1、1摘要本次设计中的低压储罐为容积为 400m3 球罐，其用途为贮存氮气，壳体材料为 Q345。本文对其母材及其焊接性做了简要的分析，并以此为基础选择了球罐焊前的预热温度、焊接方法、焊机型号和焊接材料。预热温度为 120140，焊接方法为手工电弧焊，焊机型号为 ZXG-400，焊条为 E5015。本文根据球罐上每条焊缝的特点，结合所选用的焊接方法、设备及材料，制定了针对各条焊缝的合理可行的焊接工艺。围绕着球罐的焊接过程，作者分析了可能出现的缺陷并提出了避免或减少这些缺陷产生的方法和措施。在焊接完成之后，还需进行一系列的焊后处理，包括焊后热处理、无损检测等。关键词：低压储罐；球罐；装配；焊接；工艺
2、。2目录前言 .51 球罐的概况 .71.1 主要技术参数 .71.2 结构形式图 .71.3 壳体材料分析 .81.4 球罐的主要焊接缺陷 .82 焊接初步分析 .82.1 焊接性分析 .82.2 Q345 钢在焊接时易出现的问题 .82.3 焊接方法的选择 .82.4 焊接材料的选择 .82.5 施焊环境 .82.6 焊工资格 .113 焊前准备 .123.1 焊条的干燥和选择 .123.2 焊接电流的选择 .123.3 焊接速度 .1333.4 电弧电压 .133.5 焊接层数的选择 .143.6 坡口形式 .143.7 焊机的选择 .143.8 焊前预热 .144 球罐的装配 .154
3、.1 球罐的组装方法 .154.2 球罐零部件复验 .164.3 壳板定位块及吊点的布置和焊接 .164.4 操作脚手架形式 .164.5 球壳板的组装过程及组装后球罐的调整 .175 焊接操作 .185.1 预制片组装焊接 .185.2 定位焊 .195.3 球罐的焊接顺序 .205.4 焊缝的焊接工艺 .206 焊后处理和焊后检验 .226.1 焊后球罐整体热处理 .226.2 焊后检验 .224总结 .23致谢 .24参考文献 .255前言随着锅炉、压力容器和管道工作参数的大幅度提高及运用领域的不断扩展，对焊接技术提出了愈来愈高的要求。就目前而言，焊接已经广泛用于机械、石油、交通、航空航
4、天、制造安装、核能等各个行业，几乎遍及工业生产的各个领域。有报道称，发达国家全国全年钢生产量的百分之四十到百分之五十的钢材是用于焊接结构件，由此可见，焊接技术在工业生产中占据着极其重要的地位。近几年中国经济发展的很快，制造安装行业发展更是迅速，而焊接作为制作安装行业的支柱，在行业中就显现出不可替代的地位。其中压力储罐的制造安装就是典型的代表。由于我国经济的快速发展我国人民生活水平的提高，能源消耗急剧增长，我国的石油需求量大量提升。现在，我国已经成了石油进口国，石油已经成为了国家发展的重要战略物资，它直接关系到我国的国民经济发展和社会的稳定，石油储备成为了国家任务的重中之重。因此储罐的建造业发展
5、也极为迅速。其中，球罐的增长速度很快，1981 年我国大约拥有 1100 台球罐，到 1985 年增加至约 1800 台，而到 1993 年数量增加到 3107 台，在这 12 年间每年约增加 150台，至 1996 年全国已经有了近 5000 台球罐，这四年间平均每年建造约四百台球罐，相比 1981 年，增长率达到了惊人的百分之四百。就目前的统计数据来看，我国现有大约万台。其中大部分的球罐是用于储存液化石油气、天然气。球罐建造的速度之所以如此的快，是因为人们越来越认识到使用球罐的合理性。在相同容积的压力储罐之间相比，球罐的表面积最小，其消耗的材料最少，具有节省钢材、降低成本的作用。同时球罐的
6、受力最均匀，在相同直径和工作压力下，其所受内力最小。然而，任何事物都有它好的一面和不好的一面。球罐虽然耗材最少，受力最均匀，但是其制造工艺较复杂、加工费用较高。此外，球罐直径较大，不便于运输如 100 立方米容积的球罐，直径就达到 11.28 米要运输一个直径 11.28 米的大球何其困难，因此球罐必须现场组装。而 100 立方米的圆筒状则可以在制6造厂中预制，然后运输出厂。目前，我国的球罐制造业发展虽快，但总体制造水平还很低，某些加工手段及工艺措施还相对落后。因此在原有的稳定制造工艺下，我们还是要寻求突破创新。本次设计中的 400 立方米球罐用于储存氮气，属于中小型容积的球罐，现在，400
7、立方米的球罐在国内运用较为广泛，主要用于储存燃气或是液化石油气。本次的球罐焊接工艺设计目的是使我所学到的焊接技术及自动化的专业理论知识能够运用到实际生产当中去，并最终完成毕业设计工。在设计工作过程中，采取“边设计，边学习，边调研，边改进”的“四级”原则，真正做到理论与实际相结合，力求达到学以致用，并为自己以后参加工作，打好理论知识基础，积累实际工作经验。71 球罐的概况1.1 主要技术参数球罐的主要技术参数如表 1 所示。表 1 球罐的主要技术参数设计压力 3MPa 设计温度 50C介质 氮气 壳体材料 Q345球罐内径 9200mm 容积 400m筒体壁厚 40mm 结构形式 混合式1.2
8、结构形式图球罐一般由球壳板、支柱、拉杆、人孔、接管等部件组成。球壳是球罐的主体,球罐由多块压制成球面的球壳组焊而成。本设计所施工的 400m3 球罐属五带混合式结构,14 个支柱,球罐内径 26800mm,罐体总高为 28400mm。其特点是球罐的赤道带、上温带、下温带的球壳(每带 28 块)按桔瓣分割,上、下极带按足球瓣分割(每带 7 块), 五带拼装成球体。球罐的典型结构图如图 1 所示.。图 1 球罐的典型结构8本设计中得球罐采用的是混合式 5 带形式，分为上级，赤道带、下级上温带和下温带，简图如图 1 所示。1.3 壳体材料分析（一） 、化学成分分析壳体采用 Q345 低合金钢，其化学
9、成分如表二所示。表 2 Q345 低合金钢的化学成分表钢种 C Si Mn P SQ345 0.20 0.55 1.01.60 0.035 0.030（二） 、力学性能分析Q345 的力学性能如表 3 所示。表 3 Q345 的力学性能机械性能指标板厚 伸长率（%）试验温度(t/)抗拉强度（b/MPa）屈服点（s/MPa）数值 40mm 22 34 470-650 324-2591.4 球罐的主要焊接缺陷球罐焊接除应避免一般焊缝缺陷外，尤其要防止变形和裂纹这两种缺陷。(一)变形焊缝横向收缩往往产生角变形，即焊缝产生内凹或外凸。另外，环向焊缝纵向收缩造成球罐相对应的直径缩小，形成赤道带直径小，而
10、极板则向外凸起。球罐变形不仅是外观质量问题，而且将导致应力集中和附加应力。严重削弱球罐承压能力，影响安全。因此，必须正确地组装焊接，尽量减小变形。(二)裂纹球罐钢板厚度大，材质强度高，成型后刚性大，焊接应力比较大，如果在材料选用、施工及焊接工艺中稍有忽略，将会产生严重的焊接裂纹，威胁球罐的安全使用。9球罐焊接裂纹可能发生在焊缝，也可能发生在热影响区；既可能是纵向裂纹，既可能是横向裂纹，也可能在焊接过程中产生热裂纹，也可以在焊接后相当一般时间出现延迟裂纹(又称冷裂纹)。对于低合金高强度钢，延迟裂纹出现的倾向性更大。因此，不论是选用材料，或是制定工艺和操作过程，每一个环节都必须密切注视焊接裂纹出现
11、的可能性。102 焊接初步分析2.1 焊接性分析碳 当 量 (Ceq)的 计 算 Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5 计 算 Ceq=0.49%， 大 于 0.45%， 可 见 Q345 钢 焊 接 性 能 不 是 很 好 ， 需 要在 焊 接 时 制 定 严 格 的 工 艺 措 施 。2.2 Q345 钢在焊接时易出现的问题（ 一 ） 热 影 响 区 的 淬 硬 倾 向 Q345 钢 在 焊 接 冷 却 过 程 中 ， 热 影 响 区 容 易 形 成 淬 火 组 织 -马 氏 体 ， 使近 缝 区 的 硬 度 提 高 ， 塑 性 下 降 。 结 果 导 致 焊 后 发 生 裂 纹 。 （ 二 ） 冷 裂 纹 敏 感 性 Q345 钢 的 焊 接 裂 纹 主 要 是 冷 裂 纹 。2.3 焊接方法的选择因为 400m球罐的体积较大，需要焊接的区域较广，因此在本设计中采用灵活性大的手工电弧焊。2.4 焊接材料的选择Q345 属于低合金高强度钢，它的冷裂纹倾向较大，国内外普遍都采用碱性低氢型焊条，因为这种焊条韧性高，抗裂性能好。同时考虑到焊接接头与母材等强度的原则，因此选用 E5015 焊条。
