液化石油气钢瓶的设计.docx

1、液化石油气钢瓶的设计 焊接结构制造工艺及实施课程设计说 明 书系 （部）： 机械工程系 班 级： 焊接3101 序 号： 13 * * * * * 2011 2012学年第 2 学期YSP5液化石油气钢瓶的设计 设计参数：介质：液化石油气；设计压力：1.6Mpa；使用温度：-4060；几何容积12L;钢瓶内径：250；充装量5kg。一、母材机械性能分析母材所用材料为Q235A，是普通碳素结构钢，抗拉强度为375500MPa，不做冲击试验。二、材料化学成分分析Q235A材料的化学成分见下表1。表1 Q235A化学成分钢号化学成分（质量分数）%Q235ACSiMnSP0.22%0.35%1.4%0

2、.050%0.045% 三、零部件组成瓶体焊缝布置有两种方案可供选择，如图1所示。图1a方案共有三条焊缝：二条环缝和一条轴向焊缝。图1b方案只有一条环形焊缝。图1a方案的优点是上、下封头的拉伸变形小，容易成形；缺点是焊缝多，焊接工作量大，同时，筒体上的轴向焊缝处于拉应力最高位置（径向拉应力为轴向拉应力的两倍），破坏的可能性大。图1方案中部有一环缝，完全避免了图1方案的缺点。同时，据工件尺寸，瓶体半部可一次拉伸成形，因此，选用图1方案适宜。图1 本次课程设计为了说明压力容器筒体的制造，仍采用图1a方案，因此主要零部件有底座、封头（上封头、下封头，采用长短轴比值为2的标准椭圆封头）、筒体、瓶阀座、

3、护罩、瓶阀。四、结构分析及制造关键点1.结构分析（1）封头 椭圆形封头压制前的坯料为一个圆形，采用整块钢板，在油压机上，用凸凹模一次热压成形。封头边缘用封头余量切割机进行加工，用等离子弧切割机开I形坡口。（2）筒体 筒节采用半自动切割机下料，下料前先划线。筒节在卷板机上冷卷而成。（3）底座 平底型底座压制前的坯料为一个圆形，采用整块钢板，在油压机上，用凸凹模一次热压形成。底座边缘用封头余量切割机进行加工，用等离子弧切割机开I形坡口。2.制造关键点筒身用钢板冷卷成形，为避免焊缝密集，筒身纵焊缝应相互错开。封头热压成形，与筒身连接处20-30mm的直段以使焊缝避开转角处的应力集中。五、计算封头与筒

4、体坯料展开尺寸材料厚度计算: PhDi So1= 2s Ph =2.6 取3 1.3 由于钢瓶装的液化石油气具有一定的腐蚀性，外加2mm腐蚀厚度，而实际制造时为计算的1.05倍所以筒体厚度So1=51.05=5.25取6mm根据筒厚，封头查表知内径250mm，材料为合金钢时厚度为6mm1.封头坯料展开尺寸及展开图封头采用长短轴比值为2的标准椭圆封头，即a=125mm，b=62.5mm，Dn=250mm，K=0.75，h=25，加工余量s=15 则封头坯料Dp=1.223Dn+2hk+2s=1.2232502250.75215 =373mm其展开图如图2所示。图2 封头坯料展开图技术要求（1）封

5、头的坯料采用整块钢板；（2）封头加工完毕后，应对主要尺寸进行检查合格后才可以与筒体装配焊接。 2.筒体坯料展开尺寸及展开图V总=2V封+V筒V筒=0.012-20.0052 =0.0016 V=R2hh=V/R2=0.016/3.140.1252h=0.326mh=326mmL=2R=23.14125=785 图3 筒体坯料展开图钢瓶高度为476mm，减去护罩高度、两个封头及底座高度即可得筒体高度为326mm。六、钢瓶装配图七、结构制造工艺流程及工艺卡 1.工艺流程 工艺流程图2.工艺卡筒体加工工艺过程卡筒体加工工艺过程卡产品型号部件图号产品名称筒体部件名称工序工序名称工序内容车间工艺装备及设

6、备辅助材料0检验材料应符合国家标准要求的质量证书检验1划线号料、划线，划出400mm135mm试块一副划线2切割下料按划线尺寸切割下料下料等离子弧切割机3刨边按图样要求刨各筒节坡口机加刨边机4成形卷边成形成形卷板机5焊接焊缝和试板组对，除去坡口及其两侧的铁锈、油等；按焊接工艺组焊纵缝和试板焊接自动焊焊丝、焊剂6检验1.纵焊缝外观合格，按GB3323标准进行100射线探伤，达到级合格要求 2.试板符合要求检验射线探伤设备7校形校圆：E4mm成形8焊接按焊接工艺组对环焊缝焊接自动焊焊丝、焊剂9检验环焊缝外观合格，按(GB3323标准进行100射线探伤，达到级合格要求）封头加工工艺过程卡封头加工工艺

7、过程卡产品型号部件图号产品名称封头部件名称工序工序名称工序内容车间工艺装备及设备辅助材料0检验原材料应符合国家标准要求的质量证书检验1划线号料、划线、封头由整块钢板做坯料划线2切割下料按划线尺寸切割下料下料等离子弧切割机3热压成形始压温度一般为10001100，终压温度为850750;压制前先清除表面的杂质和氧化皮;在水压机上用凸凹模一次压制成形成形加热装置,水压机4二次划线号料、划线,划出封头余量划线5封头余量切割用氧气切割割去加工余量,同时加工坡口切割封头余量切割机6热处理热处理消去热压成形时的残余内应力热处理热处理加热炉7检验外观检验,尺寸检验,合格后才与筒体装配检验筒体环缝焊接工艺产品

8、名称筒体产品型号零部件名称上、下封头及筒体母材Q235A规格筒体6mm焊缝位置筒体环缝封头6mm层次焊接方法焊接材料电源及极性电流/A电压/V焊接速度/(m.h-1)牌号规格1埋弧焊焊丝：H08MnA4mm交流450-50029-3140.5焊剂：HJ431 焊接层次：铜衬垫单面焊双面成形坡口角度：0钝边:板厚间隙:23mm 技术要求及说明1.清除坡口两侧内外表面20mm范围的油污 、锈汚、尘土且应露出金属光泽。2.采用铜衬垫单面焊双面成形3. 定位焊焊条选用E5015筒体纵缝焊接工艺产品名称筒体产品型号零部件名称筒体母材Q235A规格6mm焊缝位置筒体纵缝层次焊接方法焊接材料电源及极性电流/

9、A电压/V焊接速度/(m.h-1)牌号规格1埋弧焊焊丝：H08MnA4mm交流450-50029-3140.5焊剂：HJ431 焊接层次：铜衬垫单面焊双面成形坡口角度：0钝边:板厚间隙:23mm 技术要求及说明1.清除坡口两侧内外表面20mm范围的油污 、锈汚、尘土且应露出金属光泽。2.采用铜衬垫单面焊双面成形3. 定位焊焊条选用E5015底座与下封头焊接工艺产品名称底座与下封头产品型号零部件名称底座与下封头母材Q235A规格底座6mm焊缝位置底座与下封头角焊缝焊接封头6mm层次焊接方法焊接材料电源及极性焊接电流/A牌号规格1焊条电弧焊E43153.2mm直流反接1001302焊条电弧焊E43

10、153.2mm直流反接100130 焊接层次：单面焊双面成形坡口角度：30间隙:01mm 技术要求及说明1.清除坡口两侧内外表面20mm范围的油污 、锈汚、尘土且应露出金属光泽。2.采用打底焊单面焊双面成形八、焊接工艺评定为了检验壳体焊缝的力学性能及金相组织，而又不破坏壳体焊缝，通常规定在焊接压力容器的纵缝及环缝时，必须加焊专供检测用的试板。在试板上截取式样进行力学性能与金相组织试验。1.制作试板制作筒体纵焊缝的焊接试板2.力学性能试验通过试板截取试样进行焊缝的力学性能试验，通常包括拉伸试验、弯曲试验和冲击试验，低温容器还进行设计温度下的冲击试验。试样应在外观检查、无损探伤检查合格的试板上截取

11、。试样的长度应垂直与焊缝长度，截取方法应符合GB150附录E的规定。1）拉伸试验2个，拉伸试验的最小抗拉强度不小于图样的规定值2）弯曲试验2个，一个是面弯，一个是背弯。按GB232的规定进行。焊缝中央应对准弯轴中心。3）冲击试样应垂直与焊接方向截取。试样上表面距试板的表面约2mm.试样缺口的轴线应垂直与表面。冲击试验按GB/229标准有关规定进行。4）复验 焊接试板的拉伸、弯曲试验如不合格，允许复验。综上所述，焊接工艺评定完成后，方可进行后续的焊接加工工作，按照筒体加工工艺过程卡，封头加工工艺过程卡，筒体纵缝焊接工艺，筒体环缝焊接工艺，封头与底座焊接工艺总缝焊接工艺的数据等参数可以正确的焊接。

12、在经过焊接后的检验可得到符合要求的压力容器（钢瓶）。 九、总结经过一周的课程设计， 我们在张帅谋老师的领导下，总算能完成了本次的设计任务。从中学会了很多，不仅仅是专业知识，还那些独立自主的能力。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。有人说，世上的事就怕认真二字。确实，做什么，只是认真地去做，踏踏实实，戒躁戒躁，静静地思考，慢慢地进步，真的是天下无难事。这就是我这次课程设计中得到的最大的体会，受益匪浅。十、课程设计参考资料GB150-1998 钢制压力容器JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定焊接手册（1-3卷），机械工程学会焊接学会编焊接结构生产，邓红军主编，北京:机械工业出版社，2004.1实用压力容器焊工读本，孙景荣主编,北京：化学工业出版社，2007.1焊接结构，田锡唐，北京：机械工业出版社，1996.10焊接结构制造工艺及实施，朱小兵、张祥生主编，北京：机械工业出版社