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课程设计说明书

洛阳理工学院

课程设计说明书

课程名称：

焊接生产

设计课题：

液化气瓶焊接装置机械部分设计

专业：

材料成型及控制工程专业

指导教师：

崔琦

班级：

B0803013

姓名：

刘宇博

2011年12月

课程设计任务书

机电系材料成型及控制工程专业

学生姓名刘宇博班级B080303学号B08030113

课程名称：

焊接生产

设计题目：

液化气瓶焊接装置机械部分设计

课程设计内容与要求：

1、化气瓶的使用特点选择合适的材料

2、选择合理的成形方法及焊接方法

3、绘制其焊接装置图

4、结构工艺分析及焊机工艺参数确定

5、编制说明书

指导教师崔琦

设计（论文）开始日期2011年12月19日

设计（论文）完成日期

课程设计评语第页

机电系材料成型及控制工程专业

学生姓名刘宇博班级B080303学号B08030113

课程名称：

焊接生产

设计题目：

YSP-118液化气瓶焊接装置机械部分设计

课程设计篇幅：

图纸张

说明书页

指导教师评语：

年月日指导教师崔琦

前言

本设计中主要设计的是民用液压气罐和其生产装置。

三级以上合格，并同时《遵从压力容器安全监管规程》有关规定。

该压力容器属于三类材料为热轧钢16Mn，主要焊缝为环焊缝。

该容器采用的钢板厚度为6mm，公称容积≥118L。

内径为400mm，高度1052mm，设计的压力为2.1MPa。

安全使用温度为-40℃~60℃。

再生产过程中可以实现自动焊，焊接生产再制造过程中采用了埋弧焊设计。

焊后要进行射线探伤，接射线探伤执行GB3323《钢熔化焊接对接接头射线照相和质量分级》标准。

加工完成后使用水压进行试验，压力3.2MPa（表压）。

GB5842《液化石油气钢瓶》规定液压气罐环焊缝应采用自动埋弧焊机方法施焊，三级以上合格。

并同时《遵从压力容器安全监管规程》有关规定。

目录

1、分析液化气瓶的使用特点…………………………3

2、接头设计以及液化气瓶的生产流程………………4

2、液化气罐材料的选择………………………………5

3、母材的焊接工艺性分析……………………………6

4、焊接成形方法选择…………………………………5

5、焊接坡口设计………………………………………9

6、参数设计……………………………………………13

7、各部件的装焊工艺…………………………………15

7、筒体的环焊缝装配焊接……………………………18

8、焊后检验方法………………………………………19

9、课程设计感想………………………………………20

10、参考文献……………………………………………22

液化气瓶的使用特点

液化石油气罐是盛装易燃易爆品的二类压力容器。

使用特别方便，所以在社会中应用范围非常广泛，大量应用于居民生活中，主要是是用来做饭用。

液化石油气很容易发生爆炸，所以当液化气罐出现泄露、腐蚀等质量隐患时会给居民的生命财产带来很严重的安全隐患。

由于在使用过程中在环境或者其它因素的影响下，液化气罐外部金属可能会受到腐蚀或者是密封不严等原因使其报废，如果不及时检修，在发生事故时就可能给人们带来很大的伤害。

因此液化气罐在生产过程需要严格遵守国家规定的焊接规程来操作，并且要求具有焊接资格的熟练工人来进行焊接过程中的施工。

民用液化石油气罐各部件生产流程

Ø焊接接头的设计一般原则：

1）设计要求——保证接头满足使用要求

2）焊接的难易与焊接变形——焊接容易实现，变形能够控制

3）焊接成本——接头准备和实际焊接所需费用低，经济性好

4）施工条件——制作施工单位具备完成施工所需的技术，人员和设备条件

Ø焊缝筒体的制造过程如下：

筒节抷料火焰切割热卷成型纵焊缝直边火焰切割电渣焊正火+热校圆水淬+回火环缝坡口加工焊缝组装埋弧焊

消氢处理无损检测消除应力水压试验涂装

Ø封头的制造过程如下：

材料验收材料复检放样号料划线、下料切割冲压成形二次划线二次切割压延成形验收检验

液化气罐的材料选择

液化气罐的钢材选可以用16Mn钢或者是20G。

二者的性能如下表所述：

钢号

厚度/mm

常用强度性能

在下列温度（℃）下的许用应力/MPa

20

100

150

200

20R

6~16

400~520

133

133

132

123

16MnR

6~16

510

170

170

170

170

由上图数据可以看出，20G是一种低碳锅炉钢板，最低屈服强度仅为185MPa,故只适用于制作中低压锅炉锅筒。

16Mn钢是低碳锰钢，与20G低碳锅炉钢板相比，在相同的工作参数下，锅筒壁厚可以减少（15%~30%）。

此外，20R和16MnR的成本差不多（16Mn钢比20R钢贵500元/吨左右），但是20R的加工成本比较高。

所以选择16MnR钢作为焊接用钢。

这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能。

16Mn钢的化学成分如下:

C:

0.13~0.19si:

0.20~0.60Mn:

1.20~1.60

Cr≤0.30P≤0.030S≤0.030Ni≤0.30Cu≤2.25

16Mn的特性：

16Mn属于低碳锰钢，碳的含量在0.16%左右。

16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。

16Mn钢的焊接性分析：

焊接性通常包括两方面的问题：

一是焊接引起的各类缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。

Ø裂纹问题

1）热裂纹：

热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此他们的Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。

正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，比偏低，易出现热裂纹。

锰在钢中可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。

增大焊缝成形系数，减少母材在焊缝中的熔合比，都能够防止热裂纹的产生。

2）冷裂纹：

刚才冷裂纹主要取决于钢材的脆硬倾向，而钢材的脆硬倾向由主要取决于它的化学成分。

热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢当量略高些，所以这种钢脆硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的脆硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热处理温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。

3）再热裂纹：

从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施防止再热裂纹的产生。

Ø脆化问题

1）过热区脆化：

热轧钢焊接时近缝区中被加热到100℃以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑形最差的部位，往往会承受不住应力的作用为破坏。

防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留的时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且防止过热区粗晶脆化，也不易采用过大的线能量。

2）热应变脆化：

热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形是位错增值，同时诱发碳氮原子快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化，16Mn钢具有一定的热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退化处理。

液化气罐焊接方法的比较与选择

Ø埋弧焊的特点：

优点：

1）生产率高

2）焊缝质量高

3）节省焊接材料和能源

4）劳动条件好

缺点：

1）焊接时辅助装置较多

2）只适用于长焊缝的焊接

3）埋弧焊是靠颗粒状焊剂堆积覆盖而形成对焊接区的保护条件，故只适用于平焊或横焊位置焊接

ØCO2气体保护焊的特点：

优点：

1）成本较低

2）抗锈能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小

3）焊接质量好，焊接变形小

4）焊后不需要清渣

5）采用短路过度技术可以实现全位置焊接

缺点：

1）焊接过程中金属飞溅严重

2）作业环境比较差

3）需要有防风措施，氧化形较强

4）焊接弧光较强，特别是大电流焊接时，要注意对操作人员防弧光辐射保护

比较以上两种方法可知，在液化气罐大批量生产过程中使用埋弧焊的优势更明显，且利用自动化埋弧焊方法生产的产品可以很大程度上祛除人工可能带来的失误及不稳定的缺点，产品的焊接质量可以得到保证，且生产率比较高。

此外，焊缝的位置分布合理，施焊方便，有利于焊后的检验，因此具有良好的工艺性。

坡口的选择设计原则

焊件坡口的形式和尺寸主要根据焊接方法和板材厚度来选择和设计埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸。

选择依据：

1）能够保证焊接质量

2）便于焊接施工

3）坡口加工简单

4）坡口的断面积尽可能小

5）便于控制焊接变形

针对本设计中所要注意的事项：

1）焊接坡口形式的设计应避免采用焊不透或局部焊透的坡口，还要尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的残余应力，同时也可减少焊接材料的消耗量。

2）焊前必须消除焊接区钢板表面的水分，坡口表面的氧化皮、锈斑、油脂以及其他污物。

3）焊接材料在使用前应按国标所示的规范进行烘干。

4）装备定位焊缝必须采用与正式焊缝同一类型的焊条。

5）由于液化气瓶内径较小，为了便于生产可以采用单面焊双面成形的工艺方法。

6）液化气罐的环焊缝焊接时一条非常重要的焊缝，必须焊透。

7）要求焊透的单面焊必须使用焊接衬垫

综合以上因素：

本设计中选择Ⅰ形坡口，加焊接衬垫进行焊接。

所选液压YSP-118型钢瓶的主要参数如下所示：

容积118L，设计压力为2.1MPa。

气密性试验2.1MPa，水压性实验3.2MPa最大充装量49.5Kg钢瓶重量47Kg。

使用温度—40℃~60℃。

钢板厚度6mm装配间隙0~3.0焊丝直径Φ2焊接电流475A电弧电压32~34v焊接速度30m/h焊剂垫压力0.10~0.15MPs

液压气罐内直径400mm高度1052mm

焊接数据：

焊剂垫上单面焊双面成形的埋弧焊焊接参数如下

V=ω.r可得液压气罐的角速度为ω=?

ω=2πn可得n=?

通过数据查找电机。

焊接电流、焊接焊芯、选择

焊接材料选用直径2mm的H08A焊丝，使用前对表面进行清理，直至露出金属光泽。

选用烧结焊剂SJ501，使用前对焊剂进行烘干处理，烘干温度350℃，保温2h，有效期4h。

各部件的装焊工艺

装配焊接是将零件按规定的技术要求组装配；将零件按规定的技术要求组装起来焊接，并经过调试、检验使之成为合格产品的过程。

在装配过程中，允许偏差要小于2mm。

装焊过程中的夹紧

在焊接结构生产中经常采用的夹具有装配定位焊夹具、焊接夹具、矫正夹具等。

一个完整的工装夹具，一般有定位器、夹紧机构和夹具三部分组成。

夹具起着连接定位和加紧元器件的作用，有时还用于对焊件的支撑，所以在夹具上定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法确定他的既定位置，即始终使工件的定位基准与弓箭的定位元件紧密接触。

利用某种施力零件或机构使工件达到并保持预定位置的操作称为夹紧。

用于夹紧操作的元件或机构就成为夹紧器或夹紧机构。

加紧操作在比哦啊先形式上都是对被夹持的工件实施力的作用，但其工艺内涵却不尽相同，其具体作用有以下几方面。

1）用以实现工件的可靠定位定位器的合理选择和布置为实现工件的正确定位提供了必要条件，但不是充分条件。

只有与恰当的夹紧力相配合，将工件表面贴紧在定位面上，才能产生最终的定位效果。

2）用于实现工艺反变形在解决焊接构件的的挠曲变形、角变形等工艺问题时，经常采用装配反变形的工艺措施。

3）用于保证工件可靠变位在焊接工序中，又是需要借助变位机对工件进行倾斜或回转。

这时，吊装在变位机工作台或翻转机上的工件也必须采取可靠地加紧措施，以确保操作过程的安全，防止工件在焊接过程中产生相对动。

夹具的选用原则

夹紧力大小估算Fk=KF

式中Fk实际所需的夹紧力

F在一定条件下由静压力平衡计算出的理论夹紧力

K安全系数，一般K=1.5~3.加紧条件较好，取低值；否则取高值（例如手工加紧、操作不方便、工件表面毛糙等，应取高值）

夹具体

夹具体是夹具的基础件，在他上面安装组成夹具所需要的各种元件、机构和置等，起着支承、连接作用。

其形状和尺寸取决于工件的外廓尺寸、各类元器件与装置的布置情况以及加工的性质。

设计的基本要求如下：

1）具有足够的强度和刚度。

2）结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小，质量轻和便于工件装卸；在不影响强度和刚度的部位可以开窗、凹槽等，以减轻结构重量。

3）安装稳定牢靠。

4）结构的工艺性好，应便于制造、装配和检验。

5）尺寸要稳定且具有一定的精度。

6）清理方便。

筒体的环焊缝装配焊接

筒节间的环缝装配方法一般采用卧式装配方法，再焊接滚轮架或V形铁上进行。

首先将要组装的筒节置于焊接滚轮架上，将另外一个筒节放在小车式滚轮架上，通过移动装配夹具，调节夹具使滚轮架上的筒节端面对齐，再调节液压升降器的升降，使筒节端面对齐。

当筒节连接可靠后，将小车式滚轮架上的筒节推向滚轮架，通过夹具固定后进行定位焊接。

筒节装配后可进行环焊缝的焊剂，一般采用埋弧焊接方法。

这个过程是在埋弧焊机与焊接操作机和焊接滚轮相互配合来完成。

焊接时操作机上的焊接固定不动，有焊接滚轮架以焊接速度带动筒体旋转来进行焊接。

焊后探伤

1）X射线探伤

X射线探伤是利用X射线穿透物体来发现物体内部缺陷的探伤方法。

射线能使胶片感光或激发某些材料发出荧光。

蛇信啊在穿透物体过程中按一定的规律衰减，利用衰减程度与射线感光或激发荧光的关系可检测物体内部的缺陷。

焊缝射线探伤的一般过程如下：

焊缝便面质量检查对位选焦距开机透光胶片处理底片评定签发检验报告底片及资料存档。

2）水压试验

水压试验是用水对压力容器、管件做密封性或强度检验以及对管道安装时接头密封性检验的试验。

水压试验压力应以能考核承压部件的强度，暴露其缺陷，但又不损害承压部件为佳。

通常规定：

承压部件在水压试验压力下的薄膜盈利不得超过此案料的试验温度下屈服极限的90%，水压试验的步骤如下：

1）连接2）灌水3）检查4）升压

5）持压6）施压后的工作

课程设计感想

课程设计师培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和结局实际问题，锻炼时间能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

本次课程设计使我获益匪浅，虽然在设计过程当中遇到了很多困难，但是当解决问题后感觉非常有成就感，同时我们可以学到很多知识，也学到了课本上没有的知识，也让我知道了只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正为社会服务。

在设计过程中遇到了很多困难，同时在设计过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解不够深刻，掌握的不够牢固，尤其是选择焊条和焊芯的时候感觉无从下手。

此外，设计焊接图的时候感觉不知道怎么办，没有数据可以查询。

另外在课程设计过程中，崔琦老师对我不懂得地方耐心的讲解，给了我们很大的帮助。

我们认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

通过这两周的课程设计，在老师和同学们的共同指导下，查阅了图书馆的相关书籍，使我了解了压力容器的制造过程，也学会了如何设计和生产焊接结构的压力容器，同时也复习了CAXA制图。

同时对整个设计的内容比如，母材的焊接工艺性分析，焊接工艺评定，零件的加工制造都有了很好的了解掌握。

打好了以后从事焊接相关工作的基础。

文雀我觉得很有收获的一个方面就是知道了怎么去查阅资料，怎么将这几年的知识融会贯通起来。

参考文献

1、《焊接结构生产及装备》周浩森主编机械工业出版社

2、《焊接工艺设计与实例分析》陈裕川主编机械工业出版社

3、《焊接工艺》伍广主编化学工业出版社

4、《焊接工装夹具设计及应用》王纯祥主编化学工业出版社

5、《焊接自动化技术及其应用》胡绳荪主编机械工业出版社

6、《焊接手册（焊接结构）》中国机械工程学会焊接学会编机械工业出版社

7、《焊接工装设计》陈焕明主编航空工业出版社

8、《机械设计课程设计》黄珊秋主编机械工业出版社

9、《焊接工程师手册》陈祝年主编机械工业出版社

10、《液压传动》主编机械工业出版社

11、《焊接检验》赵熹华主编机械工业出版社

12、《焊接结构技术与装配》宗培言主编机械工业出版社

13、《焊接结构及生产设计》贾安东主编天津大学出版社

14、《焊接结构》田锡唐主编机械工业出版社