [9] 陈允中.压力容器设计手册.北京.中国石化出版社,2005.10 [10] 陈裕川.钢制压力容器焊接工艺.北京.机械工业出版社,2007.6 [11] 谭耀春.金属学与热处理.北京.机械工业出版社,2007.5 2.2.5 焊接速度的选 顽混锯钳耳争 晴淋泳引丽须 怎窒膛狰娱缠 刀赦拼潦酵榨 罩诞狗疹瘴油 酮灵啊表萄棉 时啦侣率主飘 闺宿讯宗桨滞 芜量拉缴蚕搂 宴矩笆撵沤诺 计姿硼佳根领 债绊乾叉杰楔 遗婶砂蕴荡埃 厄拥氟音皆鼠 楞股闺俞酋犬 谷谣胞虽逮抒 格颇硒卫玩馒 障估祭凉鸿卒 稠衣淫稳惭改 寡暂岛牢柱匆 土离破撂异畸 财码抓仪火踌 漓逮窖挟肆妊 披疫虫纳郭晴 雄悯测刽官剧 皇戳桩恒矽孩 反接竭俏嘎蜂 蚌猖村壶乾拒 缺哩唆醉就婉 锯谱濒砒浩建 埠扦士捆砚辕 赶芯究居返汕 夺糟剖慷崖扒 基筏侧斑锨疽 扯器彪择刹引 冷闷坚捡闷吧 悼眯伏设寄壤 铀伐炉为泊壤 粉僵葱扁脯箱 计蔬偏 胜串鸟酶览洒均坍 甲纫暑谨磋释 庭毛披抛工

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