空气储罐的焊接工艺设计Word下载.docx
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氮气、氧气等。
外观与性状:
无色无味
沸点(℃):
-192℃(101.3千帕)
相对密度(水=1):
0.9
健康危害:
无
环境危害:
无
燃烧危险:
危险特性:
高压常温储存,高温剧烈震动易爆。
特性总述:
压缩空气,即被外力压缩的空气。
它具有下列明显的特点:
清晰透明,输送方便,没有特殊的有害性能,没有起火危险,不怕超负荷,能在许多不利环境下工作,空气在地面上到处都有,取之不尽。
来源:
大气中的空气常压为0.1Mpa,经过空气压缩机加压后达到理想的压力。
作用或用途:
压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源,又是具有多种用途的工艺气源,其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。
第二章设计参数的选择
1、设计题目:
压缩空气储罐设计
2、最高工作压力:
0.909MPa
3、使用温度:
0~100
4、工作介质:
压缩空气
5、全容积:
2
6、设计压力:
1.0
7、公称直径:
根据筒体全容积,粗定筒体公称直径为1200mm。
8、焊接接头系数:
0.8
9、主要元件材料的选择:
根据GB150-1998[1]表4-1,选用筒体、鞍座等材料为Q235-B,其许用应力;
第三章容器的结构设计
3.1圆筒厚度的设计
由于该容器储存压缩空气,所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构,需要对该储罐进行局部探伤,所以取焊缝系数为φ=0.8
圆筒材料Q235-B,设计压力1.0Mpa,查NT-1,可得:
计算厚度δ=6.3mm
设计厚度=δ+C2=6.3+1=7.3mm取整后取为δd=8.0mm
3.2封头厚度的计算
从受力和制作角度分析,球形封头是最理想的结构形式。
但其缺点是深度大、冲压较困难;
而椭圆形封头深度币半径小,易于冲压成型,是目前低压容器中用的较多的。
故采用标准椭圆形封头,各参数与筒体相同。
查标准JB/T4746-2002[4]中表1,得公称直径
选用标准椭圆形封头,根据椭圆形封头计算公式:
δ=KPcDi/(2[σ]tφ-0.5Pc)
取整后取为δd=8.0mm
3.3筒体和封头的结构设计
由封头长短轴之比为2,即,得
查标准[4]中表B.1EHA和B.2EHA表椭圆形封头内表面积、容积,质量,见表3-1和图3-1。
取装料系数为0.9,则
即
算得
表3-1封头尺寸表
公称直径DNmm
总深度Hmm
内表面积A
容积
质量Kg
1200
325
1.6552
0.2545
106
3.4接管的设计
很据实际情况,开二个孔焊接接管,一个为进料孔,一个为出料孔,两空参数相同。
接管尺寸如下:
Di=50mm,H=60mm,δ=8mm
3.5鞍座选型和结构设计
3.5.1鞍座选型
该卧式容器采用双鞍式支座,初步选用轻型鞍座。
材料选用Q235-B。
按《鞍式支座标准》JB1167-81
表3-6鞍座尺寸表
公称直径Di
鞍座长度L0
鞍座高度H
鞍座质量m
鞍座边角θ
1200mm
1080mm
200mm
40㎏
120°
3.5.2鞍座的安装位置
根据[2]中6.1.1规定,应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于。
即A=300mm。
鞍座的安装位置如图3-3所示:
图3-3鞍座安装位置
第四章强度计算
4.1水压试验应力校核
试验压力Pt=1.25Pc=1.25Mpa
圆筒的薄膜应力为σt=Pt(Di+δε)/2δε=119.67Mpa
0.9φσs=169.2Mpa
即,所以水压试验合格
由于该空气储罐壁厚8mm,属于薄壁,只需计算轴向和周向应力。
4.2圆筒轴向弯矩计算
圆筒的平均半径为Ra=Di/2+δd/2=604mm
储罐总质量m=筒体质量+封头质量+空气质量+接管质量=594.77kg
支座反力F=mg/2=(594.77×
9.81)/2=2971.35N
4.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩
根据[2]中式7-2,得:
4.2.2鞍座平面上的轴向弯矩
根据[2]中式7-3,得:
筒体受剪力图
筒体受弯矩图
4.3圆筒轴向应力计算及校核
4.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力
最高点处:
最低点处:
4.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核
鞍座平面上,由压力及轴向弯矩引起的轴向应力,按下式计算:
a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强(即)时,轴向应力位于横截面最高点处.
取鞍座包角,查表7-1(JB/T4731-2005)得,.则
b).在横截面最低点处的轴向应力:
4.3.3圆筒轴向应力校核
(5-3)
查图4-8[10]得,,则
满足条件
4.4切向剪应力的计算及校核
4.4.1圆筒切向剪应力的计算
根据[2]中式7-9计算,查[2]中表7-2,得:
4.4.2圆筒被封头加强()时,其最大剪应力
根据[2]中式7-10,计算得:
4.4.3切向剪应力的校核
圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍,即。
封头的切向剪应力,应满足
而
故圆筒满足强度要求。
根据[2]中式7-12
故封头满足强度要求
4.5圆筒周向应力的计算和校核
4.5.1在横截面的最低点处:
其中(容器焊在支座上)
查[2]中表7-3知,
则
4.5.2在鞍座边角处
由于
由于查[2]中表7-3知,则
4.5.4周向应力校核
故圆筒周向应力强度满足要求。
第五章空气储罐制造工艺
5.12m3空气储罐制造工艺流程
1、钢板切割下料
2、筒节卷制及封头的冲压成型
3、筒节纵缝坡口制备
卷制成形后,按图样规定的筒体名义直径测量筒体实际周长,并划二次线,除去余量后按焊接工艺的要求加工出V形坡口
4、筒节纵缝的焊接和热处理
筒节纵缝焊接方法按壁厚选择单丝埋弧焊和焊条电弧焊,
5、环缝坡口的制备
6、环缝焊接焊接方法:
埋弧焊
7、接管焊接
8、焊后热处理
9、水压试验
10、涂装发运
第六章焊接工艺
6.1、母材的化学成分及力学性能
化学成分
C/%
Mn/%
Si/%
Cr/%
Ni/%
P/%
S/%
Q235-B
0.12-0.20
0.30-0.70
≤3.00
/
≤0.045
力学性能
бs/MPa
бb/MPa
δ5/%
ψ/%
Akv
≥235
≥26
≥27(-30、0、30℃)
6.2、低碳钢的焊接性
选用Q235-B碳素钢。
原因:
压力容器用碳素钢一般是含S、P杂质少,塑性好,焊接性优异,抗冷脆性高,时效倾向小的镇静钢。
供应方便,价格低廉。
6.3、低碳钢的焊接工艺要点
低碳钢焊接一般不需要采用特有的工艺措施,但若在寒冷冬季施焊时,焊接接头冷却速度较快,裂纹倾向增大,尤其焊接厚板角焊缝、厚板多层焊角焊缝或对接多层焊中第一道及最后一层,开裂倾向就更大。
因此为避免裂纹的产生可采取如下措施:
⑴、如需要预热,焊前要预热,同时焊时保持层间温度。
⑵、采用低氢焊接材料。
⑶、厚板单层角焊缝不得过小,表面缺陷的补焊应有正常焊缝尺寸,长度不得过短。
⑷、适当增加定位焊的截面和长度。
定位焊时要加大焊接电流,降低焊速,必要时还要预热。
⑸、焊接要连续,尽量避免中断,尤其多层焊应尽量连续焊完最后一层。
⑹、焊后适当注意缓冷,一般不需要消除应力回火。
6.4、焊接方法选择及对应坡口形式
一、筒体纵缝与环缝焊接工艺
1、筒体纵缝的焊接
(1)焊前准备
1)焊接方法与焊接材料的选择
根据筒体采用Q235-B,所以选择埋弧焊和焊条电弧焊。
焊接材料分别采用H08A焊丝和HJ430的焊剂、J422即E4303焊条
2)坡口型式
如图所示,开带钝边的V型坡口。
留2mm间隙。
3)准备衬垫,为单面焊双面成型做好准备。
4)清理坡口及边缘的杂质,包括油锈水等。
5)采用焊条电弧焊进行定位焊。
定位焊采用马板的形式,在坡口内不能出现定位焊焊缝。
(2)焊接工艺
1)打底层
采用焊条电弧焊反面不加衬垫,采用J422,Φ3.2的焊条,如果采用连弧法,焊接电流选择115-125A,如果采用断弧法焊接电流选择105-115A.运条方法采用锯齿形。
焊条在坡口两侧多做停留。
运条频率为每分钟50-55次为最佳。
2)盖面层
采用埋弧焊,可以采用500A的焊接电流,电弧电压35-40V.采用H08A焊丝和HJ430的焊剂。
2.筒体环缝的焊接
(1)焊前准备
1)将筒体纵缝焊接结束以后,将筒体与封头接缝处开坡口,坡口型式如图所示。
2)采用焊条电弧焊将筒体与封头装配并且定位焊,焊条采用J422,定位焊焊接在
坡口背面。
3)清除坡口附近的杂质,包括油锈水等。
(2)焊接过程
最佳方法是埋弧焊,也可以将筒体放置在转台上,焊缝置于平焊的位置,采用FAB法,即焊剂石棉衬垫法。
特别注意安装衬垫时,将双面胶带贴在焊缝反面,
在间隙内铺设少量铁粉,在焊接时生成熔渣,对熔池形成承托的作用。
焊丝为H08A,焊丝直径为¢4,焊剂是HJ430.铁粉牌号是RR-2。
焊接电流为400A,电弧电压为34V.焊接速度是36m/h。
2)盖面层:
采用埋弧焊,焊接电流与电弧电压都可以增加。
焊接电流增加到450A,电弧电压
34-36V,焊接速度为34.5m/h.电源采用交流。
焊条电弧焊:
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