《焊接容器制造》PPT课件.ppt

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1、一、压力容器结构及特点,所谓容器是指用于储存气体、液体和固体原料、中间产品或成品的设备。本节重点阐述压力容器的制造技术。,第三节 焊接容器的制造,压力容器的定义：根据压力容器安全技术监察规程(国家质量技术监督检验检疫总局质技监局锅发(1999)154号)之规定，凡具备下列三个条件的容器统称为压力容器：最高工作压力pw0.1MPa(不含液体静压力)；内直径(非圆形截面指其最大尺寸)0.15m，且容积V0.025m3；盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点液体。,一、压力容器结构及特点,1.压力容器的分类,压力容器的分类方法很多，主要的分类方法如下：按设计压力（p）分类 可分为四个

2、承受等级，即：低压容器（代号L）：0.1MPap1.6MPa。中压容器（代号M）：1.6MPap10MPa。高压容器（代号H）：10MPap100MPa。超高压容器（代号U）：p100MPa。,按综合因素分类 在承受等级分类的基础上，综合压力容器工作介质的危害性（易燃、致毒等程度），可将压力容器分为、和类。类容器：一般指低压容器（、类规定的除外）。类容器：属于a)中压容器（类规定的除外）；b)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；c)毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；d)低压管壳式余热锅炉；e)低压的搪玻璃压力容器。,1.压力容器的分类,类容器：属于a)毒性程度为极度

3、和高度危害介质的中压容器和pV大于或等于0.2MPam3的低压容器；b)易燃或毒性程度为中度危害介质且pV大于或等于0.5MPam3的中压反应容器和大于或等于10MPam3的中压储存容器；c)高压、中压管壳式余热锅炉；d)高压容器；e)中压的搪玻璃压力容器；f)移动式压力容器；g)使用抗拉强度规定下限570MPa材料制造的压力容器.,1.压力容器的分类,按容器的用途和化工工艺过程的性质分类 可将其分为反应容器、换热容器、分离容器和储运容器，主要有储罐类（包括立式、卧式储罐和球罐等）容器，工业锅炉及气包，石油化学工业中的反应器、反应釜、蒸煮球及合成塔等。此外，高炉、转炉、洗涤塔和水泥窑炉等结构的

4、焊接壳体及水电站的涡壳，核能、航天及深海探测器的一些特殊的压力壳等，也属于此类结构。此外，从压力容器安全技术角度可将容器分为固定式容器和移动式容器。,.,1.压力容器的分类,（4）按焊接容器用途分类1、贮罐类焊接容器1）立式圆柱形贮罐（如图5-19）2）湿式贮气罐3）干式贮气罐4）球罐5）水珠状贮罐6）卧式圆形贮罐2、小型工业锅炉及大型电站锅炉汽包3、化工反应类容器4、冶金建材、水电等行业所用设备 冶金建材、水电等行业设备中有大量的焊接容器，如高炉、平炉、转炉体(壳)热风炉、洗涤塔、水泥窑炉的炉体、水电站的蜗壳等。5、特殊用途的焊接容器,2.压力容器的结构特点 压力容器有多种结构形式，最常见的

5、结构为圆柱形、球形和锥形三种，如图5-1所示。,图5-1 典型压力容器的结构形式,1.压力容器的分类,下面简单介绍圆柱形容器的结构特点。筒体 筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需要的大部分压力空间。当筒体直径较小（小于500mm）时，可用无缝钢管制作。当直径较大时，一般用钢板卷制或压制（压成两块半圆板或数块弧形板）后焊接而成，以卷制筒体多见。封头 根据几何形状的不同，压力容器封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种。其中凸形封头使用最多，凸形封头包括球形封头和椭圆形封头。图5-2所示为几种常见的封头结构形式。,1.压力容器的分类,图5-2 封头的结构形式a)椭圆

6、封头 b)球形封头 c)带折边锥形封头,1.压力容器的分类,法兰 法兰按其所连接的部分分为管法兰和容器法兰。用于管道连接和密封的法兰叫管法兰；用于容器顶盖与筒体连接的法兰叫容器法兰。法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来。开孔与接管 工艺要求和检修时的需要，在石油化工容器的筒体和封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管，以及安装压力表、液位计、流量计和安全阀等接管开孔。手孔及人孔是用来检查容器内部并用来装拆和洗涤容器内部的装置。手孔直径一般不小于150mm。直径大于1200mm的容器应开设人孔。开孔部位的强度被削弱，一般应进行补强。支座 压力容器靠支座支承并固定在

7、基础上。视圆柱形容器的安装位置不同，可采用立式容器支座和卧式容器支座两类。对卧式容器主要采用鞍式支座，对于薄壁长容器也可采用圈座。上述五大部分即构成了一台压力容器的外壳。,3.压力容器焊缝规定 在GB150-1998钢制压力容器中规定，压力容器受压元件用钢应具有钢材质检证书，制造单位应按照该质检证书对钢材进行验收，必要时还应进行复检。同时，把压力容器受压部分的焊缝按其所在的位置分为A、B、C、D四类，如图5-3所示。其中，A类焊缝最为重要。,1.压力容器的分类,图5-3 压力容器上焊缝的分类,A类焊缝 受压部分的纵向焊缝（多层包扎压力容器层板的层间纵向焊缝除外），各种凸形封头的所有拼接焊缝，球

8、形封头与圆柱形筒节连接的环向焊缝以及嵌入式接管与圆柱形筒节或封头对接连接的焊缝均属于此类焊缝。B类焊缝 受压部分的环向焊缝、锥形封头小端与接管连接的焊缝均属于此类焊缝（已规定为A、C、D类的焊缝除外）。C类焊缝 法兰、平封头、管板等与壳体、接管连接的焊缝，内封头与圆筒的搭接角焊缝以及多层包扎压力容器层板的纵向焊缝，均属于此类焊缝。D类焊缝 接管、人孔、凸缘等与壳体连接的焊缝，均属于此类焊缝（已规定为A、B类焊缝的除外）。,二、薄壁圆柱形容器的制造,圆柱形容器的结构特点1.筒体筒体是压力容器的主要组成部分，对圆柱形筒体来说，其结构方式又可分为整体式和组合式两种。整体式筒体结构形式：单层卷焊、整体

9、锻造、电渣重熔等。特点：结构简单，制造方便，材料利用率和生产的自动化程度高；用于低压、中压容器上。,二、薄壁圆柱形容器的制造,组合式筒体一般由多层包扎、多层热套、多层绕板等方法来制作；多层包扎容器应用最为广泛。多层包扎容器选用1320mm厚钢板卷制内筒再将612mm的层板预弯成半圆形或瓦块形，用钢丝绳扎紧定位施焊，使其固定在内筒上，经多层包扎达到设计厚度，最后将筒节和封头相互组焊成容器。,二、薄壁圆柱形容器的制造,多层热套容器用2550mm的中厚板制作内筒和各外筒，将外层筒加热膨胀后套入内筒，达到过盈配合，依次套入各层，直至达到设计厚度。再将筒体与封头组焊成容器，后经退火热处理，消除套合应力和

10、焊接应力。,二、薄壁圆柱形容器的制造,组合式筒体的特点：同样厚度条件下，比整体式安全性高；纵焊缝错开分布，单条焊缝缺陷对整体影响小；内外筒体中用不同的材料制作，故可节省贵重材料；多层容器之厚度不受原材料规格的限制。,二、薄壁圆柱形容器的制造,薄壁圆柱形容器的制造图5-4典型薄壁圆柱形容器结构,二、薄壁圆柱形容器的制造,薄壁容器一般是指壁厚与直径之比很小的容器。此类容器具有结构成熟、设计理论较完善；工艺成熟，工艺路线（流程）简单；可利用热处理方法提高材料的性能等优点。薄壁容器的制造难点是：焊接变形的控制，尤其是壳体的波浪变形和焊接区的棱角（失稳变形）；焊缝质量要求高；重要结构（如航天用壳体等）还

11、要求很高的密封性。,二、薄壁圆柱形容器的制造,薄壁卷制容器的生产过程主要有：1.焊前准备；2.制定工艺流程；3.备料加工；4.装配和焊接；5.检验及成品加工等。,二、薄壁圆柱形容器的制造,1.焊前准备 产品加工前应熟悉图纸和技术要求。压力容器用钢一般均经过各种焊接性试验，以确定与之匹配的焊接材料和焊接工艺的适应性。压力容器用钢还应当具有适应各种形式热处理的特性。沸腾钢一般不允许作为压力容器用钢。所有焊接工艺规范参数均应由焊接工艺评定来确定。,二、薄壁圆柱形容器的制造,2.制定工艺流程图 典型产品的工艺流程一般如图5-5所示。值得注意的是，除了无损探伤外，其实每个生产环节也都应贯穿着质量控制（检

12、验）工作。另外，封头直径较小时，可用一块钢板制成，无需拼接工艺。,二、薄壁圆柱形容器的制造,图5-5 典型单层卷制薄壁容器生产工艺流程图,二、薄壁圆柱形容器的制造,3.备料加工 备料加工就是各种零、部件毛坯料的准备过程。筒节的备料加工首先应对所用母材进行复检，内容包括化学成分、各种力学性能、表面缺陷及外形尺寸（主要是厚度）的检验。一般采取抽检的方法，抽检的百分比由容器的种类决定。钢板的选用、复检内容和比例，请参阅GB1501998之“4材料”部分的规定。,二、薄壁圆柱形容器的制造,划线前要进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，一般按中径展开。具体展开公式如下：式中 L筒节毛坯展开长度（mm

13、）；Dg容器公称直径（mm）；容器壁厚（mm）；S加工余量（包括切割余量、刨边余量和焊接收缩量等）（mm），如两侧均需刨边，则取10mm15mm。,二、薄壁圆柱形容器的制造,划线后进行下料加工。薄板和宽度较小的毛坯料可用剪板机剪切下料；中厚板（8mm30mm）的低碳钢和低合金钢板多采用气体火焰切割。奥氏体不锈钢板和铜、铝等有色金属及其合金，则需采用等离子弧切割。,二、薄壁圆柱形容器的制造,现在，由于数控切割机的普及，实际上人工划线工序已被省略，只需将尺寸数据输入数控切割机即可完成划线工序的工作。毛坯料切割好后，要进行坡口的加工，一般采用刨边机完成此工作。,二、薄壁圆柱形容器的制造,封头的备料加

14、工母材的复检合格后，进行划线下料。倘若封头毛坯直径较大，由于板材宽度的限制，需进行毛坯料的拼接，要求拼接焊缝必须焊透。,二、薄壁圆柱形容器的制造,4.成形加工 筒节的卷制 可选用三辊或四辊卷板机，对已加工好的筒节毛坯料进行卷制加工。对厚度超过20mm的高强钢可考虑热卷。要保证筒节的卷制质量，不可以产生错口、鼓形、锥形及椭圆等缺陷。,二、薄壁圆柱形容器的制造,封头的成形 封头的成形方法主要有三种，即：借助于胎、模具的冲压成形；旋压成形；爆炸成形。以使用冲压成形（也称压制或压延）方法具多。,二、薄壁圆柱形容器的制造,对于直径3000mm左右的低碳钢和低合金钢中厚板封头，常采用1000t1500t四

15、柱式液压机进行压制。考虑到常温下压制（冷压）时母材变形抗力较大等因素，多采用加热后压制（热压）的方法来加工封头，加热温度为母材金属的线以上。封头压制成形后，进行二次划线，并借助于焊接回转台进行二次切割。经验收合格后待装配。,二、薄壁圆柱形容器的制造,5.筒节纵缝装配焊接 筒节卷制完成后，进行纵焊缝的装配焊接。筒节纵缝的装配 筒节的装配一般在V形铁或焊接滚轮架上进行，若成批生产，可设计或选用专门的装配装置来提高生产率。,二、薄壁圆柱形容器的制造,通过采用夹具保证纵缝边缘平齐，且沿整个长度方向上间隙均匀一致后，可进行定位焊，定位焊多采用焊条电弧焊，焊点要有一定尺寸，且焊点间距应在200300mm左

16、右。为防止纵缝装配后在吊运和存放过程中筒节产生变形而导致不圆度，往往可在筒内点焊临时支承。,二、薄壁圆柱形容器的制造,筒节纵缝的焊接对重要容器，纵缝焊接时要备有焊接试板。为提高焊接生产率，对结构钢母材制造的筒节常用埋弧焊。中厚板对接焊缝通常有以下几种具体的焊接方法：,二、薄壁圆柱形容器的制造,无衬垫双面埋弧焊 此种方法对边缘加工和装配要求较高，要求边缘必须平直，保证间隙小于1mm。焊接第一面的熔深为板厚的40%50%，第二面要控制熔深达到板厚的60%70%，以保证焊透。,二、薄壁圆柱形容器的制造,焊条电弧焊封底的单面埋弧焊这是一种常用的方法，先用焊条电弧焊封底，熔深为板厚的30%35%，然后用

17、埋弧焊焊接正面焊缝。值得注意的是，采用此焊接工艺时，往往需要用碳弧气刨清理焊根后再进行埋弧焊。这种方法不用焊剂垫，对装配要求也不严格，但生产率较低。,二、薄壁圆柱形容器的制造,焊剂垫或铜垫上单面或双面埋弧焊 在焊剂垫、铜垫上进行单面焊双面成形或双面自动焊。由于有了衬垫可以防止熔池金属和熔渣流淌，并可防止烧穿。例如双面焊，正面焊时，控制熔深为板厚的50%60%；反面焊接时可不用衬垫，焊接规范与正面焊接时相同即可保证焊透。而单面焊双面成形是正面焊接时背面通过衬垫强迫成形的一种工艺措施。,二、薄壁圆柱形容器的制造,为提高焊接生产率和产品质量，可借助平台式焊接操作机或伸缩臂式焊接操作机进行筒节纵缝的焊

18、接。当板材厚度较大时，多采用双面多层、甚至多道焊。靠平台上的焊接小车或伸缩臂沿焊缝线移动来完成焊接。筒节焊接结束，割去引弧板、熄弧板和试板后需进行无损探伤和矫圆，合格后筒节的成形加工即告完成，等待装配。焊接试板在与筒体一起热处理后，进行力学性能试验。,二、薄壁圆柱形容器的制造,6.筒体环缝装配焊接 环缝装配 环缝装配分：筒节间装配和筒节与封头间装配。筒节间的环缝装配方法有：立式装配法和卧式装配法两种。立式装配法是在装配平台或车间地面上进行，而卧式装配法多在焊接滚轮架或V形铁上进行。,二、薄壁圆柱形容器的制造,立式装配法如图5-8所示立式装配时，除将筒节的端口调整至水平外，还应在距离端口5010

19、0mm处用水平仪标定一条环向基准线，用作以后各筒节组装的测量基准。,二、薄壁圆柱形容器的制造,立式装配的主要特点是间隙调整方便，占用车间作业面积小；但要求厂房高度大，焊工高空作业及定位焊为横焊（要求焊工水平高）。一般立式装配法适合大直径薄壁容器筒节的组装。,二、薄壁圆柱形容器的制造,卧式装配法 图5-9卧式装配的主要特点是焊工无需高空作业，定位焊质量好，工作空间不受限制；但间隙调节不方便，占用的作业面积大。卧式装配法适合小直径容器筒节的组装。,二、薄壁圆柱形容器的制造,图5-9筒节的卧式装配法,二、薄壁圆柱形容器的制造,立式装配法和卧式装配法各有所长。但不论采用何种装配方法，施工时都要注意错开

20、筒节间的纵缝以避免焊缝十字交叉，同时要保证筒体的平行度。筒节环缝装配比筒节纵缝装配困难些。,二、薄壁圆柱形容器的制造,封头的装配焊接程序一是装配一端封头并焊接全部焊缝后再装配另一封头；二是两封头全装配好后再焊接。不论哪种方法，都应在最后一道环缝装配前开人孔。封头装配最简单的方法如图5-10所示。,二、薄壁圆柱形容器的制造,环缝焊接 筒体装配好之后，就可进行环缝的焊接。环缝的焊接方法有：电焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊和窄间隙埋弧焊等。其中以埋弧焊应用最为广泛，它通常由埋弧焊机或机头与焊接操作机和焊接滚轮架相互配合来完成。焊接时，置于操作机上的焊机或机头固定不动，由焊接滚轮架以焊接速度带

21、动筒体旋转。环缝埋弧焊技术与筒节纵缝埋弧焊技术类似。,二、薄壁圆柱形容器的制造,为了保证焊接质量，可将电焊条电弧焊打底，改为氩弧焊打底，这样，既可避免电焊条电弧焊打底时在焊缝根部易产生缺陷，又可免去劳动强度较大的清理焊根工作。环缝焊接的容器直径小于2 000mm时，如焊丝所处位置不当，将会造成焊缝成形不良。,二、薄壁圆柱形容器的制造,为了防止上述问题的产生，环缝焊接时，焊机机头所处的位置要有一个提前量，其值应在环缝最高点或最低点前移30mm50mm，如图5-11所示。这样可使熔池大致在水平位置凝固，以得到正常成形的焊缝。图5-11环缝焊接时机头所处位置,二、薄壁圆柱形容器的制造,7.总装配焊接

22、 总装配焊接之前对环缝进行无损检测，按规定，容器封头拼接焊缝、环缝和纵缝等对接焊缝应采用射线探伤，执行JB/T4730-2005承压设备无损检测标准。检测合格后即可加工各种孔（人孔除外）并装配法兰、管件和支座等附件。,二、薄壁圆柱形容器的制造,说明：法兰、管件及支座等应根据有关设计规范选用。要求法兰上的螺栓孔不得超过规定的偏差；法兰平面必须与接管垂直；法兰的标高应符合要求等等。为此，施工单位常常采用一些简易夹具予以保证。,二、薄壁圆柱形容器的制造,人孔要在最后一条环缝装配焊接之前开出。对直径较大的孔，因筒壁开孔处的应力集中而需要补强圈时，则应先焊好接管与筒壁的连接焊缝，再装焊补强圈。并在补强圈

23、焊接后开孔，以减少焊接变形。为了装焊方便，亦可采用拼片形补强圈，不过此时每一片均要开设信号孔。信号孔的开设一方面是为了检验接管及补强圈焊缝的密封可靠性；另一方面也可以消除补强圈与容器壳体间气体的高温膨胀力，设备投入使用后还可以起到安全报警作用。,二、薄壁圆柱形容器的制造,各种附件的焊接主要采用电焊条电弧焊或气体保护焊方法。附件与筒体的接头形式多为角接，焊接时要按规定满足焊脚尺寸。此时需用超声波对焊缝进行无损检测。总装配焊接后还要根据技术要求对整个产品进行焊后热处理、承载试验、涂漆及包装等加工。,二、薄壁圆柱形容器的制造,对于管道尤其是大直径管道的制造工艺与容器筒体制造工艺基本相同，主要区别是有

24、相当一部分环缝的装配和焊接必须在施工现场进行，使装配和焊接的难度增加。此时环缝焊接位置由在厂内的水平位置变为全位置，对操作人员的技术水平要求更高。,三、多层厚壁高压容器的制造,多层厚壁高压容器壳体的构成：由卷焊而成的圆柱形筒体和两个铸造或锻造制成的封头（也称端盖）组成的。筒体是由内筒和包扎在其上的数层瓦片状的薄层板所构成。内筒体直接接触工作介质，必须适应工作条件的要求，如强度高、塑性和韧性好及耐腐蚀等。常用的内筒材料由16MnR、15MnVR、16Mng、14MnMoVR和15MnVg等。板厚一般为1220mm。,三、多层厚壁高压容器的制造,层板作为受力件，也要求具有良好的塑性和韧性。常用层板

25、有16MnRC和15MnVRC等。板厚多为610mm。层板可以为单一材料；也可以采用不同材料，达到沿壁厚等强度的混合包扎，以充分利用材料的承载能力。,三、多层厚壁高压容器的制造,多层包扎高压容器的特点：多层包扎高压容器是较早使用的组合容器之一。它是利用各层层板间的（或）条纵向焊缝的焊接收缩作用和包扎箍紧力作用，使筒体在投入运行前就在其内侧保留着预压缩应力，而外侧保留预拉伸应力。当承受内压后，既提高了内壁的屈服安全性，又改变了应力沿壁厚的分布状况，使壁厚材料合理地得到利用。,三、多层厚壁高压容器的制造,制定工艺流程图 层板包扎高压容器的工艺流程如图5-12所示。图5-12 层板包扎高压容器制造工

26、艺流程图,三、多层厚壁高压容器的制造,备料加工1.内筒制作 材料复检、矫平后，参照单层卷焊容器筒节制造工艺进行内筒的制作加工。高压容器对筒体不圆度的要求比一般中、低压容器要严格的多，这一方面是因为由内压产生的二次应力较高，另一方面还由于内筒的不圆度直接影响层板包扎的松紧程度和间隙的大小。,三、多层厚壁高压容器的制造,多层高压容器的内筒应满足以下规定：同一断面上的最大直径和最小直径之差不应大于内径的0.5%，且不大于6mm；纵缝（A类焊缝）的对口错边量不大于1.5mm；对接纵缝（A类焊缝）形成的棱角（用弦长等于1/6内径且不小于300mm的内样板或外样板检查）应不大于2mm；内筒材料的伸长率大于

27、层板材料的伸长率；,三、多层厚壁高压容器的制造,内筒焊接时，应同时焊接一块相同材料的试板，以便检查内筒接头的力学性能；多层包扎容器多为高压容器（类容器），内筒焊接完成后，须进行100%的射线探伤，以确保焊缝质量；内筒应进行单独的消除应力热处理；内筒校圆前，应先将焊缝磨平。,三、多层厚壁高压容器的制造,2.层板加工 层板材料多为6mm10mm厚的16MnRC或15MnVRC钢板。复检、矫平后划线下料。由于层板为半圆筒形瓦片，故不需要预弯，滚卷后两边各切掉200mm长的直边，同时每边开出2030的坡口；另外，层板的两条纵缝装配时各需留出614mm的间隙，这样焊后由于焊接收缩应力的作，可使层板包扎的

28、更紧。,三、多层厚壁高压容器的制造,每块层板毛坯料在展开直径方向的尺寸L应由下式所决定：式中 Dn第n层层板的内径（mm）；层板厚度（mm）。,三、多层厚壁高压容器的制造,用卷板机卷制成形后，切除直边，层板加工即告结束。值得注意的是：板厚允差不大于0.4 0.6mm，以免影响多层壁厚的计算；为了包扎更紧密，层板实际曲率可比要求大些，根据经验，包扎层板内径小于内层筒体外径的610mm。每个多层筒节上必须按图样要求钻泄放孔（信号孔），信号孔的作用是便于焊接中气体的排除。,三、多层厚壁高压容器的制造,3.筒节制作 筒节的制作包括层板包扎和环缝坡口的加工。层板的包扎层板包扎是多层厚壁高压容器制造的重要

29、工艺内容之一。注意事项如下：包扎前，层板表面要除锈，并应复查层板曲率是否符合要求；为使层板间纵缝相互错开，要以前一层层板的焊缝为基准给出各层板纵缝在筒体端面所处位置，如图5-13所示，一般应依次错开78；,三、多层厚壁高压容器的制造,图5-13 层板纵焊缝位置分布图,三、多层厚壁高压容器的制造,为了防止层板在包扎过程中内筒发生变形，包扎前先在内筒中放入内支撑胎具，如图5-13所示；在专用包扎拉紧装置上进行外层板的包扎，经间隙检查合格后，方可进行定位焊；对两条焊缝的间隙进行调整，其坡口间隙一般为614mm；层板焊接可采用手弧焊或埋弧焊。同一层板的纵缝焊接，要各先焊一道，以免定位焊缝开裂；一条焊缝

30、的各层焊接方向应相反，以减小焊接变形；,三、多层厚壁高压容器的制造,一层板焊完后，待焊缝全部冷却后，再铲除或磨平焊缝，以便后续各层的包扎；每层层板的C类接头修磨后应经外观检查，不得存在裂纹、咬边和密集气孔。材料标准抗拉强度下限值540MPa层板的C类焊缝在修磨后，应进行磁粉或渗透检测，不得存在裂纹、咬边和密集气孔；与多层筒节相焊的各类焊接接头，焊后均可不作焊后热处理。,三、多层厚壁高压容器的制造,筒节环缝坡口的加工筒体组装前，必须加工好环缝的焊接坡口（即进行筒节端口的边缘加工）和信号孔，如图5-16所示。,三、多层厚壁高压容器的制造,因壁厚较大，多采用窄间隙坡口进行埋弧焊，窄间隙坡口的角度不超

31、过6。焊接时，由于焊机固定在容器的上方依靠筒体的转动来完成焊接，这样焊接方向与层板扎紧方向平行，易于造成咬边和夹渣等焊接缺陷，如图5-17所示。,三、多层厚壁高压容器的制造,在埋弧焊前，常常对筒节边端坡口进行预堆焊，堆焊时可将加工好边缘的筒节立起来，采用电焊条电弧焊、二氧化碳气体保护焊或MAG焊完成预堆焊。预堆焊后需经再次坡口切削加工并探伤合格后，方可进行环缝埋弧焊。,三、多层厚壁高压容器的制造,筒体环缝装配焊接 高压包扎容器直径不是很大，经常可见到直径600mm左右的产品，此时内环缝只能进行焊条电弧焊焊接，且操作极不方便，需要焊工钻进内筒中焊接，因此要求焊工的操作水平较高。由于壁厚较大，外环

32、缝要进行多层甚至多道埋弧焊。,三、多层厚壁高压容器的制造,由于壁厚较大，在焊到壁厚的一半（一定厚度）时，就应及时进行射线探伤。为消除深槽焊接裂纹，焊前要预热，且应保证壁厚方向的温度均匀一致。,四、球形容器的制造,球形容器的结构及特点 1.球罐的结构形式球罐主要由：球瓣、立柱、拉杆、底盘、梯子等部分组成。其中球瓣又分为：a)橘瓣式；b)足球瓣式；c)混合瓣式。,四、球形容器的制造,图5-18 典型球罐结构示意图1顶部平台 2上极板 3上温带 4中间平台5赤道带 6柱脚 7下温带 8扶梯 9拉杆 10下极板,四、球形容器的制造,图5-19 常见球壳板结构分割形式a)橘瓣式 b)足球瓣式 c)混合瓣

33、式,四、球形容器的制造,2.球形容器的特点球形容器（俗称球罐）与圆柱形容器相比，具有以下特点：表面积小，即在容积相同的条件下，球形容器表面积最小，节省材料；壳板的承载能力比圆柱形容器大一倍，即在直径和应力相等的条件下，球形容器的板厚只需圆柱形容器的一半；占地面积小，且可向空中发展，有利于地表面的利用；,四、球形容器的制造,基础工程量少，维修、保养简单；造型美观；球壳板加工困难；焊接工艺复杂，要求严格。因此，球罐的制作技术比单层卷焊圆柱形容器要难的多，要求也高的多。,四、球形容器的制造,说明：球形容器通常作为贮存压力气体或液体的贮罐，也有作反应器使用的。一般多在常温和低温下工作，极个别场合如造纸

34、工业用的蒸煮球才用于高温下。球形容器的结构设计主要是指：球瓣、支撑结构、人孔接管、梯子平台、温度压力液位检测、隔热喷淋、保温设施、紧急切断装置、安全阀配置及防震、减震装置等项目。,四、球形容器的制造,常见球罐的规格、材料与参数如表6-1所示。大型球罐所用材料强度级别更高，如15MnVNR及18MnMoNbR等。根据球罐大小、吊运及施工条件不同，其产品出厂形式也不相同，分整体出厂和分体出厂两种，分体出厂又有半球、分带和分瓣三种不同的方式，如表6-2所示。,四、球形容器的制造,目前国内球罐多采用分瓣式出厂在现场装配焊接。在工厂内主要是加工制作球瓣、支柱及相关的附件。人孔与球壳板及支柱与球壳板的焊接

35、，以及相应焊后热处理一般也在现场进行。球瓣加工后要对坡口进行防锈处理，出厂前必须对瓣片妥善包装以防止运输过程中变形和损伤。球罐的散装法现场施工工艺流程如图5-22所示。,四、球形容器的制造,图5-20 球罐散装法现场施工工艺流程,四、球形容器的制造,球瓣加工、组装和焊接是最重要的几道工序，对球罐的加工质量和生产效率影响极大。值得注意的是，球瓣出厂前必须在厂内进行预安装，以检验其尺寸和精度是否达到技术要求。,四、球形容器的制造,球瓣的加工 对原材料的要求若钢板的状态与使用状态相符则应按技术要求从每台球罐中取一块钢板进行拉伸、弯曲和常温冲击试验。当板厚大于38mm时，按规定对钢板逐张进行超声波探伤

36、。,四、球形容器的制造,球瓣的成形 球壳为双曲面，是不可能在平面上精确展开的。因此，球瓣一次精确下料困难很大。通常先近似展开即下荒料，在压制成形后再进行二次切割。多数球罐分为五带，即赤道带、南温带、北温带、南极板和北极板。图5-21和图5-22分别为橘瓣式球壳赤道带展开和温带展开实例。,四、球形容器的制造,球瓣成形加工后球瓣的主要尺寸公差有：图5-23长度方向弦长2.5mm；对角线的长度3mm；两条对角线间的垂直距离5mm；任意宽度方向上的弦长b1、b2、b3均为2.5mm。,四、球形容器的制造,1）热压成形工艺热压成形具有效率高、成形均匀、能保证钢材性能等优点。但由于冷却收缩不均匀，将直接影

37、响球瓣的曲率精度，加热还带来氧化和烧损问题。为保证热压球瓣的精度，需要进行二次下料。,四、球形容器的制造,热压时注意事项有：热压温度要严格控制，加热温度过高会造成脱碳和晶间氧化。保温时间要尽量短。始压温度应在大于材料Ac3以上某一适当的温度，终压温度不小于500，以防止冷作硬化；胎模球面曲率必须精确，下胎曲率尤为重要；板材要求正火处理，如未处理可以用热压时的加热来代替正火处理；热压要平稳，冷却时将周边用夹具固定，限制其自由收缩。,四、球形容器的制造,说明：球瓣的热压过程不是纯弯曲过程，同时存在拉伸和挤压的压延过程。可以通过控制球瓣热压后放在胎模中的时间长短即控制从胎模中吊出时的温度来控制，使最

38、终变形符合要求。球瓣二次下料时，应首先选择曲率精度的球瓣作为划线用的基准球瓣。划线后气割坡口，同时切除毛坯余量。对气割坡口后曲率超差的球瓣，必须再进行冲压矫正，由于矫正时变形量较小，故可以在冷态下进行。,四、球形容器的制造,2)冷压成形工艺冷压成形方法分局部成形和点压成形，前者效率高但需较大功率的冲压设备，后者压延接触面积小，所需压力和设备的功率均小，但效率低。目前应用较多的还是点压成形法。图5-25为点压成形模具示意图。它是逐点、逐遍进行压制，加工时不能一次压到底，而要按不同顺序逐点、逐遍压制，如图5-26所示。,四、球形容器的制造,图5-28 点压成形法a)纵向点压法（适用于大曲率）b)横

39、向点压法（适用于小曲率）c)综合点压法1第一遍压延轨迹 2第二遍压延轨迹 3第三遍压延轨迹图2-27 点压成形模具,四、球形容器的制造,球瓣坡口加工球瓣成形后都要进行二次下料，用气割切去加工余量的同时开出坡口。下图为球瓣坡口切割装置示意图。a)球面弧切割胎结构示意图 b)横截面弧切割胎结构示意图1立板 2导轨 3弧形板 4调节螺丝 5侧弧板,四、球形容器的制造,球瓣的坡口加工后必须仔细检查表面质量和曲率。经着色和超声波检验，坡口表面不得有分层、裂纹或影响焊接质量的其他缺陷。检验合格后，在坡口上涂上防锈漆，焊接时不必除去。,四、球形容器的制造,球罐的组装 出厂前要对加工后的球瓣进行预装配。球罐在

40、现场装配工艺方法很多，根据球罐的大小和施工条件可采用散装法和环带组装法等。散装法 散装法是将单片球瓣逐一组装成球体，它是国内应用最普遍的一种安装方法。分瓣散装法可以以下寒带（或下温带）和赤道带为基准（见图5-27）两种方式进行。,四、球形容器的制造,图5-30 赤道带为基准的散装法a)、b)、c)赤道带组装 d)上、下温带组装 e)、f)上、下极板组装,四、球形容器的制造,分散组装法的优点：对施工设备要求低，不需要大型平台、大型滚轮架及起吊设施。分散组装法的缺点：安装精度较差，且焊缝为全位置焊接，对焊接技术要求高，劳动强度大。,四、球形容器的制造,环带组装法 环带组装法是先分别装焊好各环带（如

41、赤道带、温带等）再用积木式合拢各环带及两极板。此种方法各带适合在工厂内制造施工。,四、球形容器的制造,球罐的焊接 球罐的焊接方法主要取决于其组装方法、焊接设备和现场施工条件。目前国内球罐制造中常用的母材有低碳钢、16MnR、15MnVR和15MnVNR。常用的焊接方法是电焊条电弧焊在现场焊接尤为普遍埋弧自动焊。另外，在条件允许的情况下也可以采用气电焊进行球罐的焊接，如采用半自动CO2气体保护焊可代替焊条电弧焊；可用自动MIG或MAG焊进行球罐纵缝的焊接，并可由药芯焊丝代替实芯焊丝。,四、球形容器的制造,为防止焊接变形、缓和残余应力、防止裂纹的产生，应在充分进行工艺评定基础上，选择正确的焊接材料

42、，确定合理的焊接顺序和焊接工艺参数，采取必要的预热和焊后热处理措施等，即制定一套完整的焊条电弧焊工艺。,四、球形容器的制造,施焊环境 施焊现场若出现雨雪天气、风速超标（大于8m/s）、环境温度低于5和相对湿度在90以上情况时必须采取适当的防护措施，方能进行焊接。注意环境温度和相对湿度应在距球罐表面5001 000mm处测得。,四、球形容器的制造,焊前准备 1)焊接坡口壁厚18mm以下钢板采用单面V形坡口。壁厚20mm以上的钢板多采用不对称X形坡口。一般赤道带和下温带环缝以上的焊缝，大坡口开在里面。下温带环缝及以下的焊缝，大坡口开在外面。,四、球形容器的制造,2)预热球罐的壁厚一般较大，焊前要求

43、预热。常用液化石油气或天然气作为球罐焊前预热的热源。焊内侧焊缝在外侧预热，焊外侧焊缝则在内侧预热，预热火焰应对准坡口中心。,四、球形容器的制造,预热温度因材质和规格不同而有所不同，壁厚越大、母材强度级别越高，预热温度也越高，但不超过200。温度测量点在距焊缝中心线50mm处，每条焊缝测温点应不少于3对。焊接高强钢球罐不能中断预热要连续施焊，,四、球形容器的制造,焊接工艺（焊条电弧焊工艺）采用散装法的球罐是以赤道带为准，故原则上焊接顺序是：由中间向两极，先纵缝后环缝，先外后里。为了使焊接收缩均匀，应以对称焊为原则，因此对同一带的各条纵缝要同时焊接。,四、球形容器的制造,纵缝和环缝一般都采用单道摆

44、动多层焊，各层焊缝的引弧和熄弧点应错开，以免交界处产生缺陷。所有焊缝均采用分段逆向焊接。在外侧焊完后，内侧必须用碳弧气刨清根，要将未焊透及根部缺陷等全部清除，并用磨光机磨去碳弧气刨的硬化层，经磁粉或着色检验合格才可预热、焊接。,四、球形容器的制造,消除应力处理 球罐焊后要进行整体或局部消除应力处理。其方法有：温水超载试验消除法；低温度场应力消除法；爆炸法；红外线加热局部热处理；内部整体加热热处理等。,四、球形容器的制造,内部整体加热热处理技术：将球罐本身作为一个燃烧炉，借助于底部开口（人孔）安装喷火嘴，以燃油或液化石油气为燃料，热处理前球罐外部包覆保温材料如细纤维玻璃棉等，然后进行内部加热热处理。图5-36为这种热处理的典型方法示意图；图5-40为热处理工艺参数。,