液化气瓶焊接chen.docx

1、液化气瓶焊接chen前言焊接也是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业。焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构。现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着大型、高容量、高参数、耐磨、耐蚀、耐低温、耐动载的方向发展，这就是不仅需要为焊接生产提供质量更高、性能更好的各种焊机、焊接材料和焊接工艺，而且要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量、改善焊工劳动条件、提高生产率、促进文明生产的目的。本次液化气瓶焊接装置机械部分设计涉

2、及多种焊接相关知识,包括焊接结构、焊接材料,焊接方法及焊接工艺制定等各方面内容.其中还附有设计的结构图和总装图.本次设计理论和实践结合极为紧密。对专业的学习和以后的工作打下了良好的基础。在设计过程中参阅有关同类资料、书籍和网络资料，并得到老师的指导和帮助，在此致以深深的谢意！目录前言一、民用液化气瓶焊接结构设计简介3二、材料的焊接性分析4三、液化气瓶材料的选择5四、确定焊缝的位置9五、焊接接头形式的设计10六、焊接方法的比较与选择13七、焊接材料的选择15八、焊接参数的计算和确定16九、结构设计的工艺过程18十、焊接设备的选择19十一、焊接电机的选择19十二、机械部分加紧气缸的选择22十三、课

3、程设计总结28十四、参考文献.29一、 民用液化气瓶焊接结构设计简介民用液化气瓶是盛装易燃易爆品的二类压力容器。使用特别方便，所以在社会中应用范围非常广泛，大量应用于居民生活中，主要是是用来做饭用。液化石油气很容易发生爆炸，所以当液化气瓶出现泄露、腐蚀等质量隐患时会给居民的生命财产带来很严重的安全隐患。 1、 液化气瓶的结构组成及制造关键点1、组成： 主要有筒体（瓶体）、封头及附件等组成，其中筒体、封头是液化气瓶制造的关键部分。（1） 制造关键点 1）封头 圆形封头的材料为整块钢板，在油压机上用凸凹模一次热压成形。 2）筒体 本次筒体有一个筒节拼接而成，筒节采用半自动切割下料，下料前先划线。筒

4、体在三辊卷板机上冷卷而成，筒节的坡口加工见下面的坡口设计部分。 2、容器的简介及设计要求（1）结构名称：液化气瓶（2）壁厚：6mm（3）设计压力：10Mpa（4）生产类型：大量生产3、焊接工艺流程液化气瓶的冲压及装焊等工艺过程依次为：落料拉深再结晶退火冲孔除锈装焊衬环，瓶嘴装配上下封头除锈焊接主 环缝正火水压试验气密试验二、材料的焊接性分析在压力容器用钢的化学成分中，碳、硫和磷等元素对钢的焊接性十分有害，应将其含量控制在最低的限度一下。锰、硅、镍和钼等合金元素，在一定的范围内对钢材的焊接性起有利的作用。当其含量超过容许的范围时，则起相反的作用。有关金属元素含量的适用范围如下： （C）0.03%

5、0.11%; (Si)0.05%1.2% (Mn)0.2%1.16% ; (Ni)o.05%f1.04% (Mo)1.2%; (S)0.006%0.110% (P)0.004%0.170% 三、液化气瓶材料的选择液化气瓶是一种全焊结构，且运行条件苛刻，制造工艺复杂。液化气瓶一旦开裂，后果极其严重，不但造成巨大的经济损失，而且可能遭受人身伤亡灾难。因此液化气瓶的运行必须安全可靠。毋庸置疑，液化气瓶工作的可靠性首先以选用刚才有着密切的关系。我国和世界各工业国的压力容器设计制造法规，以及相应的材料标准都对压力容器用钢的性能做出了严格而明确的规定。液化气瓶压力容器材料作为 一种受压部件的结构材料，应具

6、有足够的力学性能，包括抗拉强度、塑性和韧性。其次，压力容器在制造过程中，必须经过各种成形加工。因此，所用材料应具有良好的冷成形加工和热成形性能。此外，压力容器用钢还应具有良好的焊接性、耐蚀性、抗氢能力以及适应各种热处理的特性。由此可见，为确保压力容器长期安全可靠的运行，必须从材料着手，选用优质的符合法规和规程要求的刚材制造液化气瓶压力容器。1、 民用液化气瓶材料的性能要求（1） 对强度性能的要求钢材的强度一般是采用拉伸试验测定的，故又称抗拉强度。随着工业化发展，液化气瓶的工作压力越来越高，对某些大型高压和超高压容器，壳壁厚度可能增加到无法生产和加工的程度。因此采用屈强比较高的低合金高强钢已成为

7、当今容器制造中的必然趋势，目前，我国现行钢制压力容器标准已容许采用抗拉强度达610Mpa的低合金高强钢。（2） 对塑性的要求压力容器的主要部件，如封头，筒体等，都采用冷热冲压，卷制和弯曲加工成形，要求刚才具有较好的塑性。按现行压力容器用钢标准的规定，用于压力容器的碳钢和低合金高强钢，其最低伸长率不得小于17%，而20R优质压力容器钢标准滚定的最低断后伸长率为25%。（3） 对冲击韧度的要求从材料角度来讲，钢材的缺口冲击韧度愈高，焊接结构抗脆断的能力愈高。为确保压力容器的安全运行，对压力容器用钢的缺口冲击韧度提出了较高的要求。按现行GB 6654-1996压力容器用钢板标准，20R和16MnR钢

8、的常温V形缺口试样冲击吸收功应不小于31J，15MnVNR和18MnMoNbR等低合金高强钢常温V形缺口冲击吸收功不得小于34J。（4） 对变形性能的要求 压力容器各部件在制造过程中需经过较复杂的加工工艺，如冷弯、冷卷、冷校、冷冲、热冲压和热卷成形等，这就要求压力容器用钢具有良好的变形性能。按GB6654-1996压力容器用钢板标准的规定，压力容器用钢的合格标准是冷弯角为180度，弯芯轴的直径按钢板的厚度和强度等级可分为d=2a和d=3a（a为钢板的厚度）。压力容器部件如冷变形度超过5%，则应在进行下道工序之前作一次回火处理。如压力容器的工作温度高于350度或冷加工变形后作600650度的回火

9、处理，则可全部或部分消除应变时效倾向。（5） 对耐蚀性的要求1） 氢腐蚀 在加氢炼油系统的临氢装置中，工作介质内含有大量的氢。在高温高压的作用下，氢会渗过钢的表面向内部扩散并与钢中的碳原子结合成甲烷，产生内压，使钢的表层出现鼓包与晶间裂纹，并使钢材的性能同时变脆。因此，制作这类设备的钢，必须采用耐氢腐蚀的抗氢钢。在钢中加入能与碳结合成稳定化合物的合金元素，如Cr、Mo和V等，可大大提高钢的抗氢能力。2） 介质的电化学腐蚀 在不同浓度的酸碱溶液和其他腐蚀介质的作用下，钢材常发生因电化学反应而引起下列腐蚀现象：全面腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。子啊钢中加入适量的镍、钼、铜、之类的合金元

10、素，可以提高全面腐蚀的能力；若在不锈钢中加入Ti、Nb等稳定化元素，使钢中的碳与合金元素形成稳定的碳化物，阻止了晶间腐蚀；在奥氏体不锈钢中加入铁素体含量能提高抗应力腐蚀的能力。1、 材料的确定 综上所述，在压力容器常用钢中，选择用的最多的低合金高强钢16MnR作为压力容器的瓶体材料，选用低碳钢20R作为瓶颈材料。由于16MnR钢的强度比普通低碳钢高100150MPa，塑性也好，用来制作容器壳体可大大减薄壁厚。由于16MnR的含碳量在0.2%一下，薄板和中厚板（20mm以下）的焊接性与普通碳钢相差不多，而液化气瓶的瓶颈部位受压较小，强度要求低，故可用16MnR和20R两种材料焊制出质量符合要求的

11、液化气瓶压力容器。四、确定焊缝位置有两种方案可供选择焊接位置图有两种方案可供选择 在图 a）方案中，将筒体布置成两条环形焊缝和一条轴向直焊缝且均为对接 焊缝。在此方案上下封头拉深变形较小，容易成形，但焊缝多，焊接工作量大， 且轴向焊缝处于拉应力最高位置，则瓶体受到破坏的可能性很大。 图 b）方案中，则仅在中部设有一条环缝，由于径向拉应力一般为轴向拉应 力的 2 倍，若去掉了轴向拉应力则完全可避免方案 a）的缺点，因此对这种瓶体 尺寸不大的焊接件，可优先选用方案 a）的焊缝位置比较合理。五、焊接接头形式的设计在压力容器中，焊接接头的主要形式有对接接头、角接接头和搭接接头。在不锈钢衬里容器中海油塞

12、接接头。筒体与封头等重要受压部件的连接，均采用对接接头。这种接头的强度可以达到与母材相等，受力也比较均匀。角接接头多用于管接头与壳体的连接。搭接接头主要用于非受压部件与受压壳体的连接，如支座、附件与壳体的连接。常用部件间的连接形式：1） 容器的纵焊缝应采用全焊透的双面对接接头（视板厚而定）或单面焊双面成形的对接接头；2） 环焊缝应常用全焊透双面焊对接接头，或沉环的单面焊对接接头；3） 板间的纵焊缝，应采用（开坡口）单面焊对接接头；4） 筒间的环焊缝可采用双面焊对接接头或带衬环的单面焊对接接头。1、 焊接接头的选择（1） 筒体与封头的接头选择液化气瓶是一种密闭整体性容器，因此筒体与封头之间应满足

13、等强度原则，故筒体与封头之间的焊接接头应采用对接接头。（2） 封头与附件的接头选择封头与附件之间往往为一些管板相接，如易熔座、法兰等。所以为达到预期的焊接性能，封头与附件之间通常采用角接接头。 综上知，本次设计过程中，瓶颈、易熔座与瓶体的焊缝应采用角接接头；筒体上的两条环焊缝和一条纵焊缝应采用对接接头形式。2、 坡口的设计本次焊接结构的板厚为6mm，属于薄板或中厚板：V形坡口 I形坡口 U形坡口（1） 若采用I形坡口，如果预留间隙过小，则出现未焊透；预留间隙过大，则容易焊穿；装配间隙要求精确严格，难以控制。（2） 若采用U形坡口，坡口制备困难，成本高。（3） 若采用单面V形坡口，并留有一定角度

14、，焊接过程中金属填充量少，易于焊透。综上所述，制造液化气瓶的过程中，坡口的选择应才采用V形坡口六、焊接方法的比较与选择在压力容器制造中，生产中常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、熔化极气体保护焊、钨极惰性气体保护焊、药芯焊丝电弧焊和等离子弧焊等。拟采用的焊接方法主要根据被焊钢种、接头厚度、焊缝位置和坡口形式以及对接头的质量要求等来选择，同时还应考虑到该种焊接方法的效率和生产成本。CO2气体保护焊的特点：优点：1）成本较低 2）抗锈能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小3）焊接质量好，焊接变形小4）焊后不需要清渣5）采用短路过度技术可以实现全位置焊接缺点：1）焊接过程中金属飞溅严重2）作业环境比

15、较差3）需要有防风措施，氧化形较强4）焊接弧光较强，特别是大电流焊接时，要注意对操作人员防弧光辐射保护比较以上两种方法可知，在液化气瓶大批量生产过程中使用埋弧焊的优势更明显，且利用自动化埋弧焊方法生产的产品可以很大程度上祛除人工可能带来的失误及不稳定的缺点，产品的焊接质量可以得到保证，且生产率比较高。此外，焊缝的位置分布合理，施焊方便，有利于焊后的检验，因此具有良好的工艺性。七、焊接材料的选择 焊接材料的选择依据是所焊焊缝与母材等强度等化学成分。液化气瓶用16MnR为低合金结构钢属于Q345，具有良好的综合力学性能，焊接性能，工艺性能及冲击性能。16MnR低合金结构钢的化学成分钢号CSiMnS

16、P16MnR0.200.20-0.551.2-1.600.0300.035机械性能钢号机械性能16MnRSb（10Mpa）Ss（10Mpa）Ss（10Mpa）%Akv（20摄氏度）16MnR510-6403452130由于Q345钢的冷裂倾向较大，应选用低氢型焊接材料，同时考虑焊接接头应与母材等强的原侧，选用E5015（J507）型电焊条。 由于瓶体在运输和使用过程中需要承受一定的冲击及压力，质量要求较高且为批量生产，因此选用焊接质量稳定，生产率高的埋弧焊。八、焊接参数的计算和确定埋弧焊工艺规范如下焊丝牌号：H08A或H08MnA焊剂：HJ43焊丝直径：（mm）工件厚度与焊条直径关系工件厚度2

17、34781213焊条直径1.62.02.53.23.24.04.05.05.05.8采用直径为4mm的焊丝焊丝超前量：26-28mm焊接电流与焊丝间关系：焊丝直径（mm）23456焊接电流（A）20040035060050080070010008001200所以电流选择600A电弧电压与电流间关系焊接电流（A）520600600700700850850100010001200焊接电压（U）34363638384040424244电弧电压对熔深的影响很小，主要影响熔宽，随着电弧电压的增大，熔宽增大， 而熔深及余高略有减小。为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成形系数，电弧电压应 与焊接电流保持适当的

18、关系。焊接电流增大时，应适应提高电弧电压。故电压选用36v焊接速度: 焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时，熔深、熔宽均减小。 因此，为了保证焊透，提高焊接速度时，应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、 焊速过高时易引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。故选择速度为36m/h电流种类与极性的影响：采用直流正接时，熔敷速度比反接高 30%50%，但 熔深较浅，降低了熔敷金属中母材的百分比，常用于堆焊，或为防止母材熔合比过大 而产生热裂纹。 采用直流反接时，熔深较大，但熔敷速度较低。一般情况下都采用直流反接。九、结构设计的工艺过程、焊前准备（）坡口的加工制备；（）工件的清理与装配；（

19、）焊条烘干与焊丝表面清理；（）焊机的检查与调试。、焊接过程（）易熔座、瓶颈与上封头的装配焊接；（）上封头、筒体与下封头的装配焊接。、焊后处理及检验（）采用热处理工艺对焊缝进行焊后处理；（）采用射线探伤对焊缝进行焊后检验。十、焊接设备的选择根据本课题对埋弧焊机的要求，我们选择用门架式埋弧焊机。其构成由：机头、控制箱、导轨、焊接电源等。焊接设备：1、埋弧自动焊焊接平台 2、埋弧自动焊机 MZ630 输入电源： 三相 380V50HZ 焊接行走小车 埋弧自动焊送丝机构额定输入功率：46KVA 最大输入电流：67A 空载电压：79V 电流调节范围：120A24.8V-630A44V 额定负载持续率：6

20、0 适用焊丝直径：22.53 送丝速度：20755cmmin 焊接速度：15150cmmin十一、焊接电机的选择由焊接速度为V1=36mh 气瓶直径为330mm可得线速度为V2=0.01ms转速为V3=1103.6 转秒我们选用多级齿轮传动连接，传动比为300:1所以电机转速为300V3=2.9转秒选用小型电机中心高 H =(0.080.315)m,定子铁心外径 Di = （0.120.5）m,功率范围在（0.55132）KW 以上，电压为 380 V。 Y（IP44）系列的中心高 H =(0.080.28)m,定子铁心外径 Di = （0.120.445）m，共 11 个机座，功率范围为（0

21、.5590） KW，电压 380V。三相异步电动机的结构和用途（1）固定部分有定子绕组、定子铁心、机壳、端盖、风罩。 定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电产生旋转磁 场的绕组。由三个在空间互隔 120电角度、队称排列的结构完 全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放 在定子各槽内。定子铁心是电机磁路的一部分，并在其上放置定 子绕组。 通常是用轧成厚 0.5 或 0.35 毫米的硅钢片叠成的。机壳是用来支撑定子铁心和电动机端盖。端盖是用来支撑电 动机的转动部分（一般指转子） 风罩保护风叶同时又起到通风的风路作用。（2）转动部分有转子铁心、转子鼠笼、转轴、起动开关、轴承、 风

22、叶。 转子铁心是整个电动机磁路的一部分，一般使用硅钢片 DR510-50，DR280-35。 转子鼠笼起转子绕组的作用转子的导条均由鼠笼的端环所短 路，形成一个多相的电路（如图 2） 。鼠笼的材料一般采用高纯铝 L01L05。转轴是作为支撑转子铁心和传递力矩最不可缺少的结 构部分。轴承主要是连接转动部分与不动部分。风叶主要是冷却 电动机。（3）其他部分有出线盒、铭牌、起动或工作电容器。三相异步电动机转速公式为：n= 60 f1 (1 s ) p从上式可见， 改变供电频率 f、 电动机的极对数 p 及转差率 s 均可太到改变转速的目的。异步电动机的调速主要有三种方法. 1、变极调速 n1 = 6

23、0 f1p ，异步电动机正常运行时，转子转速 n 略低于n1 ，所以，一旦 p 改变， n1 改变，n 也随着改变。十二、机械部分加紧气缸的选择气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成1、气缸筒材料及工艺 气缸筒一般采用圆筒型结构。 缸筒材料一般采用冷拔钢管 （20无缝钢管） 、 铝合金管（2Al2） 、不锈钢管、铜管和工程塑料管。 中小型气缸多用铝合金管和不锈钢管。 要求缸筒材料内表面有一定的硬度，以抵抗活塞运动的磨损。钢管内表面需镀铬珩磨，镀层 厚度 0.02 mm ；铝合金管需经阳极氧化处理，硬质氧化膜厚度 3050 m 。缸筒与活塞动 配合精度 H9，圆柱度公差为（0.020.03

24、）/100，表面粗糙度为 Ra 0.20.8 m .钢桶两 端面对内孔轴线的垂直度公差为 0.050.1 mm .缸筒两端需倒角 15 20 ，以利装配，并 防止密封圈装配时被损坏。 气缸筒应能承受 0.5 倍于最高工作压力条件下的耐压实验，并不得有泄漏。2、缸筒壁厚 缸筒壁厚 可根据薄壁筒的计算公式进行计算：pD2 式中：D缸筒内径（ m ） p 缸筒承受的最大工作压力（ MPa ） 缸筒材料的许用应力（ MPa ）实际缸筒壁厚的取值： 对于一般用途气缸约取计算（按上式计算）值的 7 倍；重型气缸约取计算值的 20 倍，再圆 整到标准管材尺寸。 2、活塞杆材料及工艺 活塞杆是用来传递力的重要

25、零件，要求能承受拉伸、压缩、振动等负载， 表面耐磨并不发生锈蚀。 活塞杆材料一般选用 35钢、45钢。钢材表面需镀硬铬及调制处理，2832HRC，表面抛 光。 2、强度 活塞杆的强度应注意三方面的问题： 、由于活塞杆头部的螺纹易受冲击而遭受 （1） 破坏。 、大多数场合活塞杆承受的是推力负载，必需考虑细长杆的压杆稳定问题。 、 （2） （3） 气缸水平安装时，活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂的问题。 （1） 活塞杆头部的强度 在使用时应检查负载的惯性力， 、 设置负载停止的阻挡装置和缓冲 吸收装置，以消除活塞杆上承受的不合理的作用力。 （2） 、活塞杆相关计算 （a） 、当活塞杆在稳定状态

26、下仅承受轴向载荷时，活塞杆直径 d 按公式 2 计算。d=4F 为根号F 活塞杆上总推力（ N ） 活塞杆材料的许用应力（ N / m2 ） =bnb 为活塞杆材料的抗拉强度；n 为安全系数，一般 n = 2 4 （b） 活塞杆挠度的计算 活塞杆水平伸出时为悬臂梁， 、 其头部因自重下垂产生的挠度按公 式 3 计算= qs 4 8 EI （ q乘以s的四次方） 挠度（ m ） s 活塞杆伸出长度（ m ） E 材料横向弹性模量（ Pa ）I 活塞杆横截面惯性矩（ m 的四次方） ，空心圆杆 I = ( d 4 d04 )64 （d、d0的四次方），实心圆杆 I =d464d 活塞杆直径（ m

27、） d0 空心活塞杆内径（ m ）（c）活塞杆稳定性校核 气缸的活塞行程越长，则活塞杆伸出距离也越长，当活塞杆承受 的轴向推力负载达到某一极限值时，活塞杆（或活塞杆与缸筒一起）就会产生弯曲变形而失 稳。因此，必需进行活塞杆稳定性校核，使受压杆的纵向弯曲变形控制在一定范围内。 活塞杆最大轴向（压）力FFknk式中F 活塞杆可能承受的最大轴向力（ N ）3、活塞 材料及工艺 活塞材料常用铸铝（合金铝）或铸铁，小缸径采用铝合金棒或黄铜。形位 公差如图 1 所示。同轴度和垂直度应根据尺寸大小和精度确定。 2、活塞结构 气缸活塞受气压作用产生推力并在缸筒内活动。在高速运动的场合，活塞有可能撞击缸盖。 因

28、此， 要求活塞具有足够的强度和良好的滑动性能。 对气缸用的活塞应充分重视其滑动性能， 特别是耐磨性和不发生“咬死”现象。 现在的活塞都制成整体型。 采用铝合金或球墨铸铁材料制成整体的活塞， 具有良好的滑动性 和减振耐冲击性能。 一般中型气缸的活塞常采用铝合金材料。几种活塞的结构示意图 3、活塞尺寸 活塞的宽度与采用密封圈的数量、导向环的形式等因素有关。一般活塞宽度 越小， 气缸的总长就越短。 从使用上来讲， 活塞的滑动面小而容易引起早期磨损和咬缸现象。4、导向套 导向套的作用是用作活塞杆往复运动时的导向。因此，同对活塞的要求一样，要求导向套具 有良好的滑动性能，能承受由于活塞杆受重负载时引起的

29、杆弯曲、振动及冲击。在粉尘等杂 物进入活塞杆和导向套之间的缝隙时，希望活塞杆表面不被划伤。 导向套内径尺寸精度一般取 H8，表面粗糙度 Ra 0.4 m5、气缸常用密封 气缸常用的密封元件有 O 形密封圈、 形轴用和孔用密封圈、 QY 无骨架防尘圈。 形组合圈、 ZHM C 形孔用密封圈和 CK 形轴孔防尘组合圈。 常用的密封材料是丁腈橡胶。 1、缸盖和缸筒联接的密封 一般采用 O 形密封圈，安装在缸盖和缸筒配合的沟槽内，构成 静密封。 2、活塞的密封 活塞处有两处地方需密封，一处是活塞与缸筒的动密封；另一处是活塞与 活塞杆联接处的静密封，一般用 O 形密封圈。 O 形密封圈：密封可靠，结构简

30、单，对缸筒内表面粗糙度要求不高，摩擦阻力小。使用寿命 比 QY 形密封圈短。 3、活塞杆的密封 一般在缸盖的沟槽里放置密封圈和防尘圈，保证活塞杆往复运动的密封 和防尘。表 1 为活塞杆的密封、防尘形式。 4、缓冲密封 缓冲密封有两种方法：一种是采用 QY 形密封圈安装在缓冲柱塞上；另一种是 采用 SJM15 系列气缸专用密封圈， 它是用橡胶和一个圆形钢圈硫化成一个整体， 安装在缸盖 上作缓冲密封。 十三、课程设计总结、液化气瓶的焊接结构课程设计是焊接结构生产及装备课程的一个重要环节，通过课程设计的实训学习，不仅巩固了所学的专业知识，也学到了很多新的相关知识。、通过课程设计综合运用焊接结构生产及装备课程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有关焊接方面知识的作用