基于16MnR鋼的10m3立式液氮儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u25650摘要 摘要液氮是指不活潑、無色、無味、無腐蝕、無燃料、溫度極低的液態(tài)氮?dú)猓瑑?chǔ)罐是用來儲(chǔ)存提煉出來的化學(xué)物質(zhì)如從酸、醇、氣體、液體等提取物。本次課題設(shè)計(jì)的10立方米的液氮儲(chǔ)罐屬于立式低溫儲(chǔ)罐，低溫儲(chǔ)罐的構(gòu)成有外罐與內(nèi)罐兩個(gè)部分。低溫液氮儲(chǔ)罐在焊接過程中工作量大，耗材大，成本高昂等問題，就需要解決相應(yīng)的焊接工藝與設(shè)備、打磨工藝及設(shè)備等的選擇問題這樣才能夠?qū)嶋H上可以滿足工作條件要求并可投入批量生產(chǎn)的低溫液氮儲(chǔ)罐。本液氮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主體是由16MnR鋼組成，因16MnR鋼與Q235鋼具有非常良好的力學(xué)性能和焊接性能，通過對(duì)母材性能和貯氮容器結(jié)構(gòu)性能的分析，確定了適合貯氮容器的生產(chǎn)工藝。為保證該液氮儲(chǔ)罐生產(chǎn)制造過程中的焊接質(zhì)量，同時(shí)提高生產(chǎn)效率,在遵循有關(guān)規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)、考慮實(shí)際生產(chǎn)情況的同時(shí)，必須充分考慮到焊接過程中的材料的焊接性、厚度、適用性、焊接設(shè)備、成本等多種影響因素。該儲(chǔ)罐焊接選用手工電弧焊+埋弧自動(dòng)焊+二者組合焊接，完成焊接過程。最后，結(jié)合液氮儲(chǔ)罐的技術(shù)使用要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了無損檢測(cè)和水壓試驗(yàn)，并且，設(shè)備制造完成后，應(yīng)在外表面涂一層防銹油墨和兩層面漆，起到保護(hù)作用。關(guān)鍵詞：液氮立式儲(chǔ)罐焊接工藝焊接結(jié)構(gòu)第一章.緒論1.1課題背景及研究意義液氮是指不活潑、無色、無味、無腐蝕、無燃料、溫度極低的液態(tài)氮?dú)猓旱诔合碌姆悬c(diǎn)為-196.56攝氏度；所以他的沸點(diǎn)非常低，當(dāng)它蒸發(fā)時(shí)又會(huì)吸收非常多的熱量。因此，人體皮膚瞬間直接接觸到液氮是不會(huì)出現(xiàn)問題的，但是只要接觸時(shí)間超過兩秒中，就會(huì)對(duì)接觸部位造成不可逆的凍傷。儲(chǔ)罐是用來儲(chǔ)存提煉出來的化學(xué)物質(zhì)如從酸、醇、氣體、液體等提取物的生物容器，根據(jù)制作材料的的不同，可以以此來分為聚乙烯材質(zhì)、聚丙烯材質(zhì)、陶瓷材質(zhì)、橡膠材質(zhì)、玻璃鋼材質(zhì)和不銹鋼材質(zhì)等等，按大小來區(qū)分的話，又可將50m3以上作為一個(gè)大型儲(chǔ)罐，且其中大多數(shù)為立式儲(chǔ)罐；50m3以下的儲(chǔ)罐較小，且其中大多為臥式儲(chǔ)罐，隨著近些年來儲(chǔ)罐行業(yè)的不斷發(fā)展，使用儲(chǔ)罐的企業(yè)越來越多，儲(chǔ)罐在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用范圍越來越大，進(jìn)入儲(chǔ)罐制造行業(yè)的企業(yè)也越來越多。用鋼為原材料制成的儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存各類液體（或氣體）原料和成品的專門的設(shè)備。

立式儲(chǔ)罐在焊接制造與施工過程中，必定會(huì)因?yàn)楹附硬俚脑蜃髡兄虏糠謪^(qū)域出現(xiàn)不均勻壓縮塑性變形，在焊接冷卻完以后，便會(huì)出現(xiàn)焊接應(yīng)力和變形。立式貯罐的焊接質(zhì)量直接關(guān)系到使用的安全性和耐久性，立式貯罐在焊接安裝過程主要可能出現(xiàn)以下幾種變形，如彎曲變形、扭曲變形、波浪變形、收縮變形、角度變形等；立式儲(chǔ)罐在進(jìn)行焊接安裝的全部過程中，不同部位的焊接變形，是會(huì)出現(xiàn)不一樣的的。[[]葛萬佳.儲(chǔ)罐焊接變形控制分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2013（05）]關(guān)于這個(gè)問題《儲(chǔ)罐焊接變形控制分析》進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，解釋了角縫大部分為是彎曲變形和角變形、底板大部分為波浪變形和收縮變形，浮頂搭接縫大部分為波浪變形和彎曲變形。而低溫液氮儲(chǔ)罐在焊接過程中工作量大，耗材大，成本高昂等問題，就需要解決相應(yīng)的焊接工藝與設(shè)備、打磨工藝及設(shè)備等的選擇問題這樣才能夠?qū)嶋H上可以滿足工作條件要求并可投入批量生產(chǎn)的低溫液氮儲(chǔ)罐。NOTEREF_Ref28237\h2[]葛萬佳.儲(chǔ)罐焊接變形控制分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2013（05）

1.2液氮儲(chǔ)罐基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用液氮儲(chǔ)罐顧名思義，是用于儲(chǔ)存液態(tài)氮?dú)獾膲毫θ萜?。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容詳細(xì)介紹了氮?dú)鈨?chǔ)罐的制造工藝和結(jié)構(gòu)，依據(jù)壓力容器的相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，液氮儲(chǔ)罐屬于一級(jí)壓力容器，關(guān)于它的設(shè)計(jì)過程、制造過程，檢驗(yàn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合關(guān)于gb150.4-2010《固定式壓力容器》的相關(guān)規(guī)定。從液氮儲(chǔ)罐的構(gòu)造上來說的話，其材質(zhì)組成多為鋁合金或不銹鋼制造，結(jié)構(gòu)上分為內(nèi)層和外層共兩層，即所說的內(nèi)膽與外槽。從材質(zhì)結(jié)構(gòu)的原料來說的話，內(nèi)膽普通情況下一般是具有耐腐蝕性的鋁合金，頸管是玻璃鋼材質(zhì)的，位于頸管周邊一圈還有其底部夾層的位置，均設(shè)有吸附劑；內(nèi)膽與外槽之間設(shè)有合適的絕緣材料，抽取空氣之后使兩槽之間處于真空狀態(tài)。[[]葉文邦，張建榮壓力容器設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)[M]昆明：云南科技出版社2006]本次課題設(shè)計(jì)的10立方米的液氮儲(chǔ)罐屬于立式低溫儲(chǔ)罐，一般由9Ni、5Ni、a537cl2和不銹鋼等材質(zhì)制成，而普通低溫鋼的顯微組織狀態(tài)為淬火和回火。

從液氮儲(chǔ)罐于1890年問世以來至今，當(dāng)前制造液氮儲(chǔ)罐的國內(nèi)外廠家數(shù)量非常龐大，不同的型號(hào)與種類多如牛毛，在很大程度上已經(jīng)可以滿足目前不同情況不同冷藏存儲(chǔ)的需要。位于美國的MVE公司，作為設(shè)定了低溫生物樣品相關(guān)儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)，發(fā)展到現(xiàn)在企業(yè)的生產(chǎn)的低溫儲(chǔ)罐，尤其液氮儲(chǔ)罐的產(chǎn)品種類豐富齊全，性能均表現(xiàn)不俗，中國作為制造業(yè)大國，我們國內(nèi)也有很多焊接工藝領(lǐng)先、儲(chǔ)罐產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異的低溫儲(chǔ)罐制造商。本次10mm3立式液氮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主體是由16MnR鋼組成，因16MnR鋼與Q235鋼具有非常良好的力學(xué)性能和焊接性能，通過對(duì)母材性能和液氮儲(chǔ)罐的容器結(jié)構(gòu)性能的分析，確定了適合該10立方米立式液氮儲(chǔ)罐的生產(chǎn)工藝。罐體的生產(chǎn)、罐頭的生產(chǎn)和液氮儲(chǔ)罐的組裝的焊接工藝與焊接流程。最后，結(jié)合液氮儲(chǔ)罐的技術(shù)使用要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了無損檢測(cè)、氣壓試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)，[]葉文邦，張建榮壓力容器設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)[M]昆明：云南科技出版社2006第二章.10t立式液氮儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.110t液氮儲(chǔ)罐材料2.1.1液氮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)主要指標(biāo)要求表2-1本次設(shè)計(jì)液氮儲(chǔ)罐的相關(guān)工藝參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值最高工作壓力，1.6工作溫度，常溫設(shè)備容積，10m3立式儲(chǔ)罐介質(zhì)氮?dú)?.1.2罐體材料的確定液氮的腐蝕性較小，在選材上可以使用普通鋼材，這里我們作為備選的材料有20R和16MnR兩種，相比較而言低碳20R鋼板的價(jià)格比16MnR鋼板貴，但從生產(chǎn)成本、制造需求上看，同等重量的設(shè)備材料加工所需價(jià)格比16MnR鋼板高。NOTEREF_Ref28237\h2所以最終選擇16MnR鋼板作為生產(chǎn)該液氮儲(chǔ)罐筒體的材料，因?yàn)樗?jīng)濟(jì)，而且其可加工性、強(qiáng)度和塑性都比較好。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》的相關(guān)規(guī)定，原16MnR歸為

Q345R。查詢相關(guān)資料后可知Q345R鋼材在溫度為50℃時(shí)的情況下：許用應(yīng)力為=189MPa，屈服強(qiáng)度為。2.2設(shè)計(jì)產(chǎn)品工作條件本次設(shè)計(jì)為容積為10m3的液氮儲(chǔ)罐，考慮其工作環(huán)境要求為低壓，安裝使用工作位置位于室內(nèi)，所以在設(shè)計(jì)過程中不用另外考慮風(fēng)和雪的載荷因素。

由于該10m3液氮儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)裝有安全閥，因此設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)低于安全閥開啟時(shí)壓力1.05~1.10倍的工作壓力，因此。2.3罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)10m3立式儲(chǔ)罐，長(zhǎng)徑比按照4:1的比例，粗略計(jì)算內(nèi)徑：L=10立方米得Di=1.47126m≈1471mm圓整為1500mm根據(jù)儲(chǔ)存物質(zhì)液氮的特性和該液氮儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)選用橢圓封頭容器，因?yàn)楦鶕?jù)力學(xué)性能方面來說半球封頭較好，但在實(shí)際制造過程中沖壓工藝難度大，成形難度也很大，所以依照J(rèn)B/T4737-1995標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)最終選用EHA橢圓封頭。其數(shù)據(jù)如表2-2所示公稱直徑DN/mm曲面高度h/mm直邊高度h/mm內(nèi)表面積A/m容積V/m1500375252.5570.486壓力容器體積V=2V封頭+DL=10m3得L=5.132m≈5200mm圓整得L=5200mmV實(shí)=2V封頭+L=0.971+0.7852.255.2=10.1565m3100%=0.01565%<5%不符合設(shè)計(jì)要求要根據(jù)100%>5%可得L=5.37862m取5500mm綜上所述，本次10m3液氮儲(chǔ)罐的筒體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：公稱直徑為Di=1500mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=5500mm。2.3.1筒體壁厚計(jì)算該10m3液氮儲(chǔ)罐最重要的材料是：，依照新標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐和壓力容器用鋼板》，查詢《常用材料許用應(yīng)力》可得：由于溫度是在室溫環(huán)境下進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)的，普通材料的許用載荷可通過控制“普通材料許用載荷”[p]T=170Mpa（如果厚度為6-16mm）來實(shí)現(xiàn)，見表2-3由《鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值》可知，取用雙面焊對(duì)接接頭的無損檢測(cè)比例為100%，NOTEREF_Ref28237\h2因此=1.00計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度對(duì)于鋼板材質(zhì)為16MnR,查圖2-1可得，鋼板厚度負(fù)偏差得為名義厚度進(jìn)行檢驗(yàn)：當(dāng)δn=10mm時(shí)，其[σ]t不發(fā)生變化，因此選取名義厚度δn=10mm。2.3.2封頭壁厚計(jì)算假設(shè)儲(chǔ)罐材料16MnR其許用應(yīng)力[σ]t=170MPa(厚度取6-16mm范圍內(nèi)時(shí))由于H——封頭的總高度h——直邊高度查表標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)K得K=1.00C2=1mmC2=1mm腐蝕余量C2,取C2=1mm設(shè)計(jì)厚度對(duì)于材料16MnR,鋼板厚度負(fù)偏差查圖2-1得因此名義厚度復(fù)檢,取12且當(dāng)δn取12mm時(shí)，驗(yàn)證可得[σ]t沒變化，因此名義厚度取值δn=12mm。依照標(biāo)準(zhǔn)JB/T4737-95可得，將內(nèi)徑做為公稱直徑的EHA橢圓型封頭其形狀與尺寸如表2-4與圖2-2所示：表2-4封頭尺寸公稱直徑Dg曲邊高度H-h（mm）直邊高度h（mm）內(nèi)表面積F（m2）容積V（m3）厚度s（mm）1500375252.55680.48611圖2-22.4校核2.4.1罐體一封頭液壓試驗(yàn)強(qiáng)度圓筒壁在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算應(yīng)力式中圓筒的有效壁厚圓筒在試驗(yàn)壓力下的屈服點(diǎn)為則：同時(shí)：可見該條件下可得所以本次10m3立式液氮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)在水壓試驗(yàn)校核中的強(qiáng)度足夠。2.4.2罐體一封頭氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度圓筒壁在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算為：式中圓筒的有效壁厚為：圓筒在試驗(yàn)壓力下的屈服點(diǎn)為：則而可見該條件下可得，所以本次10m3立式液氮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)在氣壓試驗(yàn)中強(qiáng)度足夠。2.4.3水壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度校核；為保證水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在水壓實(shí)驗(yàn)前必須按壓力容器水壓校核公式計(jì)算，公式為：則式中；Pr=1.25Pc=1.25*1.76=2.2MPaδe=δ-C=12-1=11mmΣ=345MPa則校核計(jì)算為：經(jīng)由以上角和檢驗(yàn)，本次10m3立式液氮儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合工藝要求。2.5人孔2.5.1人孔的設(shè)計(jì)依據(jù)《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知：因筒體長(zhǎng)度=5500mm＜6000mm，可選擇在筒體設(shè)計(jì)開一個(gè)人孔，同時(shí)根據(jù)壓力儲(chǔ)罐相關(guān)檢修要求與壓力條件，最終選則回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔。[[]董大勤袁鳳隱.壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2000[]董大勤袁鳳隱.壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2000因?yàn)榭紤]到使用地點(diǎn)為室內(nèi)，同時(shí)為了便于工作人員的進(jìn)入、維護(hù)、檢修，因此確定DN軸公稱直徑=450mm，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔》（Hg/T21518-2005）的相關(guān)規(guī)定，查表3-1可知連接選用、8.8級(jí)、35CrMoA等長(zhǎng)雙頭螺柱來進(jìn)行連接，該人孔其明細(xì)尺寸見下圖2-3：NOTEREF_Ref951\h3密封面型式凹凸面MFMD6855224公稱壓力PNMPa4061057螺柱數(shù)量20公稱直徑DN450270A390螺母數(shù)量40480×14132B175螺柱尺寸M36×2×200d451.6b57L250總質(zhì)量kg323表2-5人孔尺寸表2.5.2人孔補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)圖2-4補(bǔ)強(qiáng)圈1.設(shè)計(jì)方法判別根據(jù)HG/T21518-2005的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)的10m3液氮儲(chǔ)罐選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，設(shè)：厚度附加量C=2mm開孔直徑D=Di+2C=450+4=454mm則=1500/3=500mm因此最終確定使用等面積法的方式對(duì)蓋人孔進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。該人孔接管的材料為16MnR鋼，其許用應(yīng)力依照GB150-1998中相關(guān)要求，其中：殼體開孔處的計(jì)算厚度接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)則2.補(bǔ)強(qiáng)范圍補(bǔ)強(qiáng)有效寬度B的確定：按GB150中有：補(bǔ)強(qiáng)有效高度H的確定外側(cè)有效高度的確定依照GB150-1998標(biāo)準(zhǔn)中式8-9，計(jì)算得：內(nèi)側(cè)有效高度的確定依照GB150-199標(biāo)準(zhǔn)8中式8-9，計(jì)算得：有效補(bǔ)強(qiáng)面積：根據(jù)GB150中式8-10至8-13，分別計(jì)算如下：筒體多余面積

管的多余面積接管厚度：焊縫金屬截面積焊角取6.0mm補(bǔ)強(qiáng)面積Ae=A1+A2+A3=596.112+1382.3488+36=2014.4568mm2因?yàn)锳e＜A=6629.49mm2，因此本次設(shè)計(jì)開孔需要另行補(bǔ)強(qiáng)A4=A–Ae=6629.49-2014.4568=4615.0332mm22.5.3補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)根據(jù)DN450取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑。因?yàn)锽>，所以在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：=A4／()=16.6mm圓整取名義厚度為18mm根據(jù)GB-150，JB/T4736-2002，補(bǔ)強(qiáng)圈焊接形式——D型，D1=d0+(6～12)。表2-6.補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)及附件的選擇接管公稱直徑DN/mm外徑D2內(nèi)徑D1厚度（）重量（Kg）4507604821836.32.6接管設(shè)計(jì)2.6.1接管補(bǔ)強(qiáng)條件依照GB150中接管補(bǔ)強(qiáng)的相關(guān)規(guī)定，如果在殼體位置開孔滿足下述全部要求，就可以不需要補(bǔ)強(qiáng)（1）設(shè)計(jì)壓力（2）計(jì)算相鄰兩孔之間的中心距離（按曲面間距離的弧長(zhǎng)為準(zhǔn)）設(shè)計(jì)時(shí)不得小于兩倍的兩孔直徑之和；（3）接管外徑（4）接管最小厚度滿足下表要求[[][]盧志文.工程材料及成形工藝[M].機(jī)械工藝出版社.200.220-230表2-7不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管的外徑與最小厚度接管外徑253238454857657689最小壁厚4.04.05.05.06.06.02.6.2氮?dú)膺M(jìn)口管該出管接管設(shè)計(jì)選用無縫鋼管，尺寸為，。管的一端切成角，將其少量的伸入儲(chǔ)罐內(nèi)部。同時(shí)配用圖面板選擇對(duì)焊法蘭：法蘭根據(jù)該10m3液氮儲(chǔ)罐的相關(guān)的壓力要求、溫度要求、工藝條件,最終選定取用帶頸對(duì)焊法蘭作為介質(zhì)，同時(shí)考慮到基本工作溫度和設(shè)計(jì)壓力，依照相關(guān)要求可知，所要選用的帶頸對(duì)焊法蘭若采用16Mn板材作為原料，需依照其公稱壓力1.6MPa，以此查表選取它的尺寸。[[][]MaYuan.Simulationonchill-downbehaviorandinducedthermalstressofacryogenictankduringLN2filling[J].AppliedThermalEngineering,2020,181:11+58+76.帶頸對(duì)焊法蘭的各部均能從表帶頸對(duì)焊、帶頸平焊和螺紋法蘭尺寸與質(zhì)量相關(guān)規(guī)定中查表可知,,查詢其附表可知，該接管所需連接螺栓是M16，一共需要4個(gè)，相關(guān)所需材料由表可查得其所需螺柱材料是40MB，螺母材料是40Cr該接管開孔還需要補(bǔ)強(qiáng)，因該接管厚度3.5mm＜5mm。2.6.3接管補(bǔ)強(qiáng)首先需要確定該液氮儲(chǔ)罐其殼體和設(shè)計(jì)接管的計(jì)算壁厚與其開孔直徑：焊接接頭系數(shù)補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體與接管的厚度附加量取腐蝕余量接管計(jì)算厚度開孔直徑已知?dú)んw名義厚度，補(bǔ)強(qiáng)部分厚度。接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度為需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積焊縫金屬面積焊角取K=4mm所以。有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)公式代入具體數(shù)值的所以需要另加補(bǔ)強(qiáng)，其補(bǔ)強(qiáng)面積，代入具體數(shù)據(jù)得依據(jù)公稱直徑，以此選用補(bǔ)強(qiáng)圈,依據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736可知，本次設(shè)計(jì)應(yīng)選用內(nèi)徑,外徑的補(bǔ)強(qiáng)圈，因?yàn)椋源舜卧O(shè)計(jì)選用的補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)厚度根據(jù)表《規(guī)定的補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸系列》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該接管所選擇的選用的，同時(shí)依照補(bǔ)強(qiáng)材料一般情況下應(yīng)選擇與殼材料相同的設(shè)計(jì)習(xí)慣，可最終確定本次設(shè)計(jì)選用的補(bǔ)強(qiáng)圈型號(hào)為：2.6.4氮?dú)獬隹诠芸蛇x用無縫鋼管，型號(hào)為，將管的一端切成，伸出長(zhǎng)度＝120mm。管的一端切成，少量伸入儲(chǔ)罐內(nèi)部。配用圖面板選擇為平焊法蘭，相關(guān)數(shù)據(jù)情況查表可知：法蘭因該,所以該氮?dú)獬龉芸诮庸荛_孔需要設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算過程如下所示，強(qiáng)圈選擇為：因此氮?dú)獬龉芸谒x用的螺栓、螺母及墊片與2.6.2中氮?dú)膺M(jìn)氣管相同。2.6.5備用口本次10m3液氮儲(chǔ)罐所選用的備用口，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)最總選用，，，選取無縫鋼管，選取型號(hào)為的帶頸對(duì)焊法蘭（WN）法蘭，選取平面RF的密封面形式配用法蘭相關(guān)數(shù)據(jù):法蘭因該,所以該備用口開孔需要設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算過程如下所示，，強(qiáng)圈為：因此氮?dú)獬龉芸谒x用的螺栓、螺母及墊片與2.6.2中氮?dú)膺M(jìn)氣管相同2.6.6排污口在出關(guān)的底部，設(shè)置排污管道，管道的規(guī)格選用，。管段配有與之匹配適當(dāng)?shù)慕刂归y。2.7壓力表和安全閥選用2.7.1壓力表口選擇使用的無縫鋼管，選擇伸出長(zhǎng)度等于120mm，同時(shí)配備的壓力表的工程。2.7.2安全閥口選擇使用無縫鋼管，選擇伸出長(zhǎng)度等于120mm，同時(shí)選擇帶頸平焊法蘭（）法蘭密封面形式為平面（）的密封形式配用法蘭:法蘭補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如下所示。強(qiáng)圈為：因此安全閥口所選用的螺栓、螺母及墊片與2.6.2中氮?dú)膺M(jìn)氣管相同表2-4-2管口表符號(hào)公稱壓力公稱尺寸法蘭形式密封面形式用途伸出長(zhǎng)度1DN1.6內(nèi)螺紋壓力表口1202DN1.6SOMFM人孔2702DN1.6WNRF安全閥口1203DN1.6內(nèi)螺紋排污口1204DN1.6WNRF氮?dú)膺M(jìn)口1205DN1.6WNRF備用口1202.8支座選用儲(chǔ)罐總質(zhì)量-罐體質(zhì)量—封頭質(zhì)亮—液氮質(zhì)量—附件質(zhì)量罐體質(zhì)量計(jì)算為封頭質(zhì)量計(jì)算為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4746—2002）其質(zhì)量，所以氮?dú)赓|(zhì)量計(jì)算為：由于該式中，裝量系數(shù)取0.9（《容規(guī)》規(guī)定；介質(zhì)為液化氣體的固定式壓力容器，量裝系數(shù)一般取0.9）儲(chǔ)罐容積為查詢相關(guān)資料可知：液氮在常溫下的密度為1.25kg/故附件質(zhì)量為：在2.5中設(shè)定選用的公稱直徑為450mm的回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔質(zhì)量為232kj，其他的接管質(zhì)量總和按計(jì)算于是為532kg充氣質(zhì)量為：ρ水≥ρ氣，水壓實(shí)驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度ρ=1000kg/m３V=V筒體+2xV封頭=10.152充液質(zhì)量；M3=0.95xρxV=0.95x1000x10.152=9644.4kg故設(shè)備總重量；M=m1+m2+M3+m4=1935+314.8+9644.4+532=12426.2kg根據(jù)《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)容器部分》第四部分支承式支座的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查詢其中附圖2可得A型支座系3號(hào)支承底座德本體允許載荷=60KN，其參數(shù)尺寸如圖表2-10公稱直徑DN1500S180墊板b300允許載荷Q/KN60筋板I224012支座高度h460b2180e60底板l1210212螺栓間距L30b1160支座質(zhì)量kg28.9114螺栓直徑dM24距中心的距離S2550因此最終選擇的是公稱直徑的A型3號(hào)支承底座第三章焊接工藝設(shè)計(jì)3.1焊接性分析本10m3立式液氮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的母材選用的材料是，參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)志法》（GB）t221-200），可知隸屬于于奧氏體不銹鋼下，不銹鋼常用作耐熱不銹鋼。它被廣泛用于用于食品儲(chǔ)存設(shè)備、一般化工儲(chǔ)存設(shè)備和核能工業(yè)設(shè)備中。一般為通俗來說，不銹鋼即稱為304不銹鋼板。3.1.1容器材料焊接性的分析1.0Cr18Ni10Ti材質(zhì)性能分析參照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《焊接手冊(cè)》（第二版）中材料的焊接部分可知容器母材化學(xué)成分如表3-1所示。表3.10Cr18Ni10Ti的化學(xué)成分化學(xué)成分CSiMnSPCrNiTi含量（%）≤0.07≤1.00≤2.00≤0.03≤0.03517.0~19.08.0~11.05C%-0.70依照容器材料成分的區(qū)別，我們不難發(fā)現(xiàn)奧氏體鋼具備上佳的耐腐蝕性能與耐熱性能；低溫強(qiáng)度與機(jī)械性能的表現(xiàn)也非常不錯(cuò)；在沖壓、彎曲等熱加工性上的表現(xiàn)亦非常好，性能很高；沒有出現(xiàn)過熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性；單相奧氏體組織，鋼力學(xué)性能可見表3.2。表3.20Cr18Ni10Ti鋼的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度σb(MPa)條件屈服強(qiáng)度σ0.2(MPa)斷面收縮率ψ(％)伸長(zhǎng)率δ(％)硬度≥520≥205≥50≥40≤187HB;≤90HRB;≤200HV經(jīng)過進(jìn)行了更進(jìn)一步的母材化學(xué)成分分析工作，我們可以確定就是奧氏體不銹鋼，因此它是具有相比較而言較高的變形能力的，并且無冷裂紋缺陷，不能淬硬，因此總體上它具有良好的焊接性。根據(jù)查詢的焊接手冊(cè)可得，合金含量較低，因此，焊接前無需預(yù)熱。3.1.2奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)1.焊接接頭易形成晶間腐蝕奧氏體不銹鋼其焊接件是比較容易會(huì)在焊接接頭的部位，產(chǎn)生晶間腐蝕的現(xiàn)象，參照貧鉻理論的內(nèi)容,造成出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的原因是因?yàn)楹附舆^程中焊縫與熱影響區(qū)在溫度已經(jīng)被加熱至的范圍時(shí)，兩者的接頭位置部位停滯一段時(shí)間時(shí)，其晶界處便會(huì)析出高鉻碳化物（），于是這便會(huì)降低了晶粒表層的含鉻量，導(dǎo)致貧鉻區(qū)的形成，由于同時(shí)會(huì)受到腐蝕介質(zhì)的作用，位于晶粒表層的貧鉻區(qū)會(huì)因?yàn)槭艿礁g最終形成晶間腐蝕。此時(shí)，被腐蝕的接頭位置雖然外觀上沒有明顯變化，但在應(yīng)力作用下則會(huì)出現(xiàn)沿晶界的斷裂情況，導(dǎo)致基本失去強(qiáng)度。為防止、減少接頭處的腐蝕的出現(xiàn)，可采取以下防止措施：在奧氏體不銹鋼焊接接頭于低溫狀態(tài)下被使用時(shí),焊縫金屬的塑性與韌性是主要的矛盾問題。此時(shí)出現(xiàn)在于焊縫組織中的鐵素體，往往會(huì)降低焊接接頭的低溫韌性。此時(shí)，我們?cè)趯?shí)際操作時(shí)一般可以通過調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫，或者是在焊材的選擇上選用純奧氏體焊材，以此預(yù)防焊縫金屬出現(xiàn)低溫脆化情況。2.易出現(xiàn)焊接熱裂紋造成熱裂紋出現(xiàn)的的最重要因素的是因?yàn)楹附有圆畹暮缚p中，樹枝晶的方向性比較強(qiáng)，這容易造成S元素、P元素等其低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)物出現(xiàn)，并且產(chǎn)生聚集現(xiàn)象。另一方面呢，這一種類的鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比較小(大概只有是是低碳鋼的1/3)，這一種類的鋼的線脹系數(shù)比較大(大概是低碳鋼的150%)，因此其焊接應(yīng)力也相較而言比較大，這一因素也會(huì)提高產(chǎn)生熱裂紋的可能性。為了防止這種焊接熱裂紋現(xiàn)象出現(xiàn)，可以采取以下防止措施：一方面，在焊接材料的選擇上，可以選則含碳量較低的焊接材料，比如最終選擇使用含有適量鐵素體（如Mo、Si等）形成元素的焊接材料，這個(gè)做可以讓焊縫可以形成奧氏體+鐵素體的雙相組織，以此來減少偏析情況的出現(xiàn);另一方面，可以盡可能的選則如堿性藥皮等的質(zhì)量較好的焊條，以此來減少焊縫金屬中S元素、P元素、C元素等的含量。[[][]陳鋒.焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的研究[D].上海:上海交通大學(xué),2009.3易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂是指處于特定的受腐蝕條件影響的環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用，在焊接接頭位置出現(xiàn)的的延遲開裂的情況。而本儲(chǔ)罐材料奧氏體不銹鋼0Cr18Ni10Ti其焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭會(huì)出現(xiàn)的失效形式中比較嚴(yán)重的一種，最終會(huì)體現(xiàn)在無塑性變形的脆性破壞問題上，為了避免或減少應(yīng)力腐蝕開裂的情況出現(xiàn)，可以采取以下的防止措施：一方面，可以合理選用相關(guān)焊接工藝，以此來確保焊接過程中形成良好的焊縫，采取這樣的措施不會(huì)產(chǎn)生任何應(yīng)力集中的問題亦或者是出現(xiàn)點(diǎn)蝕、咬邊等情況，同時(shí)可以合理設(shè)計(jì)本儲(chǔ)罐焊接過程的順序以此來降低焊接殘余應(yīng)力的水平;另一方面可以選擇合適的配套焊材，這樣可以形成有著良好匹配水平的焊縫與母材，不會(huì)在焊接操作過程中出現(xiàn)任何不良組織導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生。[[][]郝全民.試析LNG低溫儲(chǔ)罐內(nèi)罐的焊接工藝技術(shù)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2020,40(10):218-支座材料Q235B焊接性特點(diǎn)Q235鋼是一種錳和硅含量比較少的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，同時(shí)碳的含量也低。因此，在正常環(huán)境下是不會(huì)因焊接的原因從而產(chǎn)生嚴(yán)重的硬化組織，亦或者是是淬火組織。這種鋼具有非常好的塑性性能和抗沖擊性能，所形成的焊接接頭亦具有良好的形塑性性能和抗沖擊韌性。焊接過程中，多數(shù)情況下是不需要預(yù)熱的。焊接過程結(jié)束后也不需要用熱處理等方式來改良結(jié)構(gòu)組織。因此總的來說，在焊接過程的全程中都是不怎么需要特殊的工藝措施的設(shè)定來保證其性能的上佳的，所以其焊接性是非常優(yōu)良的。[[][]ResearchAndMReleasesReport:CryogenicTanks[J].WirelessNews,2020（07）：45-48.但也有可能在少數(shù)情況中，Q235B的焊接作業(yè)亦會(huì)有難度：舊熔煉法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼中含有的氮的含量高，雜質(zhì)多，冷脆度高，時(shí)效敏感性變高，焊接接頭質(zhì)量變差，最終導(dǎo)致可焊性變差。2.由于脫氧不徹底，含氧量比完全脫氧比略高，P元素等雜質(zhì)分布會(huì)變得不規(guī)則，這會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域的含量會(huì)超標(biāo)，老化、耐寒敏感性高，熱裂傾紋也更容易出現(xiàn)也。3.焊如果條的使用質(zhì)量不遵循規(guī)定的話，焊接金屬中碳元素的含量、硫元素的含量過高，易出現(xiàn)裂紋的情況，4.部分焊接方法會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)低碳鋼Q235焊接接頭質(zhì)量降低的情況，舉例：電渣焊的線能力與其他比較高，在焊接作業(yè)過程中，由于大線能量的作用，位于熱影響區(qū)的粗晶會(huì)變得非常粗糙，導(dǎo)致沖擊硬度嚴(yán)重降低降。在焊接作業(yè)完成后，想要得到細(xì)化的晶粒需要再次經(jīng)過正火處理，才能提升焊接質(zhì)量。

一言以蔽之，Q235B低碳鋼是所有鋼種里焊接性最好、最容易焊接的之一，一般情況下基本全部的焊接方法，均可以用在低碳鋼的焊接作用中。該10m3立式液氮儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下3.2焊接方法的確定為保證該液氮儲(chǔ)罐生產(chǎn)制造過程中的焊接質(zhì)量，同時(shí)提高生產(chǎn)效率,在遵循有關(guān)規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)、考慮實(shí)際生產(chǎn)情況的同時(shí)，必須充分考慮到焊接過程中的材料的焊接性、厚度、適用性、焊接設(shè)備、成本等多種影響因素。最終該儲(chǔ)罐焊接選用手工電弧焊+埋弧自動(dòng)焊+二者組合焊接，完成焊接過程。1.埋弧焊的特點(diǎn)（1）生產(chǎn)效率高原因：焊絲導(dǎo)電長(zhǎng)度短提高了電流和電流密度提高同時(shí)減少了其導(dǎo)電長(zhǎng)度。所以導(dǎo)致極大地提高了電弧的溶深和焊絲溶敷效率（一般在不開坡口單面位置，一次溶深即可達(dá)到二十毫米）。同時(shí)因?yàn)楹竸┖腿茉魺嶙饔玫谋Ｗo(hù)，電弧上基本不會(huì)出現(xiàn)熱輻射散失的情況下,飛濺的情況下出現(xiàn)也極少，即使關(guān)于熔化焊劑的熱量損耗與別的方式相比略微有所上升，但總體考慮，它的熱效率依然會(huì)得到極大的提升。（2）焊縫質(zhì)量高原因：熔渣隔絕空氣的熔渣起到了很好的保護(hù)作用，可自動(dòng)調(diào)整的各項(xiàng)焊接參數(shù)可以保持穩(wěn)定，不需要要求操作工有很強(qiáng)的焊接技術(shù),形成的焊縫成分非常穩(wěn)定，同時(shí)機(jī)械性能相較而言也好很多。（3）勞動(dòng)條件好原因：可以再江都手工焊接操作勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)弧光輻射。2.手工電弧焊（1）該設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可采用交流或直流焊接電源。（2）靈活簡(jiǎn)便，無需額外的氣體保護(hù)，可用于不同位置、不同厚度和焊接形式的焊接。（3）普適性強(qiáng)，通常用于焊接大多數(shù)工業(yè)金屬和合金。（4）焊接質(zhì)量取決于操作工的焊接能力和焊絲質(zhì)量。在本次10m3立式液氮儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)中，埋弧焊設(shè)計(jì)位置于筒體縱縫與環(huán)縫位置，手工電弧焊設(shè)計(jì)位置于法蘭與接管、人孔的焊接與環(huán)之間位置，接管與筒體之間位置。3.3接頭的分類與坡口形式根據(jù)gb150-1998《鋼制壓力容器》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，壓力容器的焊接接頭分為A、B、C、D四類：A類-多位于承壓件位置的的縱向連接（多層壓力容器的縱向連接除外）、球頭與筒體的環(huán)形連接、不同凸頭的所有定制焊接連接、預(yù)埋接管與筒體的短接、封頭等;B類-多位于承壓件位置的環(huán)向接頭或者是橢圓形封頭小端與接管連接的接頭亦或是長(zhǎng)頸法蘭與接管連接的接頭位置處。這里并不包括已經(jīng)完成規(guī)定的A與C與D類焊縫;C類-多位于平蓋，管板與圓筒的非對(duì)接連接的接頭或者是法蘭與殼體接管的接頭亦或是內(nèi)封頭與圓筒的搭接填角接頭與多層包扎壓力容器層板層縱向接頭的位置;D類-多位于接管孔與殼體非對(duì)接連接的接頭凸緣處，亦或是補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體連接的接頭位置。這里離并不包括已經(jīng)完成規(guī)定的A類和B類焊接接頭。[[][]郝全民.試析LNG低溫儲(chǔ)罐內(nèi)罐的焊接工藝技術(shù)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2020,40(10):218-219.焊縫在筒體分布的各個(gè)位置：1、在圓周方向的筒體位置,將一張板材卷成形圓柱形筒型邊緣對(duì)齊形成對(duì)接接頭，對(duì)接處是受壓部分的縱向焊縫，依據(jù)GB150-1998設(shè)定，該縱向焊縫為A類焊縫。2在軸向的內(nèi)外筒位置之間的筒節(jié)焊縫均是受壓部分的環(huán)向焊縫，依據(jù)GB150-1998設(shè)定，該環(huán)向焊縫為B類焊縫。筒體縱縫A類焊縫，環(huán)焊縫為B類焊縫，他們的焊接選取雙面埋弧焊的方式，根據(jù)埋弧焊坡口相關(guān)的加工要求以下坡口形式，根據(jù)可知：依照容器，選擇I形坡口，如圖3.1所示；圖3.1A,B類焊縫的坡口形式法蘭與接管、人孔的焊接與環(huán)之間形成環(huán)焊縫。為C類焊縫。選取焊條電弧焊的方式連接。根據(jù)HGT20583-2011標(biāo)準(zhǔn)可知，選擇角接接頭，其坡口形式如圖3.2所示；圖3.2C類焊縫的坡口形式接管與筒體的位置=應(yīng)選取帶有鈍邊的單邊V形坡口對(duì)焊，形成環(huán)焊縫，接管和與殼體的非對(duì)接焊縫接頭為D類焊縫,可選取焊條電弧焊的方式，根據(jù)HGT20583-2011要求，使用搭接接頭，其坡口形式如圖3.3所示；圖3.3D類焊縫的坡口形式3.4焊縫分布焊接是本次設(shè)計(jì)中10m3液氮儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)制造過程里必不可少的一種連接方式，為了使焊縫分布均勻，避免焊接殘余應(yīng)力的重疊，那在設(shè)計(jì)的過程中，合理的布置焊縫非常重要。依據(jù)設(shè)計(jì)習(xí)慣，按照焊縫布置的一般性原則，設(shè)計(jì)的焊縫位置是需要盡量避開應(yīng)力最大處的，同時(shí)還需要求焊縫與加工面盡量保持距離、對(duì)稱布置變形盡量要小，焊縫布置要求盡量分散，并且需要便于操作且保證焊接效率等要求，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)內(nèi)外筒體的焊縫布置與數(shù)量詳見圖3-2焊縫分布示意圖3.5焊接材料的選擇3.5.1埋弧焊焊絲與焊劑的選擇（1）對(duì)于0Cr18Ni9與0Cr18Ni9同種材料的焊接依照中相關(guān)焊接用鋼絲的規(guī)定，本次設(shè)計(jì)埋弧焊焊絲應(yīng)選擇牌號(hào)為，焊劑牌號(hào)為的焊絲。其化學(xué)成分如表3-1所示NOTEREF_Ref17916\h10表3.1H0Cr20Ni10Ti不銹鋼焊絲化學(xué)成分化學(xué)成分CSiMnPSNiCr百分含量（%）≤0.06≤0.061.00~2.50≤0.30≤0.209.00~11.0019.50~22.00表3.2HJ260熔煉型焊劑成分組成成分SiO2CaF2CaOMgOAl2O3MnOFeOSP質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）29~3420~254~715~1819~242~4≤1.0≤0.07≤0.07(一)焊接夾具借助于焊接裝置，工件可以被精確定位和夾緊，便于進(jìn)行焊接。這樣操作可以減少甚至消除定位焊縫，減少焊接變形的發(fā)生。在為實(shí)現(xiàn)其他工藝目的情況下，焊接裝置通常采用其他與輔助裝備聯(lián)合使用的方式，如單面焊和雙面成形裝置相結(jié)合。(二)工件變位設(shè)備工件變位設(shè)備其最重要的任務(wù)是可以用旋轉(zhuǎn)、傾斜、旋轉(zhuǎn)工件的方式，使焊縫處于最佳焊接位置，即可提升生產(chǎn)率，提高焊接質(zhì)量，降低操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。工件變位設(shè)備的結(jié)構(gòu)和尺寸根據(jù)焊件的不同而選擇不同，在埋弧焊中，通常普遍被使用的工件變位設(shè)備包括滾輪架等。(三)焊機(jī)變位設(shè)備其主要任務(wù)是要么把焊頭準(zhǔn)確地送至待焊位置，焊接時(shí)可在此位置操作；要么將焊頭以一定的速度沿指定的軌跡移動(dòng)，這種設(shè)備又稱焊接機(jī)械手，通常與工件定位器等設(shè)備配合使用，以實(shí)現(xiàn)不同工件的焊接，基本形式包括平臺(tái)式、龍門式等。(四)焊縫成形設(shè)備埋弧焊的電弧功率不小。為了防止熔化金屬的損失和燒透燒穿，同時(shí)有利于焊縫背面的形成，通常有必要在焊縫背面增加一個(gè)承托物，除了上面提到的銅墊板以外，最常用的焊接變位設(shè)備還包括焊劑墊，對(duì)于縱縫和環(huán)縫這兩種基本類型來說，焊劑墊被廣泛使用。(五)焊劑回收輸送設(shè)備其主要任務(wù)是用于焊接過程中焊劑的自動(dòng)回收和輸送，借此可以提升焊接的自動(dòng)化程度。3.5.2手工電弧焊焊條的選擇（1）對(duì)于于同種材料的焊接依照關(guān)于不銹鋼焊條的規(guī)定，選擇手工電弧焊焊條：低氫型不銹鋼焊條，牌號(hào)：A107。1其化學(xué)成分如表3.5所示[[]王由勝.淺談低溫罐焊接工藝評(píng)定的選定[J].石油化工建設(shè),2019,41(01):69-73.[]王由勝.淺談低溫罐焊接工藝評(píng)定的選定[J].石油化工建設(shè),2019,41(01):69-73.表3.5A107不銹鋼焊條化學(xué)成分化學(xué)成分CMnSiCrNiMoCu百分含量（%）≤0.080.50~2.5≤0.9018.0~21.09.0~11.0≤0.75≤0.75（2）對(duì)于與Q235B異種材料的焊接依照關(guān)于不銹鋼焊條的規(guī)定，選擇手工電弧焊焊條：鈦鈣型不銹鋼焊條，其牌號(hào)：A302。其化學(xué)成分如表3。6所示NOTEREF_Ref17916\h10表3.6A302不銹鋼焊條化學(xué)成分化學(xué)成分CMnSiCrNiMoCu百分含量（%）≤0.150.50~2.5≤0.9022.0~25.012.0~14.0≤0.75≤0.75（3）對(duì)于Q235B與Q235B同種材料的焊接依照關(guān)于碳鋼焊條的規(guī)定，選擇手工電弧焊焊焊條：鈦鈣型碳鋼焊條，牌號(hào)：J422。其化學(xué)成分如表3.7所示NOTEREF_Ref17916\h10表3.7J422碳鋼焊條化學(xué)成分化學(xué)成分CMnSi百分含量（%）≤0.120.30~0.60≤0.253.6焊接參數(shù)的選擇3.6.1焊條電弧焊焊接參數(shù)選擇依照壓力容器與化工設(shè)備焊接手冊(cè)（第二版）第一卷中關(guān)于焊接方法、設(shè)備相關(guān)內(nèi)容，查詢表3-20和表3-21可知其焊條直徑與焊件厚度的關(guān)系、焊接電流與焊條直徑的關(guān)系、焊條電弧焊焊接參數(shù)見表3.8、表3.9、表3.10。表3.8焊條直徑與焊件厚度的關(guān)系焊件厚度/mm234-56-12>13焊條直徑/mm23.23.2~44~54~6根據(jù)表可知在焊件的厚度10mm的條件下，焊條的直徑：4~5mm；表3.9焊接電流與焊條直徑的關(guān)系焊條直徑/mm1.62.05.05.8焊接電流/A25~4040~6050~80100~130160~210200~270260~300根據(jù)表可知在焊條直徑的條件下，焊接電流范圍：表3.10焊條電弧焊焊接工藝參數(shù)層次焊條直徑mm焊接電流A焊接電弧V焊接速度cm/min電源極性運(yùn)條方法底層焊4.0120~18022~3115~50直流反接直拉填充及蓋面焊4.0110~17025~357~35直流反接直拉或擺動(dòng)3.6.2埋弧焊焊接參數(shù)選擇依照《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》（第二版）第一卷中關(guān)于焊接方法、設(shè)備相關(guān)內(nèi)容，根據(jù)表4-23和表4-24可查得埋弧焊焊接參數(shù)，具體可見表3.11。表3.11埋弧焊焊接工藝參數(shù)板厚mm焊條直徑mm焊接電流A焊接電弧V焊接速度cm/min裝配間隙mm電流種類交流直流10.05.0700~75034~3632~34503~4交流或直流32203第四章壓力容器制造工藝過程4.1鋼材的預(yù)處理加工以前，為鋼材涂上保護(hù)性底漆，這樣的與處理方式一方面提高了械機(jī)產(chǎn)品和金屬零件的抗腐蝕能力，提高了鋼板的抵抗疲勞的性能，增加了使用壽命；另一方面還可以起到優(yōu)化鋼材表面狀況的作用，有利于數(shù)字控制切割機(jī)進(jìn)行上釉和精密涂裝，而且由于鋼材在加工前形狀規(guī)則，可以很方便的通過機(jī)械除銹和自動(dòng)涂裝的方式顯著提升清洗工作的效率，降低了清洗的工作強(qiáng)度，減輕了環(huán)境的影響。4.1.1鋼材的矯正采取剛才矯正是為了使材料在加工之前具有不錯(cuò)的加工質(zhì)量，包括力學(xué)性能物理性能等，同時(shí)使鋼材處于平直狀態(tài)，有利于零件加工。鋼材校正是鋼材加工的前提和基礎(chǔ)，能為加工質(zhì)量做保證，人工校正、機(jī)械校正、火焰校正和高頻熱點(diǎn)校正為鋼材校正程序的四種方式，因?yàn)榇巳萜鹘Y(jié)構(gòu)所用，在薄板的范圍內(nèi)，可以用機(jī)械校正。4.1.2鋼材的表面清理鋼材表面清潔是去除鋼材和零件表面的銹、油和氧化物的過程，可以防止零件二次污染，在后續(xù)加工過程中保持清潔。機(jī)械除銹、化學(xué)除銹、火焰除銹等是目前常見的的表面清洗方法。本次設(shè)計(jì)的液氮儲(chǔ)罐正時(shí)采用了其中的機(jī)械除銹的方法清洗。4.2畫線，放樣與下料4.2.1畫線畫線是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上的圖像尺寸，按1:1的比例，在被切割零件表面畫出加工界限的過程。畫線的作用是：確定加工零件的加工位置和各加工面余量的考慮，使相關(guān)零部件在加工過程中有清晰的標(biāo)記，并能檢驗(yàn)構(gòu)件的空位是否正確。對(duì)于一些缺陷小但不合格的原材料，可以借料存放，畫線的精度要求一般在0.25~0.5的范圍以內(nèi)。[[][][10]NB/T47014-2011.承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S].2011：230-放樣放樣是根據(jù)施工圖的要求進(jìn)行的，按1:1的正交投影原理，在試驗(yàn)臺(tái)或平板上畫出零件。這張圖也稱為實(shí)樣設(shè)計(jì)（放樣圖）。繪制放樣圖的過程便稱為放樣。4.2.3下料下料即為使用多種方法將工件從原料中分離出來的過程，一般來說，下料可分為手動(dòng)和機(jī)械加載兩種，目前比較常見的方法包括切割、氣割、磨削等。剪切過程中，由于奧氏體鋼較高的韌性和易脆化的特點(diǎn)，用普通氧乙炔火焰切割在實(shí)際生產(chǎn)中非常難操作。切割或修整過程弓采用機(jī)械切割、等離子弧或者弧氣刨等方法進(jìn)行切割加工，所需的剪切張力約為同等厚度低碳鋼的1/3左右，等離子弧切割具有切割表面光滑、切割縫窄等優(yōu)點(diǎn)，切割速度高，最大切割速度可達(dá);弧氣刨是0Cr18Ni9奧氏體鋼理想的操作方法。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活等特點(diǎn)。更貼合于于鉆孔、焊縫返修等情況下科室也有一定隱患，如果操作不當(dāng)?shù)脑?，易在切削表面產(chǎn)生粘渣和粘碳的情況，對(duì)鋼材的耐腐蝕能力有很大的影響。[[][12]黎清新.低溫儲(chǔ)罐焊接技術(shù)分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016(26):71-72.[][12]黎清新.低溫儲(chǔ)罐焊接技術(shù)分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016(26):71-72.切割機(jī)選擇：表5.1LHLM-1型龍門式數(shù)控切割機(jī)參數(shù)導(dǎo)軌間距（mm）4000-6000有效切寬（mm）3200導(dǎo)軌長(zhǎng)度（mm）火焰割炬等離子割據(jù)驅(qū)動(dòng)方式60001組1組雙邊驅(qū)動(dòng)切割長(zhǎng)度（mm）切割厚度（mm）速度（mm/min）自動(dòng)調(diào)高行程（mm）70006-2000-35000-230筒節(jié)下料以筒節(jié)的平均直徑為基準(zhǔn)，因?yàn)殇摪鍟?huì)在卷板機(jī)上彎卷同時(shí)也會(huì)受輥?zhàn)拥哪雺?，厚度在變薄在變薄的同時(shí)，長(zhǎng)度也會(huì)延伸。所以，下料尺寸應(yīng)比理論計(jì)算的尺寸數(shù)據(jù)略短.封頭的下料因?yàn)樵撘旱獌?chǔ)管設(shè)計(jì)選擇的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，按照標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封透相關(guān)的毛坯展開式計(jì)算公式為代入數(shù)據(jù)2383.7mm因?yàn)樵O(shè)計(jì)的封頭尺寸略大，其外觀選擇形狀為圓形，因此選擇封選擇火焰切割來進(jìn)行封頭的切割工作。4.3彎曲與成型4.3.1.坡口加工機(jī)選擇坡口加工方法常見的可分為機(jī)械切削和熱切割兩種類型,這里采用哪個(gè)的機(jī)械切削加工方式,需要用到坡口加工機(jī)、刨邊機(jī),刨床等多種通用機(jī)床。本次10m3液氮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)選用的是型號(hào)為HP-1的舍內(nèi)，其技術(shù)數(shù)據(jù)詳見表4.2。表4.2HP-10技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)抗拉強(qiáng)度（MPa）坡口最大寬度（mm）坡口角度最小鈍邊高(mm)坡口加工速度m/min工件最大厚度（mm）HP-10390~7507~1230°～45°12.6～3.4304.3.2筒體的卷制成形圓柱形和錐形零件由不同厚度的鋼板制成，軋制一般在三臺(tái)或四臺(tái)滾壓成型機(jī)上進(jìn)行，軋輥分為熱卷和冷卷，一般可采用厚度在60mm以下的鋼板冷卷；本設(shè)計(jì)容器筒體的鋼板厚度為10mm，因此所選機(jī)器設(shè)備型號(hào)如表3.16所示。表5.3W11S上輥數(shù)控萬能式三輥卷板機(jī)參數(shù)型號(hào)與規(guī)格最大厚度（mm）最大寬度（m）卷板速度（m/min）滿載最小直徑(mm)上輥直徑(mm)下輥直徑(mm)W11-30×3200303200512005004004.4部件裝配4.4.1裝配焊接夾具選擇焊接夾能精確定位和夾緊焊縫進(jìn)行裝配和焊接，在手動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)中，手動(dòng)螺旋軸的主要作用是壓緊圓柱形工件做好對(duì)接工作，糾正其非圓柱形特征，避免變形，消除局部變形。4.4.2焊接裝配順序安裝立式儲(chǔ)罐的裝配一般是要用定位焊給予定位，再將封頭與筒體進(jìn)行定位焊，經(jīng)過此項(xiàng)工作，將板材加工成圓筒，使用弧焊進(jìn)行焊接的位置包括該儲(chǔ)罐筒體的縱向焊縫，同時(shí)包括封頭和筒體的環(huán)焊縫。裝配及焊接順序如下：在容器焊接筒體縱、環(huán)焊縫上選用埋弧焊的焊接方式；做好加強(qiáng)圈定位點(diǎn)焊連接工作；參照2.6與2.7中管口表中各管口尺寸，分別于該儲(chǔ)罐筒體上相應(yīng)位置打孔，并將其與管材進(jìn)行焊接；焊接完好后，進(jìn)行水壓試驗(yàn)；在水壓試驗(yàn)合格后；在容器外附著保溫材料;進(jìn)行容器與支座焊接組裝；4.5焊接變形矯正機(jī)械校正法是通過機(jī)械力來避免焊接變形的一種方法，其目的是使焊接產(chǎn)生塑性變形，而不是焊接變形，在焊接生產(chǎn)中，經(jīng)常采用機(jī)械校正法。例如，圓筒容器縱焊的角度變形，往往通過軋機(jī)的反復(fù)軋制來校正。2火焰矯正法是在不均勻加熱過程中,利用氧乙炔火焰或另一種氣體火焰引起結(jié)構(gòu)變形,從而矯正原焊渣變形的方法。具體功能是將變形分量擴(kuò)展到600~8008451;,加熱后再冷卻,使加熱器冷卻后的收縮能補(bǔ)償原來的變形。4.6焊接工藝卡焊接工藝卡是焊接加工過程中的焊工操作哪個(gè)焊接方法與工藝的重要參照物之一，所以焊接工藝卡的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確是非常重要的，根據(jù)設(shè)計(jì)習(xí)慣來說，焊接工藝卡上應(yīng)清楚標(biāo)明所用材料、所用材料的厚度、常用形狀，焊接方法及技術(shù)要求等有關(guān)工藝參數(shù)。最終，本次設(shè)計(jì)的10m3立式液氮儲(chǔ)罐的焊接工藝卡就確定了。第五章致密性檢驗(yàn)5.1水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)經(jīng)常用于各種容器，本次設(shè)計(jì)的10m3立式液氮儲(chǔ)罐亦適用，測(cè)量容器的水密度以及一定壓力下各部件的致密性。操作過程如下：（1）將容器裝滿水，堵住容器的所有孔和眼，用水泵將容器內(nèi)的水壓提高到技術(shù)要求的數(shù)值，在此壓力下保壓一段時(shí)間，然后降低工作壓力，用小圓錘，沿焊縫15-20敲開；[[][][6]SavsuTechnologiesInc.;PatentApplicationTitled"DryVaporCryogenicContainerWithAbsorbentCore"PublishedOnline(USPTO20190150427)[J]Jo