【正文】 .......... 3 球罐自動(dòng)化焊接技術(shù)的進(jìn)展 ............................................................. 4 課題主要內(nèi)容 ................................................................................................ 5 課題研究方案 ................................................................................................ 5 2 3000m179。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 1000m3球罐的焊接結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 摘 要 本 次 設(shè)計(jì)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)，綜合國內(nèi)外現(xiàn)有的制造技術(shù)設(shè)計(jì)了 3000m3 液氨 儲(chǔ)罐。 球罐組裝、焊接之后，需要進(jìn)行焊后處理，包括無損檢測(cè)，焊后熱處理，以及耐壓試驗(yàn)等，本文也都進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和說明，并介紹了相應(yīng)的處理方法和注意事項(xiàng)。與同容積的圓筒形容器相比，球罐的表面積最小，受力均勻，在相同直徑和工作壓力下，其所受內(nèi)應(yīng)力最小。但是，其基本制造工藝還是比較穩(wěn)定的，所以球罐的制造技術(shù)應(yīng) 該被廣泛的應(yīng)用，并在原基礎(chǔ)上有所突破創(chuàng)新。 (2) 球罐殼板承載能力比圓筒形容器大一倍，即球罐的承載能力最高，在相同直徑、相同內(nèi)壓條件下，采用同樣鋼板時(shí)，球形容器所需要壁厚僅為同直徑、同材料的圓筒形容器壁厚的 1/2（不考慮腐蝕裕度）。至 1990 年全國在役各類工業(yè)球約 2200 余臺(tái)（其中：石油 300 余臺(tái) 、化工500 余臺(tái) ,石油化工 500 余臺(tái)、冶金 200 余臺(tái)、城市煤氣 400 余臺(tái)、其他工業(yè)部門 300 余臺(tái) 。 目前我國在役球罐主要參數(shù)：容量為 50~10000 m179。我國 70 年代球罐事故統(tǒng)計(jì)，其發(fā)生率約為 2%。 上世紀(jì) 90 年代末， 美國和德國的專家 在對(duì) 20 世紀(jì)前 20 年焊接技術(shù)發(fā)展前景的預(yù)測(cè)中認(rèn)為，到 2020 年， 焊接仍將是制造業(yè)的重要加工工藝，它是一種精確、可靠、低成本，并且是采用高科技連接材料的方法。 球罐自動(dòng)化焊接技術(shù)的進(jìn)展 我國大型球罐的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)焊接，于 80 年代在石化行業(yè)進(jìn)行了試驗(yàn)性研究，但由于焊接設(shè)備與焊絲等問題而延誤了該項(xiàng)研究。 課題 研究方案 本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)容積為 3000m3，工作壓力為 的球罐，介質(zhì)為 液氨 ，球罐的材料為 Q345R 鋼，支柱材料選用 Q235B 鋼。 （二） 設(shè)計(jì)壓力 罐內(nèi)儲(chǔ)存 液氨 ，取設(shè)計(jì)壓力 P=。 本設(shè)計(jì)為常溫球罐，在滿足普通球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求下，還要充分考慮常溫球罐要沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 遵循的設(shè)計(jì)原 則。； 0? — 赤道帶球心角， 105176。為保證球罐的穩(wěn)定性，在支柱之間用拉桿相連。 底板 支柱底板上開設(shè)地腳螺栓孔時(shí)，應(yīng)為徑向長(zhǎng)圓孔，以便于球罐整體焊后熱處理過程中，由于熱脹冷縮使支柱徑向移動(dòng)。本設(shè)計(jì)為工作壓力≥ 的常溫球罐，在上極帶采用水平吊蓋整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)人孔，在下極帶采用回轉(zhuǎn)蓋整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)人孔 ,對(duì)應(yīng)凸緣材料選用 Q345R。 安全閥 為防止球罐運(yùn)轉(zhuǎn)異常造成內(nèi)壓超過設(shè)計(jì)壓力，應(yīng)在氣相部分設(shè)置安全閥。球罐基礎(chǔ)主要是承受靜載荷的作用。為了盡可能達(dá)到均勻下沉 。 低合金高強(qiáng)度鋼中 W（ C） 一般控制在 %以下，為了卻保鋼的強(qiáng)度和韌性，通過添加適量的 Mn、 Mo 等合金元素及 V、 Nb、 Ti、 Al 等微量合金化元素，配合適當(dāng)?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥肀ＷC鋼材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。 ：此 類鋼由于不含強(qiáng)炭化物形成元素，因而對(duì)再熱裂紋不敏感。 當(dāng) CE=%～ %，鋼的淬硬傾向逐漸增加，所以 Q345R 屬于有淬硬傾向的鋼。 表 33 焊接材料表 母材 焊條 /規(guī)格 烘干溫度 /時(shí)間 球殼板 Q345R J507/ 350～ 380℃ /1h 梯子、平臺(tái) Q235 J427/ 300～ 350℃ /1h 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 4 球罐強(qiáng)度計(jì)算及穩(wěn)定性校核 設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)壓力： p= 設(shè)計(jì)溫度： 20~40℃ 球殼內(nèi)直徑 ： mmD 180000 ? 儲(chǔ)存物料：液氨 接管材料選： Q345B 支柱材料選： Q235B 拉桿選： 40MnB 底板選： Q235B 球殼計(jì)算 計(jì)算壓力 靜夜柱高度按 RKKH ]13 12)1(21a r c t a nc o s2[ ??????? 代入數(shù)據(jù)解得 H=13600mm 設(shè)計(jì)壓力： P= 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 圖 41 球殼各帶的物料靜夜柱高度 球殼各帶的物料靜夜柱高度 h1=0mm h2=1155mm h3=8043mm h4=11739mm h5=13600mm 物料密度 2? =480kg/m3 重力加速度 g=球殼各帶計(jì)算壓力： 92 10 ???? ghpp ici ? MPapc ? M P aghpp c 1 5 99222 ????????? ??? M P aghpp c 0 4 99233 ????????? ??? M P aghpp c 99244 ????????? ??? M P aghpp c 99255 ????????? ??? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 . 2 球殼各帶的厚度計(jì)算 Di— 球殼內(nèi)直徑， 18000mm； ??t? — 設(shè)計(jì)溫度下球殼材料 Q345R 的許用應(yīng)力， 157MPa； φ— 焊接接頭系數(shù)， ； C— 厚度附加量， mmCCC 21121 ????? ； mmCpDp ct icd 18 ][4 111 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 222 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 333 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 444 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 555 ???? ????? ??? 取球殼的名義厚度 mmn 44?? 球罐質(zhì)量計(jì)算 球罐平均直徑： mmDcp 18044? 球殼材料密度 。 Pc 時(shí)，裂紋 出現(xiàn)的幾率就大， Pc≤。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏于下限（ %）時(shí)，脆化一般是由于過熱區(qū)晶粒粗化而形成魏氏體組織造成的；當(dāng)含碳量較高時(shí)，除了由于形成魏氏體組織而脆化外，在發(fā)生偏析等情況 下還有可能出現(xiàn)由于形成高碳馬氏體組織而引起的脆化。但是，當(dāng)材料成分不合格而發(fā)生嚴(yán)重偏析或局部含碳、硫量很高時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)熱裂紋。 表 31 Q345R 的化學(xué)成分 /% 鋼號(hào) C Si Mn P S Q345R ≤ ～ ～ ≤ ≤ 表 32 Q345R 的力學(xué)性能 鋼號(hào) 板厚 mm 狀態(tài) s? (MPa） b? (MPa） 伸長(zhǎng)率 （ %） 室溫沖擊功 （ αkv /J） Q345R 16～ 36 正火 ≥325 500～ 630 ≥21 ≥34（橫向） Q345R 鋼是低合金高強(qiáng)度鋼。分配在每根支柱上的重量也是很大的 。只有負(fù)載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時(shí)開啟溢流，進(jìn)行過載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 球罐的附件 梯子平臺(tái) 在球罐設(shè)計(jì)時(shí)，為了使球罐便于日常操作、檢修，在球罐外部一般設(shè)置頂平臺(tái)及直達(dá)頂平臺(tái)的梯子。 本球罐選用單層交叉可調(diào)式拉桿，拉桿分成長(zhǎng)短兩段，用可調(diào)螺母連接，以調(diào)節(jié)拉桿的松緊度。按常溫球罐設(shè)計(jì)要求，上段支柱采用與殼體相同的常溫材料，下段支柱可采用一般碳鋼。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 2．上溫帶板 圖 21 上溫帶瓣片示意圖 弧長(zhǎng) mmRL 164 85180 105900 0 ?????? ?? 弦長(zhǎng) mmRL 142802105s i n900022s i n2 0 ???????????????? ? 弧長(zhǎng) mmN RB os24 os2 01 ?????????????????? ?? 弦長(zhǎng) mmRB 215s i n2105c os900022s i n2c os2 01 ???????????????????????????? ?? 弧長(zhǎng) mmN RB 235524 2 ?????? ? 弦長(zhǎng) mmRB 9215s i n900 022s i n22 ???????????????? ? 弦長(zhǎng) mmRD 35 1215c os2105c os1900022c os2c os12 22202 ?????????????????????????????? ?? 弧長(zhǎng) mmRDRD rc s i n90 rc s i n90 ?????????????????? ?? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 3．赤道帶 圖 22 赤道帶瓣片示意圖 弧長(zhǎng) mmRL 706 5180 45900 0 ???????? ?? 弦長(zhǎng) mmRL 88245s i n90 0022s i n2 0 ??????????????? ??? ? 弧長(zhǎng) mmN RB os24 os2 01 ???????????????? ???? ?? 弦長(zhǎng) mmRB 215s i n245c os900022s i n2c os2 01 ??????????????????????????? ??? ?? 弧長(zhǎng) mmN RB 235524 2 ?????? ? 弦長(zhǎng) mmRB 9215s i n900 022s i n22 ???????????????? ? 弦長(zhǎng) mmRD 22215c os245c os190 0022c os2c os12 22202 ???????????????????????????? ???? ?? 弧長(zhǎng) mmRDRD 000 rc s i n90 rc s i n90 ????????????????? ??? ?? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 23 極板示意圖 對(duì)角線與弧長(zhǎng)最大間距： ? ? i n12s i n1 2212 ?????????? ??? ??H 弦長(zhǎng) ? ? mmHRB 7 0 i n9 0 0 022s i n2 211 ????????? ???? 弧長(zhǎng) mmRBRB rc s i n3142a rc s i n90 11 ?????????????????? ? 弦長(zhǎng) mmBD 0 6 7 0 022 10 ???? 弧長(zhǎng) mmRDRD 5518 00 62a rc s i n3142a rc s i n90 00 ????????????????? ?? 弧長(zhǎng) ? ? ? ? mmRB 2 212 ????????? ??? 弦長(zhǎng) ? ? mmRB i n90 0022s i n2 212 ?????????? ?? ?? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 （ 1）極中板 圖 24 極中板示意圖 對(duì)角線弦長(zhǎng)與弧長(zhǎng) ? ? ? ? i i n12s i n2s i n1 2221212 ????????? ????????? ???A 弧長(zhǎng) mmRB 12 ?????? ?? 弦長(zhǎng) mmRB i n90 0022s i n2 12 ??????????? ? 弧長(zhǎng) ? ? ? ? mmRL 612 3180 1821900 2 212 ??????? ???? 弦長(zhǎng) mmRL i n900022s i n2 212 ?????????? ?? ?? 弦長(zhǎng) mmARL 9 1 i o s9 0 0 022s i n2c o s2 2111 ??????????? ??????????? 弦長(zhǎng) mmRB i n900022c os2s i n2 2111 ?????????? ???????? ??? 弧長(zhǎng) mmRBRB rc s i n3142a rc s i n90 12 ??????????????????? ? 弦長(zhǎng) mmBLD 222121 ????? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 弧長(zhǎng) mmRDRD 000 rc s i n3142a rc s i n90 ?????????????????? ?? （ 2）極側(cè)板 圖 25 極側(cè)板示意圖 弦長(zhǎng) mmL ? 弧長(zhǎng) mmL ?) 弦長(zhǎng) mmHRL 7 0 i n9 0 0 022s i n2 212 ?????????? ???? 弧長(zhǎng) mmRLRL rc