買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本次設計中的 400m球罐用于貯存氧氣，其球殼板的材質為 16文對其母材的焊接性做了簡要的分析，并在次基礎上選擇了球罐焊接前的預熱溫度，以及焊接方法和焊接材料。預熱溫度為 120焊接方法為焊條電弧焊，焊條為 根據工廠的生產經驗和相關標準編制了 400m球罐的生產工藝流程。在整個生產過程中，球殼板的壓制成形，球罐的組裝與球罐的焊接屬于生產中的重點與難點，在本文中都進行了詳細的分析和論述。 球殼板成形采取布局成 形的方法，必須在現場進行。本文根據球罐上每條焊縫的不同特點，制定了各個焊縫的具體焊接方法，并選擇了焊接工藝參數。 球罐組裝焊接之后，需要進行焊后處理，包括無損檢測，焊后熱處理，以及耐壓試驗等，本文也都進行了簡要的分析和說明，并介紹了相應的處理方法和注意事項。 關鍵詞： 球罐 成形 組裝 焊接 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 he of 00m 6In of on 20 ， is 5015 . of 00 m to of In of of to in a of of ,it on in of , to ,so a 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 目 錄 緒 論 . 1 形容器的特點 . 1 形容器分類 . 1 內球罐建造情況 . 2 第一章 材料選用 . 3 . 3 . 4 . 5 母和支撐結構的選材 . 5 . 5 柱、拉桿等）選材 . 5 第二章 結構設計 . 6 . 6 . 6 塊及分角 . 7 . 7 . 7 . 8 . 14 . 14 . 14 . 14 . 15 . 15 . 15 . 15 . 15 . 15 . 16 . 16 壓力表 . 16 . 16 第四章 強度計算 . 18 . 18 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 符號說明 . 18 大的物料成裝體積 . 18 . 18 . 19 . 19 . 23 柱彎矩及偏心率計算 . 27 a 偏心彎矩 . 27 柱穩(wěn)定性驗算 . 28 查表得 0=. 29 地腳螺栓計算 . 30 . 31 桿強度計算 . 31 桿連接部位計算 . 32 支柱和球殼連接最低處 . 34 號說明 . 34 單項應力計算 . 34 合成應力計算 . 36 度驗算 . 36 支柱與球殼連接焊縫強度驗算 . 37 柱間的允許沉降差 . 37 孔鍛件設計和強度校核 . 38 . 38 . 40 . 42 . 43 蘭應力計算 . 43 . 44 第五章 工廠制造及現場組裝 . 45 . 45 材料檢驗 . 45 片加工 . 45 . 45 . 45 . 45 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 六章 焊接與檢查 . 47 材的可焊性 . 47 焊接工藝的確定 . 47 . 48 . 48 后熱處理 . 49 . 49 . 49 . 49 . 50 接檢驗 . 50 球瓣的檢驗 . 50 上、下極板的檢查 . 50 . 51 . 51 . 52 組裝檢驗 . 52 接質量檢驗 . 52 接工作完成后的檢查 . 53 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒 論 近幾十年來球形容器在國外發(fā)展得很快，我國的球形容器建設在七十年 代才得到了飛速發(fā)展。通常球形容器作為大容積，高壓存儲容器，在各工業(yè)部門中作為液化石油氣（ L， P， G），液化天然氣（ L， N， G），液氨，液氮，液氫，液氧及其他中間介質的存儲。在原子能工業(yè)中球形容器還作為安全殼使用。總之隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的適用范圍也就必然會越來越廣泛。 由于球形容器多數作為有壓貯存容器，故又稱球罐。 形容器的特點 球形容器與常用的圓筒形容器相比具有下列的一些特點： 球形容器的表面積最小，即在相同容量下球形容器所需鋼材面積最小。 球形容器殼板承載能力比圓筒形容器大一倍，即在相同 直徑，相同壓力下，采用同樣鋼板時，求形容器的板厚只需圓筒形容器板厚的一半。 球形容器占地面積小，且可向高度發(fā)展，有利于地表面積的利用。 由于這些特點，再加上球形容器基礎簡單，外觀漂亮，受風面小等原因，是球形容器的應用得到擴大。 形容器分類 球形容器可按不同方式，如按貯存溫度，結構形式等分類。按貯存溫度分類 : 球形容器一般用于常溫或低溫。只有極個別的場合，如造紙工業(yè)用的蒸煮球等，使用溫度高于常溫。 （ 1）常溫球形容器 如液化石油氣，氨，煤氣，氧，氮等球罐 。 一般這類球罐的壓力較高，取決于液化氣的飽和蒸 汽壓或壓縮機的出口壓力。它的設計溫度大于 。 （ 2）低溫球罐 這類球罐的設計溫度低于常溫（即 ），一般不低于 壓力屬中等。 （ 3）深冷球罐 設計溫度在 以下。往往在介質液化點以下貯存，壓力不高有時為常壓。由于對保冷要求高，常采用雙層球殼。目前國內使用的球館，設計溫度一般在 50C 之間。 按結構形式分類 ： 按形狀分有圓球形，橢圓形，水滴形或上述幾種形式的混合；圓球形按分瓣方式分有桔瓣式，足球瓣式，混合瓣式等；圓球形按職稱方式分有支買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 柱式，裙座式， 內球罐建造情況 我國最早建造球罐在 1958面以后，至 1980年已運行的各類球罐約為 1000臺左右 。 回顧我國近三十年的建造球罐的歷史，歷史較短，但發(fā)展速度較快。目前我國建球技術水平僅僅達到世界先進建球國家的五十年代的水平，至于近年來引進國外的球罐技術水平也僅僅是六十年代初期的水平，我國在建球領域的某些技術也有達到七十年代的技術水平，但是綜合技術水平還是較落后的，球罐的質量不能很快提高是技術管理水平低，大容器球罐尚不能建造主要是缺少球罐的專門用材。 由于目前的一些問題主要都出現在焊接接頭上，所以應采取 措施把焊縫的質量提高到國際水平。 應從焊縫磨削、球罐熱處理、人孔接管產生的應力進行處理。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 第一章 材料選用 球罐是壓力容器的一種結構形式，因而在選用材料的基本要求方面與壓力容器相同。球罐與一般圓筒形壓力容器比較有某特殊之處：首先，球罐容量較大，目前國內較為一般的容量為 400大的約有 9000效的影響大 ;其次，球罐殼板承受相同的雙向拉應力，而圓筒形容器軸向應力僅為周向應力的一半；第三，球罐裝配比較復雜，且在現場組裝，組裝對口多（焊縫 多）角變形可能性大，局部應力也大；第四，球形容器在現場施焊，焊接條件苛刻，因而對材料的可焊性要求高。總之，由于球形容器的 固有特點，就必定會對材料提出特殊 的要求。 球罐在使用 時的主要失效模型有五種，對這五種 失效模型起控制作用的物理及力學性 能如下： 此可見要求 材料必須具有一定的強度（ s ， b ）剛度（ E），韌性（沖擊韌性，無延性轉折溫度，斷裂韌性等）。 球罐在成形加工過程中必須經 受各種變形，因而要具有一定的塑性，及要求有一定的伸長率（ ）斷面收縮率（ ）。 對材料的可焊性要求，母線以控制材料的碳當量（ 焊接裂紋敏感性指數（ 焊接裂紋敏感性組成（ 為基準。 目前 ,球罐的使用場合基本上屬于常溫及低溫，因而重點介紹常溫，低溫球罐用材料的選材準則。 s 及抗拉強度 習慣上以屈服強度作為材料級別分類依據。材料的屈服強度與韌性有關，往往是強度越高，人性越差。此外高強度材料對成型，組裝 ,焊接也帶來了一些新的問題。 選擇材料的強度級別時 a)要考慮現行設計規(guī)定材料與用應力安全系列的規(guī)定。 b)要考慮鋼材的質量（板厚效應），我國鋼廠生產的中板以 40我國引進的多層高雅容器，傾向于采用 30而建議在選用材料的強度級別時應盡可能把材料厚度控制在 30 40 c)要考慮施工的方便，目前可采用的高強度材料以 50高屈控制性能 彈性模量 彈性模量 屈服強度 屈服強度 韌性 失 效 模 型 彈性失穩(wěn) 過渡的彈性變形 整體塑性變形 拉伸失穩(wěn) 快速斷裂 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 服強度級別的材料在施工中將遇到共遇到的困難。采取一定措施后，球形容器焊后不進熱處理的厚度界限可達 40也是考慮采用較高強度級別的因素。 韌性使保質材料避免產生裂紋，防止快速斷裂的重要性能，對球形容來說這一指標更為重要。作為材料的驗收方法，將各種韌性指標與 期達到簡單方便的目的。韌性要求應隨著材料強度級別的高而提高。材料的韌性不僅與化學成分，冶煉工藝，使用狀態(tài)有關，經與材料的厚度有關。 目前常用的壓力容器用鋼，均屬中，低強度鋼，起塑性指標均能滿足要求。 球形容器用材料對可焊性要求比通常的壓力容器用材更為高。因而在材料的原則上就要考慮可焊性。常用的考慮可焊性的指標有碳當量， 裂紋敏感性指數。 在球形容器用鋼的選擇上，經濟指標是要重點考慮的。因為鋼材的價格在整個球形容器的投資上占了相當的比例。 我們所設計的球形容器是屬于常溫球形容器。 選擇殼體用材料時應滿足強度指標，韌性指標，塑性指標，可焊性要求以及經濟指標等要求。 因進口鋼材價格昂貴，所以 400按我國的技術規(guī)范向廠組裝。球殼板材料以 163比較可知， 16術成熟。故選用 1616 厚度大于 20 厚度大于 20 對正火狀態(tài)鋼板應該明正火熱處理狀態(tài)。 使用溫度下 三個試樣平均值 個試樣最低值 6， P, S 16碳當量 Ce q =C+6404V% (買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 所以 Ce q =+0+0+0=滿足要求 故 球形容器的人孔，接管等往往采用鍛件。人孔結構采用鍛件可避免補強結構，使人孔以對接焊的形式與球殼板連接，達到減少結構應力的目的。接管采用鍛件，增大補強，達到減少應力突變的目的。 因而 ,再有條件的情況下應盡量采用鍛件形式。對高強 度鋼材制造的球罐，或低溫下使用的球罐更應采用鍛件結構。 鍛件的選用應按 力容器鍛件技術條件，一般來說球形容器上鍛件的盈利相對地比丘刻板低，故在選用鍛件材料是在強度上可略低于球殼板材料，但人性要求與相應級別的球殼板材料相同。 166鍛件材料選用 16 母和支撐結構的選材 栓螺母的選用 螺栓材料可選用 材標準： 用溫度范圍 利螺母的硬度比螺栓低，故可選用： 承結構（支柱、拉桿等）選材 構件名稱 鋼號 鋼材標準 支柱鋼材 桿 柱底板 柱圓蓋 子 緊結 16 2撐結構選材表 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 第二章 結構設計 球罐結構形式是多種多樣的，根據不同的使用條件（介質，容量，壓力，溫度）使用不同，球罐設計和制造水平的差異，有不同的結構形式，通?？砂凑詹煌耐庥^形狀，殼體的構造方式和支撐方式的不同進行分類，從幾何形狀看有圓球形和橢圓球形之分，從 殼體層數看有單層殼球和雙層殼球之分，從殼層的組成看有單層雙層，多層之分；從球殼的組合方案看有桔瓣式，足球瓣式和足球桔瓣混合式之分；從支撐結構看有支柱式支撐，筒形或錐形支撐之分。 球罐的結構并不復雜，但是它們的制造和安裝較其他形式貯罐難，主要原因是它的殼體為空間曲面壓制成型，安裝組隊以及現場焊接難度較大。而且，由于球罐大多數是壓力或低溫容器，它盛裝的物料又大部分是易燃，易爆物，且裝載量大，一旦事故發(fā)生，后果不堪設想。因此，球罐結構設計要圍繞如何保證安全可靠而實施。 球罐結構設計合理必須考慮各種因素：裝載物料的 性質；設計溫度和壓力；材質；制造技術水平和設備安裝方法；焊接和試驗要求；操作方便和可靠，自然環(huán)境的影響等等，要做到滿足各項工藝要求，有足夠的強度和穩(wěn)定性，且結構盡可能簡單，使其在壓制成型，安裝組隊，焊接和檢驗，操作，監(jiān)測和檢修容易實施，這些就是結構設計的重要性所在。 球殼是球罐的主體，它是貯存物料和承受物料工作壓力和液柱靜壓力的構件。而且由于球殼幾何尺寸較大，用材量大，它必須由許多瓣片組成。球殼設計需要按照以下設計準則； （ 1） 必須滿足所儲存物料在容量，壓力，溫度等方面的要求，安全可靠 （ 2） 受力狀況最佳； （ 3） 考慮了壓機（球瓣成型的加工機械）的開檔大小，盡量采用大的球瓣結構，使焊縫長度最小，減少安裝工作量； （ 4） 考慮鋼板的規(guī)格，盡量提高鋼板利用率。 純桔瓣球殼的設計的球殼是將球殼按桔瓣結構進行分割的組合結構。這種球殼的特點是球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施工簡便，加快組焊進度，便于采用自動焊。由于分塊分帶對稱，因此裝配應力及焊接內應力較均勻?？梢圆捎么蟀暝O計，減少環(huán)帶買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 和焊接，較容易保證球罐質量。同時，這種球殼可以按照等強度設計，用不同的分帶去承受不同的附加壓力，產生不等厚的球瓣結構。純桔瓣式球殼結 構由于由赤道帶，而球罐支撐又大多數為赤道正柱式支撐，所以要對赤道帶球瓣數加以限制，使其與支柱數成整數倍關系，就能使支柱錯開焊縫，布置在赤道球瓣的中間，成為受力狀態(tài)均勻，焊接質量易保障的合理結構形式。這也是純桔瓣式結構的另外一個優(yōu)點。 此外，純桔瓣式結構較靈活，按照原材料的大小以及壓機開檔的尺寸，可以設成不同的球心夾角的分帶和分塊，以滿足結構和制造工藝的要求。 塊及分角 純桔瓣式球殼分帶，分塊，分角的形式多種多樣，下面是一些典型的結構形式 90 型球殼：全球分成上下極三帶，每帶球心夾角 90 ，上下極板各分成三塊。 45 型球殼：全球分成五帶；上下極帶，上，下溫帶以及赤道帶，分帶球心夾角為 45 36 型球殼：全球在赤道線上切成兩半球，因此有一條正赤道環(huán)縫，球殼分為六個帶，上，下赤道帶，上，下溫帶，上，下極帶，每帶球心夾角為 36 上下極板各分四塊 不對稱型球殼： 道帶，上溫帶，上寒帶，下溫帶，上下極帶。 烯球罐，全球分為五帶，上，下極帶以及赤道帶球心夾角各為 60上下溫帶球心夾角各為 30 上下極帶各為三塊板。 在本設計中采用的球殼分帶 分塊分角的形式為 45 型球殼。全球分割為五帶，上下溫帶，上下赤道帶以及赤道帶。球心分角為 45 每帶分瓣數 ;上，下極帶各分成三瓣，上下溫帶各分為 16瓣，赤道帶分成 16瓣。 片設計 純桔瓣球殼在確定分帶分片以后，既要進行每塊球殼瓣片的設計，確定每塊球瓣的幾何尺寸。按照我國過去習慣，一般是在設計施工圖紙中只標注出每塊球瓣的厚度和四個周邊的弧長 。 每塊球瓣的尺寸大小與下列因素有關：鋼板規(guī)格大小，壓機開檔大小，沖壓成買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401