焊接工艺设计说明书 张世锦教材.docx

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焊接工艺设计说明书张世锦教材

1000立方米球罐焊接工艺设计说明书

1.产品情况

球罐一般是用来储存易燃易爆甚至有毒的气体介质，如：

液化天然气、氧气、氮气等。

由于罐内外的压力差很大，一旦发生破裂，后果极其严重。

据我国国内统计,近年发生破坏事故的17座球罐中,有11台与焊接有关。

英国工程保险公司的两项压力容器事故调查统计表明,由于球罐裂纹造成破损和导致破损的约40%～50%。

在这些破坏裂纹中,由焊接组装引起的裂纹占70%～80%。

如日本千叶地区的1000m3球罐的破坏,其原因之一就是焊后错边和角变形过大,形成较强的应力集中,产生微裂纹。

我国吉林省球罐破坏事故发生的原因也是由于焊接冷裂纹所致。

根据大量的统计表明,球罐的破裂多数源于焊接区（焊缝及其热影响区）,因此,焊接质量是球罐建造质量的关键。

球罐的主要由：

球瓣、立柱、拉杆、底盘、梯子等部件组成。

球罐的结构如图1所示。

图11000立方米球罐图

2.焊接设备

（1）产品名称:

 直流手工电弧焊机（见图2）

（2）产品型号:

 ZX7-500S 

（3）产品特点:

使用酸性、碱性、耐热钢等多种焊条

数显电流表，焊接前可精确预置焊接电流

可调节推力电流，保证最佳电弧性能

可调节引弧电流，保证最佳引弧性能

可加长焊接电缆，设有长/短焊接电缆选择开关

图2ZX7-500S型直流电弧焊机

（4）产品特性：

以欧洲IGBT作为功率器件，效率高，比传统焊机节能30%以上。

采用PWM技术，焊接电流稳定：

在冷态和热态下，都能保持恒流。

具有良好的外特性，焊缝成型美观。

设计合理，可靠性强。

长时间整机老化试验表明焊机可靠性高，保证使用寿命长久。

具有智能化保护系统：

在电网电压异常，温度过热，电流过载的情况下，保护系统均能及时报警确保焊机安然无恙 

（5）运用范围：

适用于不锈钢、碳钢、铜、钛等各种板材、管材的高效焊接和封底焊;适用于各种厨房用具、食品及冷冻机器喉管及其它输送管道、汽车修理、机器外设、手工艺及一般制造;广泛选用于薄板制件、管道安装、模具修理、石化行业、建筑装饰工程等。

（6） 性能参数：

额定输入电压:

380V 

输入电源频率:

50Hz 

输入电源相数:

三相 

额定输入功率:

25.7KVA 

最高空载电压:

70V 

焊接电流调节范围:

50-500A 

额定负载持续率:

60% 

控制方式:

IGBT逆变方式 

冷却方式:

强制风冷方式 

外壳防护等级：

IP21

外形尺寸:

640×290×540mm 

重量:

58Kg

（7）产地：

宁波圣路易逆变电焊机制造有限公司

3.焊条选用

本球罐主体焊缝采用J507焊条，规格为Φ3.2mm、Φ4mm。

每批焊条均应有出厂合格证及理化性能、扩散氢含量的合格报告，并经复验合格后方可使用。

4.焊接方式

本球罐全部采用手工电弧焊

5.焊接辅助装置

组装平台：

为了便于现场组装，特设一个组装平台（见图四），平台板用δ＝22mm钢板铺成，其几何尺寸4m×15m，并要求平整，下用枕木或型材支撑，水平度≤4mm，平台承重后应具有足够的刚性，不得弯曲下沉。

6.产品生产的工艺流程

板材切割下料，采用火焰或等离子弧切割

板料成型采用热加工方法

赤道带装配

温带球瓣的装配

南北极带的装配

装配结束

焊前预热

立缝焊接

环缝焊接

焊缝的检验

容器整体消除应力处理

容器水压实验

图3工艺流程图

7.球罐焊接的主要技术参数

表1球罐焊接的主要技术参数

物料名称

LPG

公称容积m3

1000

台数

1

设计工作压力MPa

1.77

设计温度℃

-20~50

内径mm

12300

壳体材质

16MnR

壳体厚度mm

38

球片数量

30

单台重kg

157,654.82

水压试验验压力MPa

2.21

气密试验压力MPa

1.77

8.焊接试板

（1）试板数量:

每台球罐由30块球片组成，由同一制造厂提供。

（2）试板要求：

试板焊接工艺与球壳焊接工艺相同，试板焊缝经外观检查合格后，应进行100%射线探伤，合格标准为JB4730-94规定Ⅱ级，并随同球罐同时进行热处理，然后按GB150-1998附录E进行机械性能检验。

9.施工程序、技术要求

（1）基础验收：

对基础表面几何尺寸的复验，并与业主进行中间交工验收，具体要求见表2.

表2球罐基础的允许公差

序号

检验项目

允差

1

基础中心园直径Db

±6.15mm

2

基础方位

1°

3

相邻支距中心距S

±2mm

4

地脚螺栓与基础中心圆的间距Sa

±2mm

5

地脚螺栓预留孔与基础中心圆的间距Sb

±8mm

6

支柱基础表面的标高

－12.3mm

相邻支柱基础的标高差

4mm

7

单个支柱基础上表面的平面度

5mm

（2）球壳板及附件检查验收：

球罐安装前，应对球罐零部件及资料进行下列复查，并按出厂编号，摆放整齐。

a.零部件出厂合格证；

b.劳动部门监检机构出具的产品监检报告；

c.材料代用审批证明；

d.材料质量证明书及有关的复验报告；

e.钢板、锻件及零部件无损检测报告；

f.球壳板及人孔、接管、支柱的组焊记录；

g.球壳板周边超声检测报告；

h.坡口和焊缝无损检测报告（包括检测部位图）；

i.热压成形试板的检验报告；

j.产品焊接试板试验报告。

（3）外观检查

a.球壳板应有良好的表面质量，不得有裂纹、气泡、结疤、折叠和夹杂等缺陷。

b.球壳板的焊缝坡口表面要平滑，坡口表面不允许有裂纹、分层和夹渣等缺陷存在，平面度应≤1mm。

（4）几何尺寸检查及球壳板检验。

见表3。

表3球壳的检测指标

项目

允许偏差

检测比例

检查方法

曲率（样板与球面间隙）

≤3mm

100%

弦长大于2m样板

坡口角度

±2.5°

100%

焊缝检验尺检查

弦长允差

对角线交叉距离

≤5mm

100%

包角卡具、粉线、钢直尺检查

长度方向

±2.5mm

100%

包角卡尺和钢盘尺检查

宽度方向

±2mm

100%

对角线

±3mm

100%

坡口钝边

±1.5mm

100%

钢直尺检查

壳板厚度

-0.25～+2.05mm

≥20%

测厚仪检查

球壳板周边超探

JB4730-94Ⅲ级

20%

超声波探伤仪

支柱直线度

≤7.9mm

100%

粉线和钢直尺

直柱与底板垂直度

≤2mm

100%

直角尺、钢直尺

（5）组装卡具的布置与方铁的点固

球片检验合格后，进行定位方铁的组焊，组焊前应画出焊接位置。

组装用定位方铁，卡具均应布置于壳板外侧，允许偏差＜±5mm,间距800～1000mm，定位方铁封焊三面，锤力方向的背面不焊，用作吊耳的方铁四周满焊，必须保证焊接牢固可靠，防止吊装过程中，因吊耳脱落造成人员伤亡和球壳板损伤。

（6）支柱管组对

支柱管的组对是球罐组对的关键步骤，应在现场平台上进行，球罐进行组装前焊接完，为保证赤道带组对的几何尺寸，支柱管组对的尺寸应仔细测量，如图4按下列二个方面找正。

图4组装平台

a.用水准仪测出六个点的水平度，以保证1.2.3.4点的水平面与5、6点的水平面的水平，各点水平偏差不大于1mm

b.保证支柱的连接尺寸，以确保赤道带安装尺寸。

首先找出赤道带垂直中心线，支柱中心线，并使其吻合；然后找出赤道板的水平赤道线A.B分别到支柱底板的距离反复测量，调整核对L.AC.BC的尺寸，并使AC等于BC，经质检员检查合格后点焊，并在平台上焊接完毕，焊后再次测量从赤道线到支柱底板的长度L，见图示。

（7）球罐吊装前的各项准备工作完成后，即可进行各带板的吊装，现场的起重设备，选用25吨汽车吊。

具体吊装施工方案流程如图5所示：

图5赤道带为基准的散装法

（8）赤道板吊装：

吊装前应测量基础标高，找平在基础上放好样，标出十字线，点好定位卡，并将下极带板吊放到球罐基础内。

吊装时，先吊第一块带支柱的赤道板，就位后，用3根钢丝绳及花兰螺丝拉紧固定，同样方法进行第二块带支柱的赤道带板的吊装，然后吊装不带支柱的赤道带板插入两个带支柱的赤道板之间，随即用卡具找正固定，依照上述方法直至赤道带闭合。

组对成环后，按技术要求进行检查，调整重点注意调整上、下环口的椭园度和周长，以利于极带的组装，且在支柱下端用水准仪测出各支柱的水准线，以便检查，调整赤道线水平度。

（9）下极带边板、侧板、中板吊装

吊钩从赤道带上环口垂下，利用下极带边板内侧的定位方块作吊点进行吊装，用手拉葫芦进行调整，并利用卡具进行粗略调整，按顺序依次吊装闭合，同理完成下极带侧板及中板的安装。

（10）上极带边板、侧板、中板吊装

在上极带边板外侧焊一固定吊耳，利用外侧两个方块作吊耳，吊起第一块上极带边板就位于赤道带上环口后，用钢管支撑上部，加以调整后，用拖拉绳加以锚固，打紧环缝卡具后摘钩，采用同样方法，依次吊装另外的上极带边板、侧板、中板，并打紧卡具，直至完成全部上极带板的吊装。

（11）焊缝的调整和打底焊

球罐吊装就位后，在施焊前必须借助卡具定位方块，按组装质量要求进行焊道调整，经检查合格后，对焊道进行打底焊。

（12）罐内脚手架搭设

待球罐赤道带，下极带边板、侧板、中板组装完毕后，球罐内搭设脚手架，每层高度宜为1.3m左右，但在环缝处应适合于施焊为宜可适度调整增加高度，每层平台靠球片端平铺三块跳板，并用16#铁丝绑扎牢固，最上层平台用跳板铺满，此层平台距罐顶距离宜为1.8m左右，严禁搭设探头跳板。

每层平台周边距球片距离约为100～150mm。

并挂好安全网。

（13）附件安装

a.与球壳板直接焊接的附件包括楼梯平台等须在热处理前按施工图规定的方位进行安装焊接完毕。

b.支柱拉撑安装，应注意不可拉紧，待水压试验完毕后进行调整。

组装质量检验见表4。

表4球罐支柱安装技术指标

序号

检测项目

允许偏差

备注

1

对口间隙

2±2mm

2

对口错边量

≤3mm

3

棱角度

≤7mm

包括错边量

4

立柱垂直度

≤12mm

5

圆度

焊接前

≤36.9mm

焊接后

≤80mm

6

焊接后角变形

≤10mm

7

人孔及接管开孔位置

≤5mm

8

人孔及接管外伸高度

≤5mm

9

可调试拉杆挠度

\

对称均匀拉紧

9.球壳的焊接

（1）坡口型式：

对接焊缝采用非对称X型坡口，大坡口在外侧，小坡口在内侧。

坡口表面应平滑，局部凹凸应≤1mm，超标者应补焊，打磨并有详细记录，坡口内及其两侧表面20mm内应清除铁锈