柴油储罐制作工艺.docx

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柴油储罐制作工艺

柴油储罐制作工艺

《标准与规范》课程设计

学院：

机械工程学院

班级:

13焊接一班

姓名：

刘利

指导教师：

杨芙

《标准与规范》课程设计考核表

姓名

刘利

性别

男

学号

A1352129

时间

2015.8.31~2015.11.6（下午13:

30~16:

30）

课程设计内容：

1、掌握使用焊接标准和规范制造压力容器；

2、掌握封头和筒节制造工艺规程；

3、采用CAD绘制产品装配图。

1柴油储罐结构分析

图1柴油储罐结构图

由设计要求以及标准查询设计柴油储罐的结构图如图1所示，储罐卧放,由圆柱形筒体及两端的椭圆形封头构成，具体结构包括法兰等。

设计母材为Q235-B，总长度为8750mm，筒体高2800mm,储罐壁厚12mm,设计压力为常压，设计温度为常温。

其中涉及到的标准如下

HG/T20678-2000《衬里壳设计技术规定》

HG20538-1994焊缝结构

HG20594-1997法兰SO80-1.6RF

HG2060-97垫片20-1.0

GB/T21584-95螺栓M12-Zn.D

HG/T21584-95液位计

GB/T41-2000螺母M12x55-Zn.D

GB/T25198-2010对头EHA2800x12

JB2732-92按座B12800-S

JB/T25198-2010《椭圆形封头》的规定标准

2压力设计标准

盛装液化气体的压力容器设计储存量，应符合下列规定及表

介质为液化气体（含液化石油气）的固定式压力容器设计储存量，应按照下式计算：

--储存量，

--装量系数，一般取0.9，对容器容积经实际测定者，可取大于0.9，但不得大于0.95；

--压力容器的容积，m3；

--设计温度下的饱和液体密度，t/m3。

表1常见介质的涉及压力、腐蚀裕量、单位容积冲装量

介质

设计压力MPa

罐体腐蚀裕量≥mm

单位容积充装量（t/m）

液氧

2.16

2

0.52

液氯

1.62

4

1.20

液态二氧化硫

0.98

4

1.20

丙稀

2.16

1

0.43

丙烷

1.77

1

0.42

石油液化气

50℃饱和蒸汽压大于1.62MPa

2.16

1

0.42

其余情况

1.77

1

0.42

正丁烷

0.79

1

0.51

异丁烷

0.79

1

0.49

丁稀、异丁稀

0.79

1

0.50

丁二稀

0.79

1

0.55

3材料复查标准

3.1成分性能标准

1）使用材料的成分标准,性能标准：

母材Q235B，性能标准其化学成分如表3、力学性能如表4

Q235B性能

Q235B有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于一般机械零件的制造。

主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。

Q235B由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。

它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（σs）为235MPa的碳素结构钢。

②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。

质量等级符号分别为A、B、C、D。

脱氧方法符号：

F表示沸腾钢；b表有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于一般机械零件的制造。

主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。

在国家标准GB700示半镇静钢；Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。

沸腾钢执行标准：

外部标准为：

GB/T709-2006《热轧钢和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，内部标准为：

GB/T3274-2007《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》。

设计压力P≤1.6MPa；

使用温度为0～350℃；

钢板厚度>=20mm

Q235B元素含量

碳C：

≤0.20%硅Si：

≤0.35%

锰Mn：

0.3～0.7%

硫S：

≤0.045%

磷P：

≤0.045%

铬Cr：

允许残余含量≤0.30%

镍Ni：

允许残余含量≤0.30%

铜Cu：

允许残余含量≤0.30%

注：

脱氧方法:

F、b、Z

表3Q235B化学成分

钢种

化学成分

C

Si

Mn

S

F

不大于

0.30-0.70

不大于

不大于

Q235B

0.12-0.20

0.30

0.45

0.045

表2Q235B力学性能

钢种

力学性能

屈服强度

抗拉强度

伸长率

Q235B

MPa

Kg/m㎡

MPa

Kg/m㎡

min

235

24

375-460

38-47

26

4预处理

GB/T8923-1998《涂装前钢材表面处理规范》

4.1矫正标准

钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当，或装卸条件不良及其它原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。

当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成型零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。

所以，划线、下料前应予以矫正。

因此，矫正有关标准规准。

矫正方法：

根据设计要求及钢材的尺寸，对木材应采用整平机进行矫正，整平机按辊数分可分为5轴辊、七轴辊、九轴辊……二十一轴辊。

按相对位置可分为平行式和不平行式，还有成对导向轴的整平机和单列成对导向辊整平机及矫正原理如图2所示：

图2整平机矫正钢板的原理

1、2、3、4工作滚轴，5、7进料导向轴，6出料导向轴。

当板料被送入上下轧辊之间时，1、2、4三轴辊组成一组，使板料向上弯曲，2、3、4三轴辊组成一组，使板料向下弯曲，钢板经多次的超过屈服极限的拉伸弯曲，使原来紧的那些部位被拉伸，与原来松的部位相均衡，即所谓产生了塑性变形，达到矫正钢板的目的。

矫正后对于钢板的局部不平度使用长度为1m平尺检查。

要求：

在任意1㎡范围内，当钢板厚度大于14mm时，见习应小于等于1mm。

对于已矫正好的钢板，应根据规定的技术标准进行检验。

矫正后钢板允许翘曲度如表4所示

表4矫正后钢板允许翘曲度

钢板厚度（mm）

3~5

6~8

9~11

12以上

允许翘曲度（mm/m）

3.0

2.5

2.0

1.5

4.2表面清理

型钢弯曲矢高L/1000不应大于5.0。

对于表面有划痕的板材，在保证其最低厚度的前提下将划痕打磨掉。

由于钢材表面的油污、锈蚀和氧化皮等都会影响产品的质量。

因此，在进行材料划线、下料之前必须先进行表面预处理。

工业生产中常用的机械除锈法包括：

风动或电动砂轮、钢丝刷、喷丸、喷沙等。

其中喷丸是目前工厂应用较多的大面积净化方法之一。

根据《涂装前钢材表面处理规范》GB/T8923-1998所示标准，除锈等级应选用Sa3：

钢板表面无可见的油脂，污垢，氧化皮，铁锈和油漆图层等附着物。

该表面应显示均匀，有金属光泽。

 4.3号料 

根据图纸上的图样或样板在钢板和型钢上划线的过程称为号料。

 号料时，要求把所有结构零件的真实形状、加工要求、装配用线、孔洞等均标记在钢板上面，并用文字和符号注写清楚。

号料的质量直接影响下道工序的质量，必须十分认真。

总体来看，划线和号料大致可以分为以下三部分操作内容和步骤：

放样展开、制作样杆样板、在钢材上进行号料。

号料尺寸公差是反映整个划线工序的最终允许公差，根据GB/T9019-2001，压力容器公称直径标准的规定，长x宽及其他外廓尺寸线为±1mm,超过一米的为L/1000,但不超过3mm;中心线、基准线为±0.5mm;长方形或正方形，其对角线L1-L2之差≤2mm。

应注意的是，放样展开最后获得的尺寸是零件的设计尺寸或者说是零件加工后应得的尺寸，而样板是用来号料的，其外部尺寸应该是零件加工前胚料尺寸，这两者是不一样的。

零件的胚料尺寸是有零件展开尺寸、工艺余量和加工余量三部分组成。

4.4下料 

4.4.1加工余量包括切割余量、刨边余量、收缩余量。

本实验中Q235B板厚12mm。

焊缝横向收缩余量为1.5-1.6mm,纵缝收缩余量为0.2-0.35mm。

加工余量主要包括切割余量，边缘加工余量，气割时会产生一定宽度的焊缝，但是当沿外侧切割时可不考虑工艺余量，切割后尚需进行边缘机械加工，留3mm的加工余量。

4.4.2零件标识号料后标示工程号、零件编号、加工符号、孔的位置等，便于切割及后续工序工作，避免造成混乱。

4.4.3标记移植钢种、厚度、炉批号等移植到下料配套装和余料上。

由于整个下弦杆板厚不一，有的需要坡口，有的薄板不需要开坡口，并有些地方要求全焊透，所以下料时不同。

4.4.4切割主要方法有：

机械剪裁、气体火焰切割和等离子弧切割等。

由于气割设备简单、使用灵活方便；切割速度快、生产效率高；成本低，使用范围广。

因此采用气割下料，如图3所示。

图3气体切割机选用CG1-30小车式半自动切割机

5筒节与封头计算标准

由于筒体尺寸比较小，且设计压力比较小（常压），故可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便，立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏较弱，故选用圆筒形卧式容器。

采用标准椭圆形封头最为合理。

椭圆形封头的型号及尺寸按JB/T4737《椭圆形封头》的规定标准椭圆形封头的长短比为2.封头与筒体一样外Q235B。

5.1椭圆形封头：

（如图4所示）

图4椭圆形封头

Dо=1.19（Di+2S）+2h+σ

Dо为椭圆形封头展开直径

Di为封头内径

s为板厚

h为直边高度

σ为余量（包括切割余量、刨边余量、收缩余量）

Dо=1.19（Di+2S）+2h+σ

即Dо=1.19（2800+2x12）+2x40+20=3460.56

下料用Q235b钢板进行冷压制作，需要采用压力机，需要上模具和下模具。

将管胚放入外模中，上下模合后，在推杆的推动下，管胚沿内模和外模预留的间隙运动而完成成型过程。

其中在选料时要加厚1.2毫米，因为外弧处处于拉伸状态，没有其他部位多余的金属进行补偿，冲压封头后，边缘不整齐，需要二次切割，弧边处的壁厚约减少10%左右。

因此下料前要预留切割余量。

5.2封头的制作规范

钢板焊接时条件

先用焊条电弧焊进行点固焊，焊条用E5015、焊条直径4.0mm、焊接电流I=kd=40x4=160A。

焊点可在钢板焊道上均匀分布，每隔一米焊大约300mm长的焊缝。

节下来要用埋弧焊把钢板拼接完整。

封头拼接完成进行X涉嫌探伤，按JB4730-94标准，Ⅲ级合格。

由拼接标准：

公称直径Dg不大于1800mm时，拼接焊缝不多于2条；

公称直径Dg大于1800mm时，拼接焊缝不多于3条；

每一筒体的纵向焊缝中心线间的弧长应不小于300mm。

相邻筒体的纵向焊缝间互相错开，并且两焊缝中心间的弧长不应小于100mm。

因此，三条拼接焊缝。

5.3成型

成型温度：

冷压，热压温压，热压。

成型温度选择：

当钢板厚度低于圆筒内径的2.5%（需要的压力较大）时，冷卷后通常进行退火处理，以消除冷加工硬化现象。

板厚为12小于圆内径2.5%x2800=70mm，所以冷卷后要进行退火处理。

温度为室温，压制后有回弹，选用模具是应考虑。

温压：

经过正火，正火加回火，调质处理的钢材，宜采用回火温度一下的温成型或冷成型。

本产品易采用冲压成型，冲压过程中弯曲较大的部位会产生收缩，

6筒体卷制

筒体卷制的工序一般为预弯—对中—卷圆—矫圆

6.1预弯

在三辊卷板机卷制时，钢板两端一般应预弯。

预弯在压力机上进行，应采用专用的预弯模具压制，预弯长度应大于三辊卷板机两个下辊中心距尺寸的二分之一，在预弯内，预弯圆弧与检查样板间隙h<=1.0mm.如图5所示。

图5预弯圆弧与检查样板间隙

L:

展开长度

：

封头内径s:

板厚δ：

余量

=3.14×（2800+12）+20

=8849.68mm

对中

当钢板弯好之后，即可将钢板放入卷板机上下辊之间，进行辊卷，但首先注意将钢板放正，也就是对中，其目的是工件的母线要与辊子轴线平行，以防止产生扭斜。

对中常用方法有：

四辊机对中，倾斜进料对中，按辊中槽对中。

本设计选用三辊机对中即可。

卷圆

钢板对中以后，就可以调上下辊压住钢板并使之机床进行滚卷，每滚卷一次行程便适当向下调上辊以卷就可以将钢板弯曲成所需要的曲率。

矫圆

圆筒应封闭表面工件，当进行点装和纵缝焊接之后，一般还要进行一次校圆。

校圆多是在原卷板机上进行。

校圆大致有以下三个步骤：

1）工件放入卷板机上辊之后，首先是根据经验或计算将辊调到所需要的最大矫正曲率位置，进行加载。

2）使工件在矫正曲率下，多次滚卷并着重与焊缝区的滚卷，使整圈曲率均匀一致，并经测量，直至合乎要求为止。

逐渐卸除载荷，并使工件在逐渐减少的载荷下多次滚卷。

注意：

内筒矫圆前，先要将纵缝加强高磨平，并用，砂轮磨光到内筒圆弧度相平齐，然后到卷板机上进行矫圆。

接管和法兰

接管和法兰作用是连接或供人进入容器内部的，是容器的主要组成部分。

接管和壳体之间的焊接接头一般为角接接头或T形接头，但对于连接二者之间的焊缝，如果是壳体上开坡口是，则称为对接焊缝，壳体上不开坡口时称为角接焊缝。

根据HG/T21517-2005《回转盖带颈平焊法兰人孔》，查表，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸如表5所示

表5法兰尺寸明细栏

密封面形式

凹凸面MFR

D

730

b1

43

D0

30

公称压力PNMPa

2.5

D1

660

B2

48

螺柱数量

20

公称直径

500

H2

280

A

405

螺母数量

40

Dwxs

530x12

H2

123

B

200

螺柱尺寸

M33x2x170

d

506

b

44

L

300

总质量Kg

302

7装配

7.1组对在辊轮架上组焊上下封头——筒节——筒节和封头组焊——筒节之间的组焊——裙座与下封头组焊——分段壳体组焊纵缝组对：

组对时坡口间隙、错标量、棱角等应符合规定。

如表6所示

表6组对时坡口间隙、错标量、棱角

项目

壳体

Фxδs

样板弦长

不小于300mmm（直尺）

错边量

纵缝

<=1mm

环缝

δs<10mm,错边量<=1/5δs

δs>=100mm-300mm,错边量<=2mm

δs>30mm,错边量<=2.5mm

楞角（焊前/焊后）

焊前<=1/10δs,焊后<=1+1/10δs，且不大于2.5mm

端面不平度

<=1%Di,且<=2mm

圆度

<=1%Di,且<=2mm

相邻筒节周长偏差

<=1%Di,且<=25mm

壳体直线度

（计入封头、裙座等）

除图纸另有规定外，壳体直线度允差应大于壳体长度的1%，当直立容器壳体长度L超过15m时，其壳体长度允差应不大于0.5L/1000+8mm

直线度

（分段交货的容器）

除图纸另有规定外，任意3m内的筒体直线度允差为3m,当筒体长度L<15m时，直线度应允为L/1000mm,筒体长度L>15m时，直线度允差为0.5L/1000+8mm

组对时严格控制错边，间隙，并保持错边，间隙均匀一致。

组对封头时，保证瓜瓣下口平齐，控制理论拱高，组对间隙均匀2~3mm.

筒体环缝组对：

组对时，纵缝布置按排位板所给出的方位，坡口间隙、错变量、菱角度等应符合规定。

具体如表7所示：

表7坡口间隙、错变量、菱角度

壳体

项目

Фxδs

样板弦长

>=1/6Di,且不小于300mm

错边量

纵缝

<=1mm

环缝

δs<10mm，错边量《=1/5δs

δs>=10-30mm

δs>30mm,错边量<=2.5mm

楞角（焊前/焊后）

焊前<=1/10δs,焊后<=1.5+1/10δs,且不大于3mm

端面不平度

<=1%Di,且<=2mm

圆度

<=1%Di,且<=25（卷制管<=1%Di,且<=5mm

相邻筒节周长偏差

<=6mm

组对时，尽量少用工卡具，确需点焊码铁等工具时，应尽量避免机械损伤。

组对前须找正筒节圆度，对刚性较差的筒节，尽量采用专用撑圆组对夹具，并测量端口周长，根据周长进行修复，调整。

用焊接方法制造的压力容器，其焊接接头系数应按JB4732标准设计时，焊接接头系数取1.0.

8焊接过程

焊缝坡口设计及规范坡口形式如图6所示

由板厚及板材决定的焊缝形状及尺寸如表8中所示

表8焊缝形状及尺寸

母材厚度t

坡口/接头种类

基本符号

横断面示意图

尺寸

适用的焊接方法

焊缝示意图

坡口角α或坡口面角β

间隙b

钝边c

坡口深度h

3

V形坡口

V

40°≤α≤60°  

≤4

≤2

—

3

111

13

141

8

6°≤α≤8°  

—

52✍

图6焊接坡口形式

8.1坡口清洁度 

    严禁在接头间隙中填塞焊条头、铁块等杂物。

施焊前，焊工应检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。

坡口组装间隙超过允许偏差规定时，可在坡口单侧或两侧堆焊、修磨使其符合要求，但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2倍或大于20mm 时，不应用堆焊方法增加构件长度和减小组装间隙； 

焊接坡口可用火焰切割或机械方法加工。

缺棱为1～3mm时，应修磨平整；缺棱超过3mm时，应用直径不超过3.2mm的低氢型焊条补焊，并修磨平整。

当采用机械方法加工坡口时，加工表面不应有台阶； 

8.2焊前准备 

施焊前检查焊缝及邻近20～50mm区域内是否存在影响焊接质量的缺陷存在，对存在的缺陷应通过补焊修磨等方法进行去除，确保焊接质量。

施焊前在焊缝及邻近20～50mm区域用丙酮或酒精等易挥发性溶剂清洗，以去除其表面油脂，污渍、标记、氧化皮的其它杂质。

检查焊机电路接线是否正常，接地是否良好。

4.3焊接过程 

点固焊：

使用焊条电弧焊将工件点焊连接，焊条使用E5015，直径Φ5，焊接电流150A。

每间隔300mm之间一个点固焊，一般点固焊长度为50mm。

填充焊：

采用埋弧自动焊 完成填充，焊丝选用H10Mn2，焊剂选用HJ402-H08A。

焊丝直径Φ3.2，焊接电流350～370（A），焊接电压32～3（V），焊接速度28～30（m/h）。

图7处理间隙条整方式示意图

表9间隙不均匀的调整方法

焊接方法

焊接材料及规格

电源种类

焊接电流/A

焊接速度/V

焊接速度/（cm/min）

手工电弧焊

埋弧焊

E5015/Ф5

H10Mn2/Ф3.2

交流

交流

150

350-370

32-38

28-30

表9为处理间隙不均匀的常用方法。

当下部或水平位置间隙合适而上部间隙大时，可在间隙适合处先点焊一点，然后利用吊车使上部间隙缩小，如图7所示；当中部间隙合适而下部间隙大时，可在间隙合适处先点焊一点，然后用吊车使下部间隙缩小，上部间隙自然扩大，如图7所示。

4.3.1焊缝的焊接 

 经上述措施调整，各焊缝点焊之后。

可进行悬臂式焊接操作机，埋弧自动焊完成焊接。

焊接参数如表6所示。

8.3焊后矫正 

8对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接； 

对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序； 

对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用； 宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中； 

在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下，宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入； 

宜采用反变形法控制角变形； 

对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接的施工方法。

对一般构件可用定位焊固定同时限制变形；对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性； 

9检验 

9.1 力学性能检验 

通过做静负荷试验，来检验钢材的屈服强度，抗拉强度，伸长率，断面伸缩率，硬度，通过动负荷试验来检验钢材的常温冲击，力学性能参见表2。

试样形状、尺寸及试验方法参见GB2649-81、GB2651-81、GB2653-81的规定。

 1.1.4 缺陷检验 

钢材的缺陷主要有表面缺陷和内部缺陷两种。

（1）检验成品钢材的表面缺陷是指检验其是否在运输中受损，出现严重损伤划痕、沙眼、裂纹等，一般为可见的缺陷。

（2）检查所入钢材的内部缺陷是指检查内部是否存在沙眼、气孔、夹渣、

裂纹、麻点、疏松等缺陷。

一般用超声探伤[6]。

9.2焊接性能检验

筒体部分焊缝的无损探伤，A，B类焊接头100%无损检测，射线检测应符合JB/T4730-2005测定中Ⅱ级为合格。

拼接封头的对接封头成型后100%无损检测，射线检测应符合JB/T4730-2005测定中Ⅱ级为合格。

夹套部分焊缝的无损探伤，A，B类焊接接头无损检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，焊缝交叉部位全部检测，射线检测应符合JB/T4730-2005规定中Ⅲ级为合格。

拼接封头的对接接头成型后100%无损检测，射线检测应符合JB/T4730-2005规定中Ⅲ级为合格。

参考文献

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中国标准出版社.1998.

[2]HG/T21517-2005《回转盖带颈平焊法兰人孔》北京[S]：

中国标准出版社.1998

[3]王志文著.化工容器设计[S].北京：

化工工业出版社.2003

[4]张建容.压力容器制造结构控制手册[M].北京建材工业出版

[5]HG5-1580-1985《卧式椭圆形封头储罐标准系列》[S].北京：

中国标准出版社.1985

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