1、設計任務書設計題目：0.5m3的立式壓縮空氣儲罐已知工藝參數如下：介質：空氣設計壓力：0.5MPa使用溫度：0-100幾何容積：0.5 m3規格：600*6*2050設計要求： （1）根據給定條件確定筒體內徑、長度、封頭類型等，然后確定有關參數（容器材料、許用應力、壁厚附加量、焊縫系數等）（2）進行焊接接頭設計，附件設計等。1、設計數據4 2、容器主要元件的設計52.1封頭的設計2.2人孔的選擇2.3接管和法蘭3、強度設計831水壓試驗校核3.2圓筒軸向應力彎矩計算4、 焊接結構分析 1041儲氣罐結構分析4.2零件工藝分析4.3焊縫位置的確定5、 焊接材料與方法選擇115.1母材選擇5.2焊

2、料選擇5.3焊接工藝及技術要求6、焊接工藝工程126.1焊前準備6.2 儲罐的安裝施工順序6.3裝配與焊接6.4質量檢驗、修整處理、外觀檢查6.5 焊縫修補7、焊接工藝參數158、焊接工藝設計心得體會169、參考文獻16 1.設計數據表1-1序號名 稱指 標1設計壓力MPa1.02設計溫度1003最高工作壓力MPa1.04最高工作溫度<1005工作介質壓縮空氣6主要受壓元件的材料Q235-A7焊接接頭系數0.858腐蝕裕度mm2.09全容積0.510規格600*6*2050進出料接管的選擇材料：容器接管一般應采用無縫鋼管，所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼管，采 用無縫鋼管標準GB8163

3、-87。材料為16MnR。結構：接管伸進設備內切成 45 度，可避免物料沿設備內壁流動，減少物料對壁的 磨損與腐蝕。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數、 加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚 不宜小于殼體壁厚的一半，否則，應采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部 分厚度的匹配。不需另行補強的條件：當殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強。 設計壓力小于或等于2.5Mpa。 兩相鄰開孔中心的距離應不小于兩孔直徑之和的2倍。 接管公稱外徑小于或等于89。 接管最小壁厚滿足以下要求。手孔的選擇根據HG/T 21

4、531-2005-1回轉蓋帶頸對焊法蘭手孔，查表3-3，選用凹凸面的法蘭，其明細尺寸見下表：表2-2 手孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面MFMD30023.530公稱壓力PN MPa0.525028螺柱數量8公稱直徑DN250180A385螺母數量16159689.5B175螺柱尺寸M24*120d146.4b28L250總質量kg34.1開孔補強結構： 壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整 體鍛件補強三種。補強圈補強是使用最為廣泛的結構形式，它具有結構簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優點。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補強圈補強形式。2容器主要元件

5、的設計2.1封頭的設計從受力與制造角度分析，球形封頭是最理想的結構形式，但其缺點是深度大，沖壓較困難；而橢圓形封頭深度比半徑小，易于沖壓成型，是目前低壓容器中用的較多的，故采用標準橢圓形封頭，各參數與筒體相同,則封頭的設計厚度也為6mm壓縮空氣氣儲罐應設置排污口，進氣口，出氣口，手孔，壓力表口，安全閥口2.2接管設計1.1進氣管273×6接管采用273×6的無縫鋼管，伸出長度為200mm 。本儲罐的設計壓力為1Mpa,設計溫度為100，板式平焊法蘭可滿足此要求，由于設計壓力為1Mpa，所以選2.5 Mpa等級的板式平焊凸面法蘭。法蘭標記為：DN100-PN2.5 RF1.2

6、 出氣管108×5；采用108×5的無縫鋼管，內伸長度為10mm，鋼管彎制R100mm的圓弧。配用板式平焊凸面法蘭。法蘭標記： DN100-PN2.5 RF1.3 排污管38×3采用Q235A號鋼無縫鋼管，內伸10mm，彎制R100mm的圓弧。配用板式平焊凸面法蘭。 法蘭標記：DN30-PN2.5RF1.4 安全閥接管157×5的無縫鋼管。安全閥尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用，配用板式平焊凸面法蘭。接管伸出筒體外200mm。法蘭為標記：DN150-PN2.5 RF1.5 壓力表接管，采用管螺紋接管。配用凸面螺紋法蘭。法蘭為：DN15-PN2.5 RF

7、2.3接管和法蘭壓縮空氣氣儲罐應設置排污口，進氣口，出氣口，手孔，溫度計口，壓力表口，安全閥口。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表8.2 3-3 PN帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中附錄D中表D-5,得各法蘭的質量。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表3.2.2，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表2-3 選擇工藝接管外伸長度工稱尺寸連接尺寸標準形式用途或名稱200100PN1.6 DN200 HG20592-97RF出氣口200100M161.5 YB231-70RF進氣口15040PN1.6 DN32 HG2059

8、2-97RF安全閥口10025M201.5 YB231-70RF壓力表口200150RF手孔1002531 YB231-70RF排污口壓力容器焊接接頭的分類 A類接頭：圓柱形殼體筒節的縱向對接接頭，球形容器和凸形封頭瓜片之間的對接接頭，球形容器的環向對接接頭，與筒體封頭之間的對接接頭，大直徑焊接三通支管與母管相接的對接接頭。 B類接頭：圓柱形、錐形筒節之間的環向對接接頭，接管與筒節間及其與法蘭相接的環向對接接頭，除球形封頭外的各種凸形封頭與筒身相接的環形接頭。C類接頭：法蘭、平封頭、端蓋、管板與筒身、封頭和接管相連的角接接頭，內凹封頭與筒身間的搭接接頭以及多層包扎容器層板間縱向接頭等。D類管、

9、人孔圈、手孔蓋、加強圈、法蘭與筒身及封 頭相連接的T形或角接接頭。 3.強度設計3.1水壓試驗校核試驗壓力=1.25P=1.250.5=0.625Mpa (3-1) 圓筒的薄275=210.375 MPa即0.9>所以水壓試驗合格。3.2圓筒軸向應力彎矩計算圓筒的平均半徑=/2 +/2=600/2+4/2=302mm (3-3)鞍座反力F=mg/2=13.02kN。 (3-4)1圓筒中間截面上的軸向彎矩如圖3-1：根據JB/T 4731-2005中式7-2，得： = =1.47N (4-5) 2鞍座平面上的軸向彎矩根據JB/T 4731-2005中式7-3，得： =-21700220=-

10、5.25Nmm 4焊接結構分析41儲氣罐結構分析儲氣罐屬于一類壓力容器，它是由鋼制氣瓶(以下簡稱鋼瓶)、多孔性填料、溶劑、溶解乙炔及附件等組成。鋼瓶按照國家勞動部頒布的氣瓶安全監察規程和GBS100 鋼質焊接氣瓶設計、制造和檢驗，在制造過程中對焊接質量的要求很高。根據國家勞動部1993年頒布的儲氣罐安全監察規程及GBl1638-89溶解乙炔氣瓶的規定鋼瓶主體材料必須采用平爐、電爐或氧氣轉爐抬煉的鎮靜鋼，以獲得良好的成形和焊接性能。42 零件工藝分析如零件圖所示，其結構不復雜，是大量生產，體積適中，應選用焊接。焊接制造該零件的過程中，雖然零件結構簡單，在焊接過程中，主要考慮是零件的氧化。上、下封

11、頭拉伸成型后，因開口端變形大，冷變形強化嚴重，加上板材纖維組織的影響，在殘余應力作用下很容易發生斷裂。為防止裂紋產生，拉伸后應進行再結晶退火。為了減少焊接缺陷，焊件接縫附件必須嚴格清理鐵銹、油污；為去除殘余應力并改善焊接接頭的組織與性能，瓶體焊接后應該進行整體正火處理，至少要進行去應力退火。43 焊縫位置的確定有關鍋爐、壓力容器規程中對焊縫的數量和布置做了具體的規定（1）筒體拼接時，筒節的長度2000mm；每節筒體，縱向焊縫的數量：筒體內徑i=600mm，拼接焊縫1條；相鄰筒節的縱向焊縫應相互錯開，兩焊縫中心線間的外圓弧長不得小于鋼板厚度的3倍，且不得小于100mm。（2）封頭應盡量用整塊鋼板

12、制成。封頭、的內徑i=600mm，拼接焊縫不多于1條；封頭拼接焊縫離封頭中心線距離應不超過0.3i，并不得通過扳邊人孔，且不得布置在人孔扳邊圓弧上；管板上整條拼接焊縫不得布置在扳邊圓弧上，且不得通過扳邊孔；由中心圓板和扇形板組成的凸形封頭，焊縫的方向只允許是徑向和環向的。徑向焊縫之間的最小距離應不小于壁厚的3倍，且不小于100mm。 （3）受壓元件主要焊縫及其鄰近區域，應避免焊接零件。如不能避免時，焊接零件的焊縫可穿過主要焊縫，而不要在焊縫及其鄰近區域中止。（4）開孔、焊縫和轉角要錯開。開孔邊緣與焊縫的距離應不小于開孔處實際壁厚的3倍，且不小于100mm。在凸形封頭上開孔時，孔的邊緣與封頭周邊

13、間的投影距離應不小于封頭外徑的10。開孔及焊縫不允許布置在部件轉角處或扳邊圓弧上，并應離開一定距離。5焊接材料與方法選擇5.1母材選擇根據容器的工作條件確定對材料和制造工藝的要求。對于一般容器重量大小不是主要問題，所以用焊接性好的低碳鋼或低合金結構鋼。本設計選用Q235-A,其化學成分和力學性能如下。化學成分鋼號CMnSiSPQ235-A0.140.220.300.650.120.300.0500.045力學性能鋼號板厚/mm抗拉強度b/Mpa屈服強度s/Mpa試驗溫度/缺口形式Q235-A4375235100V5.2焊料選擇焊接采用焊條電弧焊，焊條型號為J422，圖中未標明焊接接頭形式與尺寸

14、按GB985-88氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊逢坡口的基本形式與尺寸進行選用。所有角焊縫焊腳高度，除注明者外，均為兩相焊較薄者的厚度，且須連續焊。5.3焊接工藝及技術要求 焊縫分散原則；避免焊縫多條相交原則；對稱質心布置原則；避開應力復雜區或應 力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設計的開敞性原則；焊接坡口的設計原 則（焊縫填充金屬盡量少；避免產生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作 方便；復合鋼板的坡口應有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率）。 屬結晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應用范圍廣，適用短小 焊縫及全位置施焊，可適用在靜止、沖擊和振動載荷下工作的堅固

15、密實的焊縫焊接，這 種方法靈活方便，適應性強，設備簡單，維修方便，生產率低，勞動強度高。封頭與圓筒等厚采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為I型坡口。6、焊接工藝工程6.1焊前準備焊前，坡口兩側各10mm范圍內的鐵銹，應打磨干凈，露出金屬光澤。用丙酮清洗坡口附近的油污。焊劑和焊條按規定烘干，300350保溫2h。注意焊劑中不要混入鐵屑、碎石等雜物。不要強行組裝，避免應力過大；引弧板要對齊焊縫，地線連接牢固。上、下封頭的焊接采用對接接頭，為保證環焊縫開設60°的正面V形坡口，在鋼瓶內部裝上襯墊，用手工電弧焊完成封頭的定位焊接和襯墊與筒體的連接，裝配時間隙為01mm，如圖7-1。然后清理

16、干凈手工電弧焊藥皮，并且將焊點用磨光機打磨平整。6.2儲罐的安裝施工順序定頂立式圓筒形鋼制焊接儲罐的安裝普遍采用倒裝法施工工藝，即在罐底鋪設、焊接之后，先組裝焊接頂層壁板及包邊角鋼，再組裝焊接罐頂，然后自下而上依次組裝焊接每層壁板，直至底層壁板。2.預制完畢的封頭、罐壁板、包邊角鋼在堆放、運輸和起吊過程中應采取有效措施防止變形。3罐體安裝前必須對甲苯罐基礎按土建基礎設計文件中的要求和GBJ128-90中有關對基礎的要求進行檢查、驗收合格后方可進行安裝。4.罐體安裝完畢驗收合格后，罐體外表面刷二遍底漆-環氧樹脂漆，二遍面漆-聚氨酯面漆,涂層厚度參照國家標準規定執行。5.罐壁縱焊縫進行大于等于10

17、%，T形焊縫進行大于等于15%,和環焊縫進行大于等于1%的X射線無損探傷。探傷合格標準按GB3323-87鋼焊接射線照相底片等級分類法III級評定。6.4質量檢驗、修整處理、外觀檢查(1)質量檢驗：整體結構質量：結構的幾何尺寸、形狀和性能焊縫質量： 與結構的強度和安全相關，如無損檢測等強度評定：壓力試驗、氣密性實驗等，斷裂評定：防脆斷、防疲勞評定等(2)修整處理： 變形矯正：手工矯正、機械矯正、火焰矯正熱 處 理：焊后熱處理，整體或局部熱處理除應力缺陷修整：焊接缺陷等清洗防護、外觀處理：除銹、氧化皮清理、酸洗、拋光、油漆防護等（3）外觀檢查：檢查前將熔渣、飛濺物清理干凈，焊縫及熱影響區不得有裂

18、紋、氣孔、夾渣或弧坑等缺陷；焊縫表面質量標準縫合設計要求，見下表屈服點大于390MPa或厚度大于25mm的低合金鋼的地圈壁板縱縫不得有咬邊；屈服點大于390MPa的鋼板，表面焊疤應在磨平后進行滲透探傷或磁粉檢測，無裂紋為合格。6.5焊縫修補深度超過0.5mm的劃傷、電弧擦傷、焊疤等有害缺陷，應打磨平滑，打磨修補后的鋼板厚度用大于等于鋼板名義厚度扣除負偏差；缺陷深度或打磨深度查過1mm時應進行補焊并打磨。屈服點大于390MPa的低合金鋼缺陷清理后應進行探傷，確認無缺陷后進行補焊，修補后打磨平滑再做探傷；焊縫修補宜采用回火焊道。根據缺陷的探測埋深確定缺陷的清除面，清除深度不宜大于板厚的2/3.焊縫的修補必須嚴格按焊接工藝，嚴格控制線能量，修補長度不應小于50mm。頂板的焊縫缺陷因其板材較薄可直接修補。 同一部位返修次數不宜超過2次。7 焊接工藝參數焊接材質：焊條J422 直徑2mm坡口形式：V形坡口 60度焊接電流：180A焊接電壓：20V電源及接法：直流正接焊接速度：2.44mm/s（7） 焊接位置：平焊每個位置均采用此工藝進行焊接焊縫焊接工藝卡片產品名稱儲存罐產 品型 號焊縫位置筒體環縫、封頭和筒體焊縫、接頭與筒體焊縫、接頭與封頭焊縫、補強圈焊接節點母材Q235-A規