壓力容器的焊接接頭

1、前言1第1部分儲罐設計分析2第1章儲罐總體分析21.1 儲罐基本設計要求21.2 儲罐材料21.3 儲罐用鋼板31.4 配用鍛件51.5 配用螺栓、螺母5第2章儲罐罐底設計62.1 儲罐罐底板尺寸62.2 罐底結構7第3章罐壁結構設計103.1 罐壁的排板與連接103.2 罐壁厚度113.3 罐壁加強圈12第4章罐頂結構設計13第2部分儲罐的焊接工藝分析14第5章壓力容器的焊接接頭145.1 壓力容器焊接接頭的分類145.2 圓筒形容器焊接接頭的設計15第6章壓力容器的焊接方法176.1 熔化極敏弧焊176.2 CO2氣體保護焊176.3 埋弧焊19第7章壓力容器的焊接工藝21第3部分儲罐的組

2、裝與檢驗22第8章儲罐的安裝施工順序228.1 儲罐底板的焊接順序228.2 儲罐壁板的焊接順序228.3 儲罐固定頂的焊接順序23第9章儲罐焊縫的檢驗與修補249.1 焊縫檢測249.2 焊縫修補25設計體會26參考文獻27大型油氣儲罐是油氣產品儲存運輸最方便、廉價的方式之一。儲罐的形式可跟據蓋頂的樣式不同分為浮頂式儲罐（包括氣柜）和固定頂式儲罐（包括內浮頂式儲罐），而固定頂式儲罐又包括錐頂式儲罐和拱頂式儲罐兩種。目前原油的儲罐使用中浮頂式儲罐在不斷減少，液化氣儲運主要是球罐和立式筒形低壓儲罐。常用的幾種灌頂形式為雙子午線網客機構拱頂、輻射網殼結構拱頂、短程線網殼結構拱頂和梁柱支撐結構拱頂，

3、見圖1。口附婉建程線府杜支浦用克箔殼結將挑結構能梁支律結梅頂中圖1幾種典型罐頂結構型式本次課程設計主要討論立式固定頂筒形鋼制焊接儲罐的施工工藝。其中包括儲罐的材料選擇、加工工藝路線選擇、相關組件形式選擇、機械加工裝配、施焊成型、焊后檢測調試等相關生產內容。第1部分儲罐設計分析第1章儲罐總體分析1.1 儲罐基本設計要求由石油化工立式筒形鋼制焊接儲罐設計規(guī)范SH3046-1992,儲罐的設計條件不得少于以下內容：（一）地震設防烈度、風載、雪載等氣候條件及地質條件；（二）儲罐的操作溫度及操作壓力（正負壓）；（三）介質的種類及密度；（四）腐蝕裕量；（五）儲罐的容積；（六）灌頂形式；（七）開口接管尺寸、

4、形式、數量及法蘭規(guī)格；（八）附件的安裝位置。對于固定頂式儲罐，設計壓力范圍一般為-490Pa6000Pa設計溫度不超過250°C,而最低設計溫度應大于-2。C。1.2 儲罐材料儲罐用鋼的選擇必須考慮到儲罐的使用條件，材料的焊接性能、加工制造工藝以及經濟的合理性.由液化石油氣鋼瓶國標GB5842-2006一般規(guī)定鋼瓶主體（指筒體、封頭等受壓元件）材料，必須采用平爐、電爐或氧氣轉爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，具有良好的沖壓和焊接性能。材料必須有相關制造許可證書和質量合格證書（原件）。主體材料力學性能應符合國標GB6654壓力容器用碳素鋼和低合金鋼厚鋼板的規(guī)定，主體材料的屈強比ReL/Rm不得大于0.8

5、0。主體材料的化學成分應符合卜列范圍：碳C不大于0.18%硅Si不大于0.10%鈕Mn0.701.50%S不大于0.020%磷P不大于0.025%硫S+磷P不大于0.040%根據上述要求并考慮儲罐壓力不是很大和制造成本的問題，選擇16MnR鋼代替焊接鋼瓶專用鋼板。它是一種普通低合金鋼，是鍋爐壓力容器專用鋼，鍋爐壓力容器的常用材料。它的強度較高、塑性韌性良好。常見交貨狀態(tài)為熱軋或正火。屬低合金高強度鋼，含Mn量較低。性能與20G（412-540）近似，抗拉強度為（450-655）稍強，伸長率為19-21%,比20G的大于24%差。它的主要化學成分如表1-1。表1-116MnR低合金結構鋼的主要化

6、學成分鋼號化學成分（%）CSiMnSP16Mn<0.20.20-1.20-<0.03<0.03R00.601.60551.3 儲罐用鋼板儲罐用鋼板的適用范圍應符合表1-2.表1-2鋼板的適用范圍序號鋼號鋼板標準適用范圍機械性能檢測項目許用溫度(°C)許用板厚(mm)1Q235-AFGB700GB3274>-208(Tb(Ts550122Q235-AGB700GB3274>-2016(Tb(TS65034320RGB6654>-2034(Tb(TS5Akv冷彎416MnGB1591GB3274>-2012(Tb(TS5冷彎>-102051

7、6MnRGB6654>-2034(Tb(TS5Akv冷彎16MnR鋼的屈服強度見表1-3表1-3鋼板的許用應力序號鋼號板厚(mm)常溫強度(MPa)非常溫下許用應力bbsS901502002501Q235<16375235157137130121216MnR61651034523019618316717-2549032521718317015726-3649030520317316014738-604702851901631501401.4配用鍛件儲罐用鍛件應符合JB755壓力容器用鍛件技術條件的要求。見表1-4。表1-4鍛件的許用應力序號鋼號截面尺寸(mm)常溫強度非常溫許用應力

8、bbSS90150200250120<10037021511911310495>100/3003702951101049889216Mn45027515014713512931Gr18Ni9Ti1311311281211.5配用螺栓、螺母螺栓、螺母的用鋼標準及許用溫度標準，見表1-5表1-5螺栓螺母材料的許用溫度廳P鋼號材料標準許用溫度(°C)1Q235-AGB700>-20235GB699>-20335GrMoAGB3077>-100第2章儲罐罐底設計2.1 儲罐罐底板尺寸儲罐罐底板尺寸不包括腐蝕裕量的罐底中幅板的鋼板規(guī)格厚度應不小于一定尺寸，見表2-

9、1。表2-1螺栓螺母材料的許用溫度儲罐內徑(mm)中幅板鋼板規(guī)格厚度(mm)碳素鋼不銹鋼D<100054D<200064D>200064.5不包括腐蝕裕量的罐底邊緣鋼板規(guī)格厚度應不小于表2-2的規(guī)定，其材質應與底圈罐壁相同。表2-2螺栓螺母材料的許用溫度底圈罐壁板厚(mm)邊緣板鋼板規(guī)格厚度(mm)碳素鋼不銹鋼<66同底圈7-106611-2087罐底邊緣板沿罐半徑方向的尺寸應不小于700mm，對于軟弱地基，邊緣板的徑向尺寸應適當加大2.2 罐底結構罐內徑小于12.5m時，罐底宜采用條形排板，如圖4-1。弓形邊緣板罐底圖2-1條形排板罐底罐內徑大于或等于12.5m時，罐

10、底宜采用弓形邊緣板，如圖4-2圖2-3罐底邊緣板伸出罐壁外表面的寬度應不小于50mm罐底板的焊接接頭可采用搭接、對接或者搭接與對接組合，如圖4-3。圖2-4(a)罐底板的搭接接頭圖2-4(b)罐底板的對接接頭邊緣板與罐壁相焊接的部分應做成平滑支撐面，如圖4-5圖2-5(a)搭接罐底邊緣板/正位煒圖2-6圖2-7焊腳三層底板重疊處，應將上層底板切角，如圖4-6.對接罐底邊緣板罐底板任意兩個相鄰焊接接頭之間的距離以及邊緣板焊接接頭距底圈罐壁焊縫的距離均不應小于300mm。底圈罐壁板與邊緣板之間的鏈接應采用兩側連續(xù)角焊，焊腳高度等于二者中較薄件的厚度，且不應大于13mm。如圖2-7,器邊繚板圖2-5

11、(b)對接罐底邊緣板邊境阪仃fIt第3章罐壁結構設計3.1 罐壁的排板與連接上層壁板的厚度不得大于下層壁板的厚度，相鄰兩層壁板的縱向接頭應相互錯開，最小間距應大于下層壁板厚度的5倍，且不得小于100mm。罐壁縱向接頭、環(huán)向接頭均應采用全熔透的對接形式，頂部包邊角鋼與最上一圈罐壁板之間可采用搭接接頭連接。對于固定頂罐及內浮頂罐的罐壁上端，應設的包邊角鋼的選用最小尺寸見表3-1。表3-1包邊角鋼最小尺寸儲罐內徑（m）包邊角鋼最小尺寸（mm）D<5Z50X55<D<10/63X610<D<20Z75X820<D<60Z90X9D>60Z100X12包邊

12、角鋼自身的對接焊縫必須全焊透、全熔合，接頭對接、搭接均可。對于浮頂罐，角鋼的水平肢必須向外，而固定頂罐不做嚴格要求。如圖3-13.2 罐壁厚度且取其中較大值。+C1+C2(3.2-1)(3.2-2)罐壁設計厚度按力列松式地算Dti=0.0049lCH-lo.3）；lbpt2=4.9口I小l+Ci式中ti儲存介質時的設計厚度（mm）t2儲存水時的設計厚度（mm）儲液密度（kg/m3）H缶僵局（m）D儲罐內徑（m）了一一設計溫度下罐壁鋼板許用應力（MPa）（T常溫下罐壁鋼板許用應力（MPa）一一一焊縫系數，一般取0.9罐壁的設計厚度應向上圓整至鋼板的規(guī)格厚度，且不小于表3-2中的規(guī)定。表3-2罐壁

13、最小壁厚儲罐內經（m）鋼板取小規(guī)格厚度（mm）碳素鋼不銹鋼D<165416<D<356535<D<60860<D<7510D>75123.3 罐壁加強圈罐壁筒彳陋I壓力計算:Pcr=1600O(3.3-1)HE=2Hei(3.3-2)mtnHei=hi()2.5(3.3-3)式中Pcr罐壁筒體白臨界壓力（Pa）He罐壁筒體白當量高度（m）tmin頂層罐壁板的規(guī)格厚度（mm）Hei第i圈罐壁板的當量高度（m）hi第i圈罐壁板的實際高度（m）ti第i圈罐壁板的規(guī)格厚度（mm）加強圈取數目：n=INT（P0/Pcr）（3.3-4）設置加強圈后每段罐壁高

14、度：Le=HE/（n+1）（3.3-5）加強圈的最小截面，見表3-3.表3-3加強圈的最小截面尺寸儲罐內徑（m）最小截面尺寸（mm）D<20Z100X63X820<D<36/125X80X836<D<48/160X100X10D>48/200X125X12第4章罐頂結構設計常用固定頂按其支柱可分為自支承拱頂、自支撐錐頂和柱支撐錐頂，頂板的規(guī)格厚度（不包括腐蝕裕量）和支撐構件的規(guī)格厚度不應小于4.5mm,罐頂和罐壁連接處的有效面積應滿足下式要求：A>0.001PD2/tan9（4.1-1）式中A一罐頂與罐壁連接處的有效面積（mm2）P一罐頂的設計壓力（P

15、a）9一罐頂起始角。若選取的包邊角鋼不符合上式的要求應加大包邊角鋼的截面尺寸，或在距離角鋼16倍罐壁厚度范圍內的罐壁上增加環(huán)形加強構件，環(huán)形加強構件自身的拼接焊縫應全熔透。如圖4-1。圖4-1罐頂與包邊角鋼連接處的有效面積罐頂板與包邊角鋼之間的連接應采用薄弱連接，外側采用連續(xù)焊，焊腳高度不應大于頂板厚度的3/4,且不得大于4mm,內側不得施焊。頂板本身的拼接可采用對接，若搭接厚度不可超過5倍板厚，且不得小于25mm,罐頂板外表面的搭接焊縫應采用連續(xù)焊。第2部分儲罐的焊接工藝分析第5章壓力容器的焊接接頭5.1 壓力容器焊接接頭的分類圖5-1壓力容器焊接接頭的分類A類接頭：圓柱形殼體筒節(jié)的縱向對接

16、接頭，球形容器和凸形封頭瓜片之間的對接接頭，球形容器的環(huán)向對接接頭，與筒體封頭之間的對接接頭，大直徑焊接三通支管與母管相接的對接接頭。B類接頭：圓柱形、錐形筒節(jié)之間的環(huán)向對接接頭，接管與筒節(jié)間及其與法蘭相接的環(huán)向對接接頭，除球形封頭外的各種凸形封頭與筒身相接的環(huán)形接頭。C類接頭：法蘭、平封頭、端蓋、管板與筒身、封頭和接管相連的角接接頭，內凹封頭與筒身間的搭接接頭以及多層包扎容器層板間縱向接頭等。D類接頭：接管、人孔圈、手孔蓋、加強圈、法蘭與筒身及封頭相連接的T形或角接接頭。E類接頭：包括吊耳、支撐、制作及各種內奸與筒身或封頭相接的角接接頭。F類接頭：在筒身、封頭、接管、法蘭和管板表面上的堆焊接

17、5.2 圓筒形容器焊接接頭的設計圖5-2立式儲油罐(1)圓筒形容器的縱向焊縫必須與母材等強度，環(huán)向焊縫的工作應力只有縱向焊縫的一半，故對于環(huán)向焊縫的強度要求較低，可以采用較軟的填充金屬材料。各筒節(jié)之間的環(huán)向焊縫以及筒節(jié)和封頭間的環(huán)向焊縫一般都采用埋弧焊方法。(2) 對于容器上的支管連接，支管連接處開口后應力集中較大，對于大壁厚圓筒可采取貫穿型直接插入式，雙面焊縫焊透為佳；也可以采取平置式安放支管，焊縫單面焊透。（3）管板連接的焊接接頭經常承受交變載荷。在大多數焊接時是把管子插入管板的孔中，從外面施焊。為了降低焊縫的拘束度，在管板上加工一個環(huán)形溝槽。衛(wèi)土管接頭與管板更緊密結合，在施焊前吧管子前段

18、向外擴張，焊后管子端部在進行一次擴張以消除殘余應力。（4）由于工藝要求和檢修方便，石油化工的容器的筒體或封頭上會開設很多孔洞，會減弱縱向斷面的強度，則一般會對其進行補強。為提高材料的利用率，空可以補強?？籽a強措施有管補強（增加管子壁厚）、基體補強（基體材料壁厚全部增加）、增設補強圈（外加鋼圈）和孔補強（孔周邊材料基體壁厚增加）。如果不采取孔的補強措施，就必須增加壁厚才能保證生產要求。在工作溫度超過3000C或壁厚超過40mm的容器上不宜采用補強圈形式?？讖皆诔^一定尺寸時必須進行補強，否則無法保證其強度，且此時增加壁厚效果不大。如果管過于密集而必須避開A、B兩類接頭時，則必須對開孔部位的焊縫作

19、探傷檢測。壁厚大于50mm時，在焊接接管之前應將開孔區(qū)焊縫作消應力處理。第6章壓力容器的焊接方法6.1 熔化極敏弧焊焊絲通過絲輪送進，導電嘴導電，在母材與焊絲之間產生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣體氧氣保護電弧和熔融金屬來進行焊接。與其它焊接方法相比，熔化極氮弧焊的特點有：(1)可以焊接幾乎所有的金屬。既可以焊接碳鋼、合金鋼、不銹鋼，還可以焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦合金等容易被氧化的非鐵金屬；(2)焊絲和電弧的電流密度大，焊絲熔化速度快，對母材的熔敷效率高，焊接生產率高；(3)與CO2電弧焊相比，熔化極氮弧焊電弧狀態(tài)穩(wěn)定，容地過渡平穩(wěn)，幾乎不產生飛濺，熔透也較深；(4)由于惰性氣體本質

20、上不與熔化金屬產生冶金反應。熔化極量弧焊的不足：(1)由于使用氮氣保護，焊接成本比CO2電弧焊高，生產效率也低于CO2電弧焊；(2)焊接準備工作要求嚴格，包括對焊接材料的清理和焊接區(qū)的清理等。(3)厚板焊接中的封底焊焊縫成形質量不是很好。6.2 CO2氣體保護焊以二氧化碳氣為保護氣體，進行焊接的方法。在應用方面操作簡單，適合自動焊和全方位焊接。在焊接時不能有風，適合室內作業(yè)，由于它成本低，二氧化碳氣體易生產，廣泛應用于各大小企業(yè)。由于二氧化碳氣體的0熱物理性能的特殊影響，使用常規(guī)焊接電源時，焊絲端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過渡，通常需要采用短路和熔滴縮頸爆斷，因此與MIG焊自由過渡相比

21、，飛濺較多。但如采用優(yōu)質焊機，參數選擇合適，可以得到很穩(wěn)定的焊接過程，使飛濺降低到最小的程度。由于所用保護氣體價格低廉，采用短路過渡時焊縫成形良好，加上使用含脫氧劑的焊無內部缺的劉質量焊接接頭。因此這種焊接方法目前已成為黑色金屬材料最重要焊接方法之一。與其它焊接方法相比，CO2氣體保護焊的特點有：(1) 焊接生產率高；(2) 焊接成本低；(3) 焊接能耗低；(4) 適用范圍廣，可采用自動焊或半自動焊對任何角度、任何位置、任何長度及復雜的曲面焊縫都可焊接；(5) 焊縫含氫量低，抗裂紋性好；(6) 焊后不需清渣，明弧焊接便于監(jiān)視，有利于機械化操作；(7)焊接保護效果好。CO2氣體保護焊的缺點和不足

22、：(7) CO2焊不能用于非鐵金屬的焊接，只能用于低碳鋼和低合金鋼等黑色金屬的焊接；(8) CO2焊熔滴過渡不如MIG焊穩(wěn)定，飛濺量較大；(9) CO2焊產生很大的煙塵，操作環(huán)境不好。6.3 埋弧焊利用在焊劑層下燃燒的電弧進行焊接的方法，如圖6-1o在焊接過程中，焊劑熔化產生的液態(tài)熔渣覆蓋電弧和熔化金屬，起保護、凈化熔池、穩(wěn)定電弧和滲入合金元素的作用。埋弧焊分為自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種。前者應用較廣泛，焊接電流可達6002000安，焊接效率很高。埋弧焊是一種適于大量生產的焊接方法，廣泛用于焊接各種碳鋼、低合金鋼和合金鋼，也用于不銹鋼和鍥合金的焊接和表面堆焊。為了提高焊接效率和擴大使用范圍，

23、埋弧焊的電極可采用雙絲、三絲、帶極(用于堆焊)，還可在焊劑中添加金屬粉等。焊劑層下的電弧與焊件接口的對正和調整，可用工業(yè)電視觀察或用激光跟蹤等方法探測。圖6-1埋弧焊與其它焊接焊接方法相比，埋弧焊有如下優(yōu)勢:(1)焊接生產率高；(2)焊接金屬的品質良好、穩(wěn)定；(3)焊接外觀非常美觀；(4)焊接成本低；(5)操作環(huán)境好。埋弧焊存在的問題：(1)設備費用高；(2)對坡口精度要求高；(3)焊接姿勢受到限制；(4)適用于碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼等材料的焊接，有色金屬焊接困難；(5)焊縫金屬的沖擊韌性普遍不好；(6)主要用于自動焊、長縫焊、中等以上厚度板的焊接。通過上面三種焊接方法的優(yōu)缺點對比，熔化極量

24、弧焊對焊接坡口精度要求較高而且成本較高，CO2焊需要焊前打底焊較麻煩而且焊接生產環(huán)境不好，相比之下選擇埋弧自動焊接比較合適，在內部加襯墊焊接，適合于大批量生產而且焊縫質量較好。第7章壓力容器的焊接工藝上、下封頭的焊接采用對接接頭，為保證環(huán)焊縫開設60。的正面V形坡口，在鋼瓶內部裝上襯墊，用手工電弧焊完成封頭的定位焊接和襯墊與筒體的連接，裝配時間隙為01mm,如圖7-1。然后清理干凈手工電弧焊藥皮，并且將焊點用磨光機打磨平整。圖7-1瓶體焊坡口及襯墊焊前，坡口兩側各10mm范圍內的鐵銹，應打磨干凈，露出金屬光澤。用丙酮清洗坡口附近的油污。焊劑和焊條按規(guī)定烘干，300350c保溫2h0注意焊劑中不

25、要混入鐵屑、碎石等雜物。不要強行組裝，避免應力過大；引弧板要對齊焊縫，地線連接牢固。埋弧自動焊時焊絲選用H10Mn2,直徑?4mm;定位焊及襯墊的焊接的焊條為J507埋弧焊焊劑選用SJ101燒結焊劑。筒體開V形坡口，由于埋弧焊焊接板厚較厚，可只焊接一道。第3部分儲罐的組裝與檢驗第8章儲罐的安裝施工順序定頂立式圓筒形鋼制焊接儲罐的安裝普遍采用倒裝法施工工藝，即在罐底鋪設、焊接之后，先組裝焊接頂層壁板及包邊角鋼，再組裝焊接罐頂，然后自下而上依次組裝焊接每層壁板，直至底層壁板。8.1 儲罐底板的焊接順序邊緣板對接焊縫中第一圈壁板底部80mm焊縫先焊接（供組裝用）一中幅板短焊縫焊接一第一圈壁板與底板間

26、環(huán)角焊縫焊接一邊緣板其余對接焊縫焊接一中幅板封閉焊縫焊接一邊緣板與中幅板間龜甲焊縫焊接。相互平行的焊縫采用隔行焊接法，各焊條均采用從中間向兩端施焊，各焊縫均采用分段退焊法施焊，長焊縫由兩名焊工同時施焊，罐底角焊縫焊接，應由數對焊工從罐內外沿同一方向進行分段焊接。8.2 儲罐壁板的焊接順序壁板立縫焊接一組對第一圈與第二圈壁板間的環(huán)縫一組對立縫焊接活口-第一二圈間環(huán)縫焊接一立縫焊接活口一下一圈壁板立縫焊接，依次類推。分段退焊法，立縫可分三段分段退焊，第一段至焊縫頂端預留150mm暫不施焊，將環(huán)焊縫焊接后將其補焊完成。采用交叉焊接的方法，減小焊接角變形，先焊大坡口后焊小坡口，為了控制變形應將大坡口填

27、平后清根，再焊小坡口，小坡口完成后再將大坡口蓋面焊完。8.3 儲罐固定頂的焊接順序先焊短焊縫，后焊長焊縫；先焊內側焊縫，后焊外側焊縫，徑向的長焊縫宜采用隔縫對稱施焊法，并由中心向外分段退焊；頂板與包邊角鋼焊接時，焊工應對稱均勻分布，并沿圓周同一方向分段退焊。第9章儲罐焊縫的檢驗與修補9.1焊縫檢測1 .外觀檢查：檢查前將熔渣、飛濺物清理干凈，焊縫及熱影響區(qū)不得有裂紋、氣孔、夾渣或弧坑等缺陷；焊縫表面質量標準縫合設計要求，見表9-1。表9-1焊縫表面質量項目允許值/mm對接焊縫咬邊深度<0.5連續(xù)長度焊縫兩側長<10%L凹陷環(huán)向焊縫深度<0.5長度<10%L連續(xù)長度<100縱向焊縫不允許壁板焊縫棱角5<12<1012W25<86>25<6對接接頭的錯邊量縱向焊縫5<10<1環(huán)向焊縫6<8（上圈壁板）<1.55>8（上圈壁板）<25/10且03屈服點大于390MPa或厚度大于25mm的低合金鋼的地圈壁板縱縫不得有咬邊；屈服點大于390MPa的鋼板，表面焊疤應在