400m3球罐制造工艺设计毕业设计.docx
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400m3球罐制造工艺设计毕业设计
400m3球罐制造工艺设计毕业设计
摘要
本次设计中的400m3球罐用于贮存氧气，其球壳板的材质为16MnR，本文对其母材的焊接性做了简要的分析，并在此基础上选择了球罐焊前的预热温度，以及焊接方法和焊接材料。
预热温度为120～140℃，焊接方法为焊条电弧焊，焊条为E5015。
根据工厂的生产经验和相关标准编制了400m3球罐的生产工艺流程。
在整个生产过程中，球壳板的压制成形、球罐的组装与球罐的焊接属于生产中的重点与难点，在本文中都进行了详细的分析和论述。
球壳板成形采取局部成形的方法。
球罐组装分为零部件组装和整体组装两部分，整体组装采用整球组装的方法，须在现场进行。
本文根据球罐上每条焊缝的不同特点，制定了了各条焊缝的具体焊接方法，并选择了焊接工艺参数。
球罐组装、焊接之后，需要进行焊后处理，包括无损检测，焊后热处理，以及耐压试验等，本文也都进行了简要的分析和说明，并介绍了相应的处理方法和注意事项。
关键词：
球罐；成形；组装；焊接
Abstract
Thedesignofthe400m3sphericalcontainerusedforstoreoxygen,itssphericalshellplatematerialis16MnR.Inthispaper,theweldabilityofthebasemetalwasanalysedbriefly,andonthisfoundation,thepreheattemperaturebeforethesphericalcontainerforwelding,theweldingprocess,andtheweldingmaterialwereselected.Thepreheattemperatureis120～140℃,theweldingprocessistheshieldmetalarcwelding,thecoveredelectrodesareE5015.
Theproducetechnologiccourseofthe400m3sphericalcontainerwascompiledaccordingtotheexperienceofthemanufacturingplantandrelatedstandards.Intheentireproductionprocess,thepressofformingsphericalshellplate,theinstallationandweldingofsphericalcontainerbelongtoimportantanddifficultintheproduction.Inthispaper,theywerecarriedoutadetailedanalysisandexposition.
Themethodsofformingthesphericalshellplatewaspartforming.Theinstallationofthesphericalcontainerwasdividedtwoparts,theyarethepartsinstallationandthewholeinstallation,thewholeinstallationuseoftheentireoftheballinstallationmethod,anditshouldbeconductedatthescene.Accordingtothedifferentcharacterofeachweldonthesphericalcontainer,inthispaper,theconcreteweldingprocessofeveryweldwascomplied,andtheweldingprocedureparameterswerechose.
Aftertheinstallationandweldingofthesphericalcontainer,thereneedtoconductprocesswhentheweldingfinished,whichincludenon-destructivetesting,postweldheattreatment,andthepressuretest,andsoon.Inthepaper,theywereconductedabriefanalysisandexposition,andwereintroducedthecorrespondingresolvemethodsandattentionmatters.
Keywords:
sphericalcontainer;forming;installation;welding
引言
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[3]。
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。
球罐就是其中的典型代表之一。
由于石油、化工、石油化工、燃气（天然气、液化石油气）等事业的迅速发展，随之而建造的球罐增长速度很快，1981年我国球罐约1100台，到1985年增加至约1800台，至1993年为3107台，在这12年间平均每年增建约150台，至1996年全国有近5000台球罐，这4年间平均每年建造约400台球罐[16]。
迄今为止，我国现有各种球罐已愈万台。
其中用于储存液化石油气、天然气的球罐占有相当大的比重。
球罐建造的增长速度如此之大，是因为人们越来越认识到使用球罐比圆筒形容器更加合理。
与同容积的圆筒形容器相比，球罐的表面积最小，受力均匀，在相同直径和工作压力下，其所受内应力最小。
同时球罐还具有占地面积小，高度低，底座基础工作量小，所以建造球罐时，可节省钢材，降低成本，因而在各工业领域得到了广泛的应用，在单罐容积大于1000m3仅用材消耗量就比同容积圆筒形容器节省三分之一以上（容积越大越显著），其经济效益显得十分突出。
这是当前市场经济中人们十分关注的问题。
但是，球罐制造较困难，加工费用高。
表现为下料工序较复杂；从冲压到拼装尺寸要求严格；超差变形矫正困难。
此外，球罐直径通常较大，如50m3容积的球罐，直径就达到4.6m,已不适于整体常规运输，须在现场组装焊接，而100m3容积的卧（立）式贮罐，则尚可在制造厂中预制。
球罐现场组装焊接，施工费用高；施焊条件差；装配尺寸与精度难以保证；器壁拘束度较大，会产生较大的残余应力，甚至诱发裂纹；施工质量受风雨、温度和湿度等环境因素的影响[1]。
目前，虽然我国的球罐制造业发展很快，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，所以球罐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。
本次设计中的400m3球罐用于贮存氧气，属于中小型容积的球罐，现在，400m3球罐在国内应用较为广泛，主要用来贮存燃气或是液化石油气。
本次400m3球罐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400m3球罐的制造工艺，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。
1400m3球罐概况
1.1主要技术参数
表1400m3球罐的主要技术参数
内径
9200mm
容积
400m3
介质
氧气
容器类别
Ⅲ
设计压力
3.15MPa
最高工作压力
3.0MPa
试验压力
3.94MPa
设计温度
50℃
工作温度
-19～+50℃
焊缝系数
1.0
腐蚀裕量
1mm
支柱
6根
1.2结构形式
球罐采用混合式3带球壳，分带见图1。
图1混合式3带球罐
1.3球壳板材料
1.3.1化学成分和力学性能
球壳板采用16MnR低碳低合金钢，其化学成分和力学性能分别见表2和表3。
表216MnR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316MnR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
38～60
正火
≥285
490～620
≥19
≥27（横向）
1.3.2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。
400m3球罐的球壳板厚为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℃。
1.4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：
球壳板主体焊接采用E5015焊条，球罐附件焊接采用E4303焊条，关于焊条的具体要求见表4。
表4焊接材料表
母材
焊条∕规格
烘干温度∕时间
球壳板16MnR
E5015∕φ5.0φ4.0
350～380℃∕1h
梯子、平台Q235–A
E4303∕φ4.0
100～150℃∕0.5h
1.5遵守的规范和标准
国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》
GB150－1998《钢制压力容器》
GB12337－1998《钢制球形储罐》
GB50094－1998《球形储罐施工及验收规范》
2400m3球罐生产工艺流程
球罐的生产工艺流程与其它焊接产品的工艺流程大致相同，主要包括：
生产前的准备，金属材料的加工，装配与焊接以及焊后的成品加工四大部分[5]。
在球罐的整个制造过程中，球壳板的成形，球罐的组装以及球罐的焊接三大环节属于生产中的重点与难点。
400m3球罐生产工艺流程见图2。
图2400m3球罐生产工艺流程
3球壳板的备料工艺
3.1备料
根据设计图纸，对每块球壳板用计算机放大样，根据放样后的实样，提出球壳板的备料计划，要求备料球壳板的同时，要考虑到球罐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球壳板所需的工艺余量和加工余量等，并且应尽量节省材料。
球壳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
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