压力容器毕业设计说明书.doc

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1、摘 要根据压力容器的制造标准，此储气罐属于类容器。该产品主要由16MnR材质做成。本设计在讨论16MnR焊接性的基础上，详细制定了储气罐的制作工艺。产品制作工艺说明书中，简要分析了储气罐的构成；根据材料的特点和产品的结构尺寸制作出适合本产品的工艺流程；详细论述储气罐加工、装配、焊接工艺。同时对储气罐制作中容易出现的质量问题进行了分析说明，提出了相应的解决措施。焊接方法选用埋弧自动焊与焊条电弧焊；埋弧焊焊接材料选用焊丝H08MnA和焊剂431，焊条电弧焊选用焊条E5015。 说明书中还对储气罐生产过程中所用的工艺装备封头坡口自动切割机进行了整体设计。坡口切割机主要应用于封头的坡口装配和切割作业。

2、其中对传动部分进行了设计计算；对机体运转的线速度进行了校核。关键词：压力容器；制作工艺；焊接；坡口自动切割机AbstractAccording to the standard of pressure vessel, Gas container are the first part vessel. The production is made of 16MnR.This paper designs detailedly the making process of Gas container based on 16MnR and the structural. This introduction

3、formulates the Gas containers constitution and makes the proper process according to the materials characteristic, the structural size and discusses its process, assembly, welding process. It analyses the common problems of making Gas container and promote the corresponding solution. Welding methods

4、 are SAW that chooses wire of H08MnA, flux of J431 and SMAW that uses welding stick of E5015.The specifications of gasholder are used in the production process of process equipment - head groove machine the overall design automatically. Groove machine is mainly applied to head the groove assembly an

5、d cutting operations. One part of the design and calculation, The operation of the linear checks.Key words:Pressure vessel; manufacturing technology; welding; Automatic cutter groove引 言所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力P0.1MPa，容积V25L，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。它广泛地用于化工、炼

6、油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的设备1。随着石油化工、电站锅炉和原子能工业的迅猛发展，压力容器制造技术也有了很大的发展，它主要表现在以下三个方面：一是压力容器向大型化过渡，容器直径和壁厚成倍增长；二是低合金高强度钢的广泛应用，大部分压力容器均采用了各种级别的低合金高强度钢；三是焊接新工艺、新技术的广泛应用，使得焊接质量进一步提高，从而提高了这些大型产品质量的可靠性。其中以压力容器产品大型化、高参数化的趋势尤为明显。1000吨级的储气罐、2000吨级的煤液化反应器、10000立方米的天然气球罐（日本最大的天然气球罐为30000立方米）等已经在我国大量

7、应用。压力容器在石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面：材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性；材料的介质适应性：针对各种腐蚀性介质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供了保证；材

8、料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的适用范围；更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统的材料已经无法解决，诸如30000立方米天然气球罐、200000立方米原油储罐以及超高压容器的选材问题。目前 800MPa 高强材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注2。 近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40%以上。正由于这些先进高效焊接设备及工艺的采用，使压力容器制造技术有了更大的提高和发展。就具体的压力容器焊接而言，焊条电弧焊的比例已逐步缩小，而埋弧自动焊、氩弧焊、CO2气体保护焊等先进的焊接技术已经得到广泛应用；带极堆焊、窄间隙埋弧焊

9、和药芯焊丝气体保护焊等高效率的焊接方法设备已成为一些大型压力容器厂必备的焊接设备；小管径内壁堆焊、管子-管板自动旋转氩弧焊、马鞍形接管自动焊等一系列新型焊机也在不少工厂中得到了应用。这对于稳定地提高压力容器焊接质量，提高压力容器制造工艺水平，无疑将起到很大推动作用。压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测及安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展。在世界各国投入了大量人力物力进行深入研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产

10、和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新工艺所代替、而冶金机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体制造技术水平提高的前提条件 。 中国是压力容器的生产大国，目前生产的目的主要是满足国内的需求。生产厂家的数量（约3200 家）和相应的装备能力均为世界领先，从以储气罐为代表的重型容器到高压气体运输容器等特殊的容器，中国都有很强的生产能力，并且产品的价格和质量都具有一定的竞争力。多年的生产实践和国家的规范化管理，使我国的压力容器行业形成了装备齐全、人员配套、管理严格的生产格局，为我国的压力容器产品走向世

11、界奠定了基础。随着我国加入WTO和国民经济持续高速发展，压力容器制造业今后也必然会有一个很大的发展，只有认清发展趋势，才能把握住自己的发展方向，才会使压力容器制造业有更好的发展。1储气罐的结构分析1.1 储气罐基本构成及零件简图储气罐是一个承受内压的钢制焊接压力容器。在规定的使用温度和对应的工作压力下，应保证安全可靠，罐体的基本结构部件应包括人孔、封头、筒体、法兰、支座3。图1为储气罐的结构简图。 图1 储气罐的结构简图1.1.1 筒体本产品的筒体是用钢板卷焊成两个筒节后组焊而成，这时的筒体有纵环焊缝。1.1.2 封头按几何形状不同，有椭圆形封头，球形封头，蝶形封头，锥形封头和平盖等各种形式4

12、。封头和筒体组合在一起构成一台容器壳体的主要部分，也是最主要的受压元件之一。此储气罐选择的是椭圆形封头。从制造方法分，封头有整体成形和分片成形后组焊成一体的两种。当封头直径较大，超出生产能力时，多采用分片成形方法制造，分片成形控制难度大，易出现不合格产品。对整体成形的封头尺寸、形状，虽然易控制但一般需要有大型冲压模具的压力机或大型旋压设备，工艺设备庞大，制造成本高。从封头成形方式讲，有冷压成形、热压成形和旋压成形。对于壁厚较薄的封头，一般采用冷压成形。采用调质钢板制造的封头或封头瓣片，为不破坏钢板调质状态的力学性能，节省模具制造费用，往往采用多点冷压成形法制造。当封头厚度较大时，均采用热压成形

13、法，即将封头坯料加热至9001000。钢板在高温下冲压产生塑性变形而成形，此时对于有些材料（如正火态钢板），由于改变了原始状态的力学性能，为恢复和改善其力学性能，封头冲压成形后还要做正火、正火+回火或淬火+回火等相应的热处理。对于直径大且厚度薄的封头，采用旋压成形法制造是最经济最合理的选择5。1.1.3 接管和法兰接管和法兰作用是连接或供人进入容器内部的，是容器的主要组成部分。接管与壳体间的焊接接头一般为角接接头或T形接头，但对于连接二者之间的焊缝，如果是壳体上开坡口时，则称为对接焊缝，壳体上不开坡口时称为角接焊缝6。1.1.4 密封元件密封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发生泄漏的关键元件

14、。对于不同的工件条件要求有不同的密封结构形式和不同材质及形式的垫片，在制造时对于密封垫材料和形式不得随意更改。1.1.5 容器内件在容器壳体内部的所有构件统称为内件。1.1.6支座立式容器主要采用耳式支座。为了保证采气安全性，往往对支座中的对接焊缝要进行局部甚至全部的射线检测或超声波检测。1.1.7零件简图储罐的每个零件图中均包括名称、材料、数量、重量以及相应标准，具体参数见表1。表1 零件简图及相应参数序号名称标准材料数量单重（kg）零件图及尺寸1接头Rp120#10.522支座A3JB/T4727-92Q235-B4293封头EHA18008JB/T4746-200216MnR22244人

15、孔 300400-1.0JB/2190-93Q235-B1485法兰PL125-1.0RFHG20592-9720#26.856接管133420#27.857吊耳Q235-B21.78接头Rp1 20#11.29接头Rp 20#10.810筒体DN1800816MnR112131.2储气罐的制作工艺流程 储气罐的工艺流程图如下图2所示。图2 储气罐的工艺流程图1.3 材料焊接性分析本产品所采用的材质是16MnR，其特点是焊缝热影响区具有不同程度的淬硬倾向，焊缝和热影响区对冷裂纹都比较敏感。电弧焊时，各种冷却速度下都可能在热影响区形成马氏体组织，钢中碳和合金元素的含量愈高，热影响区的淬硬倾向就愈

16、大，同时金相组织中的马氏体组织的比例就愈高。因此，在拟定其焊接工艺时，应以防止接头各区马氏体组织和冷裂纹形成及防止热影响区淬硬变脆为基本出发点。16MnR钢，化学成分见表2，力学性能见表3。焊接性良好，板厚34mm以下，焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。自动埋弧焊时，由于焊接线能量较大，焊接区冷却速度较慢，焊前不必预热。本产品板厚为8mm，所以焊前不需预热，焊后也不必进行热处理。表2 16MnR化学成分钢 种技术标准CSiMnPS16MnRGB6654-960.200.200.551.201.600.0300.020表3 16MnR 力学性能钢种技术标准规格（mm）拉伸试验冲击试验冷弯试验抗

17、拉强度（MP）屈服强度（MP）伸长率5（%）温度（）Akv（横向）（J）=218016MnRGB665461651064034521031=21636490620325=316MnR的焊条电弧焊应采用低氢型焊条E5015。选择埋弧自动焊焊接材料时，应考虑坡口的形式，板厚和受压部件的热处理工艺。对于不开坡口的对接接头，由于母材的熔合比比较高，在焊后不进行热处理的场合，可选用合金量较低的H08MnA焊丝配HJ431焊剂。对于板厚超过30mm开坡口的对接接头，应采用H10Mn2焊丝配HJ431焊剂，对于焊后需作长时间消除应力处理的厚壁容器，应采用H08MnMo焊丝配HJ530焊剂。根据本产品的特点，

18、所选用的焊条为E5015，焊丝和焊剂分别为H08MnA和HJ431。1.4预处理工艺1.4.1 钢板表面净化钢板的表面净化是钢板预处理的一个步骤，运用特定的方法或设备祛除表面的油污、铁锈、杂质、氧化皮等。表面净化的方法大体分两类：机械法和化学法。化学法主要有酸洗、碱洗、盐洗等。机械法主要有砂轮打磨、喷沙、喷丸处理。本钢板选用喷沙作为表面净化的处理方式，除去铁锈和氧化皮。用喷砂法做表面净化，所得钢板质量好，且效率高，但是，粉尘太大，所以一般都是在密闭的喷砂室里进行操作。需要注意的是，近年来钢板出厂时，大都会喷一层防护漆，来避免它的腐蚀，防护漆不影响以后的加工和焊接，此时，表面净化这一工序就可省略

19、。1.4.2.矫形钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、翘曲、波浪变形及表面不平等变形。当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状的精度，从而又会影响到装配、焊接和整个产品的质量。所以在划线下料前应予以矫形。钢材在加工过程中，也会由于受力不均等工艺原因和其他原因而使工件产生变形，为不影响下道工序的加工和确保加工质量，也需进行矫形。另外，在装配焊接之后，工件也会因焊接等原因，产生某些变形，亦需矫形，此为成品矫形。矫形就是使钢材或工件在外力作用下产生与原来变形相反的塑

20、性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、不平等现象，从而获得正确形状的过程。矫形的实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长，以恢复原状，或是使其他部分的纤维也拉长或缩短，产生与局部纤维相同的变形。从而达到矫形的目的。矫形的方法按操作方法的不同，可分为手工矫形、机械矫形和火焰矫形三种。本设计采用多辊矫平机进行机械矫形。多辊矫板机矫平钢板，是使板料通过矫板机的上下两列辊子之间，在辊子压力的作用下，受到多次反复弯曲，整个钢板得到均匀的拉长，使多种原始曲率逐步趋向一致变为单一，并不断减小，最终得到矫平。图3为多辊式矫平机的工作原理图。本设计中，钢材16MnR，板厚为8mm。选用九辊矫正机，其参数情况见表4

21、。 图3 多辊式矫平机工作原理图表4 矫正机参数表辊数辊距（mm）辊径（mm）钢板最小厚40kg/mm（mm）最大矫正度（m/s）主电机最大功率（kw）925022050.3180应注意的是，不是所有的钢板都能一次矫平，是否容易矫平除与矫平机有关外，还与其本身的性质和厚度有关。1.5 下料工艺（方法、设备）1.5.1钢板的划线、号料 划线和号料就是根据施工图样及工艺上的要求，正确地确定一个欲加工零件的配料尺寸和形状，并用划线的方法在钢材上号料，同时标注上必要的加工符号及其他必要内容，用以指导以后各道工序的加工。它直接决定着零件的尺寸和几何形状的精度，而且对以后的装配和焊接工序也有很大的影响。总

22、体来看，划线和号料大致可以分为以下三部分操作内容和步骤：放样展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料。号料尺寸公差是反映整个划线工序的最终允许公差，根据GB/T 9019-2001 ，压力容器公称直径标准的规定，长宽及其他外廓尺寸线为1mm，超过一米的为L/1000，但不超过3mm；中心线、基准线为0.5mm；正方形或长方形，其对角线L1-L2之差2mm。应注意的是，放样展开最后获得的尺寸是零件的设计尺寸或者说是零件加工后应得的尺寸，而样板是用来号料的，其外部尺寸应该是零件加工前坯料尺寸，这两者是不一样的。零件的坯料尺寸是由零件展开尺寸、工艺余量和加工余量三部分组成的。工艺余量是零件加工过程中由于

23、工艺条件和工艺因素的影响而造成的尺寸变化和偏差。在焊接结构制造中，主要是焊接收缩量和成型后的修边余量。本设计中，16MnR板厚8mm，焊缝横向收缩余量为1.31.4mm, 纵向收缩余量为0.150.3mm。加工余量主要包含切割余量，边缘加工余量两项。气割时会产生一定宽度的割缝，但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量。切割后尚需进行边缘机械加工，留3 mm的加工余量，号料划线公差图如图4所示。 图4 号料划线公差图由于筒节为回转体，划线前要进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，按中径展开。根据公式： L=（Dg+）+S （1-1）式中：L-筒节毛坯展开长度（mm）Dg-容器公称直径（mm）-容器

24、壁厚（mm）S-加工余量（包括切割余量、刨边余量和焊接收缩量等）（mm），如两侧均需刨边，则取6mm。则L=3.14（1800+8）+6=5683.12mm，根据上面的计算得出下料尺寸（长宽）3400mm5683mm，由于没有符合尺寸的钢板，选择的钢板规格（长宽）3500mm6000mm。筒节展开毛坯尺寸如图所示。 (注：图中虚线为选板尺寸，实线为毛坯料尺寸。)图5 筒节展开1.5.2钢板的剪裁钢板的剪裁就是按照所划的切掉线切割出零件的毛坯。钢材的剪裁方法很多，目前金属结构制造厂常用的主要方法有：机械剪裁，气体火焰切割和等离子弧切割等。目前常用的机械剪切机床有：龙门式剪板机，联合式剪板机，盘园

25、式剪板机，振动式剪板机，以及专用或多用的型钢剪断机等。由于剪切后仍然需要对其进行开坡口，因此，本设计选用较为方便操作的气体火焰切割方式来进行钢板的下料。气体切割机选用CG130小车式半自动切割机见图6。图6 CG130小车式半自动切割机气体火焰切割原理是利用可燃气体与氧气混合燃烧形成的预热火焰，将被切割的金属加热到其燃烧温度，再用喷射出高速氧气流使割缝被加热到燃点的金属发生剧烈燃烧产生大量热量，并将产生的氧化物熔渣吹除掉，从而把金属分割开来的一种加工方法。CG130小车式半自动切割机主要技术参数见表5。表5 CG1-30技术参数切割厚度（mm）切割速度(mm/min)电动机型号电压(V)功率(

26、kw)56050750S26111024开坡口是边缘加工的一种。其方法也很多，有手工铲削，砂轮打磨，用加工机床进行机械加工，以及气体火焰切割和碳弧气刨等。本设计选用同款式气体切割机，进行坡口加工。气割边缘加工可用自动或半自动切割机同时用两个或三个割嘴。一次切割就可以切割出V型或X型坡口来。1.5.3钢板的卷制钢板的卷制是对钢板进行弯曲加工的主要形式。所用的最普遍的设备是对称式三辊卷板机。三辊式卷板机的上轴可在oe垂直平面内上下调节，两个下辊为主动辊，可正反旋转，并对称于上辊中心线排列。弯卷时将钢板放入上、下辊之间，然后上辊向下移动将钢板压紧并使之弯曲，在e点处弯矩最大，使钢板达到塑性变形状态。

27、再驱动两下辊旋转，并借助于钢板和辊子之间的摩擦力使钢板左右移动。同时上辊也随之转动，这样就使钢板连续通过oe垂直平面，受到相同的弯曲，产生相同的变形。既钢板变成曲率相同的弧形板。一次行程之后，再将上辊下压一定距离，有驱动下辊，使钢板进一步受到弯曲。上辊下压几次，就将钢板弯曲到需要的曲率半径。三辊式卷板机的工作原理如图7所示。 图7 三辊式卷板机工作原理图1.5.4预弯预弯是在用卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法卷弯。为了使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要采用一定的办法，前将其两端弯曲成所需要的曲率，这就是预弯的目的。较厚的板采用压力机进行模压弯曲，这种方法需较大型的压力机和模具；本设

28、计板较薄，就用原三辊卷板机，借助一块预弯胎板进行辊卷预弯。预弯过程见图8。胎板厚度一般取卷制钢板厚度的两倍稍多一些，本设计选用的胎板厚度为19mm，其曲率半径应略小于被卷钢板的半径，这样既不致增加板机的负担，也避免损坏机床，又可以保证钢板的预弯曲率。预弯的长度一般应超过两下辊的中心距离，本设计预弯的长度为100mm。图8 预弯过程图1.5.5对中当钢板弯好之后，即可将钢板放入卷板机上下辊之间，进行滚卷，但首先注意将钢板放正，也就是要对中，其目的是工件的母线要与辊子轴线平行，以防止产生扭斜。对中常用方法有：四辊机对中，有对中挡块的三辊机对中，倾斜进料对中，按棍中槽对中。本设计选用三辊机对中即可。

29、1.5.6卷圆钢板对中以后，就可以调上下辊压住钢板并使之产生一定弯曲，开动机床进行滚卷，每滚卷一次行程便适当向下调上辊一次，这样经过多次滚卷就可将钢板弯曲成所要求的曲率。本设计应用冷卷工艺。应注意的是：冷卷时不得超过允许的最大变形率为0.5%；不致打滑和使设备不超过额定功率；滚卷过程中要随时用卡样板测量，是否已经达到曲率要求，不可过卷。1.5.7校圆圆筒应封闭表面工件，当进行点装和纵缝焊接之后，一般还要进行一次校圆。校圆多是在原卷板机上进行。校圆大致有以下三个步骤：工件放入卷板机上辊之后，首先是根据经验或计算将辊调到所需要的最大矫正曲率位置，进行加载。使工件在矫正曲率下，多次滚卷并着重于焊缝区

30、的滚卷，使整圈曲率均匀一致，并经测量，直至合乎要求为止。逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐减少的载荷下多次滚卷。注意：内筒矫圆前，先要将纵缝加强高磨平，并用砂轮磨光到内筒圆弧度相平齐，然后到卷板机上进行校圆。1.5.8 封头压制成形封头的尺寸如图9所示，根据公式：Dp=1.2d1+2hk0+2 (1-2)=1.21800+2250.75+25=2207.52208mm式中：k0-封头冲压成形时的拉伸系数，本设计取为0.75；-封头边缘的加工余量，取5mm。图9 封头尺寸封头设计尺寸，由JB/T4746-2002查得：公称直径（DN）：1800mm；曲面高度（H）：560mm；直边高度（h）：25mm

31、；厚度范围（）：8mm；内表面积（A）：3.6535m2；容积（V）：0.8270m。由于直径很大，材料尺寸不够，所以必须采用拼接钢板（拼板的对口错边量不得大于钢板厚度的10%，且不大于1.5），然后进行整体冲压。压力容器封头拼板缝一般是在平板状态下完成的，焊接条件比较好，焊接坡口采用V形。封头拼缝宜采用焊条电弧焊+埋弧自动焊组合。拼焊焊缝的位置应满足有关标准的要求，即拼缝距封头中心不得大于1/4公称直径，拼接焊缝可预先经无损检测合格。这可避免在冲压过程中坯料从焊缝缺陷处撕裂的可能。坯料拼缝的余高如有碍成形质量，在成形前应打磨与母材齐平，必要时还应作表面检测。拼接钢板时，先用焊条电弧焊进行点固

32、焊，焊条选用E5015、焊条直径4.0mm、焊接电流I=kd=404=160A。焊点可在钢板焊道上均匀分布，每隔一米焊大约300mm长的焊缝。接下来要用埋弧焊把钢板拼接完整。封头拼接完成进行X射线探伤，按JB4730-94标准，级合格。拼接简图如图10所示。图10 封头下料尺寸1.6装配与焊接工艺1.6.1 装配的基本条件将零部件按图纸要求组合起来，经定位焊成为整体的工艺过程称为装配。在进行金属结构件的装配时，将零件装配成部件称为部件装配。将零件或部件总装起来称为总装配。无论何种装配都必须对零件进行定位，夹紧和测量，这就是装配的三个基本条件7。1.6.2零件的定位(1)定位器定位器是将待装配零

33、件在装焊夹具中间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板、支撑钉、定位销、定位槽、V形铁和定位样板等。定位器是保证待装配零件之间保持正确的相对位置的重要元件，因此定位器首先应按高精度加工，保证在夹具体上的安装精度。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。因定位器工作面易磨损，应采用硬度较高的钢材制作。(2)零件的定位方法根据零件的具体情况，选取零件的定位方法。根据定位方法的不同可分为如下几种：划线定位、样板定位、定位元件定位、胎卡具定位。本次设计选用胎卡具定位。(3

34、)定位焊定位焊是用来固定各焊接零件之间的相对位置以保证焊件得到正确的几何形状和尺寸而进行的焊接。因定位焊为断续焊，焊件温度比正常焊接时要低，热量不足容易产生未焊透，故定位焊电流应比焊接电流大10%15%，特别注意定位焊后应尽快进行焊接避免中途停顿和间隔时间过长。本次设计产品板厚为8mm，点固焊缝长度3050mm，间距300mm。参数如表6所示。表6定位焊主要焊接参数焊接方法点固焊缝长度（mm）间距（mm）电流（A）焊条电弧焊30503001501.6.3 封头成形装配与焊接 封头冲压过程中钢板的塑性变形很大，为保证封头的质量，提高材料的变形能力，对于壁厚较小或成形过程变形量小的封头，多采用冷冲

35、压，本品即为冷压。 冲压成形对于薄壁封头，应采用二次成形法。第一次，用比凸模直径小于200mm左右的凹模压成碟子形状，可23块坯料叠压。如图11所示：图11 第一次预成形第二次，用配套的凹模压成所需要的封头，必要时可分23次拉延。如图12所示。图12 最后成形拉延：也称为拉深或压延。它是将平板毛坯或空心半成品，利用拉延模，拉延成一个开口的空心零件。在封头拉延过程中，凸缘部分的材料受切向应力的作用。当切向应力达到一定值时，凸缘部分材料失去稳定而在整个周边方向出现连续的波浪形弯曲，这种现象称为起皱。为防止起皱采用压边圈，安在凹模上面，与凹模表面之间留有1.2倍板厚的间隙。在拉延过程中，在钢板弯曲大

36、的部位会变薄，所以应将封头板厚加大10%。封头的二次成型用弦长相当于封头内直径的间隙样板检查封头内表面形状公差，样板与封头内表面的最大间隙外凸不得大于1.25Di（即22.5mm），内凹不得大于0.625Di(即11.25mm)。将已初步成型的封头置于数控压力机上，启动并调整外压力轮，按自动运转轨迹，精旋压一次，进行旋压修型。影响封头成形质量的主要因素影响封头壁厚变化的因素很多，归纳起来，大致有下列几方面：材料的性能；封头的形状；下冲模圆角半径越大，变薄量越小；上下冲模间的间隙小，则变薄严重；润滑情况好，则减薄小；加热温度越高，变薄量大；压边力大，则变薄严重；封头成形质量检查方法如图13所示。

37、图13 封头成形质量检查方法1.6.4 筒节的焊缝装配与焊接(1)筒节的纵缝装配筒节卷制完成后，进行纵焊缝的装配焊接。筒节的焊接采用焊条电弧焊打底，单面埋弧自动焊盖面。先用焊条电弧焊在内部封底，熔深为板厚的30%，然后用埋弧焊焊接外部焊缝，焊前先用碳弧气刨清根，再进行埋弧自动焊。 筒节的纵缝装配如图14所示： 图14 筒节纵焊缝的装配1引弧板 2筒节 3搭板 4引出板装配时经常采用各种夹具来保证质量，通常选用的夹具为杠杆螺旋夹紧器来调整筒体轴向和周向错边。另外常用的还有斜楔式压紧器，它的优点是制作简单，操作方便，成本低。本次筒节的装配选用手动螺旋夹紧器(如图15所示)。通过使用它来保证纵缝边缘

38、平齐，且沿整个长度方向上间隙均匀一致符合技术要求以后，可进行定位焊接。图15 手动螺旋夹紧器 (2)筒节的纵缝焊接筒节在焊接滚轮架上进行焊接，用焊接滚轮架完成。施焊前，在筒节纵缝的延长部位同时焊接一块相同材料的试板，以便检验内筒焊接接头的力学性能。焊缝焊后要进行100%的射线探伤，以确认焊缝内部质量，检验合格后要进行消除应力热处理。为防止筒节纵缝的焊接残余应力必须事先进行热处理消除。对接方法为无衬垫双面埋弧焊。此方法要求边缘加工和装配的质量很高，边缘必须平直，保证间隙小于1mm。焊接第一面的熔深为板厚的4050，第二面要控制熔深达到板厚的6070，以保证焊透，定位焊接采用焊条电弧焊焊条E501

39、5，电流 150A，点焊长度为150mm，焊点距离为200300mm。为了避免纵焊缝装配之后在吊运和存放过程中筒节产生变形而影响它的圆度，可在筒内焊上临时支撑。所有焊接工艺参数必须经过焊接工艺评定后制定出。所谓焊接工艺评定是按照所拟定的焊接工艺，根据标准规定的焊接试件、检验试样，测定焊接接头是否具有所要求的性能。经过焊接工艺评定写出焊接工艺评定报告，并结合实践经验制定焊接工艺规程，作为焊接生产的依据。焊条电弧焊打底工艺参数如表7所示，MZ-1000型埋弧自动焊机如图16所示，埋弧焊机的技术参数如表8所示。表7 焊条电弧焊打底工艺参数焊 条直径(mm)焊接电流(A)电 源焊 机E50154140

40、直流反接ZXG-300 (a) 焊接小车 (b) 焊接电源 图16 MZ-1000型埋弧自动焊机表8埋弧焊机的技术参数焊机型号焊丝直径 （mm）焊丝焊剂电流A电压(v)焊速(m/h)MZ 10004H08MnAHJ431600800384058(3)筒节装配焊接的注意事项同一断面上，最大直径Dmax 与最小直径Dmin之差不大于设计直径Di的0.5，即不大于1 mm。A类焊缝的对口错边量b不大于1.5mm。A类焊缝处形成的棱角E，用弦长=1/6Di，且不大于300mm的内样板和外样板检查，共E不大于2mm。(4)焊后处理焊缝的打磨 打磨时将焊缝的余高打磨掉即可。矫圆当筒节进行点装和纵缝焊均匀之

41、后，要进行矫圆。其主要步骤如下：首先将筒节放入卷板机上辊之后，先是根据经验或计算，将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载；其次使工件在矫正曲率下多次滚卷，并着重于焊缝区的矫正，使圆筒曲率均匀一致。经测量，直到合乎工艺要求为止；最后逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐卸除载荷的过程中多次滚卷，至此整个钢板的卷制过程结束。(5)纵缝的探伤和热处理筒节纵缝焊后要100%的X射线探伤，以确认焊缝内部质量。如发现缺陷必须坚决返修。在探伤后，要对筒节进行整体热处理，以减小其在矫圆和焊接时产生的残余应力，并改善焊缝及其热影响区的金相组织，以获得性能良好的筒节结构。因为结构原因不能进行整体热处理，为防止板的松动

42、，所以筒节纵缝的焊接残余应力必须通过单独热处理来消除。 (6)封头与筒节的环缝焊接封头与筒节的环缝焊接采用V形坡口，单面埋弧焊，坡口形式如图17所示。其环缝工艺同筒节的纵缝焊接工艺，焊接工艺参数如表8，表9所示。 图17 封头与筒体环缝坡口示意图(7)最后一道环焊缝工艺焊接方法及坡口形式采用内部焊条电弧焊，外部埋弧自动焊的方法。开V形坡口，其坡口形式参照图17。焊接工艺参数内部焊条电弧焊。采用直流反接的方法，共焊一层，具体工艺参数如表9所示。表9 焊条电弧焊的工艺参数第一层焊条牌号E5015 焊条直径（mm）4焊接电流(A)150外部埋弧自动焊。选用的焊丝为H08MnA，焊剂为HJ431。焊前

43、应先用碳弧气刨将焊条电弧焊的根部清理干净，再进行埋弧自动焊，否则根部将会出现焊接缺陷。外部埋弧焊焊一层，具体工艺参数如下。表10 埋弧自动焊工艺参数焊丝直径（mm）4焊接电流(A)600电弧电压(V)35焊接速度(m/h)58干伸长度(mm)401.6.5 附件装配焊接封头、筒体装配焊接后，要对其他附件进行装配焊接。附件包括：人孔一个，进、出气口一个，排污口一个，安全阀一个，压力表一个。一般采用焊条电弧焊焊接,焊后进行超声波探伤。1.6.6整体消除应力热处理整体热处理的目的是消除罐体中的焊接残余应力。整体热处理采用高温回火，对于16MnR钢，回火的温度在625左右。保温时间按每毫米板厚保温12

44、分钟计算，结合本次所设计的储气罐罐体板厚，回火保温时间为16分钟左右。1.7 罐体的检验罐体在其部件或整体制造完成后，按规定都有要进行无损探伤和压力试验，以检测容器的制造质量。1.7.1 无损探伤射线的种类很多，其中易于穿透物质的有X射线、射线、中子射线三种。这三种射线都被用于无损检测，其中X射线和射线广泛用于锅炉压力容器焊缝和其他工业产品、结构材料的缺陷检测8。本设计采用X射线探伤方法进行焊缝质量检验。容器上的A、B类焊缝应进行20%射线检测，按JB4730-94级合格。X射线是从X射线管中产生的，X射线管是一种两极电子管。如果两极之间加几十千伏以至几百千伏的电压(叫做管电压)时，电子就从阴

45、极向阳极方向加速飞行、获得很大的动能，当这些高速电子撞击阳极时。与阳极金属原子的核外库仑场作用，放出X射线。电子的动能部分转变为X射线能，其中大部分都转变为热能。电子是从阴极移向阳极的，而电流则相反，是从阳极向阴极流动的，这个电流叫做管电流，要调节管电流，只要调节灯丝加热电流即可，管电压的调节是靠调整X射线装置主变压器的初级电压来实现的。利用射线透过物体时，会发生吸收和散射这一特性，通过测量材料中因缺陷存在影响射线的吸收来探测缺陷。但应注意X射线对人体的危害，当一定量的电离辐射作用于机体后，受照机体会引起病理反应，所以在探伤过程中和结束时均应做好防护措施。1.7.2 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9，验证其是否具有在设计压力下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1.15MPa。对16MnR钢制容器液压试验，液体温