2022年防胶剂配制罐加工工艺设计 .pdf
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1、专业课程设计(论文)题目:防胶剂配制罐加工工艺设计学生姓名:方涛院(系):材料科学与工程学院专业班级:材料 1003班指导老师:刘静完成时间: 2013年 9 月 15日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 29 页 - - - - - - - - - 材料成型及控制工程课程设计任务书题 目防胶剂配制罐工艺流程及焊接工艺设计学生姓名方涛学号201012010307 专业班级材料 1003 班设计内容与要求包括:原始数据,技术参数,设计要求,说明书、图纸、实物样品
2、的要求等1设计参数:(设计原始资料见附件)(1)产品主体尺寸:14005104mm (2)主体板厚: 14mm ;(3)容器类别:(4)工作压力: 1.6MPa (5)主体材质: 16MnR (6)焊接方法:手工电弧焊;埋弧焊;TIG 焊; CO2气体保护焊;2依据标准(1)GB150-1998钢制压力容器;(2)JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程;(3)GB985-88气焊、手弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式尺寸;(4)GB986-88埋弧焊焊缝坡口的基本型式;等3课程设计内容及要求(1)编写防胶剂配制罐的加工工艺流程图;(2)绘制防胶剂配制罐的焊缝定位编号图;(3)编写防胶
3、剂配制罐 31 、 4 号焊缝的焊接工艺卡;(4)撰写报告。课程设计报告应用A4规格纸打印,也可用蓝色或黑色墨水手写;具体格式参照西安石油大学本科毕业设计(论文)撰写规范。设计报告文字说明部分主要有以下内容:资料综述; 设计思路; 相应的国家或行业标准;焊接工艺的说明,如:焊接方法的选择、焊接材料的选择、坡口型式的设计、 焊缝层数和焊接顺序的设计,以及焊前焊后热处理工艺的说明;在设计中遇到的问题、解决方法、体会等;参考文献不少于5 篇。4时间安排根据本专业的培养计划,本专业课程设计共三周。自 9 月 2 日起至 9 月 20 日止,第一周查阅资料和熟悉课题设计任务;第二周拟定设计方案;第三周撰
4、写课程设计报告并进行答辩,设计内容及报告应在9 月 18 日之前完成, 9 月 19-20 日答辩。起止时间2013 年 9 月 2 日至2013 年 9 月 20 日指导教师签名年月日系(教研室)主任签名年月日学生签名方涛2013 年9 月15 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计 ( 论文 ) 目录1 压力容器简介 . 1 2 压力容器焊接 . 6 2.1焊接方法 . 6 2.1.1
5、手工电弧焊 . 6 2.1.2 钨极氩弧焊 . 6 2.1.3 CO2气体保护焊 . 6 2.1.4 埋弧焊 . 6 2.2焊接接头分类 . 6 2.2.1 A 类焊缝 . 6 2.2.2 B 类焊缝 . 7 2.2.3 C 类焊缝 . 7 2.2.4 D 类焊缝 . 72.2.4 E 类焊缝 . 72.3压力容器用碳钢的焊接. 7 2.3.1 低碳钢焊接特点 . 8 2.3.2 低碳钢焊接要点 . 8 2.4压力容器用低合金高强钢及其焊接. 8 2.4.1 低合金高强钢的焊接特点 . 8 2.4.2 压力容器用低合金高强钢焊材选用 . 9 2.4.3 压力容器用低合金高强钢焊接要点 . 9
6、3 压力容器加强圈与筒体角接,筒体纵缝焊缝工艺设计 . 11 3.1焊接方法的选择 . 11 3.2焊接材料选择 . 12 3.3焊缝坡口的设计 . 13 3.3.1 尺寸设计 . 13 3.3.2 坡口加工及清根 . 14 3.4焊接工艺参数选择 . 14 3.4.1 筒体纵缝打底 TIG 焊、埋弧焊工艺 . 14 3.4.2 手工电弧焊 . 16 3.5焊前准备与焊后热处理. 18 3.6焊接质量的检验 . 19 4 设计总结 . 20 5 参考文献 . 21 附录 1:防胶剂配制罐生产流程图. 22 附录 2:防胶剂配制罐接头名称. 23附录 3:防胶剂配制罐及焊缝编号. 24附录 4:
7、焊接工艺卡 1 . 25 附录 5:焊接工艺卡 2 . 26 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计(论文)1 1 压力容器简介1.1 压力容器综述压力容器广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门, 是生产过程中必不可少的重要设备。如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳,流体贮罐,核压力反应堆的压力壳,电厂锅炉系统中的汽包等,都是压力容器。本课题所涉及
8、防胶剂配制罐就属于压力容器的一种。不仅如此,在人们的家庭中,也要用压力容器,如民用液化石油气瓶等。因此,压力容器和工业生产和人民生活有着十分密切的关系。设计好、制造好、使用好、管理好压力容器就显得十分重要。 随着科学技术的发展和工业生产规模的扩大,压力容器的尺寸越来越大,操作压力越来越高,操作温度也越来越高(或低),结构形式也越来越复杂。 同时,生产中压力容器所处理的介质往往是易燃易爆或有毒的,这些条件很自然地对压力容器的安全可靠性提出了更严格的要求。可以想象,当压力容器一旦发生破坏事故,将对国家财产和人民的生命带来不可估量的损失。因此,要求压力容器的监察管理、设计、制造、和检验人员,必须十分
9、重视压力容器的质量和安全问题,确保容器安全运行。1.2 压力容器定义广义地讲, 凡承装压力介质、 承受压力载荷的密闭容器统称为压力容器,压力容器广泛应用于国民经济工农业生产和人民生活的各个领域。据原国家技术监督局1999年颁发的压力容器安全技术监察规程的规定:“为了与一般容器 (常压容器 )相区别,只有同时满足下列三个条件的容器,才称之为压力容器。”(1) 最高工作压力大于或者等于0.1MPa(工作压力是指压力容器在正常工作情况下,其顶部可能达到的最高压力(不含液体静压力)) ;(2)内直径(非圆形截面指断面最大尺寸)大于等于0.15m且容积大于等于0.025立方米;(3)介质为气体、液化气体
10、或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。1.3 压力容器的分类名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计(论文)2 据原国家技术监督局1999 年颁发的压力容器安全技术监察规程的规定,设计、制造和运行必须加以监督管理的压力容器,是指最高工作压力大于或者等于0.1Mpa,内直径大于等于 0.15m 且容积大于等于 0.025 立方米,工作介质为气体、 液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的容器。1.
11、3.1 按容器外形分类压力容器按外形可分为:圆筒形容器、圆柱形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器。1.3.2 按制造方法分类压力容器按制造方法可分为:焊接容器、铸造容器、热套容器、多层包扎容器、绕带容器。1.3.3 按承压方式分类压力容器按承压方式可分为内压容器和外压容器。1.3.4 按工作压力分类压力容器按工作压力一般可分为低压、中压、高压和超高压四类。 压力容器的等级原则可按以下规定划分:1) 低压 0.1MPA P1.6MPa 2)中压 1.6MPA P10MPa 3)高压 10MPA P100MPa 4)超高压 P 100MPa 1.3.5 按容器的设计温度分类按照容器的设计温度,压
12、力容器可分为低温容器、常温容器和高温容器。低温容器:设计温度低于或等于-20 C 常温容器: -20 C 设计温度 350 C 高温容器:设计温度等于或高于350 C 1.3.6 按容器的用途分类按压力容器在生产工艺过程中所起的作用,即其用途,可将压力容器分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器和储运压力容器等四类。每一类所属各种压力容器的名称见表 1. 1.3.7 按质量等级分类为了合理控制压力容器的设计和制造质量、便于安全技术的监督和管理。 压力容器又可分为、类。具体规定见表2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
13、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计(论文)3 表 1 压力容器按用途的分类类别类 别 名称主要用途容器名称1 反应压力容器完成介质的物理化学反应如反应器、 反应釜、分压锅、分压塔硫化罐、反解塔、聚合釜、高压釜、合成塔、蒸球、蒸压釜和煤气发生炉等2 换 热 压力 容 器完成介质的热量交换如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、蒸发器、消毒锅、预热器、电热蒸汽发生器和煤气发生器水夹套等3 分 离 压力 容 器介质的流体压力平衡缓冲和气体的净化分离等如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔
14、、干燥塔、汽提塔、分气缸和除氧器等4 储 运 压力 容 器盛装生产用原料或成品气体、液体和液化气体等如各种形式的储罐和气瓶等表 2 压力容器按质量等级分类类容器类容器类容器低压容器1)中压容器2)易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器3)毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器4)低压管壳式余热锅炉5)低压搪玻璃压力容器1)毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和 PV 0.2MPa 的低压容器2)易燃或介质毒性程度为中毒危害且PV 0.5MPa 的中压反应容器及易燃或介 质 毒 性 程 度 为 中 毒 危 害 且PV 10MPa 的中压储存容器3)中压搪玻璃压力容器4)中、高
15、压管壳式余热锅炉5)高压容器6)使用抗拉强度规定值下限570MPa材料制造的压力容器7)移动式压力容器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计(论文)4 1.4压力容器的组成和结构焊接压力容器的结构形式有多种多样的,其中以单层锻焊式和钢板卷焊式常见,其基本组成如下:筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外,还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。1-法兰
16、; 2-支座; 3-封头拼接焊缝; 4-封头; 5-环焊缝; 6-补强圈; 7-人孔; 8-纵焊缝; 9-筒 体;10-压力表; 11-安全阀; 12-液面计1.4.1 筒体筒体是储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。它的主要形式:圆柱筒体、球形筒体。圆筒体制造方法:( 1)直径较小的无缝钢管(无纵焊缝)(2)直径较大的采用卷焊(有纵环焊缝)( 3)高压容器采用整体锻造(可能有环焊缝)(4)高压容器采用整体铸造(无纵环焊缝)圆筒体的结构有单层式、组合式(多层式、缠绕式)。1.4.2 封头封头是压力容器的重要组成部分,与筒体等部件形成封闭空间。封头形式有:凸形封头(球形、椭圆形、蝶形和球冠
17、形封头)锥壳、平盖。封头与筒体的连接方式有:不可拆式(焊接)、可拆式(螺栓连接)。1.4.3 密封装置密封装置的可靠性关系到压力容器能否正常、安全地运行。最常见的密封装置:螺栓法兰连接(简称法兰连接)法兰是通过螺栓连接筒体和外接的各种管道,并通过拧紧螺栓是垫片压紧而保证容器密封。法兰连接的分类:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计(论文)5 (1)容器法兰:用于筒体与封头或两筒体间的连接;(
18、2)管道法兰:用于管道连接;(3)筒体端部:高压容器中,用于顶盖和筒体连接并与筒体焊接在一起的容器法兰。1.4.4 开孔与接管开孔与接管是由于工艺要求和检修需要,常在筒体或封头上开孔或安装接管,如物料进出接管等。开孔分为:人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管,以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。开孔大小:手孔 150 mm、人孔 400 mm (椭圆人孔一般 350 x450)、物料进出口(根据工艺计算确定)仪表接口(根据仪表确定)开孔对壳体的影响: 开孔部位的强度被削弱, 故应少开孔并考虑作开孔补强设计。1.4.5 支座支座是支承并固定压力容器,有立式和卧式两种形式。圆筒形容器
19、支座类型:卧式容器支座(鞍座)、立式容器支座(腿式支座、支承式支座、耳式支座、裙式支座)。球形容器支座类型:柱式支座、裙式支座。1.4.6 安全附件安全附件主要包括: 安全阀、爆破片装置、紧急切断阀、安全联锁装置。压力表、液面计、测温仪表等名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计(论文)6 2 压力容器焊接2.1 焊接方法应根据被焊金属的焊接性,压力容器的结构形式以及焊接生产效率等因素选择与之相
20、适应的焊接方法。2.1.1 手工电弧焊它是利用电弧产生的热量来熔化被焊金属的一种手工操作的焊接方法。它所需要的设备简单, 操作灵活, 对空间不同位置采用不同接头形式,各种焊缝均能方便的进行焊接。手工电弧焊焊接质量好、焊接变形小、生产率高、设备简单、使用性强,可焊各种位置和短、曲焊缝。但它生产效率低,劳动强度大。2.1.2 钨极氩弧焊钨极氩弧焊( TIG 焊)是气体保护焊的一种,它的电极是用难熔金属钨或钨的合金棒。电弧燃烧过程中,电极是不熔化的,故易维持恒定的电弧长度,焊接过程稳定、焊接质量优良、小电流时,电弧也很稳定,容易控制背面成行、能全位置焊接。焊接时,电极和电弧区及熔化金属都处在氩气保护
21、之中,使之与空气隔绝。 钨极氩弧焊广泛应用于飞机制造、原子能、化工、纺织等工业中。但是氩气成本高且由于钨电极的载流能力有限,电弧功率受到限制,致使焊缝熔深浅,焊接速度低,所以钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于6mm 的工件,也常用于压力容器。2.1.3 CO2气体保护焊CO2电弧的穿透力强,熔深大而且焊丝的熔化率高,所以熔敷速度快,生产率可比手工焊高 13 倍。它的焊接成本低,能耗低并且它的适用范围广,不论何种位置都可以进行焊接。薄板可焊到1mm 左右,最厚几乎不受限制(采用多层焊)。而且焊接厚板时较之气焊速度快、变形小,并且CO2焊抗锈能力强,抗裂性好,焊后也不需清渣,有利于实现焊接过程的机械
22、化和自动化,但是CO2气体保护焊具有氧化性,合金元素易烧损,主要用于对焊缝性能要求不高的不锈钢。2.1.4 埋弧焊埋弧焊的生产率高且成本低廉,焊出的焊缝质量也高, 而且易于实现自动化, 对焊工的操作要求也不高。因为熔渣隔绝空气的保护效果好。再次,它的劳动条件好,冶金反应比较充分, 组织稳定。 但是,其适用性差, 只能实现平焊, 焊接设备较复杂。2.2 焊接接头分类根据 GB-1998钢制压力容器对压力容器主要受压部件焊接接头分为A、B、C 和 D 四类。2.2.1 A类焊缝名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心
23、整理 - - - - - - - 第 9 页,共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计(论文)7 根据 ASME 规范的规定, A 类焊缝的结构形式可以是对接缝或搭接缝,不包括角接缝。具体包括:圆筒、管子或圆锥壳上的纵向焊缝;球壳、成型封头、平封头、平板矩形截面容器个侧板等上的任何焊缝;球形封头与圆筒、 圆锥壳上等相连接的环向焊缝。2.2.2 B类焊缝根据 ASME 规范的规定, B 类焊缝的健康形式可以是对接焊缝或搭接焊缝,但不包括角接焊缝。具体包括:圆筒、圆锥壳或接管的环向焊缝;成型封头(半球形封头除外)与圆筒、圆锥壳或管子想连接的环向焊缝。2.2.3 C
24、类焊缝根据 ASME 规范的规定, C 类焊缝的结构形式可以是对接焊缝、搭接焊缝或角焊缝。具体包括:法兰环、翻边搭环、管板、平封头与圆筒或圆锥壳、管子或各类成型封头(此处包括半球形封头) 相连接的焊缝; 矩形截面容器各侧板之间相连接的焊缝。2.2.4 D类焊缝根据 ASME规范的规定, D类焊缝的结构形式可以是对接焊缝或角接焊缝。具体包括:接管或各种受压室与圆筒、球壳、圆锥壳或各类成型封头相连接的焊缝;补强圈、凸缘等于壳体、封头之间的连接焊。2.2.5E类焊缝包括吊耳、支撑、支座及各种内件与筒体或封头内外表面相接的角接接头。注:( 1)对接接头通常为: A、B类,角接接头通常为: C、D类。(
25、2)A类:各类接头中要求最高,也是应力条件最苛刻的接头;(3)B类:较 A类的应力水平低,工作应力为A类的一半,包括圆筒,圆锥壳体或管子上的环形焊缝。(4)C类:这类接头受力较小,通常采用角焊缝连接;矩形截面容器各侧板之间的接头。(5)D类:接管与壳体的交接接头,存在较高的应力集中,受力条件苛刻。2.3 压力容器用碳钢的焊接碳钢以铁为基础,以碳为合金元素,含量一般不超过1.0。此外,含锰量不超过 1.2,含硅量不超过 0.5,Si、Mn 皆不作为合金元素。而其他元素,如Ni、Cr、Cu 等,控制在残余量限度内,更不是合金元素。S、P、O、N 等作为杂质元素,根据钢材品种和等级,也都有严格限制。
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