1、专业课程设计（说明书）题 目：油罐车罐体加工工艺设计学生姓名：院 （系）：材料科学与工程专业班级：指导教师：完成时间：2013 年 9 月 16 日题 目 油罐车罐体加工工艺设计学生姓名 学号 专业班级设计内容与要求包括：原始数据，技术参数，设计要求，说明书、图纸、实物样品的要求等1设计参数：（设计原始资料见附件）（1）产品主体尺寸：260010026 mm；（2）主体板厚：=9 mm；（3）容器类别：（4）工作压力：0.1 Mpa（5）主体材质：15MnV（6）焊接方法：手工电弧焊；埋弧焊；TIG 焊；CO 2 气体保护焊；2依据标准（1）GB150-1998钢制压力容器 ；（2）JB/T4
2、709-2000钢制压力容器焊接规程 ；（3）GB985-88气焊、手弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式尺寸 ；（4）GB986-88埋弧焊焊缝坡口的基本型式 ；等3课程设计内容及要求（1）编写油罐车罐体的加工工艺流程图；（2）绘制油罐车罐体的焊缝定位编号图；（3）编写油罐车罐体 8、17、18 号焊缝的焊接工艺卡；（4）撰写报告。课程设计报告应用 A4 规格纸打印，也可用蓝色或黑色墨水手写；具体格式参照西安石油大学本科毕业设计（论文）撰写规范 。设计报告文字说明部分主要有以下内容：资料综述；设计思路；相应的国家或行业标准；焊接工艺的说明，如：焊接方法的选择、焊接材料的选择、坡口型式的设计、焊
3、缝层数和焊接顺序的设计，以及焊前焊后热处理工艺的说明；在设计中遇到的问题、解决方法、体会等；参考文献不少于 5 篇。4时间安排根据本专业的培养计划，本专业课程设计共三周。自 8 月 30 日起至 9 月 19 日止，第一周查阅资料和熟悉课题设计任务；第二周拟定设计方案；第三周撰写课程设计报告并进行答辩，设计内容及报告应在9 月 15 日之前完成，9 月 18 日答辩。起止时间 2013 年 9 月 2 日 至 2013 年 9 月 22 日指导教师签名 年 月 日系（教研室）主任签名 年 月 日学生签名 年 月 日目录1 压力容器 .11.1 压力容器的概述和用途 .11.2 压力容器分类 .
4、11.3 压力容器组成及结构 .21.4 压力容器的结构形式 .21.5 压力容器焊接接头分类 .32 坡口选择与设计 .52.1 坡口设计一般遵循以下设计原则 .52.2 坡口选择标准 .63 焊接选择与设计 .73.1 焊接方法 .73.1.1 手工电弧焊特点 .73.1.2 CO2 气体保护焊的特点 .73.1.3 埋弧焊的特点 .73.1.4 钨极氩弧焊的特点 .83.2 焊接材料 .83.2.1 标准与选择 .83.2.2 所选焊材的成分 .94 工艺参数的选择 .104.1 手工焊条电弧焊接工艺参数 .104.1.1 焊条直径 .104.1.2 焊接电流 .104.1.3 电弧电压
5、 .104.1.4 焊接速度 .104.1.5 焊接层数及焊接顺序的设计 .114.1.6 参数选择结果 .114.2 埋弧焊工艺参数 .114.2.1 焊丝直径 .114.2.2 焊接电流 .114.2.3 电弧电压 .114.2.4 焊接速度 .124.2.5 焊丝与焊剂的匹配 .124.2.6 电流极性 .124.2.7 参数选择结果 .125 焊后处理和质量检验 .135.1 焊后热处理 .135.3 坡口加工及清根 .145.4 工艺卡选择相关标准 .15总 结 .16参考文献 .17附录一 .18附录二 .19附录三 .20附录四 .22西安石油大学专业课程设计（论文）第 1 页1
6、 压力容器1.1 压力容器的概述和用途压力容器广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的重要设备。如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳，流体贮罐，核压力反应堆的压力壳，电厂锅炉系统中的汽包等，都是压力容器。不仅如此，在人们的家庭中，也要用压力容器，如民用液化石油气瓶等。因此，压力容器和工业生产和人民生活有着十分密切的关系。设计好、制造好、使用好、管理好压力容器就显得十分重要。随着科学技术的发展和工业生产规模的扩大，压力容器的尺寸越来越大，操作压力越来越高，操作温度也越来越高（或低），结构形式也越来越复杂。同时，生产中压力容器所处
7、理的介质往往是易燃易爆或有毒的，这些条件很自然地对压力容器的安全可靠性提出了更严格的要求。可以想象，当压力容器一旦发生破坏事故，将对国家财产和人民的生命带来不可估量的损失。因此，要求压力容器的监察管理、设计、制造、和检验人员，必须十分重视压力容器的质量和安全问题，确保容器安全运行。压力容器是焊接结构典型产品,是一种承受气压,液压线气压,液压的重要受压元件，不锈钢容器要承受腐蚀介质的侵入.很多容器是在极其苛刻的条件下运行,工作条件十分恶劣,一旦发生失效破坏造成的事故是灾难性的,会造成重大伤亡与经济损失.所以对压力容器的制造、安装与使用,国家颁发了压力容器安全技术监察教程进行严格控制。规定最高工作
8、压力0.1Mpa，内直径0.15m, 且容积0.025m 3,工作介质为气体，液化气体，或最高温度高于等于盛装液体标准沸点的容器。同时具备这三个条件，但不应该是核能容器、船舶上的专用容器和直接受火加热的容器（如锅炉），这些例外情况另有相应适用规程。1.2 压力容器分类压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种。(1)按工作压力大小分：低压，中压，高压和超高压四类。(2)按容器的设计温度分：低温容器，常温容器及高温容器。(3)按在生产工艺所起的作用分：反应压力容器：用于完成介质的物理化学反应。换热压力容器：用于完成介质的热量交换。分离压力容器：用于完成介质的液体压力平衡缓冲
9、和气体的净化分离等。西安石油大学专业课程设计（论文）第 2 页储运压力容器：用于盛装生产用原料或成品气体，液体和液化气体等。(4)为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国压力容器安全监察规程中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度，未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。1.3 压力容器组成及结构焊接压力容器的结构形式有多种多样的，其中以单层锻焊式和钢板卷焊式常见，其基本组成如下：筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此
10、外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。(1)筒体：是压力容器重要的组成部分，包括筒体端部、内筒、板层等，是储存物料或完成化学反应所需的空间。(2)封头：也是压力容器的重要组成部分，有球形、椭圆形、碟形等形状(3)法兰：通过螺栓连接筒体和外接的各种管道，并通过拧紧螺栓是垫片压紧而保证容器密封。(4)密封元件：置于两个接触面之间，借助于螺栓的压力使压力容器内的液体或气体密封在容器内不致泄露。(5)开孔与接管：由于工艺要求和检修需要，常在筒体或封头上开孔或安装接管，如物料进出接管等。(6)支座：支承并固定压力容器，有立式和卧式两种形式。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸
11、、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。1.4 压力容器的结构形式压力容器按结构形式分为整体式和组合式两大类。整体式容器亦称单层容器，包括钢板卷焊式，整体锻造式，电渣成形堆焊式，铸焊和锻焊式等容器。在石油化工设备中，钢板卷焊式结构应用最广泛。薄壁容器（50mm）的筒体可在普通卧式卷板机上卷制；容器两端的封头可根据封头的形状，直径，板厚和钢材的强度等级等，将预先切割好的圆形钢板坯料，在液压机或旋压机上以冷成形或热成形的方法制成所要求形状的封头。筒节按其直径大小，可由一条或
12、多条纵缝拼焊，筒节之间由环缝连接成筒体，封头和筒体亦由环缝相接。容器上的各种接管和加强圈可采用无缝钢管或锻件以角接环缝的形式与筒体和封头相焊。西安石油大学专业课程设计（论文）第 3 页钢板卷焊式结构容器的优点是制造工艺简单，设备投资费用较低，材料利用率高，生产成本较低，与单层锻焊结构容器和组合式容器相比，制造周期可大大缩短。这类容器的缺点是焊接工作量较大，焊缝无损探伤检验周期较长，同时焊缝缺陷产生的几率相对较大。综上此设计选用钢板卷焊式结构。1.5 压力容器焊接接头分类根据国标 GB1501998钢制压力容器，压力容器的焊接接头分成六类，目的是在设计、制造、维修、管理时可以分别对待，从而保证质
13、量。(1)圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外），球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属 A 类焊接接头。(2)壳体部分的环向焊缝接头，锥形封头小端与接管连接的接头，长颈 法兰与接管连接的接头，均属 B 类焊接接头，但已规定为 A 类的焊接接头除外。(3)平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属 C 类焊接接头。(4)人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属 D 类焊接接头, 但已规定A,B 类接头除外。(5)E 类接头包括吊耳，支撑，支座及
14、各种内件与筒体火凤投内外表面相接的接头。(6)F 类接头系在筒体，封头，接管，法兰和管板表面上的堆焊接头。此设计为油罐车罐体，只涉及前四类接头。A 类焊缝是容器中受力最大的接头，因此一般要求采用双面焊或保证全焊透的单面焊缝；B 类焊缝的工作应力一般为 A 类的一半。除了可采用双面焊的对接焊缝以外，也可采用带衬垫的单面焊；在中低压焊缝中，C 类接头的受力较小，通常采用角焊缝联接。对于高压容器，盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊透的接头；D 类焊缝是接管与容器的交叉焊缝。受力条件较差，且存在较高的应力集中。在后壁容器中这种焊缝的拘束度相当大，残余应力亦较大，易产生裂纹等缺陷。因此在这种容器中
15、D 类焊缝应采取全焊透的焊接接头。对于低压容器可采用局部焊透的单面或双面角焊。接头的基本形式有对接接头、T 形（十字形）接头、角接头和搭接接头。对接接头是最基本的一种接头形式，其强度可以达到与母材相同，受力均匀，筒体与封头等重要部件的连接均采用对接接头。厚度小时不开坡口，当厚度超过西安石油大学专业课程设计（论文）第 4 页8mm 是要有坡口。T 型接头焊缝向母材过渡部分形状变化大,过渡急,在应力作用下力线扭曲很大,应力分布很不均匀,应避免采用单面角焊缝,因为这种接头形式的焊缝根部往往有很深的缺口,承载能力较低。搭接接头形状变化比较大,应力集中比对接接头的情况复杂的多，特别是对于大直径厚壁接管，
16、不合理的接头形式往往成为压力容器提前失效的原因。西安石油大学专业课程设计（论文）第 5 页2 坡口选择与设计2.1 坡口设计一般遵循以下设计原则（1）焊缝中填充的材料要少，节省材料。（2）具有好的可达性（即可操作性），这是选择坡口形式的重要条件之一（3）坡口的形状应容易加工。（4）便于调节焊接变形，采用不适当的坡口形式容易产生较大的焊接变形。表 2-1 常见坡口比较 【1】型坡口 带钝边型坡口 双 Y 形坡口坡口面加工简单 可单面焊接,焊件不用翻身 双面焊,因此焊接焊件须翻身,变形小可单面焊接,焊件不用翻身焊接坡口面积大,填充料少,焊件厚度较大时生产率比Y 型高坡口面加工比 Y 型复杂,但比带钝边的 U 型坡口简单焊接坡口空间面积大,填充料多,焊件厚度大时,生产率底变形较大焊接变形大 坡口面根部加工困难,因此限制了此坡口的推广应用坡口面积介于 Y 与 U 型之间,因此生产率高于 Y 型,填料比Y 型少西安石油大学专业课程设计（论文）第 6 页2.2 坡口选择标准表 2-2 手弧焊、气焊坡口选择标准GB985-88综上 8、18 号焊缝选用 Y 型坡口，17 号焊缝不开坡口。序号工件厚度/mm名 称符 号 坡 口 形 式 焊 缝 形 式4 326Y型坡口坡 口 尺 寸 mm序号( ) b P H R18 4060 03 14
