(完整版)压力容器本科毕业设计

引言压力容器是容器的一种，是指最高工作压力大于等于0.1MPa，容积大于等于25Ｌ，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。

这类结构大都在一定的温度和压力下工作，且相当一部分结构的工作介质或内部充装物为易燃易爆，或具有强烈腐蚀性，或有毒的物质，一旦发生泄露或者断裂破坏，就可能产生灾难性的后果，造成人民生命财产的严重损失。

因此，必须保证该类结构在工作和运行中的安全可靠性，必须按照产品设计的技术要求中专门的技术规范来进行制造生产，严格控制质量，并且要由专设机构来进行监督和检查。

世界各国对于压力容器的制造和使用都非常重视，均设有专门机构，制定了详细的技术规范和检查标准。

压力容器产业的发展离不开机械、冶金、石油化工、电脑信息、经济管理和安全防护等诸多工程技术的改革创新，或者说它是在多项新材料、新技术、新工艺综合开发的基础上发展的工业产品。

在科学技术不断提高的今天，压力容器行业的发展当然也离不开先进技术的使用。

一.现代先进设计技术的开发应用压力容器设计单位必须持有国家质量技术监督部门颁发的相应类别“压力容器设计单位批准书”。

设计人员的资格取证不仅需对应于第一、二类或第三类压力容器的要求，而且还将区分能胜任“按应力分析设计”，或只能担任“按规则设计”。

现代先进设计技术在压力容器领域的开发应用，主要是指“按应力分析设计”范畴。

除了已较普及的计算机辅助计算（CAC）和计算机辅助设计（CAD）外，有待进一步开发的如有限元设计、并行设计、虚拟设计和计算机辅助工程（CAE）等现代先进技术均将在21世纪取得不同程度的进展。

二.先进制造技术理念的推广普及压力容器制造单位必须持有国家质量技术监督部门颁发的“压力容器制造许可证”，并应建立健全的质量保证体系。

但我国已取证的压力容器制造企业的人均GDP值和产品附加值都还很低，技术装备、技术素质和管理水平也都很落后。

为了面对21世纪的挑战和机遇，达到优化产品质量、降低生产成本、提高劳动生产率、提升国际竞争力，有必要在压力容器产业推广“先进制造技术”理念。

所谓先进制造技术（AMT）是美国在上世纪80年代提出的新概念，它是一项集具体制造技术与经营管理技术两个层面于一体的系统工程。

AMT的特点为：以市场为导向，以系统观念、工业工程为指导，以全面数字化技术为依托，合理使用先进技术，精心组织经营管理。

作为压力容器的生产模式，主要包含三个技术群，即主体技术群如备料、滚卷、锻压、成形、组装、焊接、热处理、检验测试和压力试验、爆破试验、疲劳试验等；支撑技术群如自动控制技术、信息处理技术、生产物流技术和标准化规范化技术等；及管理技术群如质量控制、人员培训、市场电子商务技术和售后服务等。

其中尤以焊接（含现场组焊）和热处理两个环节是保证产品质量的关键。

当前国内外都着眼于电脑自动化，特别是自动控制式焊接设备和热处理设备的改进创新更是发展神速，一些便携式自动焊接和热处理设备也已在大型球罐和塔设备等现场组焊中得到推广应用。

传统的脏乱差、噪音污染、质量失控的锻焊钣金车间势将退出产业历史舞台。

总之，面临着机械制造业全球化挑战和机遇的历史时期，压力容器产业也应尽快提高自己对市场的快速响应能力，开发节能、节材、绿色制造的成形与改性技术，实现产品和工艺研究自动化。

如果还使用落后的生产模式和产业机制将最终被时代淘汰。

而在压力容器的制造过程中对焊接技术的应用是非常重要的。

在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变。

很少有人注意到这个过程何时开始，何时结束。

但它确确实实地发生在过去的某个时段。

我们今天面对着这样一个事实：焊接已经从一种传统的热加工技术发展到了集材料、冶金、结构、力学和电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。

而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。

剖析现代的焊接，不难发现其愈发显现出的几大特征：1、焊接已成为最流行的连接技术；2、焊接显现了极高的技术含量和附加值；3、焊接已成为关键的制造技术；4、焊接已成为现代工业不可分离的组成部分。

在工业化发达的美国，焊接被视为“美国制造业的命脉，而且是美国未来竞争力的关键所在”。

其主要根源就是基于这样一个事实：许多工业产品的制造已经无法离开焊接技术。

1 产品结构以及材料性能1.1产品结构分析压力容器有多种结构形式，最常见的结构为圆柱形、球形和锥形三种。

而直径2000mm熔化槽槽体属于圆柱形。

其结构简图如图1-1所示，下面简单介绍其结构特点。

图1-1 产品结构简图（1）筒体是压力容器的重要组成部分，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后焊接而成，由于熔化槽槽体长5122 mm所以采用第二种方法。

（2）封头据几何形状的不同，压力容器的封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种，该罐体属于凸形封头中的椭圆形封头。

（3）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，而该罐体的法兰属于容器法兰。

（４）开孔与接管由于工艺要求和检修时的需要，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、物料进出接管等。

（5）支座压力容器靠支座支撑并固定在基础上。

对于该罐体可采用鞍式支座。

1.2母材性能分析本次罐体所用的材料主要是16MnR，属于热轧钢，是压力容器的常用钢。

是通过Mn、Si等合金元素的固溶强化作用来保证钢的强度，属于C-Mn或Mn-Si系钢。

1.2.1材料化学成分及力学性能材料的化学成分主要包括C、Si、Mn 、S、 P等化学元素，而其力学性能也主要受这几种元素含量的变化的影响而发生变化。

表1材料化学成分碳（C）决定了母材的淬硬倾向和冷裂纹倾向，与碳当量有关。

碳当量越大，则母材淬硬倾向和冷裂纹倾向增大。

如果碳当量很小，不需要热处理的情况下，焊接性能也非常好。

硅（Si）起到固溶强化的作用，增加钢的强度。

如果硅的质量分数超过0.6%使韧性不利，使韧脆转变温度提高。

锰(Mn) 起到固溶强化的作用，增加钢的强度。

如果锰的质量分数超过1.6%，焊接时易出现裂纹，在热影响区还会出现淬硬组织。

硫(S) 危害性元素。

如果锰硫比升高，含碳量降低则不会出现冷热裂纹。

磷（P）危害性元素。

对钢材的焊接性有不利的影响。

表2力学性能1.2.2 母材焊接性16MnR 属于热轧钢，在焊接时主要注意的问题是冷裂纹的产生和热影响区脆化。

（1）冷裂纹 16MnR 钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下（除环境温度低或钢板厚度很大时）冷裂倾向不大。

淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。

可以通过碳当量公式来大致估算16MnR 钢的冷裂敏感性，碳当量越高，冷裂敏感性越大。

国际焊接学会推荐的碳当量公式为(%)6515Mn Cr Mo V Cu Ni CE C +++=+++ （1-1） 一般认为CE ≤0.4%时，钢材在焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小。

CE=0.4%～0.6%时钢的淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢。

16MnR的碳当量为0.4%，所以在焊接过程中焊接热影响区基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小。

（2）热影响区脆化由于16MnR钢的热影响区脆化主要是粗晶区脆化，所以我们只介绍粗晶区脆化，而热应变脆化基本上不发生。

粗晶区脆化钢材被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶区脆化，韧性明显降低，这是由于热轧钢焊接时，采用过大的焊接热输入所致。

粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低韧性，焊接热输入过小，粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性，这在焊接含碳量偏高的热轧钢时较明显。

2产品工艺流程以及焊接材料选取2.1产品工艺流程图↓↓↓↓↓↓↓2.2 焊缝位置分布主要焊缝位置如图2-2所示，内筒分为两节有两道纵缝、两道环缝，夹套分为上夹套和下夹套，上夹套有一道纵缝，下夹套有一道纵缝一道环缝，夹套与筒节间有四道环缝。

图2-2 焊缝位置分布图1-筒节纵缝2-筒节环缝3-夹套纵缝4-夹套与筒节环缝5-筒节与封头的环缝2.3 焊前准备焊前准备工作主要包括熟悉图样和技术要求。

除了对产品结构、形状及尺寸进行审核和分析外，还要综合考虑与加工制造有关的国家技术标准和规范。

压力容器的可靠性与所选用材料有密切关系，首先要考虑所选材料有足够的强度、塑性、韧性及稳定性；其次应具有良好的冷、热加工性能，尤其保证焊接性良好。

1）生产图纸和工艺焊前必须熟悉生产图纸和工艺，这是保证焊接产品顺利生产的重要环节。

主要内容如下：①熟悉沥青熔化槽的结构形式、采用的材料种类及技术要求。

②熟悉沥青熔化槽的焊接部位的尺寸、焊接接头及坡口的结构形式。

③熟悉采用的焊接方法、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接顺序、焊前预热温度及层间温度等。

④熟悉焊后热处理工艺、焊接检验方法及焊接产品的质量要求。

2）材料检验材料检验包括母材和焊接材料的检验，这也是焊前准备的重要组成部分。

①母材检验母材检验包括焊接产品母材和外协委托加工件的检验。

母材检验的内容如下：a 材料入库要有材质证明书，要有符合规定的材料标记符号。

要对材料的数量和几何尺寸进行检验复核。

对材料的表面质量进行检查验收（如表面光洁情况、生锈腐蚀情况、变形情况和表面机械损伤情况等）。

b 根据有关规定，对材料进行化学成分复验。

c 对母材进行力学性能复验，包括拉伸试验、弯曲试验、脆性试验、断裂试验、蠕变试验等。

②焊接材料检验对焊条、焊丝的化学成分、力学性能（主要指熔敷金属）的检验及腐蚀检验等。

对焊剂和保护气体的成分和纯度进行检验。

③操作人员资格审核在焊接产品制造之前，必须检查该焊工所持合格证的有效性，包括审核焊工考试记录表上的焊接方法、试件形式、焊接位置及材料类别等是否与焊接产品要求的一致，所有考试项目是否合格。

2.4 钢材预处理金属材料预处理是指在下料、装配、焊接前，进行矫正、材料表面除锈清理、喷涂防护层和烘干等加工工序。

它是提高产品质量，延长产品使用寿命，减少环境污染，提高零件气割下料质量，尤其有利于数控切割机正常工作和设备保养的有效措施。

2.4.1钢材的矫正1）钢材矫正目的钢材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当，或装卸不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形。

当这些变形超过一定程度时，会给尺寸的度量、划线、剪裁及其他加工带来困难，而且会影响到成形零件的尺寸和几何形状的精度，从而影响到装配、焊接和整个产品的质量。

所以划线、下料前应予以矫正。

2）矫正的基本原理矫正的基本原理是使钢板在外力的作用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯曲、扭曲、皱折、表面不平等变形，从而获得正确形状的过程。