1000m3球罐的焊接结构和工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

1000m3球罐的焊接结构和工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

...................... 47 焊接方法的选择 ................................................................................. 47 焊接材料选择 ..................................................................................... 47 坡口设计 ............................................................................................. 48 坡口加工方法及清除 ......................................................................... 49 焊条的选择 ......................................................................................... 49 焊接工艺参数 ..................................................................................... 49 焊接顺序 ............................................................................................. 50 焊缝的类型 ................................................................................................... 52 焊后热处理 ................................................................................................... 53 7 焊件的质量检查 ..................................................................................................... 55 焊缝外观质量检查要求 ................................................................................ 55 焊接接头的无损检测 .................................................................................... 55 致密性检查，水压试验和气密性试验 ........................................................ 55 结构整体的耐压试验 .................................................................................... 56 去锈、涂装 .................................................................................................... 56 球罐成品验收 ................................................................................................ 56 8 结论 ......................................................................................................................... 59 致 谢 ........................................................................................................................... 59 参考文献 ..................................................................................................................... 60 附录 A ......................................................................................................................... 61 附录 B.......................................................................................................................... 78 沈阳理工大学学士学位论文 1 1 绪论 引言 随着现代工业生产的迅猛 发展，焊接已成为机械制造等行业中一种越来越重要的加工工艺手段。 目前，焊接已广泛用于能源、石油化工、航空航天、原子能、海洋、交通等重大工程项目，同时亦遍及工业生产的各个领域。 由于石油、化工、石油化工、燃气（液氨、液化石油气）等事业的迅速发展，随之而建造的球罐增长速度很快， 1981 年我国球罐约 1100 台，到 1985 年增加至约 1800 台，至 1996 年全国有近 5000 台球罐，这 4 年间平均每年建造约 400 台球罐。 迄今为止，我国现有各种球罐已愈万台。 球罐建造的增长速度如此之大，是因为人们越来越认识到使用球罐比圆筒形容 器更加合理。 与同容积的圆筒形容器相比，球罐的表面积最小，受力均匀，在相同直径和工作压力下，其所受内应力最小。 同时球罐还具有占地面积小，高度低，底座基础工作量小，所以建造球罐时，可节省钢材，降低成本，因而在各工业领域得到了广泛的应用，在单罐容积大于 1000m3 仅用材消耗量就比同容积圆筒形容器节省三分之一以上（容积越大越显著），其经济效益显得十分突出。 这是当前市场经济中人们十分关注的问题。 但是，球罐制造较困难，加工费用高。 表现为下料工序较复杂；从冲压到拼装尺寸要求严格；超差变形矫正困难。 此外，球罐直径通常较大 ，如 50m3 容积的球罐，直径就达到 ，已不适于整体常规运输，须在现场组装焊接，而 100m3 容积的卧（立）式贮罐，则尚可在制造厂中预制。 球罐现场组装焊接，施工费用高；施焊条件差；装配尺寸与精度难以保证；器壁拘束度较大，会产生较大的残余应力，甚至诱发裂纹；施工质量受风雨、温度和湿度等环境因素的影响。 目前，虽然我国的球罐制造业发展很快，但总体制造水平偏低，某些加工手段及工艺措施还相对保守。 但是，其基本制造工艺还是比较稳定的，所以球罐的制造技术应该被广泛的应用，并在原基础上有所突破创新。 近年来，在石油、化 工、冶金、核电等领域中，球罐得到了广泛应用。 例如：球罐被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、丙烯、氧气、氮气、液氨、城市煤气、压缩空气等物料；在原子能发电站，球罐被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。 总之，随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广泛。 沈阳理工大学学士学位论文 2 球罐介绍 球罐为大容量、承压的球形储存容器，它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。 也可作为压缩气体（空气、氧气、氮气、城市煤气）的储罐。 操作温度一般为 50～ 50℃ ，操作压力一般在 3 MPa 以 下。 球罐的特点： (1) 球罐的表面积最小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小，一般要比圆筒形容器节约 30 %～ 40 %的钢材。 (2) 球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍，即球罐的承载能力最高，在相同直径、相同内压条件下，采用同样钢板时，球形容器所需要壁厚仅为同直径、同材料的圆筒形容器壁厚的 1/2（不考虑腐蚀裕度）。 (3) 在相同直径情况下，球罐壁内应力最小，而且均匀。 由于这些特点，再加上球罐基础简单、受风面小、外观漂亮，可用于美化工程环境等原因，使球罐的应用得到很大发展。 其主要缺点是制造施工 比较复杂。 球罐的结构是多种多样的，根据不同的使用条件（介质、容量、压力湿度）有不同的结构形式。 通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类。 （ 1）按形状分为圆球形和椭球形 （ 2）按壳体层数分为单层壳体和双层壳体 （ 3）按球壳的组合方式分为纯橘瓣式、纯足球瓣式和足球橘瓣混合式 （ 4）按支承结构分为柱式支承和裙式支承，半埋入式支承、高架支承等 国内外研究现状 球罐的发展和应用现状 早在 1910 年美国建造了世界上第一台球罐 ,至今全世界役各类工业球罐约 5 万余台 ,国外主要球罐制 造厂商约 40 余家 ,年建造增约 500～ 600 台。 中国最早建造球罐开始于 1958 年。 至 1990 年全国在役各类工业球约 2200 余台（其中：石油 300 余台 、化工500 余台 ,石油化工 500 余台、冶金 200 余台、城市煤气 400 余台、其他工业部门 300 余台。 目前中国球罐制造厂商约 20 余家，年建球罐增长量约 100~150 台。 约占世界球罐建造增长量的 1/5 至 1/4。 美国早在 1976 年已建成容量为 万 m179。 ,直径为 61m 的核反应堆球形安全壳 ,设计压力为 ~ MPa ,壳体壁厚控制在 38 mm 以 内 ,这是目前世沈阳理工大学学士学位论文 3 界上较大容量球罐。 我国尚未建造球形安全壳 ,我国已建成直径为 36 m，壁厚为 38 mm 的球形封头式的核反应堆安全壳。 国产最大容量球雄是由金州重型机器厂于 1989 年为河南中原化肥厂建造的 4000 m179。 液氨球罐 ,设计压力 MPa， 内径 ， 板厚 20 mm ,球罐质量 t。 目前我国在役球罐主要参数：容量为 50~10000 m179。 ，内径为 ~ ,设计压力为常压至 4 MPa，设计温度为 104~60 ℃。 我国球罐容量 1000 m179。 以下的占总量的 90%左右、 其中 100~400 m179。 球罐占 70 % 左右。 储存介质为液化石油气、液氨及城市煤气 ，氧 气 和 氮 气 ， 乙 烯 和 液 氨 ， 液 氨 ， 其 他 介 质。 球 罐 材 料 只 要 有 国 产A3F,A3,A3R,20R,Q345B,Q345R,15MnV,15MnVR,15MnVN, 15MnVNR 及从国外引进的各种球罐材料，我国球罐选用 Q345R 为主，约占总量 90% ，球罐结构主要采用赤道正切式支承纯正圆单层球罐，约占 99%；球壳结构为桔瓣型及足球桔瓣混合型。 世界各国在役球罐平均每 10 年发生 2~3 次灾难性爆炸事故，据报道日本 70 年代球罐事故发生率约 为 1%。 我国 70 年代球罐事故统计，其发生率约为 2%。 80 年代全国各部门从 1979 年吉林液化石油气球罐群爆炸灾难性事故中吸取教训，在国家劳动安全监察部门监督下，对全国 930 余台在役旧球罐及 1000 余台新建投用球罐逐台进行开罐检查及全面修复，历时 10 年，耗资近 3 亿元人民币，动用 4 万人次， 80 万工日，报废球罐约占总开罐数的 10%，返修球罐约占总开罐数的 80%从 1980 年至 1990 年全国在役2200 余台球罐灾难性事故降到 0，球罐运行破裂爆炸事故降到 0 球罐耐压破裂事故 降到 1/1000。 从而使我国球罐安全性达到世 界领先水平。 制造球罐的材料要求强度高，塑性特别是冲韧性要好，可焊性及加工工艺性能优良。 球罐的焊接、热处理及质量检验技术是保证质量的关键。 焊接设备应用现状 制造业是一个国家综合经济实力的重要基础，没有强大的制造业就不可能成为经济强国，也难有强大的国防力量。 装备制造业是制造业的核心，因为它是为各行各业提供各种装备的产业。 随着科学技术的发展， 焊接逐步成为制造业，尤其是装备制造业中的重要加工手段。 上世纪 90 年代末， 美国和德国的专家在对 20 世纪前 20 年焊接技术发展前景的预测中认为，到 2020 年 ， 焊接仍将是制造业的重要加工工艺，它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。 目前还没有其他方法能够比焊接更为广泛地沈阳理工大学学士学位论文 4 应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值，可见，焊接在已经完成工业化的发达国家中仍是一种不可取代的工艺，对于我们这样的发展中国家来说，焊接更是一项蓬勃发展的技术。 对于国内，尽管从焊接设备拥有量和焊接材料消耗量来看，我国已经是一个焊接的大国， 但从先进技术应用的深度与广度、焊接自动化率、焊接机器人拥有量、大型复杂焊接系统的自主开发能力、原创性科研成果数量、劳动生 产率和生产管理水平等方面看，我国还不是一个焊接的强国。 国内以焊接为主要生产工艺的企业，焊接自动化水平相对较低。 多数仍然是手工生产或者半自动化生产。 同时，国内焊接自动化水平分布不均，自动化程度最高的是汽。