立式储油罐工艺设计课程设计

目录1绪论...........................................................................................................................21.1材料的焊接性................................................21.3焊接材料的选择..............................................42工艺参数的选择....................................................62.1板厚的计算...................................................62.2焊接工艺参数的选择..........................................62.2.1焊丝焊条直径...............................................................................................72.2.2焊接电流的选择...................................................................................72.2.3焊接电压...............................................................................................92.2.4焊接层数...............................................................................................92.2.5焊接速度的选择.................................................................................102.3焊缝的布置及焊接接头坡口选择...............................................................112.3.1焊缝布置............................................................................................112.3.2焊接接头坡口的选择........................................................................112.3.3焊接耗材与生产设备......................................................................133焊后热处理和焊接检验.........................................................................................163.1焊后热处理.................................................................................................163.2焊接检验.....................................................................................................163.3钢制立式储罐的安装、验收.......................................................................184焊接工艺卡.............................................................................................................201绪论钢制立式固定顶储罐的工艺设计部分包括材料的焊接性分析，焊接方法的选择，焊接材料的选择，焊接参数的选择，焊缝位置的布置、焊接坡口的选择，焊接耗材的计算，焊接设备以及其它使用设备的选择，装配工序的选择，以及焊前预热、焊后热处理及焊后检验等，根据以上部分制作焊接工艺卡以便实际生产使用。1.1材料的焊接性焊接性是金属材料是否能适应焊接加工而形成完整的、具有一定使用性能的焊接接头的特性。其主要依据两个方面来判别：一是金属在进行焊接加工中是否容易产生缺陷；二是所形成的焊接接头在一定使用条件下的可靠运行的能力。所以焊接性就分为了工艺焊接性和使用焊接性。工艺焊接性就是在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力；使用焊接性焊接接头满足某种使用性能的能力，通常包括常规的力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度以及抗腐蚀性和耐磨性等指标[7]。前者是关于材料能不能焊接的问题，后者是关于焊后能不能使用的问题。本立式固定顶储罐选用的材料为16MnR为钢材属于低碳钢的碳素钢种类。16MnR是普通低合金钢，它的强度较高、塑性韧性良好，常见交货状态为热轧或正火。属低合金高强度钢，含Mn量低。它是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。下表1.1给出了碳素钢的化学成分。表1.116MnR的化学成分碳当量（CE）计算公式：15)(5)(6)()(CuNiwVMoCrwMnwcwCE牌号化学成分（质量分数）∕﹪CSiMnNiMoCrNbAlVPS16MnR≤0.200.20~0.551.20~1.60——————≤0.030≤0.035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%～0.47%。当CE=0.40%～0.60%，钢的淬硬倾向逐渐增加，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。16MnR钢碳当量不高，淬硬倾向小，室温下焊接一般不易产生冷裂纹。钢在轧制中，硫、磷含量控制较低，所以也不易产生热裂纹。16MnR钢在焊接时，不需要采取特殊的工艺措施，当钢板厚度较大，焊接接头刚性拘束较大或环境温度过低时，可在焊接前进行合理的预热。在焊接过程中通过细化晶粒，合金化和提高纯净度等措施来对其焊接接头的组织和性能加以改善。特别是以铁素体为基的16MnR钢，铁素体晶粒尺寸越细小，钢的脆性转变温度将越向低温方向移动，一定低温下的韧性值相应提高。通过上述分析，可以清楚地认识到：通过细化晶粒来保证16MnR钢焊接接头的低温韧性，这是制定16MnR钢焊接工艺的一个根本出发点。1.2焊接方法的选择焊接方法有三大类：即熔焊、压焊、钎焊。具体每类又分为很多小类，如熔焊方法又分为电弧焊、气焊、铝热焊、、电渣焊、电子束焊和激光焊等。实际常用的焊接方法有手工电弧焊、TIG焊、MAG焊、埋弧焊等。本设计主要选择的焊接方法是焊条电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧焊。1.焊条电弧焊焊条电弧焊作为焊接应用中最广泛的焊接方法，其操作简单，能够对空间不同位、不同接头形式的焊缝进行焊接，所以此方法主要用在需要现场焊接的焊缝。同时焊条电弧焊接由于手工操作故生产率低，劳动强度大，所以应该尽量避免使用。焊条电弧焊的优点：使用的设备比较简单、不需要辅助气体保护、操作灵活适应性强、适用范围广。焊条焊条电弧焊要求电源具有陡降的外特性，良好的动特性和合适的电流调节范围，选择时应考虑以下因素：所要求的焊接电流的种类、所要求的焊接电流调节范围、弧焊电源的功率、工作条件和节能要求。焊条电弧焊可以采用交流也可以是直流焊接，而选用交流电源还是直流电源主要是根据所使用的焊条类型和所要的焊接焊缝形式进行选择：低氢钠型焊条必须选用直流弧焊电源，以保证电弧稳定燃烧；酸性焊条虽然交、直流均可使用，但是一般选用结构简单且价格较低的交流弧焊电源；其次根据焊接产品所需要的焊接电流范围和实际负载保持率；来选择弧焊电源容量，即弧焊电源的额定电流[1]。本储罐设计选用低氢型焊条可以使焊接质量更好，所以选择的电源类型是直流弧焊电源。主要用来焊罐体的环焊缝，罐壁与罐顶的角接焊缝，以及开孔法兰接管等焊缝的焊接。2.埋弧焊埋弧焊是在焊剂下燃烧进行的熔焊方法，现在主要有自动焊和半自动焊两种。主要优点是：生产效率高，埋弧焊所采用的焊接电流大，相电流密度也大，由于焊剂和熔渣的保护，电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度都大大提高，所以埋弧焊焊接可以不开坡口一次熔深达到20mm；焊接质量高，由于熔渣焊剂的保护作用，是空气不与熔敷金属接触，焊缝金属含氮量降低，而且熔池金属凝固较慢，液体金属和融化焊剂的冶金反应更充分，减少焊缝中的气孔产生，裂纹的可能性；劳动条件好，埋弧焊弧光不外露，没有弧光辐射，机械化的操作方法减轻手工操作强度。其缺点是焊接位置受限，适合大多数平焊、角焊、少数立焊、侧倒焊。不适合焊接厚度小于1mm的薄板。埋弧焊的电源种类有直流和交流电源，直流电源包括硅弧焊整流器、晶闸管弧焊整流器。也即电驱动机械式弧焊机和内燃机驱动式弧焊机，可以提供平特性、缓降特性、陡降特性、垂降特性的输出。交流电源是弧焊变压器，一般提供陡降特性的输出，埋弧焊通常是高负载持续率、大电流的焊接过程。有100%负载持续率。所以埋弧焊主要用于本储罐底的边缘板对焊、中腹板的对焊以及筒壁和罐底T型焊缝的焊接，罐顶的扇形板对接焊缝。本储罐设计埋弧焊的焊缝要求焊缝质量较高，所以采用可以提供更多特性曲线的直流电源。埋弧焊适合对平焊位置的焊缝进行高效的生产，也是本论文选择的主要原因。1.3焊接材料的选择焊接材料是焊接焊缝的填充材料，选择不当会使焊缝的使用性能和工艺性能下降，影响储罐的安全使用。下表是给出了不同的焊接方法和焊接材料与母材的搭配关系。表1.2不同的焊接方法和焊接材料与母材的搭配关系钢号焊条电弧焊埋弧焊焊条型号牌号示例牌号焊剂16MnRE5015E5016J507J506H08MnAH10Mn2HJ430SJ3011.焊条电弧焊选择焊条的时候要考虑：(1)对普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条；(2)对受到动载荷和冲击载荷的焊件，焊条除了满足强度要求外，还应保证熔敷金属具有较高的冲击韧性和塑性，可选用塑、韧性较高的低氢焊条；(3)对结构形状复杂、刚性大的厚大焊件，由于焊接过程中产生很大的内应力，易是焊缝产生裂纹，应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条；对受力不大、焊件部位难易清理干净的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的碱性焊条；对受条件限制不能翻转的焊件，应选用适于全位置焊接的焊条；(4)在满足焊件性能要求的情况下，应选用工艺性能好的碱性焊条；在狭小或通风条件差的场合，应选用碱性焊条或低尘焊条；对焊接工作量大的结构，有条件时应尽量采用高效焊条，或选用底层焊条、立向下焊条之类的专用焊条，以提高焊接生产效率。本次设计选择能够得到良好的焊缝的低氢焊条，焊条型号为E5015（低氢钠型碱性焊条）或E5016（低氢钾型），焊条直径为4mm。2埋弧焊埋弧焊用的焊接材料是焊剂和焊丝。焊剂应具有良好的冶金性能和焊接工艺性能，同时焊剂颗粒大小满足所要求的尺寸。焊丝和焊剂的匹配是获得高质量焊缝的关键，低碳钢应按等强原则选用与母材相匹配的焊接材料。本次设计选用的焊丝为H08MnA，焊剂为HJ430。焊丝直径为4.0mm。2工艺参数的选择2.1板厚的计算由于所给体积大于1000m3，所以按照不等壁厚计算，选择钢板宽度为2m。所以1H=2m，2H=4m，3H=6m21101][2)]