【正文】 安全閥的設(shè)計(jì) 由操作壓力 P=，工作溫度為 20~48℃ ，盛放介質(zhì)為液化石油氣體。 圓筒軸向彎矩計(jì)算 圓筒中間截面上的軸向彎矩 圓筒的平均半徑 Ra=Di/2+δn/2=1159mm， 座反力 F=679895N 根據(jù) JB/T 47312020 得： M1= )4/)(2/(_)_2/()2/(32_)2_2(4 21 LlqAlFlHqHRiqM ?? （ 33） = }])341(4])_()[(21{[22ALLHLHLRFi???? 化簡得 ： M1=F（ C1LA） 其中 C1= 0)8400615341(4])_()[(21 22???? LHLR i .006 Mi=F（ C1LA） = 其中，剪力彎矩圖如下圖所示： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 31 剪力彎矩示意圖 支座截面處的彎矩 M2= )2(32)(4 __2_2 AqAH q AHRqi= )1(2___2 3 CARiCLACFA （ 34） 式中： C2=2 C3= ????? 840011502 615115022_22_2LR HR ii M2= )1(2___2 3 CARiCLACFA= 圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核 圓筒中間截面上的軸向應(yīng)力 計(jì)算 截面最高點(diǎn)（壓應(yīng)力） σ1=eieic RMRP δπδ2 21_ （ 35） 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 = ????? ? = MPa 截面最低點(diǎn)（拉應(yīng)力） σ2=eieic RMRP δπδ2 21+ = MPa （ 36） 由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核 鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計(jì)算： 1 當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈或被封頭加強(qiáng)（即/2aAR? ）時(shí)，軸向應(yīng)力 3? 位于橫截面最高點(diǎn)處 . 取鞍座包角 120?? ，查資料得 ， , ??.則：鞍座橫截面最高點(diǎn)軸向應(yīng)力（拉應(yīng)力） σ3=eieic Rk MRP δπδ2 212_ = 3 1 . 9 63162 ????? ? （ 37） = 2 在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力 4? 鞍座很截面最低點(diǎn)處軸向應(yīng)力（壓應(yīng)力） σ4=eieic Rk MRP δπδ2 222+ = ?????? ? （ 38） = MPa 圓筒軸向應(yīng)力校核 A=161150 ?eiR ?=103 （ 39） 查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》得 10E??,則 B=32 EA= 32 2105103= （ 310） 壓應(yīng)力不應(yīng)超過 [σ]tcr=min（ [σ]t， B） =min（ ） = MPa 在操作工況條件下，軸向拉應(yīng)力不得超過材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 υ[σ]t，壓應(yīng)力不應(yīng)超過軸向許用臨界應(yīng)力 [σ]cr 和材料的 [σ]t。 即 τ≤[σ]t=182= MPa 合格 圓筒被封頭加強(qiáng)（ /2aAR? ）時(shí)，其最大剪應(yīng)力 h? τh=K4eiRFδ39。每個(gè)地腳螺栓的橫截面積： Abt= 42dπ = = mm2 （ 317） 傾覆力矩： ME0V 0=FEVHV=1268103= 地腳螺栓拉應(yīng)力： σbt=btVEAnlM100 =63 ????= MPa （ 318） 地腳螺栓剪應(yīng)力： τbt=btEVAnF39。 圖 41 儲氣罐的結(jié)構(gòu)簡圖 1 筒體 本產(chǎn)品的簡體是用鋼板卷焊成筒節(jié)后組焊而成，這時(shí)的簡體有縱環(huán)焊縫。 從制造方法分，封 頭有整體成形和分片成形后組焊成一體的兩種。對于壁厚較洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 薄的封頭，一般采用冷壓成形。對于直徑大且厚度薄的封頭，采用旋壓成形法制造是最經(jīng)濟(jì)最合理的選擇。對于不同的工件條件要求有不同的密封結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)及形式的墊片，在制造時(shí)對于密封墊材料和形式不得隨意更改。帯頸對焊法蘭、接管用 16MnR 應(yīng)符合 JB47262020，殼體用 16MnR 鋼板應(yīng)逐張進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，方法按照 GB/T229 的規(guī)定，三個(gè)試樣的平均值大于等于 54J。所用 D 類焊劑接頭、 DN250 的接管與法蘭的 B 類焊接接頭及所有與承壓件相焊接的角接接頭，應(yīng)進(jìn)行 100%表面磁粉檢測，按照 JB/ 的規(guī)定，一級合格。檢測數(shù)量按照每條 A、 D 類焊接接頭測一組，每條 B 類焊接接頭每隔 120 度測一組，每組包括母材、熱影響區(qū)和焊縫各一處。水壓試驗(yàn)合格后應(yīng)將積水排凈吹干。 12 本儲罐安裝時(shí)，其縱軸應(yīng)向排污方向傾斜千分之三。 表 41 16MnR 材料性能分析 元素 C Si Mn S P Cr Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％） 16MnR 材料特性分析： 16Mn 鋼的基體組織為鐵素體 +珠光體，是低 合金高強(qiáng)鋼中應(yīng)用最廣泛的鋼，有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，屈服強(qiáng)度為 294～ 343MPa，基本屬于熱軋的低合金鋼，其綜合性能、焊接性及加工工藝性能均優(yōu)于普通碳素釧，且質(zhì)量穩(wěn)定，其使用溫度在 40～ 450℃ 范刖內(nèi)， 16Mn 鋼作為低溫壓力容器時(shí)，為改善低溫性能，可以在正火處理后使用。 技術(shù)要求 1 設(shè)備的施工應(yīng)符合 GB1501998《鋼制壓力容器》，驗(yàn)收應(yīng)接受《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定 。 6 裙座螺栓孔中心圓直徑允差以及任意兩孔弦長允差均為 2mm。 10 設(shè)備壓力試驗(yàn)合格后對全部焊縫按 JB/T473042020 進(jìn)行磁粉檢測，符合 I 級為合格，復(fù)驗(yàn)焊縫 。由此選擇焊縫類型為 D 類焊縫。埋弧自動(dòng)焊的生產(chǎn)率可比手工焊提高 5～ 10 倍。鋼板厚度一般在 30 毫米以下時(shí)，埋弧自動(dòng)焊可不開坡口，這就大大節(jié)省了鋼材，而且由于電弧被焊劑保護(hù)著，使電弧的熱得到充分利用，從而節(jié)省了電能；改善了勞動(dòng)條件。最終采用焊接方法為：手工電弧焊 +埋弧焊。如焊接母材是普通低合金鋼時(shí)，選用結(jié)構(gòu)鋼類型的焊條；根據(jù)被焊母材的性能，選用與其性能相同的焊條，或選用熔敷金屬與母材化學(xué)成分類型相同的焊條，以保證母材性能與焊縫相同；選擇焊條時(shí)還要考慮工藝方面，主要是操作方便，易獲得優(yōu)良的焊縫；從價(jià)格考慮，在滿足性能及施工要求的前提下，盡量選用熔敷效率高、價(jià)格低的焊條，從而提高生產(chǎn)率，降低成本。焊接時(shí)電弧燃燒穩(wěn)定，脫渣容易，焊接成型美觀，熔敷金屬具有 較高的低溫沖擊韌惟，可交直流兩用，直流焊接時(shí)焊絲接正極。故選擇焊劑 SJl01 根據(jù)焊接丁藝要求，選用焊條 J507，并查常用焊絲焊劑表，選用焊 絲 Hl0MnSi 焊劑 SJ101。 （ 3） 焊接電壓的確定 手工電弧焊，焊接電壓選擇為 22~30V，其電壓主要由電弧長度決定，電弧長則電弧電壓高，反之則電壓低。 由 J507 焊條對應(yīng)國標(biāo)為 E5015，即說明熔敷金屬抗拉強(qiáng)度為 50MPa，焊接位置為平焊，藥皮類型為低氫鈉型，焊接電源為直流反接。 外面焊接采用 埋弧焊 ， 選擇焊絲直徑為 5mm 以及焊接速度要求選擇 MZ1000 型焊機(jī) 。 1 工藝要求：（前面已經(jīng)詳細(xì)敘述過確定過程，不再贅述） （ 1） 加工方法：機(jī)加工坡口，并清除油銹 ) （ 2） 后熱溫度及保溫時(shí)間： 250~300℃ ， 2h （ 3） 清根方法：碳弧氣刨并打磨 （ 4） 焊接接頭如圖所示： 圖 46 筒體環(huán)向焊接接頭詳圖 2 工藝順序： （ 1） 清理坡口，并進(jìn)行磁粉檢測 ( VIT) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 （ 2） 并進(jìn)行裝配點(diǎn)焊 （ 3） 內(nèi)部進(jìn)行焊條電弧焊 （ 4） 外部清根并打磨，進(jìn)行 MT 檢測 （ 5） 外部進(jìn)行埋弧焊 表 46 焊 接規(guī)范 焊接 牌 號及焊 絲 焊劑 焊絲直徑（㎜） 電源種類及極性 焊接電流 （ A。因而確定為 A 類接頭， 1 工藝要求： （ 1） 加工方法：機(jī)加工坡口，并清除油銹 （ 2） 清根方法：碳弧氣刨并打磨 （ 3） 焊接接頭如圖示： 圖 45 筒體縱向焊接接頭詳圖 2 工藝順序： （ 1） 清理坡口，并進(jìn)行磁粉檢測 (MT)進(jìn)行裝配點(diǎn)焊 （ 2） 內(nèi)部進(jìn)行焊條電弧焊 （ 3） 外部清根并打磨，進(jìn)行 MT 檢測 （ 4） 外部進(jìn)行埋弧焊 （ 5） 焊后熱處理 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 表 45 焊 接規(guī)范 焊接牌號及焊絲焊劑 焊絲直徑（㎜） 電源種類及極性 焊接電流（ A） 焊接電壓(V) 焊接速 度(cm/min) 內(nèi)面手工電弧焊 J507 H10MnSi 5 直流反接 200270 2226 18 外面埋弧焊 J507 H10MnSi 5 直流反接 4001000 3236 22 各筒節(jié)環(huán)向焊縫焊接工藝分析 由同標(biāo) GB1501998《鋼制壓力容器》規(guī)定，殼體部分的環(huán)向焊接接頭，錐形封頭與接管連接的接頭等均屬于 B 焊頭，已經(jīng)規(guī)定的除外。由公式 n=D/d（此處厚度用 D 表示）得焊接層數(shù) n=18/5=4 層 。生產(chǎn)中盡量采用短弧焊接，電弧長度一般為2~6mm。 （ 2） 層間溫度： 100~250℃ （ 3） 清根方法： 碳弧氣 刨 并打磨 6 工藝順序 （ 1） 坡口清理 （ 2） 裝配點(diǎn)焊 （ 3） 內(nèi)面焊條電弧焊 （ 4） 外面清根并打磨 （ 5） 外面埋弧焊 7 焊接規(guī)范 ： 內(nèi)面焊接 — 焊條電弧焊 （ 1） 確定焊條直徑 根據(jù)《過程裝備制造與檢測》得由被焊工件的厚度選擇焊條直徑為5mm?？捎糜诙鄬雍?、雙面單道焊、多絲焊及窄問隙埋弧焊。常用的低合金埋弧焊實(shí)芯焊絲有以下三類：低錳焊絲（如 H08A）：常配合高錳焊劑，用于低碳鋼和強(qiáng)度較低的低合金鋼焊接；中錳焊絲（如 H08MnA， H10MnSi）：主要用于低合金鋼焊接，并可配低錳焊劑焊接低碳鋼；高錳焊絲（如 H10Mn2， H08Mn2Si）：用于焊接低合金鋼。因而最終選擇 U 型坡口，具體的坡口形式如下圖所示： 圖 43 U 型坡口示意圖 3 焊接姿勢的選擇：平焊 4 焊接材料的 選擇 （ 1） 焊條的選擇：焊條的選用主要考慮焊縫的使用性和施焊的工藝性，焊條選擇的主要原則有以下幾點(diǎn)。埋弧自動(dòng)焊的缺點(diǎn)是適應(yīng)能力差，只能在水平位置焊接長直焊縫或大直徑的環(huán)焊縫。故可采用大電流焊接（比手工焊大 6～ 8 倍），電弧熱量大，焊絲熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多。 手工電弧焊的缺點(diǎn)：不適合焊接厚度小于 1. 5mm 的薄板 ；負(fù)載率和總的熔敷效率一般比送絲焊接方法低，當(dāng)焊條消耗完畢或需要更換焊條時(shí)，焊接過程也暫時(shí)中斷； 并非整根焊條都可以充分利用，焊鉗中被夾持的部分必須丟棄，一般要浪費(fèi) 25～ 50mm 長度的焊條；頻繁地更換焊條也增加了焊接缺陷的產(chǎn)生 。 焊接工藝流程 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 焊縫編號及示意圖 圖 42 焊縫分布示意圖（ 其中 A、 B、 D、 E 分別表示焊接接頭形 式 ） 接管與殼體封頭的焊接 由 GB1501998《鋼制壓力容器》規(guī)定，接管，人孔， 凸緣補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。 8 鋼管應(yīng)逐根按 JB/T473032020 中 I 級為合格 。 4 殼體鋼板按 GB66541996《壓力容器鋼板》及修改單中正火狀態(tài)供貨，且逐張進(jìn)行超聲檢測，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于 JB/T473032020 中規(guī)定的 II級， 殼體的 A 類縱向焊接接頭制備產(chǎn)品焊接試板，按《容規(guī)》第 25 條 進(jìn)行材料復(fù)驗(yàn)，坡口表面進(jìn)行 100%磁粉檢測，并符合 JB473042020 中規(guī)定的 I 級 。由于加入了少量合金元素，其強(qiáng)度增加，淬硬傾向比低碳鋼大，所以在較低溫度下或剛性大、壁厚結(jié)構(gòu)的焊接時(shí)，需要考慮采取預(yù)熱措施，預(yù)防冷裂紋的產(chǎn)生，本設(shè)計(jì)中板 厚 18mm，壁厚較薄，小于 30mm，均不用預(yù)熱焊后亦不必作消除應(yīng)力處理。 14 本儲罐必須在有遮陽和水噴淋裝置的條件下適用。 10 設(shè)備制造完畢后除銹涂鐵紅醇酸底漆一遍，再涂銀粉醇酸清漆一遍，沿罐體水平中心線用