【正文】 加工時(shí)不出現(xiàn)斷裂等缺陷，而且得到質(zhì)量可靠的焊接結(jié)構(gòu)。此外還要具有較好的焊接性能，即在不附加其他任何工藝措施的條件下仍能得到優(yōu)質(zhì)常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 7 / 47 的焊接接頭。 （ 4） 耐蝕性能 在許多生產(chǎn)中，壓力 容器所接觸的介質(zhì)存在一定的腐蝕性，因 此導(dǎo)致容壁減薄而不能滿足最初的設(shè)計(jì)載簡要求，因此為了保 證壓力容器在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)安全運(yùn)行，就必須根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)選擇不同要求的耐蝕性能的材料。必要時(shí)可以針對介質(zhì)的具體性質(zhì)選用高合金鋼、有色金屬或耐蝕襯里。 （ 5）較低的硫、磷含量 在鋼材中硫、磷是主要的有害元素。硫元素存在于鋼中將會促進(jìn)非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低；磷元素盡管能夠提高鋼的強(qiáng)度，但伴隨著增鋼材的脆性，特別是低溫脆性。因此與一般的結(jié)構(gòu)鋼相比，壓力容器用鋼要求硫、磷在一個(gè)較低的水平。我國壓力容器用鋼對硫、磷含量的要求就分別低于 ％和 ％，這有別于其他用途的鋼材，所以在壓力容器用鋼牌號后用“ R”以示區(qū)別，這里“ R”代表中文“容器”的第一個(gè)字的大寫字母。 高壓儲罐的常用鋼 壓力容器用鋼的基本要求 壓力容器常用材料 （ l） 殼體常用材料壓力容器的殼體是主要的受壓元件，因此除有強(qiáng)度要求外塑性和韌性也必須滿足要求。目前壓力容器殼體一般采用冷 (熱 )成形方法，因此選用碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓力容器用碳素鋼板、低合金鋼板和不銹鋼板。 ①碳素結(jié)構(gòu)鋼板 此類材料只能用于一般用途的非壓力容器專用鋼板，由于價(jià)格便宜、來源廣泛、質(zhì)量穩(wěn)定，因此一定限制條件下可以用于壓力容器?？晒┻x用的鋼板有 Q235AF， Q235A， Q235C，其限制條件參見 GB 150—— 1998 《鋼制壓力容器》 。 ②壓力容器用碳素鋼板和低合余鋼板 這類材料屬于一般壓力容器的專用鋼板，在普通的壓力容器結(jié)構(gòu)鋼板中加入少員的合金元素，諸如 Mn、 Si、 Mo、 V、Ni、 Cr 等元素，能夠顯著改變鋼材的強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能在 GB— 1996《壓力容器用鋼板》提供了多個(gè)鋼板品種。如 20R、 16MnR、 15MnVR 等，此外在 GB 1501998《鋼制壓力容器》中還規(guī)定允許采用《壓力容器用鋼板》以外的其他鋼板，如 07MnCrMoVR、 07MnCrMoVDR 等低合金鋼板。壓力容器用碳素鋼板和低合金鋼板的使用性能和要求參見 GB 1501998《鋼制壓力容器》。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 8 / 47 ③低溫壓力容器用低合金鋼板按 GB 1501998《鋼制壓力容器》規(guī)定，設(shè)計(jì)溫度≤ 20℃的容器即屬于低溫容器范疇；對于這類容器，應(yīng)選用耐低溫的專用鋼板，除強(qiáng)度要求外，更要求具有足夠的韌性，以防止壓力容器的低溫脆斷。GB 35311996《低溫壓力容接用低合金鋼板》和 GB 1501998《鋼制壓力容器》提供了用于制造低溫壓力容器專用鋼板，如 16MnDR 、 15MnNiDR 、09Mn2VDV07MnNiCrMoVDR、等。 ④不銹鋼板 不銹鋼是指含鉻量在 12%~30%的鐵基合金。含鉻量在 12％~17％的不銹鋼，它在大氣中可以發(fā)生鈍化，主要用于大氣、水及其他腐蝕性不太強(qiáng)的介質(zhì)中；含鉻量在 17％以上的不銹鋼可以用于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中這類不銹鋼也稱為“耐酸鋼” 。 GB4237《不銹鋼軋制鋼板》提供了多種不銹鋼。不銹鋼雖然在生產(chǎn)中起廣泛作用，但對某一種鋼號而言其使用卻受到一定的限制，目前還沒找到能夠抵抗多種介質(zhì)類型腐蝕的不銹鋼。 （ 2）接管與換熱管常用材料 壓力容器上有許多工藝接管，如進(jìn)料管、出料管、換熱管等，它們多為無縫鋼管，而切屬于受壓元件。常用無縫鋼管材料一般有四類，即碳素鋼、低合金鋼、低合金耐熱鋼和高合金鋼。它們的冶煉要求、性能要求與前面介紹的鋼板基本相同。常用的碳素鋼管材料有 20g 等，低合余鋼材料有 16Mn、 15MnV等，低溫鋼管材料有 09Mn2VD、 09MnD 等，中溫抗氫鋼管材料有 12CrMo、 15CrMo、 10MoWVNb、 12Cr2Mo、 1Ni5Mo 等。高合金鋼管材料有 0Cr1 0Cr18Ni 0Cr18Ni9Ti、 0Cr18Ni12Mo2Ti、 0Crl9Ni13Mo00Cr19Ni 00Cr17Ni14Mo2 等。 （ 3）管道與法蘭常用材料 管道與法蘭式壓力容器中幾比較典型的受力元件，通常是用鋼板或者是鍛件經(jīng)過機(jī)械加工制成 ，然后與殼體組焊，因 此要求管板與法蘭材料具有良好的可鍛性、可焊性和切削加工性能。此外，管道與法蘭不僅與介質(zhì)直接接觸，而且受力比較復(fù)雜，因此在選擇材料時(shí)應(yīng)考慮其力學(xué)性能要高于殼體材料。 管板的常用材料有 Q235A、 Q235I Q235C、 16Mn、 I6MnR 等。 法蘭常用材料有板材 Q235A、 Q23 51 Q235C、 16Mn、 15MnVR，常用鍛件有 20MnMo、 15CrMo 等種類。 （ 4） 螺 栓與螺母常用材料 螺栓與螺母是壓力容器廣泛使用的一類基礎(chǔ)零件。由常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 9 / 47 于 壓 力容器工作時(shí)要承受較大的負(fù)荷，因此螺栓與螺母需要采用較高強(qiáng)度的材料制造，同時(shí)要求所選擇的材料具有較好的塑性、韌性以及良好的機(jī)械加工性能。對高溫和高強(qiáng)度螺栓用鋼，還必須具有較好的抗松弛性、良好的耐熱性以及較低的裂紋敏感性。螺栓與螺母 配對使用，通常螺栓的強(qiáng)度和硬度比螺母的稍高。 螺栓常用的材料有 Q235A、 3 40MnB、 40 MnBV、 40Cr、 30CrMoA、35 CrMoA、 35 CrMoVA、 25Cr2MoVA、 1Cr5Mo、 0Cr19Ni19 等。 螺母常用的材料有 Q215A、 Q235A、 2 3 2Cr1 30CrMn 等。 （ 5）支座與其他附件常用材料 壓力容器支座將承受整個(gè)容器的自重和工作介質(zhì)負(fù)荷，但沒有承受介質(zhì)的壓力和溫度負(fù)荷，因此選擇時(shí)剛性較好的材料即可。常用鋼材 Q235A、 Q235B 等。 主體材料的制備 —— 鋼材的處理 （ 1）鋼材的表面處理 低合金高強(qiáng)度鋼通常具有較高的耐斷裂強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，但它的抗腐蝕性及腐蝕疲勞性能較差。在工程應(yīng) 用中，許多構(gòu)件不可避免的收到水、氯離子以及其他介質(zhì)的侵蝕，同時(shí)還承受動載荷的作用，也因此要求構(gòu)件還要具有較高的疲勞抗力。表面處理方法主要有表面噴丸，表面鍍鋅以及它們的相互結(jié)合。 通過實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過表面處理后的鋼材抗腐蝕疲勞強(qiáng)度提高 80％，鋼材的疲勞源從表明轉(zhuǎn)移到亞表面，表明形變層的抗腐蝕能力增加，小孔腐蝕消失，疲勞裂紋減少。有利于改善低應(yīng)力長壽命范圍內(nèi)的腐蝕疲勞性能。 （ 2）鋼材的表面凈化工作 鋼板的表面凈化是鋼板預(yù)處理的一個(gè)步驟，運(yùn)用特定的方法或設(shè)備祛除表面的油污、鐵銹、雜質(zhì)、氧化皮等。表面凈化的方法大 體分兩類：機(jī)械法和化學(xué)法。化學(xué)法主要有酸洗、堿洗、鹽洗等。機(jī)械法主要有砂輪打磨、噴沙、噴丸處理。 經(jīng)過表面處理后的鋼材 能較好的除去鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面的銹蝕及飛濺 ； 使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面產(chǎn)生一定程度的凹凸不平的 壓花 效果 ，可以 消除應(yīng)力集中，增加表面硬度；改善表面密度，增加表面抗力； 增大構(gòu)件摩擦系數(shù)（主要用于高強(qiáng)摩擦栓）及涂料的附著力。 （ 3）鋼材的矯正工作 鋼材在軋制、運(yùn)輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支承不當(dāng)或裝卸條件不良及其他原因，可能會產(chǎn)生彎曲、扭曲、翹曲、波浪常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 10 / 47 變形及表面不平等變形。當(dāng)這些變形超過一定程度時(shí) ，會給尺寸的度量、 劃線 、剪裁及其他加工帶來困難，而且會影響到 成形 后零件的尺寸和幾何形狀的精度，從而又會影響到裝配、焊接和整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。所以在 劃線 下料前應(yīng)予以矯形。鋼材在加工過程中，也會由于受力不均等工藝原因和其他原因而使工件產(chǎn)生變形，為不影響下道工序的加工和確保加工質(zhì)量，也需進(jìn)行矯形。另外，在裝配 —— 焊接之后，工件也會因焊接等原因，產(chǎn)生某些變形，亦需矯形，此為成品矯形。矯形就是使鋼材或工件在外力作用下產(chǎn)生與原來變形相反的塑性變形，以消除彎曲、扭曲、皺折、不平等現(xiàn)象，從而獲得正確形狀的過程。矯形的實(shí)質(zhì)就是將 被拉長的纖維縮短或?qū)⒖s短的纖維拉長，以恢復(fù)原狀，或是使其他部分的纖維也拉長或縮短，產(chǎn)生與局部纖維相同的變形。從而達(dá)到矯形的目的。矯形的方法按操作方法的不同，可分為手工矯形、機(jī)械矯形和火焰矯形三種。 第三 章 高壓儲罐的結(jié)構(gòu) 高壓儲罐的結(jié)構(gòu)參數(shù) 1250t 水壓的高壓儲罐的設(shè)計(jì)壓力為 32MPa，工作壓力為 21，儲罐主體為鍛焊結(jié)構(gòu)，設(shè)備內(nèi)徑為 7745mm，厚 60mm，總長度為 7745mm，由三節(jié)殼體和兩個(gè)端蓋組焊而成。 其結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 圖 31 高壓儲罐的結(jié)構(gòu)示意圖 本課題的用鋼 儲罐的 主題材料為 14CrMoVB，為低合金高強(qiáng)度鋼。這種鋼的屈服比不大，但硬度較高（ 285HB），含錳量大，淬透性好，因此焊接性比較差。材料的金相組織為回火馬氏體和少量的粒狀貝氏體。 14CrMoVB 鋼的化學(xué)成分見表 31。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 11 / 47 表 31 14CrMoVB 鋼的化學(xué)成分 壓力容器 板材的制作工藝流程 筒體板材的制作流程 （ 1）板材的切割與 下料，例如 60mm的厚板材需要等離子或者火焰切割 （ 2）筒體的卷制與成型，對于厚大鋼板應(yīng)采用熱卷板或者輥卷板 ，如圖 32所示 圖 32 （ 3）焊接 ，主要包括筒體縱縫的焊接、環(huán)縫的焊接。根據(jù)焊接工藝應(yīng)采用埋弧焊焊接最為合適（具體參照第四章 《焊接工藝》 ） （ 4）筒體組裝前準(zhǔn)備，主要包括筒體縱縫邊緣的準(zhǔn)備、筒體的矯圓、組對環(huán)縫 （ 5）筒體組裝的后續(xù)工作，包括筒體內(nèi)壁的修磨和清理、筒體封頭接管的開口、筒體的的接管、 總裝和焊接。 封頭的制作工藝 （ 1）封頭板的火焰切割與下料 （ 2）封頭板拼縫的焊接，與筒體工藝相同，主要采用埋弧焊進(jìn)行焊接。 成分 C Si Mn P S Cr Mo V B 含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） /％ 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 12 / 47 （ 3）封頭板的無損檢測與正火處理 （ 4）熱沖壓成型或旋壓成型 （ 5） 正火或者進(jìn)行調(diào)制處理。對于低合金鋼熱沖壓加溫不高于該鋼材的正常正火溫度。 （ 6）封頭內(nèi)部的清理和整修 型材結(jié)構(gòu)的制作工藝 （ 1）型材的預(yù)處理，包括矯平、矯直和涂防護(hù)漆等 （ 2）熱切割和沖剪下料 （ 3）彎曲成形和折邊 （ 4）孔加工，可采用氣割、鉆、銑等方法 （ 5）總裝焊接 （ 6）結(jié)構(gòu)整體噴丸除銹 管材焊接的結(jié)構(gòu)的制作工藝 管材制作的工藝與型材相 似，不再進(jìn)行一一介紹。 壓力容器的裝配 筒體裝配 筒節(jié)的制造過程中，至少有一條縱縫是在卷制后組焊的，同時(shí)縱縫的組裝沒有積累誤差，組裝質(zhì)量較易控制 ，但對于壁厚為 20~65mm、直徑為 1000~6000mm的筒節(jié)，若彎卷過程控制不好，就會產(chǎn)生偏差，如圖 33 所示。 圖 33 筒節(jié)的板料預(yù)彎質(zhì)量不佳還會造成縱縫棱角超差。這時(shí)靠組裝過程來控制是無能為力的，而只能在筒節(jié)縱縫焊后校圓工序中予以修正。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 13 / 47 圖 34 棱角度 殼體環(huán)縫的組裝 環(huán)焊縫的組裝比縱焊縫困難。一方面由于制造誤差，每個(gè)筒節(jié)和 封頭的圓周長度往往不同，即直徑大小有偏差；另一方面，筒節(jié)和封頭往往有一定的圓度誤差。此外組裝時(shí)還必須控制環(huán)縫的間隙，以滿足容器最終的總體尺寸要求。 可采用螺栓撐圓器、間隙調(diào)節(jié)器、筒式萬能夾具等輔助工具有有關(guān)量具來矯正，對中、對齊。 人孔、接管、支座等零部件與殼體的組裝 筒體劃線 在筒體總裝、焊接、無損檢測等工序完成后，作總體尺寸檢驗(yàn)，并找出筒體兩端的四條中心線，并核查是否等分，然后檢查筒體兩端中心線是否扭曲。檢查步驟如下： （ 1）將筒體放在滾輪架上，轉(zhuǎn)動筒體，用吊垂線方法，使一端口的 A 心在最高位置。 （ 2）在另一端的 A 心上吊線，與端口交點(diǎn) C 測得 C 心的偏移值 b，這說明由于環(huán)縫組裝后心線發(fā)生扭曲。 （ 3）調(diào)整中心線偏移，使兩端中心線垂線重合，并重表核查等分的正確性。 （ 4）按糾正后的中收線位置重表彈好粉線并做好標(biāo)記。此時(shí)筒體中收線的扭拉已糾正，按圖樣的各管口位置劃出所有接管開了位置線、切割線、檢查線，同時(shí)劃出支座安裝位置線，做好標(biāo)記。 對于長大塔器，尤其是分段發(fā)運(yùn)的塔器，每個(gè)分段的四條中收軸線、開孔位置線、塔盤支撐圈的裝配位置都要分別精確劃出 。 如圖 6 所示。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 14 / 47 圖 35 檢查筒體中心線 人孔等大管口及殼壁 上的斜插管口，還應(yīng)按相貫線展開后制作開孔切割樣板。 按開孔切割位置線進(jìn)行切割 坡口經(jīng)打磨清理后，用焊縫檢驗(yàn)尺檢測所有管孔坡口尺寸的正確性，如有不符合必須進(jìn)行認(rèn)真修正。 人孔、接管與法蘭的裝配 法蘭有兩種類型，