卧式压缩空气储气包结构及焊接工艺设计Word下载.docx
《卧式压缩空气储气包结构及焊接工艺设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卧式压缩空气储气包结构及焊接工艺设计Word下载.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
从单一材料向复合材料变化。
新材料的连接对焊接技术提出了更高的要求。
另一方面，基于计算机技术的先进制造技术如计算机辅助焊接（CAM）、焊接机器人、计算机集成制造系统（CIMS）等蓬勃发展，正从信息化、集成化、系统化、柔性化等几个方面改变着焊接技术的生产面貌。
压力容器广泛应用于石油、化工、锅炉等各工业部门，是国民经济生产中重要的特种设备。
焊接质量和机械自动化水平对于压力容器乃至整个焊接行业都具有十分重要的意义。
压力容器是承受内外压力的设备，具有多种结构形式，基本组成由壳体、封头、法兰、接管、支座等构成，这些部件均需要通过焊接组装成为一个整体。
因此，焊接过程是压力容器生产制造过程中的核心内容。
压力容器最常见到的接头形式为对接接头、角接接头和搭接接头，其焊缝形式有对接焊缝、角焊缝和组合焊缝三种。
目前，国内外石油化工行业广泛使用的大型立式油罐，其主要焊缝均不同程度采用了自动焊接技术罐底、罐壁环向焊缝和罐壁下节点大脚焊缝主要采用埋弧焊自动焊接技术，罐壁纵向焊缝主要采用气电立焊技术。
早在20世纪70年代国外就开始研究球罐全位置自动焊技术，目前美国、日本等工业发达国家在球罐全位置自动焊中相继应用了药芯焊丝自保护焊及MIG焊等方法。
国内曾于加世纪80年代就MIG焊用于球罐全位置自动焊进行过试验研究，但未能达到实际应用水平。
通过引进和开发研究，目前我国球罐压力容器的施工已经逐渐向自动焊方向发展。
大型球罐横缝自动焊机的研究，已成功应用于厚度30mm以上的浮顶式球罐的横缝焊接。
通用型自动弧焊机的发展，在压力容器行业可以应用于环缝等焊接。
对于50000m3的立式储罐采用CO2气体保护焊机和埋弧自动焊机相结合的方式．能够降低生产成本，提高劳动效率，具有良好的应用前景。
焊接过程已成为现代工业生产中的一种重要的金属加工工艺，直接制约着其它各个行业的发展。
二、主要技术指标
储气包压力：
0.8MPa，外径1200mm，总长2800mm，壁厚10mm，材料Q235，单间小批量生产，水压试验压力：
120×
104Pa，卧式安装，安装总高度1800mm
三、结构工艺性分析，确定装焊方法
封头制造——筒体制造——基座制造——筒体与封头装配焊接——罐体与附件装配焊接——罐体与基座的装配焊接
装焊方法：
随装随焊
四、母材焊接性分析
Q235属于低碳钢，由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织，这种钢材的塑性和冲击韧性优良，焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。
但在少数情况下，焊接时也会出现困难：
（1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。
（2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。
（3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。
如某厂采用酸性焊条焊接Q235-A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。
（4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。
如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。
总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。
五、储气包的结构形式设计
（一）封头制造
1.下料尺寸计算
（1）标准椭圆封头的选取
以外径为公称直径查JB／T4746-2002选取标准椭圆封头，由封头设计直径为D=1200mm，查JB/T4746-2002知:
H=325mm
根据公式
D0=1200mm,H=325mm
得出：
h=25mm
选取的标准椭圆封头如图1：
图1
其参数见表1：
表1
直径D0
厚度δn
高度H
高度h
质量m
容积V
1200mm
10mm
325mm
25mm
128.3kg
0.2545m3
（2）封头毛坯尺寸计算
D1=1.2×
（Dg+δ）+2.5h
（1180+10）+2.5×
25=1490.5mm
钢板预留出20mm加工余量，则封头毛坯直径为：
D=Di+△=1490.5+20=1510.5mm
根据D1查《实用钢铁材料手册》表6-1，选取钢板规格为：
2400×
4000钢板一块
2.封头加工工艺过程
原材料检验——划线——下料——拼板坡口加工——拼板装焊——加热——压制成形——二次划线——封头余量切割——热处理——检验——装配成形
（1）原材料检验
a材料入库要有材质证明书，要有符合规定的材料标记符号。
要对材料的数量和几何尺寸进行检验复核。
对材料的表面质量进行检查验收（如表面光洁情况、生锈腐蚀情况、变形情况和表面机械损伤情况等）。
b根据有关规定，对材料进行化学成分复验。
c对母材进行力学性能复验，包括拉伸试验、弯曲试验、脆性试验、断裂试验、蠕变试验等。
（2）放样、划线
按照计算出的封头毛坯尺寸，在放样台上用1:
1的比例尺寸，画出封头的图形和平面展开尺寸。
图2
（3）下料
封头切割下料采用火焰切割，气割机型号为：
FG-4000
表2
切割最大厚度
切割最大直径
切割速度
升降速度
升降最大距离
进给速度
回转速度
回转角
100
4000
50～780
2800
1500
1200
45
（4）压制成形
母材厚度10mm，采用冷冲压成形，选用液压机型号为：
125T油压机。
其具体参数为：
表3
工作行程
垂直速度
空程速度
回程速度
工作台尺寸
使用介质
200
10
80
120
3000x2900
20号机油
（5）二次划线
压制成形后测量尺寸，根据测量到的实际尺寸再次划线，二次划线的尺寸依据选取的标准椭圆封头相关参数进行划线。
（6）封头余量切割
采用气割的方法切除封头余量，然后采用坡口加工机将边缘加工为Y形坡口。
（7）热处理
Q235的塑性和冲击韧性优良，焊接时，一般不需预先热处理。
（8）检验
对封头的几何尺寸进行检验，必须达到所选取的标准椭圆封头的相关参数。
（二）筒节制造
筒节长度L1=L-2H（L为罐体总长度，H为封头高度）
L1=2800-2×
325=2150mm
筒节展开圆周长度C=πDP=π（Dg+δ）
C=π（1180+10）≈3738.495mm
钢板需要预留出30mm的加工余量，因此所需钢板规格为：
2180×
3768.495mm，查《实用钢铁材料手册》表6-1，选取钢板规格为：
40000mm钢板一块。
2.筒节加工工艺过程
原材料检验——划线——下料——边缘加工——卷制——纵缝装配——纵缝焊接——矫圆——检验——孔洞切割
按照计算出的筒节毛坯尺寸，在放样台上用1:
1的比例尺寸，画出筒节的图形和平面展开尺寸，包括下料尺寸线、孔洞中心线。
图3
钢板采用火焰切割下料，火焰切割后用刨边机将每边刨掉5mm，以消除割口组织的变化对焊接接头质量的影响。
（4）边缘加工
采用坡口加工机对下料后钢板每条边进行加工，加工为Y形坡口。
加工完成后钢板尺寸如图4所示：
图4
（5）卷制
钢板在常温下弯曲加工时，其曲率半径不应小于某一最小规定允许值，若超过规定值，超过材料常温下塑性变形能力，则应进行热弯。
通常根据规定D/s>
40，可进行冷弯；
D/s<
40，则必须热弯（D为圆筒的直径，s为板厚）。
本产品D/s=1200/10=120>
40，可以冷弯。
卷板机采用对称三辊卷板机。
三辊卷板机工作原理示意图5
1.上辊2.下辊3.板料
对称式三辊卷板机弯卷钢板时，钢板两端各有一平直段无法弯卷。
为使钢板都能弯曲成同一曲率，在卷板前要先将其两端弯曲成所需要的曲率。
A预弯在压力机上用通用模具进行多次预弯成形。
B对中对中的目的是使工件的素线与轴辊轴线平行，防止产生扭斜，保证辊弯后工件几何形状准确。
此次卷板采用倾斜进料对中法。
倾斜进料对中法图6
C辊弯钢板对中后，即可用上辊压住板料并使之产生一定弯曲，开动机床进行滚卷。
每滚卷一个行程，便适当下调上辊一次，这样经过多次滚卷就可将板料弯曲成所要求的曲率。
调整上辊的次数和每次调节量的大小，可依下述原则来确定：
a冷卷时不得超过材料允许的最大变形率。
b板料不致打滑，且不超过设备的额定功率。
在滚卷过程中还应注意随时用卡样板测量，看是否达到曲率要求，不可过卷量太多，因过卷比曲率不足难以修正，且易使金属性能变坏，但冷卷时，考虑到回弹的影响，必须施加一定的过卷量。
当卷制达到要求曲率时，还应在此曲率下多卷几次，以使其变形均匀和释放内应力，减少回弹。
（6）纵缝装配
将筒体放置在滚轮架上，在焊缝纵向上平均分布三个螺旋拉紧器，旋紧螺旋拉紧器，使焊缝两边挨紧，坡口间隙为0mm。
具体位置如下图所示：
图7
（7）纵缝焊接
①焊前清理
焊接前接头清洁要求在坡口两侧30mm范围内影响焊缝质量的毛刺、油污、水锈脏物、氧化皮必须清洁干净。
②坡口形状与尺寸
纵焊缝选用Y坡口，坡口角度为60°
，钝边高度为2mm，坡口间隙为0mm，无垫板。
图8
③纵缝点固焊
A焊接方法：
手工焊条电弧焊
B焊接工艺参数：
表4
焊接电流
焊条型号
焊条直径
焊接速度
焊机型号
230A
E4315
5mm
80mm/min
BX3-500
C定位焊焊缝长度与间距：
定位焊焊缝长度30mm，焊缝间距为150mm
D焊接工艺装备：
滚轮架
④纵缝对接焊
自动CO2气体保护焊
表5
焊接电压
焊剂牌号
焊丝牌号
焊丝直径
350A
35V
HJ401
H08A
1.2mm
25m/h
气体流量
20L/min
YM-355KEV
C焊接工艺装备：
滚轮架、悬臂式焊接操作机
（8）矫圆
当圆筒形工件进行点装和纵缝焊接之后，还要进行矫圆。
矫圆多是在卷板机上进行的。
矫圆大致可按以下三个步骤：
①工件放入卷板机上辊之后，首先根据经验，将上辊调至所需要的最大矫正曲率的位置进行加载。
②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。
③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。
（9）检验
①复检尺寸
当筒体矫圆完成之后，对筒体的各个尺寸进行复检，需要满足设计参数，具体尺寸如图9所示：
图9
②无损检测
焊缝100%X射线探伤达到GB/T3323-2005标准II级为合格品。
焊缝需进行超声波检验，达到JB/1152—81《钢制压力容器对焊缝超声波探伤》标准II级合格。
（10）孔洞切割
按照划出的孔洞位置线，用火焰切割进行孔洞切割，具体尺寸依据所选附件中各个法兰接管的外径尺寸，切割时预留出15mm的修边余量，切割完成后用角磨机修整孔，并手工加工坡口。
六、附件选用
（一）人孔的选择
查HG/T21517-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》选用标准凹凸面法兰，材料为Q235A,其明细尺寸见表6：
表6
密封面形式
凹凸面MFM
D1
525
b1
27
螺栓、螺母
数量
16
公称压力PN
1.6MPa
A
320
b2
32
螺栓尺寸
M27×
105
公称直径DN
400
B
150
H1
230
螺柱
螺母
dw×
S
426×
8
L
H2
107
螺柱尺寸
135
D
580
b
d
24
总质量
133Kg
图10
（二）接管、法兰、螺栓（柱）选择
1.钢管、管法兰的选择
（1）管法兰的选择
空气储气包应设有排污孔、出液孔、进液孔、人孔、温度计口、压力表口、安全阀口，如图11所示：
图11
图12
查HG/T21528-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》中表8.23-3PN带劲对焊钢制管法兰，选取各管口公称尺寸，查的各法兰尺寸。
查HG/T21528-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》中附录D中表D-5，得各法兰质量。
查HG/T21528-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》中表3.2.2，法兰的密封均采用M（凸面密封）。
所有法兰材料均采用Q235A。
表7
序号
名称
钢管外径法兰焊端外径
法兰外径D
螺栓孔中心圆直径K
螺栓孔直径L
螺栓孔数量n（个）
螺栓Th
法兰厚度C
法兰颈
法兰高度
法兰质量kg
N
R
a
排污口
80B
89
160
18
M16
5
12
58
5.0
出气口
c
进气口
人孔
-
e
温度计口
20B
25
75
14
4
M12
40
6
1.0
f
压力表口
g
安全阀口
（2）钢管的选择
根据所选管法兰的外径尺寸查《实用钢铁材料手册》表7-1选择无缝钢管为：
表8
外径
壁厚
长度
材料
95mm
6mm
100mm
Q235
30mm
2
（3）钢管与管法兰焊接
①焊前准备
所有的接头都为角接接头，坡口选用带钝边的I形坡口，坡口间隙为0.
③点固焊
表9
焊缝长度
焊缝间距
100A
3.2mm
④焊接
表10
120mm/min
图13
⑤无损检测
2.螺栓（螺柱）的选择
查HG/T20613-2009《钢制管法兰用紧固件》中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸：
螺栓及垫片表11
紧固件用平垫圈mm
公称直径
螺纹
螺柱长
H
92
17
30
3
20
13
2.5
七、基座结构设计及制造
（一）基座设计
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,板厚均为10mm。
参照JB/T4712.1-2007进行基座设计，具体结构和尺寸如下图所示：
根据结构尺寸，查《实用钢铁材料手册》表6-1，选取钢板规格为：
1000×
6000钢板一块。
图14
（二）基座制造
1.下料尺寸
按照图15到图19中各个部件尺寸，所有尺寸想外偏置30mm。
2.基座加工工艺过程
原材料检验——划线——下料——边缘加工——垫板成型加工——焊接——检验
1的比例尺寸，画出封头的图形和平面展开尺寸，包括下料尺寸线、孔洞中心线。
腹板图15筋板图16
底板图17筋板图18
垫板图19
图20
钢板采用火焰切割下料，每边预留出20mm的余量。
（4）边缘加工
火焰切割后用刨边机修整每条边，使其达到设计尺寸。
（5）垫板成型加工
垫板的卷制工艺与筒体的卷制工艺相同。
（6）焊接
所有的接头都为角接接头，坡口选用带钝边的单边V形坡口，具体尺寸如图20所示：
图21
表12
表13
（7）检验
焊接完成后对基座各几何尺寸进行检验，使其达到设计标准。
八、总装焊接
（一）筒体与封头装配焊接
1.筒体与封头的装配
筒体与封头放在滚轮架上，采用卧装的方法进项装配。
2.筒体与封头焊接
纵焊缝选用Y形坡口，坡口角度为60°
图22
③第一条环缝点固焊
表14
④第一条环缝对接焊
自动CO2气体保护焊（先焊内环缝，再焊外环缝）
表15
⑤第二条环缝点固焊
焊接工艺及参数与第一条环缝相同。
⑥第二条环缝对接焊（先焊内环缝，再焊外环缝）
A.内环缝焊接
a焊接方法：
手工焊条电弧焊（进入筒体内部焊接）
b焊接工艺装备：
c焊接工艺参数：
表16
120mm
B.外环缝焊接
b焊接工艺参数：
表17
升级会员 