压力容器结构与制造.docx
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压力容器结构与制造
毕业设计
专业：
焊接技术与自动化
班级学号：
1101-201103020120
学生姓名：
甄家家
指导教师：
刘玉梅
二〇一四年三月
甘肃有色冶金职业技术学院毕业设计
压力容器结构与制造
Designandmanufactureofpressurevessels
专业班级：
焊接1101班
学生姓名：
甄家家
指导教师：
刘玉梅
系别：
机电工程系
2014年3月
摘要
众所周知，压力容器是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
而由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故，因此世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
同样的，对于它的生产要求也不能放松。
焊接作为压力容器生产的主要环节，可谓是重中之重。
本文从压力容器焊接接头设计、压力容器焊接材料的选择及常用的焊接方法等方面简单地介绍了压力容器焊接方面的基础知识。
基于手工电弧焊设备简单、工艺灵活及对各种刚适应性强等特点，手工电弧焊成为压力容器最主要的焊接方法，本文详细的介绍了手工电弧焊在压力容器焊接中的应用及常见的焊接缺陷和预防方法。
关键词：
压力容器，手工电弧焊，石油化工，焊接方法
Abstract
Asisknowntoall,pressurevesselisinthepetroleumchemicalindustry,energyindustry,scientificresearchandmilitaryindustryandsooneverypartofthenationaleconomyplaysanimportantroleoftheequipment.Andbecausethereasons,suchassealing,pressureandmediumeasyexplosion,burningafireandendangerthesafetyofthepersonnel,equipmentandpropertyandenvironmentalpollutionaccident,thereforeitineverycountryintheworldasaimportantinspectionproducts,bythespecializedagenciesdesignatedbythestate,forthesupervisionandinspectioninaccordancewiththelawsandregulationsandstandardsprescribedbythestateandtechnicalinspection.Similarly,foritsproductionrequirementcannotrelax.Weldingasthemainpartofthepressurevesselproduction,isatoppriority.
Thisarticlefromtheweldingjointofpressurevesseldesign,pressurevesselweldingmaterialselectionandcommonlyusedweldingmethod,etc,simplyintroducesthebasicknowledgeofpressurevesselweldingaspect.Basedonmanualelectricarcweldingequipmentissimple,flexibleandjustcharacteristicssuchasstrongadaptabilitytovarious,manualelectricarcweldingtobecomethemainweldingmethodofpressurevessel,thispaperdetailedintroducesthemanualelectricarcweldinginpressurevesselweldingapplicationandcommonweldingdefectsandthepreventionmethod.
Keywords:
pressurevessel,manualelectricarcwelding,petrochemicalindustry,weldingmethod
目录
绪论1
第一章筒体的概况2
1.1化学成分和力学性能2
1.2焊接性分析2
1.3焊接方法与焊接材料3
第二章筒体板的备料工艺4
2.1备料4
2.2材料复验、入库4
2.3钢材的预处理4
2.3.1钢板的矫平5
2.3.2钢板的表面除锈5
第三章筒体板的成形工艺7
3.1一次号料7
3.2一次下料7
3.3筒体板的压形7
3.4二次号料8
3.5二次下料8
3.6板的修形9
第四章工装夹具10
第五章焊接工艺11
5.1施焊环境11
5.2焊前准备11
5.2.1焊接工艺评定11
5.2.2焊条的干燥11
5.2.3预热11
5.3焊接工艺12
5.3.1坡口12
5.3.2纵缝焊接工艺参数14
第六章无损检测17
6.1射线和超声检测17
6.2焊后整体热处理17
结论18
参考文献19
致谢20
绪论
随着现代工业生产的迅猛发展，焊接已成为机械制造等行业中一种越来越重要的加工工艺手段。
目前，焊接已广泛用于能源、石油化工、航空航天、原子能、海洋、交通等重大工程项目，同时亦遍及工业生产的各个领域。
据报道，各工业发达国家用于焊接结构件的钢材占各国全年钢产量的40%～45%，可见焊接技术在工业生产中占有何等重要的地位
随着焊接技术与材料工程技术以及计算机技术的研发与结合，近年来，国内一些典型的焊接结构件产品不断涌现，并呈逐年递增的趋势。
筒体就是其中的典型之一。
目前，虽然我国的筒体制造业发展很快，但总体制造水平偏低，某些加工手段及工艺措施还相对保守。
但是，其基本制造工艺还是比较稳定的，所以筒体的制造技术应该被广泛的应用，并在原基础上有所突破创新。
本次筒体制造工艺设计依据工厂设计图纸和国家相关标准规定进行编制；设计目的是全面了解筒体的制造工艺，使所学到的焊接专业理论知识能够应用到实际生产当中去，并最终完成毕业设计工作。
在设计工作过程中，采取“边设计，边学习，边调研，边改进”的“四边”原则，真正做到理论与实际相结合，力求达到学以致用，并为自己日后参加工作，奠定理论知识基础，积累实际工作经验。
第一章筒体的概况
筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需要由工艺计算确定。
圆柱形筒体（即圆筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。
筒体直径较小（一般小于500mm）时，圆筒可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊缝；直径较大时，可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，在用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。
由于该焊缝的方向和圆筒的纵向（即轴向）平行，因此称为纵向焊缝，简称纵焊缝。
若容器的直径不是很大，一般只有一条纵焊缝；随着容器直径的增大，由于钢板幅面尺寸的限制，可能有两条或两条以上的纵焊缝。
另外，长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头，构成一个封闭的压力空间，也就制成了一台压力容器外壳。
但当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，也就需要先用钢板卷焊成若干段筒体（某一段筒体称为一个筒节），再由两个或两个以上的筒节组焊成所需长度的筒体。
筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝，由于其方向与筒体轴向垂直，因此称为环向焊缝，简称环焊缝。
1.1化学成分和力学性能
壳板采用16MnR低碳低合金钢，其化学成分和力学性能分别见表1和表2。
表116MnR的化学成分∕%
钢号
C
Si
Mn
P
S
16MnR
≤0.20
0.20～0.60
1.20～1.60
≤0.035
≤0.035
表216MnR的力学性能
钢号
板厚∕mm
状态
σS∕MPa
σb∕MPa
δ5∕%
室温冲击功∕（AKV∕J）
16MnR
14～20
正火
≥285
490～620
≥19
≥27（横向）
1.2焊接性分析
根据国际焊接学会（IIW）所采用的碳当量（CE）计算公式：
（1-1）
将16MnR所含化学成分的相应数值代入上式，计算其碳当量。
通过计算得出，16MnR的碳当量CE=0.40%～0.46%。
当CE=0.40%～0.60%，钢的淬硬倾向逐渐增加[8]，所以16MnR属于有淬硬倾向的钢。
但是，当CE不超过0.5%时，淬硬倾向尚不严重，焊接性较好，但随板厚增加需要采取一定的预热措施。
筒体壳板厚为48mm，所以在焊接前，为避免出现裂纹，应对其进行预热，预热温度为120～140℃。
1.3焊接方法与焊接材料
焊接方法为焊条电弧焊。
焊接材料如下：
筒体主体焊接采用E5015焊条，筒体附件焊接采用E4303焊条，关于焊条的具体要求见表3。
表3焊接材料表
母材
焊条∕规格
烘干温度∕时间
筒体板16MnR
E5015∕φ5.0φ4.0
350～380℃∕1h
平台Q235–A
E1.4.4303∕φ4.0
100～150℃∕0.5h
第二章筒体板的备料工艺
2.1备料
根据设计图纸，对每块筒体板用计算机放大样，根据放样后的实样，提出筒体板的备料计划，要求备料筒体板的同时，要考虑到筒体焊接产品的试板用量，需复验的材质要求和安装用胎具用量以及筒体板所需的工艺余量和加工余量等，并且应尽量节省材料。
筒体板的备料除外形尺寸必须准确无误外，同时要求各项技术参数必须写清楚，以便购料。
对于筒体附件的备料，要求各项技术参数，参照技术标准，相关图纸号以及数量等必须明确、清晰。
筒体板毛坯规格见表4。
表4筒体板的毛坯规格
名称
材质
厚度/mm
长度/m
宽度/m
数量
供货状态
板
16MnR
16
6.2
2.00
2
正火
板
16MnR
16
6.2
2.00
2
正火
对于筒体的一些标准附件，如开口销、垫圈等，在选购时，要求购买的数量要多于图纸上的规定数量，以便互换使用和方便维修。
此外，筒体的焊接主要采用焊条电弧焊，所以要求准备足够的E5015焊条，并按要求做好焊前准备及处理。
2.2材料复验、入库
无论是筒体用钢板，外购件以及焊材等必须按图纸及相关技术标准进行原材料的复验或外购件的进厂检验，确保原材料的各项性能指标符合要求后方可使用。
对筒体壳用钢板的具体要求如下：
钢板几何尺寸必须符合计划要求，每块筒体壳板均不得拼接，球壳板的材质为16MnR（化学成分测定和力学性能试验），并要求在正火状态下供货，厚度保证32mm，钢板减薄量不得大于0.25mm，必须符合GB6654－96《压力容器用
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