焊接结构学课程设计-石油液化气储气罐焊焊接结构设计

1、全套设计加 174320523洛阳理工学院课 程 设 计 说 明 书课程名称： 焊接结构学 设计课题：液化石油气储气罐焊接结构设计 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 班 级： 姓 名： 2013年 06月 16 日全套设计加 174320523课 程 设 计 任 务 书 机电工程 系 材料成型及控制工程 专业学生姓名 班 级 学 号 课程名称： 焊接结构学 设计题目： 液化石油气储气罐焊接结构设计 课程设计内容与要求：1、选择不同的梁柱桁架类或压力容器类结构，并完成整体装备图；2、将梁柱桁架类结构或压力容器结构划分成几个不同部分，按照课题设计相应的焊接工艺流程；3、编写课程设计说明书指导教师 安俊超 设计（论文）开始日期 2013.06.10设计（论文）完成日期 2013.06.16全套设计加 174320523 课 程 设 计 评 语 第 1 页 机电工程 系 材料成型及控制工程 专业 学生姓名 李鹏辉 班级 B100306 学号 B10030618 课程名称： 焊接结构学 设计题目： 液化石油气储气罐焊接结构设计 课程设计篇幅：图 纸 1 张说明书 28 页指导教师评语：

2、2013年06月16日 指导教师 安俊超 洛阳理工学院全套设计加 174320523目录前言2第一章 石油液化气罐的分析31.1、石油液化气罐的使用背景31.2、石油液化气罐的结构及尺寸参数31.3、石油液化气罐材料的选择4第二章石油液化气罐工艺分析92.1、石油液化气罐的成形工艺92.2、确定焊缝位置92.3、焊接接头形式以及坡口的设计102.4、石油液化气罐的焊接方法的选择13第三章 石油液化气罐焊接参数的选择及工艺163.1、焊条的选择163.2、焊丝的选择163.3、焊剂的选择163.4、焊接电流、电压和焊接速度的选择173.5、工艺参数的确定203.6、焊接设备的选择213.7、结构设计的工艺过程22第四章液化石油气储罐检验方案244.1、设备概况及其基本参数244.2、检验依据244.3、检验准备244.4、检验项目254.5、出具检验报告264.6、检验报告的审核签发26总结27参考文献28前言焊接也是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业。焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构

3、。现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着大型、高容量、高参数、耐磨、耐蚀、耐低温、耐动载的方向发展，这就是不仅需要为焊接生产提供质量更高、性能更好的各种焊机、焊接材料和焊接工艺，而且要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量、改善焊工劳动条件、提高生产率、促进文明生产的目的。本次石油液化储气罐焊接结构设计涉及多种焊接相关知识,包括焊接结构、焊接材料,焊接方法及焊接工艺制定等各方面内容.其中还附有设计的结构图和总装图.本次设计理论和实践结合极为紧密。对专业的学习和以后的工作打下了良好的基础。在设计过程中参阅有关同类资料、书籍和网络资料，并得到老师的指导和帮助，在此致以深深的谢意！第一章 石油液化气罐的分析1.1、石油液化气罐的使用背景此次设计内容为一结构形式为单层的第三类储存压力容器，是用来盛装生产用的液化石油气的容器。设计压力为1.86Mpa，温度在-1950摄氏度范围内，设备空重约为11000Kg，体积为100立方米，属于中压容器。石油液化气为易燃易爆介质，且有毒，且本液化石油气储罐必须在有遮阳和水

4、喷淋情况下使用。此液化石油气卧式储罐是典型的重要焊接结构，焊接接头是其最重要的连接结构，焊接接头的性能会直接影响储存液化石油气的质量和安全。因此合理地制定焊接工艺规程非常必要。1.2、石油液化气罐的结构及尺寸参数图1.1 石油液化气罐的结构1、组成 主要有筒体、封头、法兰和接管、密封元件等组成，其中筒体、封头是石油液化气罐制造的关键部分。制造关键点:1） 封头 圆形封头的材料为整块钢板，当封头厚度较大时，均采用热压成形法，即将封头坯料加热至9001000。对于直径大且厚度薄的封头，采用旋压成形法制造是最经济最合理的选择。2） 筒体 本次筒体有三个大型筒节拼接而成，筒节采用半自动切割下料，下料前先划线。筒体在卷板机上成型，筒节的坡口加工见下面的坡口设计部分。2、容器的简介及设计要求（1）结构名称：石油液化气罐（2）内径：3000mm（3）长度：13200mm（4）壁厚：19mm（5）设计压力：1.86Mpa（6）生产类型：单个生产1.3、石油液化气罐材料的选择石油液化气罐是一种全焊结构，且运行条件苛刻，制造工艺复杂。液化气罐一旦开裂，后果极其严重，不但造成巨大的经济损失，而且可能遭受人身

5、伤亡灾难。因此液化气罐的运行必须安全可靠。毋庸置疑，液化气罐的工作的可靠性首先以选用的钢材有着密切的关系。我国和世界各工业国的压力容器设计制造法规，以及相应的材料标准都对压力容器用钢的性能做出了严格而明确的规定。石油液化气罐压力容器材料作为一种受压部件的结构材料，应具有足够优异的力学性能，包括抗拉强度、塑性和韧性。其次，压力容器在制造过程中，必须经过各种成形加工。因此，所用材料应具有良好的冷成形加工和热成形性能。此外，压力容器用钢还应具有良好的焊接性、耐蚀性、抗氢能力以及适应各种热处理的特性。由此可见，为确保压力容器长期安全可靠的运行，必须从材料着手，选用优质的符合法规和规程要求的钢材制造液化气罐压力容器。根据设计任务要求：液化气瓶承载压力为1.86MPa，厚度为19mm。1、焊接性要求 石油液化气罐在生产制造过程中涉及大量的焊接工作，因此对于材料的焊接性能要求较高。材料中的碳、硫、磷等元素都是严重影响材料焊接性的成分，尤其是硫磷元素是十分有害的，在焊缝中容易诱发裂纹。因此，在保证材料强度的情况下，尽量减少碳、硫、磷的含量。2、强度要求 钢材的强度一般是采用拉伸试验测定的，故又称抗拉强

6、度。随着工业化发展，石油液化气罐的工作压力越来越高，对某些大型高压和超高压容器，壳壁厚度可能增加到无法生产和加工的程度。因此采用屈强比较高的低合金高强钢已成为当今容器制造中的必然趋势，目前，我国现行钢制压力容器标准已容许采用抗拉强度达610Mpa的低合金高强钢。3、塑性要求 压力容器的主要部件，如封头，筒体等，都采用冷热冲压，卷制和弯曲加工成形，要求刚才具有较好的塑性。按现行压力容器用钢标准的规定，用于压力容器的碳钢和低合金高强钢，其最低伸长率不得小于17%，而20R优质压力容器钢的最低断后伸长率为25%。4、冲击韧度要求 从材料角度来讲，钢材的缺口冲击韧度愈高，焊接结构抗脆断的能力愈高。为确保压力容器的安全运行，对压力容器用钢的缺口冲击韧度提出了较高的要求。按现行GB 6654-1996压力容器用钢板标准，20R和16MnR钢的常温V形缺口试样冲击吸收功应不小于31J，15MnVNR和18MnMoNbR等低合金高强钢常温V形缺口冲击吸收功不得小于34J。5、对变形性能的要求 压力容器各部件在制造过程中需经过较复杂的加工工艺，如冷弯、冷卷、冷校、冷冲、热冲压和热卷成形等，这就要求压力容

7、器用钢具有良好的变形性能。按GB6654-1996压力容器用钢板标准的规定，压力容器用钢的合格标准是冷弯角为180度，弯芯轴的直径按钢板的厚度和强度等级可分为d=2a和d=3a（a为钢板的厚度）。压力容器部件如冷变形度超过5%，则应在进行下道工序之前作一次回火处理。如压力容器的工作温度高于350度或冷加工变形后作600650度的回火处理，则可全部或部分消除应变时效倾向。压力容器用钢的常温力学性能如表1.1：表1.1压力容器用钢的常温力学性能钢号标准号使用状态厚度范围抗拉强度/MPa屈服强度/MPaQ235AGB912-1989热轧4.52037523516MnRGB6654-1996热轧或正火620510345石油液化气罐属于一种常温下的压力容器，其主体材料应按照GB150-1998钢制压力容器进行制造，检测与验收。由于石油液化气罐是一种受压容器，对钢材的机械性能和化学成份有较高的要求，石油液化气罐的制造过程中封头要进行冲压成型，封头与筒体之间用焊接方式进行连接，因此，对于石油液化气罐的主体（指封头等受压元件）材料，必须采用平炉、电炉或吹氧转炉冶炼的镇静钢，要求具有良好的冲压和焊接性能

8、。制造筒体、封头、入孔接管、用16MnR钢板符合GB6654-1996及第二次改造通知单的规定，入孔法兰盖用钢板正火状态供货。带颈对焊法兰、接管用16MnR应符合JB4726-2000，壳体用16MnR钢板应逐张进行冲击试验，方法按照GB/T229的规定，三个试样的平均值大于等于54J。由于16MnR钢比Q235具有良好的抗拉强度和屈服强度，同16MnR钢在热轧或正火的热处理下，其厚度在6mm25mm之间的最低冲击试验温度为-20，16MnR的材料性能符合家庭常用液化气瓶的使用环境，故石油液化气罐的材料选用16MnR。16MnR钢的化学成分如表1.2表1.2 16MnR钢的化学成分钢号化学成分（%）CSiMnSP16MnR020020055121。600030003516MnR钢的机械性能如表1.3表1.3 16MnR钢的机械性能钢号机械性能Sb(10Mpa)Ss(10Mpa)Ss(10Mpa)%Akv(20摄氏度)16MnR510640345213116MnR的焊接性分析16MnR属于低合金结构钢中的热轧钢，这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，首先来分析一下这类钢的焊接性，焊接性通常变为两方面的问题：一是焊接引起的各种缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题：二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。 裂纹问题热裂纹：热轧钢一般含碳量较

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