【正文】 研究。上述十三臺(tái)球形貯罐均系整體組裝，除節(jié)管、人孔法蘭、柱腿焊縫等附件焊縫外， 全部縱縫、橫縫均為自動(dòng)焊接成形，并經(jīng)建設(shè)單位、勞動(dòng)監(jiān)察、設(shè)計(jì)等部門確認(rèn)驗(yàn)收、投入運(yùn)行；一次焊接合格率達(dá) 95%以上，最高達(dá)到 %，為我國大型球罐現(xiàn)場全位置自動(dòng)焊技術(shù)開創(chuàng)了良好的前景。 本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：球罐的幾何尺寸的計(jì)算與校核、受壓元件的選擇與校核、焊接工藝的設(shè)定、焊接設(shè)備的選擇、焊接工藝卡片的編寫、材料的準(zhǔn)備、裝配的設(shè)計(jì)、氣密性試驗(yàn)和無損探傷的設(shè)計(jì)，最后完成整個(gè)裝配圖和零件圖的設(shè)計(jì)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 2 3000m179。 (三 ) 焊縫系數(shù) ? 球罐進(jìn)行 100%的無損探傷 ,取焊縫系數(shù) ? = 球罐用鋼的基本要求分析 材料是球罐設(shè)計(jì)、制造的基礎(chǔ)，材料的性能和質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響 著球罐的質(zhì)量和安全使用。 球罐用鋼的確定 由于本球罐為常溫球罐，且公稱容積為 3000m179。 常溫球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求應(yīng)有足夠的柔性，需充分考慮以下因素： 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，減少焊接件的約束程度； 結(jié)構(gòu)各部分截面應(yīng)避免產(chǎn)生過大的溫度梯度； 應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)形狀的突變，接管、 凸緣端部應(yīng)打磨成圓角，使其內(nèi)、外拐角均呈圓滑過渡。并且由于焊縫球罐殼體的薄弱部分，因此，焊縫減少以后也使得球罐的質(zhì)量和安全性有所提高。； 1? — 極中板球心角， 21176。本設(shè)計(jì)采用柱式支座，支柱與球殼的連接為赤道正切型式。 支柱 支柱由圓管（一般由無縫鋼管或鋼板卷制）、底板、蓋板三部分組成。因此確定上段支柱的材料為 Q235B 鋼管，下段支柱沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 的材料為 Q235B 鋼管。底板的材料選用 Q235B 鋼板。拉桿的材料選用 Q235B 鋼。 接管結(jié)構(gòu) 球罐的開孔應(yīng)盡量設(shè)計(jì)在上、下極帶上，便于集中控制，并保證接管焊接部位質(zhì)量。對于常溫操作球罐，需經(jīng)常對球殼內(nèi)外壁焊縫進(jìn)行檢查， 1000m179。本球罐在上極帶設(shè)置 兩個(gè)安全閥。本球罐選用直動(dòng)型溢流閥。由于土壤的土質(zhì)構(gòu)造不同會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降問題，這是 — 般靜設(shè)備 的 基礎(chǔ)都共有的基本問題。 (2)球罐體積大， 一般都要在現(xiàn)場組焊成球，現(xiàn)場的組裝基準(zhǔn)是從基礎(chǔ)上找的，因此，球罐的基礎(chǔ)精廈要求比較高。 應(yīng)把基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成耐扭曲的 環(huán)形基礎(chǔ)。其含有一定的合金元素及微合金化的元素，其焊接性與碳鋼有差別，主要是焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對氫致裂紋有敏感性較大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高強(qiáng)度鋼還存在再熱裂紋的危險(xiǎn)等。由于低合金高強(qiáng)鋼具有良好的焊接性、優(yōu)良的可成形性及較低的制造成本，因此，被廣泛的應(yīng)用于壓力容器、車輛、橋梁、建筑、機(jī)械海洋結(jié)構(gòu)、船舶等制造中，已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié) 構(gòu)材料之一。 ：此類鋼由于含有少量的合金元素而增加了淬硬性，其冷裂傾向比低碳鋼沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 要大一些。 ：層狀撕裂往往出現(xiàn)在鋼制結(jié)構(gòu)的施焊或使用過程中，是軋制板材中存在層狀?yuàn)A雜物條件下，在板材厚度方向受到較大拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的。 熱影響區(qū)的軟化很少發(fā)生。但是，當(dāng) CE 不超過 %時(shí)，淬 硬傾向尚不嚴(yán)重，焊接性較好，但隨著板厚增加需要采取一定的預(yù)熱措施， 預(yù)熱溫度為 120～ 140℃。裂紋發(fā)生的幾率就小，所以為控制裂紋敏感性指數(shù)（ Pc） ，需要對焊接材料焊前要烘干處理，對焊縫進(jìn)行焊后消氫處理。 31 /7850 mkg?? 充裝系數(shù)： K= 水的密度： 33 /1000 mkg?? 球殼外徑： mmD 180880 ? 基本雪壓： 2/300 mNq ? （以沈陽地區(qū)五十年一遇最大雪壓選取） 球面積雪系數(shù)： ?sC 球殼質(zhì)量： kgDm ncp 3 5 3 1 1 6107 8 5 0441 8 0 4 410 929121 ???????? ?? ???? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 物料質(zhì)量： kgKDmi 939232 ???????? ?? ??? 液壓試驗(yàn)是的質(zhì)量： kgDmi 30520801010。 焊接材料如下：球殼板主體焊接采用 J507 焊條，球罐附件焊接采用 J427 焊條，關(guān)于焊條的具體要求見表 33。但大量研究表明，由此判斷裂紋出現(xiàn)的可能性還不夠完全，因而將拘束度（材料厚度）和開裂性（焊縫中氫的含量）的因素考慮在內(nèi)，則裂紋敏感性指數(shù) Pc 的計(jì)算公式： ( 1 . 2 ))(5B60H600 h60Ni10V5130S20 CrCuCPc 00??????????? MoiMn 式中 h——鋼板厚度， mm 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 H——焊縫中氫含量， ml/100g。通過計(jì)算得出， Q345R 的碳當(dāng)量 CE=%～ %。 ：其產(chǎn)生脆化的原因是因?yàn)楹剂坎煌悺Ｒ虼?，其冷裂傾向比低碳鋼大。 Q345R 的焊接性 ：對于此類鋼，一般含碳量都較低，含錳量又較高，因而 w（ Mn） /w(S)較高，具有較好的抗熱裂紋能力。 S 的含量小于等于 、 P 的含量小于等于 。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 3 焊接性分析 材料的焊接性分析 Q345R 的化學(xué)成分和力學(xué)性能 球殼板采用 Q345R 低碳低合金鋼， 其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表 31 和表 32。有資料介紹， 在 1mm 不均勻下沉的情況下，一跟支柱就要產(chǎn)生比其他支柱高 10％ 左右的應(yīng)力。 — 般球罐容積比較大，而且容器做水壓試驗(yàn)時(shí)重量較大。 一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 溢流閥 系統(tǒng)正常工作時(shí)，閥門關(guān)閉。 液位計(jì) 根據(jù)球罐儲(chǔ)存介質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力、溫度等條件選用 B 型防霜液位計(jì)，公稱壓力，翅片涂紫色標(biāo)志，布置在球罐的下極帶。為了保證焊接質(zhì)量，接管均采用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)，接管材料選用 Q235B。 人孔結(jié)構(gòu)的選用 本球罐設(shè)有兩個(gè)人孔，分別設(shè)置在上下極帶的中心，直徑選用 DN500。 拉桿 拉桿是作為承受風(fēng)載荷及地震載荷的部件，增加球罐穩(wěn)定性而設(shè)置。支柱與球殼連接下部結(jié)構(gòu)，采用直接連接的結(jié)構(gòu)形式。上下兩段支柱采用相同尺寸圓管或圓筒組成，且上段設(shè)計(jì)高度不宜小于支柱總長的 1/3 。支柱支撐球罐的重量，同時(shí)承受地震、風(fēng)載等外載荷。； 3? — 極邊板球心角， 18176。 混合式結(jié)構(gòu)排板計(jì)算 GBT+172612020 鋼制球形儲(chǔ)罐型式與基本參數(shù)表 2，得： R— 球罐半徑， 9000mm； N— 赤道帶分瓣數(shù)， 24； ? — 赤道帶周向球心角， 15176。 對于容積等于 3000m179。 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要做到在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)盡可能簡單，使其壓制成型、安裝組對焊接和檢測實(shí)施容易。 需以《 GB123372020 鋼制球形儲(chǔ)罐》和《 GB1502020 鋼制壓力容器》為設(shè)計(jì)依據(jù)，在以安全為原則的基礎(chǔ)上綜合考慮經(jīng)濟(jì)適用性、產(chǎn)品質(zhì)量、施工建造可行性、國內(nèi)現(xiàn)有的建造技術(shù)等方面的因素選用球罐材料 。球罐的參數(shù) 主要技術(shù)參數(shù) （一） 設(shè)計(jì)溫度 儲(chǔ)罐放在室外，設(shè)計(jì)溫度 20~40℃。手工電弧焊的焊條選用 J507 和 J427。 課題主要內(nèi)容 1 球罐材料的選用； 2 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3 球罐的強(qiáng)度計(jì)算； 4 工廠制造及現(xiàn)場組裝； 5 球罐的焊接； 6 球罐的檢查。并在球殼的縱縫、環(huán)縫、仰焊位置進(jìn)行試驗(yàn)及焊接工藝評定，于 1993 年 12 月正式在球罐中采用全位置自動(dòng)焊接。況且，自動(dòng)化系統(tǒng)的使用和維護(hù)，還提高了操作人員的知識(shí)水平的要求以及焊接工件裝配精度的要求口。國內(nèi)以焊接為主要生產(chǎn)工藝的企業(yè)，焊接自動(dòng)化水平相對較低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 焊接逐步成為制造業(yè)，尤其是裝備制造業(yè)中的重要加工手段。 制造球罐的材料要求強(qiáng)度高，塑性特別是沖韌性要好，可焊性及加工工藝性能優(yōu)良。 世界各國在役球罐平均每 10 年 發(fā)生 2~3 次災(zāi)難性爆炸事故，據(jù)報(bào)道日本 70 年代球罐事故發(fā)生率約為 1% 。以下的占總量的 90%左右、其中 100~400 m179。液氨球罐 ,設(shè)計(jì)壓力 MPa， 內(nèi)徑 ， 板厚 20 mm ,球罐質(zhì)量 t 。 美國早在 1976 年已建成容量為 萬 m179。中國最早建造球罐開始于 1958 年。其主要缺點(diǎn)是制造施工比較復(fù)雜。 球罐的特點(diǎn)： (1) 球罐的表面積最小，即在相同容量下球罐所需鋼材面積最小，一般要比圓筒形容器節(jié)約 30 %～ 40 %的鋼材?？傊?，隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的使用范圍必將越來越廣泛。 目前，雖然我國的球罐制造業(yè)發(fā)展很快，但總體制造水平偏低，某些加工手段及工藝措施還相對保守。 但是，球罐制造較困難，加工費(fèi)用高。球罐建 造的增長速度如此之大，是因?yàn)槿藗冊絹碓秸J(rèn)識(shí)到使用球罐比圓筒形容器更加合理。球罐的參數(shù) .......................................................................................... 6 主要技術(shù)參數(shù) ....................................................................................... 6 球罐用鋼的基本要求分析 ................................................................... 6 球罐用鋼的確定 ................................................................................... 6 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 ..................................................................................... 6 球殼的設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 7 球罐結(jié)構(gòu)型式的選擇 ........................................................................... 7 混合式結(jié)構(gòu)排板計(jì)算 ........................................................................... 7 支座設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 14 支柱 ..................................................................................................... 14 底板 ..................................................................................................... 15 拉桿 ..................................................................................................... 15 人孔和接管 ................................................................................................... 15 人孔結(jié)構(gòu) ............................................................................................. 15 接管結(jié)構(gòu) ............................................................................................. 15 球罐的附件 ................................................................................................... 16 梯子平臺(tái) ............................................................................................. 16 液位計(jì) ................................................................................................. 16 安全閥 ......................................................................................