【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ................................................ 47 焊接方法的選擇 ................................................................................. 47 焊接材料選擇 ..................................................................................... 47 坡口 設(shè)計(jì) ............................................................................................. 48 坡口加工方法及清除 ......................................................................... 49 焊條的選擇 ......................................................................................... 49 焊接工藝參數(shù) ..................................................................................... 49 焊接順序 ............................................................................................. 50 焊縫的類型 ................................................................................................... 52 焊后熱處理 ................................................................................................... 53 7 焊件的質(zhì)量檢查 ..................................................................................................... 55 焊縫外觀質(zhì)量檢查要求 ................................................................................ 55 焊接接頭的無(wú)損檢測(cè) .................................................................................... 55 致密性檢查，水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn) ........................................................ 55 結(jié)構(gòu)整體的耐壓試驗(yàn) .................................................................................... 56 去銹、涂裝 .................................................................................................... 56 球罐成品驗(yàn)收 ................................................................................................ 56 8 結(jié)論 ......................................................................................................................... 59 致 謝 ........................................................................................................................... 59 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 60 附錄 A ......................................................................................................................... 61 附錄 B.......................................................................................................................... 78 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 引言 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，焊接已成為機(jī)械制造等行業(yè)中一種越來(lái)越重要的加工工藝手段。目前，焊接已廣泛用于能源、石油化工、航空航天、原子能、海洋、交通等重大工程項(xiàng)目，同時(shí)亦遍及工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。 由于石油、化工、石油化工、燃?xì)猓ㄒ喊?、液化石油氣）等事業(yè)的迅速發(fā)展，隨之而建造的球罐增長(zhǎng)速度很快， 1981 年我國(guó)球罐約 1100 臺(tái)，到 1985 年增加至約 1800 臺(tái)，至 1996 年全國(guó)有近 5000 臺(tái)球罐，這 4 年間平均每年建造約 400 臺(tái)球罐。迄今為止，我國(guó)現(xiàn)有各種球罐已愈萬(wàn)臺(tái)。球罐建 造的增長(zhǎng)速度如此之大，是因?yàn)槿藗冊(cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到使用球罐比圓筒形容器更加合理。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。同時(shí)球罐還具有占地面積小，高度低，底座基礎(chǔ)工作量小，所以建造球罐時(shí)，可節(jié)省鋼材，降低成本，因而在各工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在單罐容積大于 1000m3 僅用材消耗量就比同容積圓筒形容器節(jié)省三分之一以上（容積越大越顯著），其經(jīng)濟(jì)效益顯得十分突出。這是當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中人們十分關(guān)注的問(wèn)題。 但是，球罐制造較困難，加工費(fèi)用高。表現(xiàn)為下料工序較復(fù)雜；從沖 壓到拼裝尺寸要求嚴(yán)格；超差變形矯正困難。此外，球罐直徑通常較大，如 50m3 容積的球罐，直徑就達(dá)到 ，已不適于整體常規(guī)運(yùn)輸，須在現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接，而 100m3 容積的臥（立）式貯罐，則尚可在制造廠中預(yù)制。球罐現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接，施工費(fèi)用高；施焊條件差；裝配尺寸與精度難以保證；器壁拘束度較大，會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，甚至誘發(fā)裂紋；施工質(zhì)量受風(fēng)雨、溫度和濕度等環(huán)境因素的影響。 目前，雖然我國(guó)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(duì)保守。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。 近年來(lái)，在石油、化工、冶金、核電等領(lǐng)域中，球罐得到了廣泛應(yīng)用。例如：球罐被用于儲(chǔ)存液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氮、液氫、丙烯、氧氣、氮?dú)?、液氨、城市煤氣、壓縮空氣等物料；在原子能發(fā)電站，球罐被用作核安全殼；在造紙廠被用作蒸煮球等?？傊?，隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的使用范圍必將越來(lái)越廣泛。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 球罐介紹 球罐為大容量、承壓的球形儲(chǔ)存容器，它可以用來(lái)作為液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、液氮及其他介質(zhì)的儲(chǔ)存容器。也可作為壓縮氣體（空氣、氧氣、氮?dú)?、城市煤氣）?儲(chǔ)罐。操作溫度一般為 50～ 50℃ ，操作壓力一般在 3 MPa 以下。 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。 (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）。 (3) 在相同直徑情況下，球罐壁內(nèi)應(yīng)力最小，而且均勻。 由于這些特點(diǎn)，再加上球罐基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、受風(fēng)面小、外觀漂亮，可用于美化 工程環(huán)境等原因，使球罐的應(yīng)用得到很大發(fā)展。其主要缺點(diǎn)是制造施工比較復(fù)雜。球罐的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，根據(jù)不同的使用條件（介質(zhì)、容量、壓力濕度）有不同的結(jié)構(gòu)形式。通常按照外觀形狀、殼體構(gòu)造和支承方式的不同來(lái)分類。 （ 1）按形狀分為圓球形和橢球形 （ 2）按殼體層數(shù)分為單層殼體和雙層殼體 （ 3）按球殼的組合方式分為純橘瓣式、純足球瓣式和足球橘瓣混合式 （ 4）按支承結(jié)構(gòu)分為柱式支承和裙式支承，半埋入式支承、高架支承等 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 球罐的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀 早在 1910 年美國(guó)建造了世界上第一 臺(tái)球罐 ,至今全世界役各類工業(yè)球罐約 5 萬(wàn)余臺(tái) ,國(guó)外主要球罐制造廠商約 40 余家 ,年建造增約 500～ 600 臺(tái)。中國(guó)最早建造球罐開(kāi)始于 1958 年。至 1990 年全國(guó)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) 。目前中國(guó)球罐制造廠商約 20 余家，年建球罐增長(zhǎng)量約 100~150 臺(tái)。約占世界球罐建造增長(zhǎng)量的 1/5 至 1/4。 美國(guó)早在 1976 年已建成容量為 萬(wàn) m179。,直徑為 61m 的核反應(yīng)堆球形安全殼 ,設(shè)計(jì) 壓力為 ~ MPa ,殼體壁厚控制在 38 mm 以內(nèi) ,這是目前世沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 界上較大容量球罐。我國(guó)尚未建造球形安全殼 ,我國(guó)已建成直徑為 36 m，壁厚為 38 mm 的球形封頭式的核反應(yīng)堆安全殼。國(guó)產(chǎn)最大容量球雄是由金州重型機(jī)器廠于 1989 年為河南中原化肥廠建造的 4000 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 。 目前我國(guó)在役球罐主要參數(shù)：容量為 50~10000 m179。，內(nèi)徑為 ~ ,設(shè)計(jì)壓力為常壓至 4 MPa，設(shè)計(jì)溫度為 104~60 ℃ 。我國(guó)球罐容量 1000 m179。以下的占總量的 90%左右、其中 100~400 m179。球罐占 70 % 左右。儲(chǔ)存介質(zhì)為液化石油氣、液氨及城市煤氣 ，氧 氣 和 氮 氣 ， 乙 烯 和 液 氨 ， 液 氨 ， 其 他 介 質(zhì) 。 球 罐 材 料 只 要 有 國(guó) 產(chǎn)A3F,A3,A3R,20R,Q345B,Q345R,15MnV,15MnVR,15MnVN, 15MnVNR 及從國(guó)外引進(jìn)的各種球罐材料，我國(guó)球罐選用 Q345R 為主，約占總量 90% ，球罐結(jié)構(gòu)主要采用赤道正切式支承純正圓單層球罐，約占 99%；球殼結(jié)構(gòu)為桔瓣型及足球桔瓣混合型。 世界各國(guó)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% 。我國(guó) 70 年代球罐事故統(tǒng)計(jì)，其發(fā)生率約為 2%。 80 年代全國(guó)各部門從 1979 年吉林液化石油氣球罐群爆炸災(zāi)難性事故中吸取教訓(xùn)，在國(guó)家勞動(dòng)安全監(jiān)察部門監(jiān)督下，對(duì)全國(guó) 930 余臺(tái)在役舊球罐及 1000 余臺(tái)新建投用球罐逐臺(tái)進(jìn)行開(kāi)罐檢查及全面修復(fù)，歷時(shí) 10 年，耗資近 3 億元人民幣，動(dòng)用 4 萬(wàn)人次， 80 萬(wàn)工日，報(bào)廢球罐約占總開(kāi)罐數(shù)的 10%，返修球罐約占總開(kāi)罐數(shù)的 80%從 1980 年至 1990 年全國(guó)在役2200 余臺(tái)球罐災(zāi)難性事故降到 0，球罐運(yùn)行破裂爆炸事故降到 0 球罐耐壓破裂事故 降到 1/1000。從而使我國(guó)球罐安全性達(dá)到世界領(lǐng)先水平 。 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。球罐的焊接、熱處理及質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)是保證質(zhì)量的關(guān)鍵。 焊接設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要基礎(chǔ)，沒(méi)有強(qiáng)大的制造業(yè)就不可能成為經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，也難有強(qiáng)大的國(guó)防力量。裝備制造業(yè)是制造業(yè)的核心，因?yàn)樗菫楦餍懈鳂I(yè)提供各種裝備的產(chǎn)業(yè)。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。 上世紀(jì) 90 年代末， 美國(guó)和德國(guó)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。目前還沒(méi)有其他方法能夠比焊接更為廣泛地沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 應(yīng)用于金屬的連接，并對(duì)所焊的產(chǎn)品增加更大的附加值，可見(jiàn)，焊接在已經(jīng)完成工業(yè)化的發(fā)達(dá)國(guó)家中仍是一種不可取代的工藝，對(duì)于我們這樣的發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，焊接更是一項(xiàng)蓬勃發(fā)展的技術(shù)。 對(duì)于國(guó)內(nèi)，盡管從焊接設(shè)備擁有量和焊接材料消耗量來(lái)看，我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)焊接的大國(guó)， 但從先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的深度與廣度、焊接自動(dòng)化率、焊接機(jī)器人擁有 量、大型復(fù)雜焊接系統(tǒng)的自主開(kāi)發(fā)能力、原創(chuàng)性科研成果數(shù)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)管理水平等方面看，我國(guó)還不是一個(gè)焊接的強(qiáng)國(guó)。國(guó)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(duì)較低。多數(shù)仍然是手工生產(chǎn)或者半自動(dòng)化生產(chǎn)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)