钢制立式固定顶储罐的工艺设计

钢制立式固定顶储罐的工艺设计内容摘要：

/mm 主电动机功率 /kW 卷板速度m/min 外形尺寸 （长 宽 高） /m W11S252020 B 2020 25 850 30 5 埋弧焊的焊机选用 MZJ1000，属于变速送丝埋弧焊接，焊接的技术规格如表 所示。 表 埋弧焊机技术规格 15 配用焊接电源型号 焊机结构特点 电源电压（ V） 焊接电流（ A） 焊丝直径（ mm） 送丝速度 （ m h1） 焊接速度（ m h1） 送丝方式 BX21000 焊车 380 1000 ~ 30~120 15~70 变速送丝 焊接用焊机选用硅整流焊机，动铁心式弧焊整流器 ZXE1300 的参数如表。 表 ZXE1300 的技术参数 16 额定焊接电流（ A） 额定负载持续率（ %） 电流调节范围（ A） 空载电压（ V） 工作电压（ V） 相数 频率（ Hz） 额定输入电流（ A） 质量（ Kg） 300 35 50~300 60~70 32 1 50 59 200 下料 1 钢板的矫正 钢板在轧制、吊装、运输和存放过程中，由于自重、支撑不当、或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面凹凸不平沈阳理工大学课程设计论文 14 等变形。 当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。 所以，划线、下料前必须进行钢板的矫平。 钢板的矫正通常采用机械、火焰和手工矫正。 由于 立式储油罐罐壁 毛坯厚度 最厚为 22mm，宽度为 2020mm，所以选用 CDW43S40 2500 辊式板材矫平机进行矫平，其具体参数见表。 表 CDW43S402500 辊式板材矫平机技术参数 产品 规格 最大矫平厚度/mm 最大矫平宽度/mm 最小矫平厚度/mm 板材屈服点/MPa 工作辊辊距 /mm 工作辊直径 /mm 工作辊辊数 /n 矫平速度/(m min1) 主电动机功率/kW 402500 40 2500 10 360 400 340 7 7 132 2 钢材的表面处理 钢材表面的氧化物、铁锈和油污，对焊缝的质量会产生不利的影响，焊前必须将其清除，目前已成为焊接结构生产中不可缺少的重要工序之一。 钢材的表面处理采用喷砂进行表面除锈。 3 放样、划线、 下 料 按照 储油罐壁 板下料板幅的板长和板宽，同时考虑下料的切割余量、二次下料的坡口加工余量和焊缝收缩量，在放样平台上用 1:1 的比例，划出板 材 的图形和平面展开尺寸，并以直线代替图形中的圆弧划线。 最后按放样的形状和尺寸制作样板。 表 储油罐各个部位下料尺寸表 项目 板材分类 顶板 壁板 中腹板 边缘板 瓜片 外形尺寸 D=2100mm 2020  5000mm 6 10 弧长 AB=5m；CD=。 L 数量 1 114 — — 20 沈阳理工大学课程设计论文 15 3 焊前准备、 焊后热处理和焊接检验 焊前准备 1 焊条烘干 烘干焊条可去除焊条因受潮而存留在药皮中的水分 ，减少熔池及焊缝中的氢，防止气孔和冷裂纹的产生。 烘干焊条要严格按照规定的工艺参数进行，预热温度 350~400℃。 2 工件焊件预处理 用低氢型焊条焊接时，工件坡口及两侧各 20cm范围内的锈、水、油污、油漆等必须清除干净，才能有效的防止气孔和冷裂纹的产生。 3 组装 组装工件时，除保证焊接结构的形状尺寸外，要按工艺规定在接缝处留下根部间隙和反变形量，将对接的两工件对平齐，使错边量在允许的范围内，然后按照规定的位置和尺寸对焊件进行点固。 4 预热处理 预热是焊接开始前对被焊工件的局部或全部进行适当加热的工艺措施一般只对刚性大或焊接性能差容易裂的结构采用。 焊后热处理 焊接过程中，由于受热作用使得工件在焊接完成后，会有变形、残余应力的存在，焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所以伴随焊接施工必然会产生残余应力。 消除残余应力的最通用的方法是高温回火，即将焊件放在热处理炉内加热到一定温度（ Ac1以下）和保温一定时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低。 焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间有关。 焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢 种不同而不同。 焊后热处理的目的是： 松弛焊接残余应力 ； 稳定结构的形状和尺寸，减少畸变 ； 改善母材、焊接接头的性能， 具体 包括 ： 提高焊缝金属的塑性 、 降低热影响区硬度 、 提高断裂韧性 、 改善疲劳强度 、 恢复或提高冷成型中降低的屈服强度 ；提高抗应力腐蚀的能力 ； 进一步释放焊缝金属中的有害气体，尤其是氢，防止延迟裂纹的发生 [10]。 焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理。 对于气焊焊口采沈阳理工大学课程设计论文 16 用正火加高温回火热处理。 这是因为气焊的焊缝及热影响区的晶粒粗大，需要细化晶粒，故采用正火处理。 然而单一的正火不能消除残余应力，故需 再加高温回火以消除应力。 单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装焊接，其目的是为了达到部分消除残余应力和去氢。 绝大多数场合是选用单一的高温回火。 热处理的加热和冷却不宜过快，力求内外壁均匀。 对于此次钢制立式储罐来说，焊接材料选择焊接性良好的 16MnR,在焊接材料手册中规定，对于该材料的焊接焊后热处理可以不做焊后热处理。 焊接检验 焊接检验内容包括从图纸设计到产品制出整个生产过程中所使用的材料、工具、设备 、 工艺过程和成品质量的检验，分为三个阶段：焊前检验、焊接过程中的检验、焊后成品的检验。 检验方法根据对产品是否造成损伤可分为破坏性检验和无损探伤两类。 1)焊前检验 焊前检验包括原材料 (如母材、焊条、焊剂等 )的检验、焊接结构设计的检查等。 2)焊接过程中的检验 包括焊接工艺规范的检验、焊缝尺寸的检查、夹具情况和结构装配质量的检查等。 3)焊后成品的检验 焊后成品检验的方法很多，常用的有以下几种： (1)外观检验 焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法，是成品检验的一个重要内容，主要是发现焊缝表面 的缺陷和尺寸上的偏差。 一般通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检验。 若焊缝表面出现缺陷，焊缝内部便有存在缺陷的可能。 (2)致密性检验 贮存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透和疏松组织等，可用致密性试验来发现。 致密性检验方法有：煤油试验、载水试验、水冲试验等。 (3)受压容器的强度检验 受压容器，除进行密封性试验外，还要进行强度试验。 常见有水压试验和气压试验两种。 它们都能检验在压力下工作的容器和管道的焊缝致密性。 气压试验比水压试验更为灵敏和迅速，同时试 验后的产品不用排水处理，对于排水困难的产品尤为适用。 但试验的危险性比水压试验大。 进行试验时，必须遵守相应的安全技术措施，以防试验过程中发生事故。 (4)物理方法的检验 物理的检验方法是利用一些物理现象进行测定或检验沈阳理工大学课程设计论文 17 的方法。 材料或工件内部缺陷情况的检查，一般都是采用无损探伤的方法。 目前的无损探伤有超声波探伤、射线探伤、渗透探伤、磁力探伤等。 ① 射线探伤 射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种探伤方法。 按探伤所使用的射线不同，可分为 X 射线探伤、 γ射线探伤、高能射线探伤三种。 由于其显 示缺陷的方法不同，每种射线探伤都又分电离法、荧光屏观察法、照相法和工业电视法。 射线检验主要用于检验焊缝内部的裂纹、未焊透、气孔、夹渣等缺陷。 ② 超声波探伤 超声波在金属及其它均匀介质传播中，由于在不同介质的界面上会产生反射，因此可用于内部缺陷的检验。 超声波可以检验任何焊件材料、任何部位的缺陷，并且能较灵敏地发现缺陷位置，但对缺陷的性质、形状和大小较难确定。 所以超声波探伤常与射线检验配合使用。 ③ 磁力检验 磁力检验是利用磁场磁化铁磁金属零件所产生的漏磁来发现缺陷的。 按测量漏磁方法的不同，可分为磁粉法、磁感应法 和磁性记录法，其中以磁粉法应用最广。 磁力探伤只能发现磁性金属表面和近表面的缺陷，而且对缺陷仅能做定量分析，对于缺陷的性质和深度也只能根据经验来估计。 ④ 渗透检验 渗透检验是利用某些液体的渗透性等物理特性来发现和显示缺陷的，包括着色检验和荧光探伤两种，可用来检查铁磁性和非铁 磁性材料表面的缺陷。 本次储罐设计生产储罐时采用焊前检验，焊接过程中检验，焊后检验。 焊后检验主要对焊缝的检验，首先采用目测检验，其次采用 X 射线探伤 、 超声波探伤 100%检验，并对储罐气密性检验。 沈阳理工大学课程设计论文 18 4 钢制立式储罐的装 配 、 检验 本储罐安装采用“均布安装倒装法”进行，单台罐采用 18台 10T 电动导链进行安装。 具体安装程序如下： 基础验收→合格后罐底防腐→铺罐底板→焊接→检测→放置好中心柱和边柱→安装最顶层壁板→焊接→安装顶层包边角钢和顶胎安装焊接→罐顶层板组装焊接→胀圈就位→倒装第二层壁板→焊接→ 依次类推→最底层壁板安装 →最底层壁板与罐底板焊接→罐底板环缝焊接→安装盘梯、平台、罐附件等→充水试验→沉降观测。 在储罐安装前，必须按土建设计文件和相关规定对基础进 行检查验收。 应检查油罐基础的中心坐标，中心标高，基础表面径向平整度，基础表面沿罐圆周方向平整度，基础表面凹凸度，支撑罐壁的基础表面内径、水平度、沥青沙层的平整度及沥青沙层的外观质量。 在基础进行中间验收合格后，办完中间验收交接后方可进行安装。 罐底由弓形边缘板及中幅板组成，弓形边缘板厚度为 6mm，材质为 16MnR，中幅板厚度为 6mm，材质为 16MnR。 弓形边缘板连接形式为带垫板对接。 中幅板连接形式为对接，中幅板与弓形边缘板的连接形式为对接。 按图纸标定的方位，在基础上划出两条互相垂 直的中心线。 按排版图，首先铺设罐底中心板，并在中心板上画出十字线，十字线应与基础中心线重合，在罐底的中心打上冲眼，并做出明显标记。 画出弓形边缘板的外圆周线，然后铺设弓形边缘板，对接接头采用不等间隙，焊接对接焊缝的外端 300mm，（其余焊缝待起罐完毕后进行焊接），并进行射线探伤，合格后磨平罐壁板所在位置的焊道。 按排版图由罐底中心板向两端逐块铺设中间一行中幅板，从中间一行板开始，向两侧逐行铺设中幅板，每行中幅板应由中间向两侧依次铺设，中幅板对接在弓形边缘板上面。 沈阳理工大学课程设计论文 19 罐壁板组 装前，应对壁板预制质量逐张进行检查，不符合预制要求的应重新校正，校正时，应防止出现锤痕。 壁板组装前，应在底板上放出罐体的组装内圆周线，并沿圆周线内侧每隔 1m点焊一个内挡板。 按排版图在放样圆周线上标出每张板的位置，然后把壁板对号吊装到位。 壁板之间用立缝夹具连接，整圈壁板就位后，用壁板斜撑、立缝夹具调整罐壁垂直度、椭圆度、上口水平度及罐壁半径等尺寸，合格后才可进行立缝焊接。 焊接前在立缝内侧上均匀的加上四块弧板，以防止立缝焊接变形。 包边角钢的安装应将预制合格的角钢逐根就位安装，整体调整其几何尺寸合格后，统一焊接。 最上层壁板组对焊接完后 ,安装包边角钢 ,(角钢与罐壁暂不焊 ),此时可安装罐顶。 罐顶组对时，将下好料的顶板置于事先制作的顶胎上，制作时要考虑底板 15‰坡度及第一层罐壁板的高度，在拱顶板组对时 ,在轴线对称位置先组对四块 ,调整后定位点焊 ,再组对其顶板。 罐顶组装时使用的顶胎要准确，顶板安装要对中，焊接时焊工均布，注意组装顺序和安装顺序，由内向外、由上至下分段退焊。 全部焊完后拆除临时伞架。 安装拱顶中心板、透光孔等。 焊接成型后，用样板检查，间隙不大于 15mm。 在完成储罐的焊接装配后，施工单位应遵守《工程建设交工技术文件规定》，进行储罐的验收，并向建设单位提交工程技术文件，完成验收。 沈阳理工大学课程设计论文 20 参考文献 [1] 王宗杰 .熔焊方法及设备 .北京 .机械工业出版社， [2] 方洪渊 .焊接结构学 .北京 .机械工业出版社， [3] 刘会杰 .焊接冶金与焊接性 .北京 .机械工业出版社， [4] 赵熹华 .焊接检验 .北京 .机械工业出版社， [5] 徐英，杨一凡等 .球罐和大型储罐 .北京 .化学工业出版社， [6] 中国机械工程学会焊接学会 .焊接手册 .第 1卷 焊接方法与设。