【正文】 諧、求實、進取 123 圖 26 球殼板上定位焊焊接接頭簡圖 表 14 球殼板定位焊工藝參數(shù) 層、道 填充 材料 焊接電流 電弧電壓 (V) 焊接速度(cm/min) 線能量(kj/cm) 型號 直徑 極性 電流 (A) 1～ 3 E5015 反接 160～ 180 24～ 26 ～ ～ d) 預(yù)熱 在距焊縫中心 50mm 處，兩側(cè)對稱測量。溫度的測量點 球罐的焊接 1. 焊接順序 總的焊接順序是：先焊縱縫，后焊環(huán)縫；先焊大坡口面焊縫，后焊小坡口面焊 縫。所有焊縫全部采用焊條電弧焊，焊機選用 ZXG 400 型弧焊整流器 。 每段焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完，如有特殊情況需中斷時，則第一次焊接的層數(shù)不得少于兩層。 ⑦ 角變形控制。碳弧氣刨后用砂輪修整刨槽，去除滲碳層，使銳角圓滑過渡，使坡口寬窄均勻。試板的鋼號、厚度及供貨狀態(tài)均與球罐產(chǎn)品相 同。 加熱方法與預(yù)熱相同。球罐焊縫焊接和返修時，焊縫背面的清根及缺陷的清除采用碳弧氣刨及機械去除的方法。 ⑥ 焊接線能量控制。其具體要求詳見后面各條焊縫的焊接工藝。 焊前將坡口表面和兩側(cè)至少 20mm 范圍內(nèi)的油污、水分及其他有害雜質(zhì)清除干凈。拘束度較高的焊縫節(jié)點（如人孔、接管）或環(huán)境溫度低于 5℃ 時，應(yīng)采用 較高的預(yù)熱溫度，且適當(dāng)擴大預(yù)熱范圍。其具體焊接工藝參數(shù)見表 14。然后做出有效的焊接工藝評定報告。 球罐的焊接工藝 施焊環(huán)境檢測 當(dāng)施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無有效防護措施時，嚴禁施焊。 vii. 整球的調(diào)整 組裝完成后，進行整球調(diào)整。 最后拆除中心桅桿。先裝下極帶圍板，再裝上極帶圍板。 12 3不帶支柱赤道板帶支柱赤道板赤道基準線纜繩支柱支柱拉桿 圖 21 赤道帶分段組裝 iv. 赤道帶調(diào)整 按每塊赤道板的赤道線，調(diào)整到設(shè)計標高，其水平的高低偏差見表 12。 3mm，焊后，整個支柱應(yīng)校直，直線度偏差 不大于 177。所用計量器具，必須在周檢期內(nèi)。墊鐵均布在地腳螺栓兩側(cè)，每疊墊鐵高度不小于 25 mm，且不多于 3 塊。檢查基礎(chǔ)的標高基準線、縱橫中心線，沉降觀測水準點等是否符合標準。拉桿、下段支柱等桿件宜集束包扎。 2mm，上段支柱離開球殼板表面的距離允許偏差177。 極板人孔法蘭ABCD 圖 13 嵌入式人孔的焊接 50m m1231112233 圖 14 焊道始、終端的錯開 2) 上端支柱與赤道板的組焊 將赤道板置于專用胎架上，并劃好裝配中心線，見圖 15。焊機選用 ZXG 400 型弧焊整流器，焊接工藝參數(shù)見表 8。極板開孔時，按管口方位圖、位置尺寸劃好中心點，并劃好對準球心的中心軸線。B 3 / 2B 3 177。B 1 / 2L177。 圖 10 球殼板的對接坡口 常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 第 19 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 球殼板的檢查與修形 將加工成形的球殼板用樣板檢查，對不合格的部位進行修整。二次號料時將劃線樣板放在已成形的球殼板上，根據(jù)球殼板的具體形狀和技術(shù)要求找出基準點和基準線，然后，再按照劃線樣板的輪廓線和球殼板的基準線劃出其他必要的加工線，以保證劃線準確性。號料要求沿凈尺寸向四周內(nèi)打檢查線，距凈尺線距離 50mm（見圖 7）。劃線樣 板采用常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 16 第 16 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 厚的鍍鋅薄鋼板制作， 要求有一定的 強度，不易變形。 常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 14 第 14 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 鋼板表面除銹選用 GYX－ 3M 型鋼材預(yù) 處理裝置。當(dāng)這些變形超過一定程度時，會給尺寸的度量、劃線、剪裁及其他加工帶來困 難，而且會影響到成形零件的尺寸和幾何形狀的精度，從而影響到裝配、焊接和整個產(chǎn)品的質(zhì)量 [5]。球殼板毛坯規(guī)格見表 5。 焊接方法與焊接材料 焊接方法為焊條電弧焊。 國內(nèi)自行設(shè)計、制造、組裝焊接的球館多為球瓣式和混合式排板組成的球殼，本文則是采用混合式三帶球罐，其赤道帶和溫度帶采用橘瓣式、極板采用足球瓣式。 本次設(shè)計中的 400m3 球罐用于儲存氧氣，屬于中小型容積 的球罐，現(xiàn)在 400m3 球罐在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，主要用來儲存燃氣或是液化石油氣。一般說這類球罐的壓力較高，取決于液化氣的飽和蒸汽壓或壓縮機的出口 壓力。低溫低壓下貯存液化氣體時則采用雙重球殼，兩層球殼間填以絕熱材料。 球罐的特點： 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。 welding procedure 常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 第 4 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 目 錄 Key word: Spherical container。在整個生產(chǎn)過程中，球殼板的壓制成形、球罐的組裝與球罐的焊接屬于生產(chǎn)過程中的重點與難點，在本文中都進行了詳細的分析和論述。 球殼板成形采用局部成形的方法。 forming。 球罐殼板承載能力比圓筒形容器大一倍，即在相同直徑、壓力下，采用同樣鋼板時，球罐的板厚只需圓筒形容器的一半。采用最廣泛的為單層圓球型球罐（見彩圖）。常溫球罐的設(shè)計溫度大于20℃ 低溫球罐 這類球罐的設(shè)計溫度低于或等于 20℃ ，一般不低于 100℃ 。本次400 球罐制造工藝設(shè)計依據(jù)工廠設(shè)計圖紙和國家相關(guān)標準規(guī)定進行編制 設(shè)計目的是全面了解 400m3 球罐的制造工藝使所學(xué)到的焊接專業(yè)理論知識能夠應(yīng)用到實際生產(chǎn)當(dāng)中，并最終完成設(shè)計畢業(yè)工作。由于這種結(jié)構(gòu)取橘瓣式和足球瓣式倆種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，所以球殼板的用量減少、焊縫的長度縮短、材料利用率較高。 焊接材料如下：球殼板主體焊接采用 E5015 焊條，球罐附件焊接采用 E4303焊條，關(guān)于焊條的具體要求見表 4。 表 6 球殼板的規(guī)格 名稱 材質(zhì) 厚度 /mm 長度 /m 寬度 /m 數(shù)量 供貨狀態(tài) 極帶中間板 15CrMoV 48 2 正火 極帶側(cè)板 15CrMoV 48 4 正火 極帶圍板 15CrMoV 48 8 正火 赤道帶板 15CrMoV 48 12 正火 對于球罐的一些標準附件，如開口銷、墊圈等，在選購時，要求購買的數(shù)量要多于圖紙上的規(guī)定數(shù)量，以便互換使用和方便維修。所以，劃線、下料前必須進行鋼板的矯平。 其技術(shù)特性參數(shù)見表 6。圖 為赤道帶劃線樣板示意圖。 基準中心線凈尺線檢查線 圖 7 檢查線位置示意圖 利用小車式直線氣割機（半自動切割機）按照鋼板毛坯上的下料線進行切割，若條件允許，且所切球殼板尺寸對稱，可采用兩臺半自動 切割機分別沿球殼板兩側(cè)同時切割。 此外，部分球殼板需要進行鉆孔，為確定其準確位置和保證其正確的孔形，須在此時進行人孔的劃線號料。球殼板的幾何尺寸允許偏差見圖 11。L /2B 2 177。 2D 177。根據(jù)人孔、接管接頭的實際尺寸，劃出開孔尺寸線，并做好標記。焊接時由 A、 B、 C、 D 4 名焊工同時對稱施焊，焊接方向如圖 13 所示，采用多層多道焊。接縫兩側(cè) 500mm范圍內(nèi)除銹，打磨光潔。 3mm。所有加工體表面應(yīng)涂防銹油脂，拉桿螺紋應(yīng)妥善保管。檢查基礎(chǔ)外觀是否有裂紋、 蜂窩狀氣孔、空洞和露肋等缺陷。斜墊鐵應(yīng)成對使用，墊鐵應(yīng)伸進支柱管壁位置內(nèi) 10～ 15mm，露出支柱底板外 10～ 20mm。 i. 工裝夾具焊接 小方塊均焊在球殼板外側(cè)，焊接位置距球殼板邊緣 150mm，其相互間距按各帶焊縫長度和球殼板厚度而定，在 500～ 1500mm 范圍內(nèi)。 ，支柱與底板組焊后應(yīng)垂直，其垂直度偏差不大于 2mm。調(diào)整方法可用支柱底板的墊鐵或定位塊上的螺絲。下極帶的圍板用吊機從赤道帶上口吊入安裝，利用中心桅桿、鋼絲繩、手拉葫蘆穩(wěn)定每一塊下極帶的圍板（圖 24）。 中心桅桿支柱下極帶圍板 圖 24 下極帶圍板吊裝 圖 25 下極帶中間板吊裝 vi. 極帶中間板與極帶側(cè)板的安裝 按圖紙方位用吊機將焊有人孔、接管的下極帶中間板從上極帶圍板上口吊入，注意對準中心線方位（圖 25），然后吊裝 左、右側(cè)板就位。其錯邊、間隙、棱角、內(nèi)徑差、支柱垂直度和赤道水平度，均應(yīng)符合標準要求。 ① 雨天及雪天； ② 風(fēng)速超過 8m/s，相當(dāng)于 Ⅴ 級風(fēng)； ③ 環(huán)境溫度在 5℃ 以下； ④ 相對濕度在 90%以上。 b) 焊條的干燥 焊條貯存應(yīng)保持干燥，相對濕度不得大于 60%，焊條使用前應(yīng)按要求進行烘干，對于 E5015 焊條，烘干溫度為 350℃ ～ 380℃ ，烘干時間為 1h；對于 E4315和 E4303 焊條，烘干溫度為 100～ 150℃ ，烘干時間為 。 定位焊時，引弧和熄弧都應(yīng)在坡口內(nèi)，嚴禁在球殼表面引弧和熄弧。焊前對球殼 板進行預(yù)熱，預(yù)熱的目的是：減緩焊接接頭加熱時溫度梯度及冷卻速度，適當(dāng)延長在800℃ ～ 500℃ 區(qū)間的冷卻時間，改善焊縫金屬和熱影響區(qū)的顯微組織，從而減少和避免產(chǎn)生淬硬組織，有利于氫的逸出，可防止冷裂紋的產(chǎn)生 [4]。所有焊縫施焊前，均須對施焊處坡口及邊緣進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為 120～ 140℃ 。 ④ 焊接要點。根據(jù)焊接工藝評定報告，提出合理的線能量應(yīng)用范圍，并應(yīng)反映在焊接工藝規(guī)程中。碳弧氣刨的電源采用直流電，反接法。球殼上的工裝夾具焊縫也應(yīng)作相同要求的消氫處理。 ⑩產(chǎn)品焊接試板。刨槽成形應(yīng)為 U 形，表面平齊。為了控制起來簡便，應(yīng)用每根焊條應(yīng)焊接的 最小焊縫長度來控制焊接線能量。所有焊縫焊接時，均采用短弧操作，盡量控制電弧電壓，使其穩(wěn)定 。 球罐對接焊縫總長為 。注意應(yīng)保證加熱的均勻性，預(yù)熱溫度為120～ 140℃ ，實測溫度不得低于 120℃ 。工裝夾具拆除時，不得損傷球殼板，切除后應(yīng)打磨平滑。焊條在保溫筒內(nèi)不宜超過 4h,超過后應(yīng)按原烘干規(guī)范重新烘干，重復(fù)烘干的次數(shù)不應(yīng)超過兩次。 焊工資格檢查 從事球罐焊接中受壓元件的焊縫、與受壓元件相焊的焊縫、定位焊縫、受壓元件返修焊縫的焊工，須按《鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則》進行考試，取得焊 工合格證后，才能在有效期間擔(dān)任合格范圍內(nèi)的工作。 常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 29 第 29 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 表 12 焊前組裝檢驗表 項目 執(zhí)行標準 允許偏差 檢驗用具 對口間隙 GB12337 按圖樣規(guī)定 間隙尺 對口錯邊量 GB12337 ≤3mm 深度游標卡尺 棱角 GB12337 ≤7mm（含錯邊量） R 樣板和深度游標卡尺 赤道水平度 工藝控制 相鄰赤道板＜ 177。接著調(diào)節(jié)縱縫、環(huán)縫的間隙，錯邊量和棱角，其允許偏差見表 12。吊裝閉合后，調(diào)整縱縫和環(huán)縫的間隙、錯邊量、棱角和下口圓度，允許偏差見表 12。 測量赤道截面內(nèi)徑時 ，必須測量所有赤道板的數(shù)值，以便從中獲得內(nèi)徑的最大值和最小值。 鋼絲 圖 19 上段支柱與下段支柱組對 表 11 上段支柱與下段支柱的焊接工藝參數(shù) 焊條 焊條直徑∕ mm 焊接電流∕ A 焊接速度 (cm/min) 線能量 (kj/cm) E4303 直流 160～ 170 ～ 23～ 30 支柱1234 56 78910 1112 赤道板 常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 26 第 26 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 圖 20 赤道帶吊裝總順序 iii. 赤道帶安裝 吊裝順序見圖 20。工裝夾具須焊接牢固，且四周焊滿。 2mm。5mm 基礎(chǔ)方位 1176。 整球的組裝 整球組裝法又叫散裝法，即先在平臺上將下段支柱與帶上段支柱的赤道 板組焊好，然后在基礎(chǔ)上裝赤道帶，赤道帶組裝完成后，分別依次組裝溫帶和上下極板，這樣就組成一個整球 [3]。球殼板應(yīng)除銹，并涂防銹漆 2 度，坡口表面及其內(nèi)外邊緣 50mm 范圍內(nèi)涂可焊性漆料。上段支柱的組裝，在赤道板經(jīng)向和緯向兩個方向的中心允許偏常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 22 第 22 頁 共 54 頁 勤奮、和諧、求實、進取 差不得大于 2mm。為了防止裂紋，應(yīng)連續(xù)施焊至最后一層。氣割開孔前，應(yīng)在切割線內(nèi)鉆一個 φ 8mm 的工藝孔作為氣割起始點。 3B 1 177。 3D 177。 ，寬度方向弦長允許偏差不大于 177。