不锈钢罐焊接工艺的研究毕业论文.docx

1、 , 毕业设计论文 学 院 材料科学与工程学院 学生姓名 专 业 金属材料工程 学 号 年 级 2010 级 , 指导教师 刘晓波 教务处制表 二 一 四 年 4 月 24 日 1 201 不锈钢罐的焊接工艺研究 专业：金属材料科学与工程 学生：高浩然 指导教师：刘晓波 摘要： 无论在日常生活中，还是工业生产中，球罐都是一种很重要的 生产生活工具。 伴随着全球工业化和设计水平的提高，球罐的生产制造水平也在不停的改善。 在石化，石油，天然气，危险溶剂转移等相关领域都有很重要的应用。但是由于球罐经常为贮藏转移一些危险物品，因此它对钢材以及焊接工艺要求非常的高。从钢板压制，下料，焊接以及后热处理和探

2、伤都需要严格按照国家标准执行。 在本设计中， 我们严格按照国家标准，对 1000mm*35mm 进行焊接设计，并解决生产过程中复杂的问题。以及生产后及无损检测和热处理等，保证球罐的安全使用。 在本次的实验设计中，分成了两个部分：第一个部分为介绍部分，包含了国内外球罐的工程应用以及研究现状，以及国内外相关技术和本次试验所用材料的介绍； 第二个部分为 球罐的设计，包括球罐的实体结构图， 壳体组装以及焊接工艺的设计。本球罐采用 0Cr18Ni9Ti 不锈钢，设计尺寸为 1000mm*35mm，支柱采用赤道正切形式连接支柱，有较好的支撑和防震效果。 关键词 ： 球罐 组装 焊接 热处理 国家标准 2

3、Study 201 stainless steel tank welding process Professional: Metallic Materials Science and Engineering Student: Gao Haoran Supervisor: Liu Xiaobo Abstrac： Whether in daily life, or industrial production, tank production is a very important tool life. With the increase in global industrialization an

4、d design levels, tank manufacturing levels are constantly improved. In related fields of petrochemical, oil, gas, hazardous solvents metastasis has very important applications. However, due to the transfer of some of the storage tank as often as dangerous goods, steel and welding process and therefo

5、re it requires very high. Pressed steel, cutting, welding and heat treatment and testing are required in strict accordance with national standards. In this design, we strictly in accordance with national standards, 1000mm * 35mm welded design, production process and solve complex problems. And post-

6、production and non-destructive testing and heat treatment to ensure the safe use of spherical tanks. In this experimental design, divided into two parts: the first part is the introduction part, the application contains the status of the project and the research abroad tank, and the introduction of

7、the relevant foreign tests and materials used; s two sections of tank design, including physical structure of tank, the housing assembly and welding process design. The tank using 0Cr18Ni9Ti stainless steel design size 1000mm * 35mm, pillars form the connection using the equator tangent pillar, bett

8、er support and shock effect. 3 目录 1.绪论 . 5 1.1 不锈钢球罐概述 . 5 1.2 不锈钢球罐工程应用和研究现状 . 5 2.设计任务介绍： . 7 2.1 压力容器的分类： . 7 3 钢制球罐制造工序介绍 . 8 4钢制球罐的缺陷分析 . 9 4.1 制造中产生的裂纹 . 9 5制造过程中钢制球罐的质量控制 . 9 5.1 钢材检验： . 9 5.2 球罐成型方法简述： . 9 6、钢制球罐的焊接工艺设计 . 10 6.1 施焊环境 . 10 6.2 焊前准备 . 10 6.3 焊接工艺 . 10 6.4 消除应力处理 . 11 7球罐焊接设计依据

9、 . 11 7.1 设计依据 . 11 4 7.2 球罐的结构设计 . 11 7.3 球罐壳体材料 . 14 7.4 球瓣压制成型 . 14 7.5 球瓣坡口加工 . 15 7.6 球瓣外形检测 . 16 7.7 球罐壳体组装 . 17 8球罐焊接工艺 . 18 8.1 施焊环境 . 18 8.2 焊接方法及焊接材料的选择 . 18 8,3 球罐施焊要点 . 18 8.4 焊前坡口的清理和检查 . 20 8.5 焊前预热 . 20 8.6 后热处理 . 20 8.7 球罐焊接 . 20 9焊后检测 . 28 9.1 外观检测 . 28 9.2 球罐密封性检验 . 29 9.3 球罐无损探伤 .

10、 29 参考文献： . 30 5 1.绪论 1.1 不锈钢球罐概述 球罐是一种 用来 贮存 和运输液态或 存放各种物料 的容器， 主要用于石油炼制工业 以及 石油化工业中。本文涉及的球罐由于介质因素 ，所选材料为不锈钢，因为不锈钢球罐有许多优点，如：不锈钢罐有很强的耐腐蚀性，不会受到 外界的空气和水中余氯的腐蚀，并且其密封性好，可以杜绝外界空气和其他有害物质的污染， 而且不用经常清洗不锈钢罐。相比其他材质，不锈钢制成的钢罐 重量轻 、 质地好， 也可以制作成各种形状。因此，不锈钢球 罐用途 非常 广泛。 1.2 不锈钢 球罐工程应用和研究现状 球罐是在 19 世纪末被发明的一种贮存容器，自从

11、它问世以来，就一直受到各国重视。 早期用铆接结构制作的球罐只能用来 贮存低压气态介质， 因此，实用性不强，发展 速度缓慢。但是，二战后，由于焊接技术的飞 速 发展，由低压、常温等气体贮藏慢慢发展到 对中、高压甚至低温液化气体的贮藏与运输， 并且在向大型化方向发展。 因为 球罐的尺寸加大 ，造成焊接难度上升。球罐内部环境恶劣，对技术要求高，劳动强度大，更加影响了球罐的焊接效率和产品质量。 因此， 现在广泛采用 的 自动焊技术 ，可以 大幅度 地提高球罐组焊效率和产品质量， 非常显著 降低焊生产成本 和劳动强度 。 20 世纪 70 年代 ，前苏联、德国、日本等将埋弧自动焊应用到球罐工业，但是埋弧

12、自动焊收到位置限制，很难进行大型球罐的焊接 ，因此日本便采取了不同形式的坡口和 MIG 焊接等方法。我国大型球罐自动焊研究开始于 20世纪 80 年代 并且逐渐运用于工业制造当中，并且 取得了智能型全位置球罐焊接机器人等研究成果。 本文所涉及的 材料为 201 不锈钢，这是一种具有一定耐酸 、耐碱性能，密度高、抛光无气泡、无针孔等特点，是生产各种表壳、表带底盖优质材料等。主要用于做装饰 管、工业管 道 、 以及某些 浅 拉伸的制品 等 。 6 表 1-1： 20 不锈钢 的化学成分、力学性能、使用范围如下 元素种类 含量 碳（ C） 0.15 硅（ Si） 0.75 锰（ Mn） 5.5-7.

13、50 铬（ Cr） 13.5-15.0 氮（ N） 0.25 磷（ P） 0.060 硫（ S） 0.030 镍（ Ni） 3.50-5.50% 铜（ Cu） 半铜 0.8% 高铜 1.5% 表 1-2： 201 不锈钢力学性能 抗拉强度 100,000 to 180,000 psi 屈服强度 50,000 to 150,000 psi 伸长率 55 to 60% 弹性模量 29,000,000 psi 硬度要求 HRB183N/mm2(MPa) 密度 280lbs/cubic inch(密度 7.93g/cm3) 表 1-3： 0Cr18Ni9Ti 化学成分 表 元素种类 百分含量 C 0.

14、07 Si 1.00 Mn 2.00 P 0.030 S 0.030 Ni 8.00-11.00 Cr 17.00-19.00 Ti 5(C%-0.02) C% 7 表 1-4： 201 不锈钢物理参数 熔点 1398-1454 密度 7.85g/cm3 弹性模数 (20 )199GPa 比热容 0.51000J/（ kg.K） 热导率 0.15100W/（ cm.K） 比电阻 uN。 m0.73 ： 表 1-5： 201 不锈钢力学性能 室温力学性能 1080-1130 水冷 520 205 40 60 1080-1100 水冷 539-686 221-402 51-71 65.5-77.5

15、 高温力学性能（ 1050 水冷 ） 试验温度 400 412 108 45 69 480 382 98.1 45 69 600 333 82.4 39 58 700 235 73.5 35 36 800 147 68.6 30 28 2.设计 任务 介绍 ： 2.1 压力 容器的分类： 对于压力容器，我们有不同的分类方法 ， 从 使用、制造和监检角度 是比较常见的分类手法 ，有 以 下几种 按承受压力的等级分为：低压 力 容器 、中压 容器 、高压 力 容器 以及 超高压 容器 按承装介质分为：非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。 根据 工艺过程中 不同 的作用可 将容器 分为： 反应容器：可以

16、在容器中进行物理化学反应 8 换热容器：用 可以在中间进行 热量交换的容器。 分离容器： 可以让其中的介质进行质量交换、气体净化，三态分离 。 贮运容器：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。 品种 划分： 根据生产工艺不同过程和不同原理，我们可以 ，分为反应 压力容器、换热压力容器、分离压力容器、贮存压力容器。基体划分如下： 反应压力容器（代号 R）：在容器中发生物理化学反应的 压力容器，如反应器、反应釜、分解锅等。 热压力容器（代号 E）： 在容器中发生 热量交换的压力容器，如 热交换器 、 管壳式余热锅炉 等。 分离压力容器（代号 S）： 可以负责 流体 压力 的

17、 平衡缓冲 以及 气体 净化 分离的压力容器，如、 过 滤器 、 分离器 、 集油器 等。 储 存压力容器（代号 C，其中 球罐 代号 B）： 可以用来装存各种液化气，气体，液体等 ，如各种型式的储罐。 3 钢制球罐制造工序介绍 一般分为原料验收程序、划线工序、切割工序、除锈工序、机加工（含包边等）工序、 滚制工序、 组对工序、 焊接工序（产品焊接试板）、 无损检测程、开孔划线程序、总检程序、 热处理程序、压力试验程序、防腐工序。 A 对原材料的要求： 应该通过技术手段对我们制造球罐所用的钢材进行检验，如果板厚较厚，应当用超声波对球罐进行探伤 。 B 球瓣的 成 型 形状为双曲面的球壳很难在平

18、面上展开 。因此， 想保持精确下料困难很大 。通常先荒料 （近似展开），用压制成型的方法随后进行二次切割 。 C 球罐的组装 因为要检测球壳体的加工质量以及安装的顺利程度 。 根据组件的大小，我们可以以整球或者半球为单位在厂内特制的工具架是进行预装配 。 3、钢制球罐的焊接方法 球罐组装的几个重要组成部分有组装方法，焊接设计以及现场施工条件 。焊条电弧焊和埋弧焊 是最常用的手段 ， 焊条电弧焊运用的更为普遍 ，另外，在 特殊情况下 球 罐焊接 也可以用气电弧焊 。 9 4 钢制球罐的缺陷分析 4.1 制造中产生的裂纹 氢裂裂纹是 球罐制造中 最主要的“先天性”裂纹， 其主要原因有以下几个方面：

19、 材料的焊接性：国内最常用低合金高强度钢 ，这些钢淬硬倾向比较大，裂纹敏感性比较强。 组装时的拘束应力： 因为 球罐有 比较厚 的外壳 ， 容易产生 比较大的组装应力和焊接残余应力。 焊接工艺：很多焊接工艺会造成焊接裂纹，比如说：如果焊条没有完全烘干，便会给焊接过程中带入较多的水分，水中的氢元素会造成氢致裂纹； 如果焊接顺序选用错误的话，焊接应力也会造成裂纹，因此选用合适的焊接顺序，是很重要的； 过高或者过低 的焊接线能量 ，都会 降低 焊接接头的性能，从而造成 焊接 裂纹；预热、后热、层间温热的不合理都可能会导致裂纹 使用过程中的裂纹： 如腐蚀 开裂，疲劳 裂纹，超标 缺陷等。 5 制造过程

20、中 钢制球罐的质量控制 5.1 钢材检验： 球罐钢材不仅要有符合要求的强度需求，还应该有良好的韧性、成形性以及焊接性 。 在用料之前，需进行以下检验：复验 化学成分及 力 学性能；对外观质 量进行检查，以防麻 坑、裂纹、折叠和皱皮等； 对钢板内部进行质量控制，应该对钢板进行超声波探伤，以防有损害焊接的缺陷存在。 5.2 球罐成型方法简述： 球壳通常采用的是一次成型技术，一般是通过压力对钢板的冲压加工成所需要的形状，其成型一般采用冷压。 冷压有多重类型的雅典排列顺序有很多类型并且可以根据球片板料特点配合操作者经验选用合理的操作流程。从球壳版的一段开始冲压，然后根据操作顺序 排列压点 ，相邻的压点之间要有百分之 30 到 50的覆盖率， 以改善球壳表面压力分布，确保过度均匀可以 起到很好的释放压力的效果， 减少成型时候的变形。 对一次压型 曲 率 进行严格的控制，以改善后续下料尺寸的精度。