1000m3異丁烯球罐-學(xué)士學(xué)位論文

沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文PAGE881緒論球罐為大容量、承壓的球形儲(chǔ)存容器，廣泛應(yīng)用于市政建設(shè)、燃?xì)鈨?chǔ)存、石油、化工、冶金等各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。它可以用來作為液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、液氮、丙烯、丁烯、丙烷、乙烯及其他介質(zhì)的儲(chǔ)存容器。也可作為壓縮氣體（空氣、氧氣、氮?dú)?、城市煤氣）的?chǔ)罐。我國在石油化工、合成氨、城市燃?xì)饨ㄔO(shè)中，大型化球罐得到了廣泛應(yīng)用。例如：在石油、化工、冶金城市煤氣等工程中，球形容器被用于儲(chǔ)存液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氮、液氫、氧氣、氮?dú)?、天然氣、城市煤氣、壓縮空氣等物料；在原子能發(fā)電站，球形容器被用作核安全殼；在造紙廠被用作蒸煮球等?？傊?，隨著工業(yè)的發(fā)展，球罐容器的使用也來越廣泛。1.1球罐的特點(diǎn)球罐與常用的圓筒形容器相比具有以下特點(diǎn)：(1)球罐的表面積最小，即在相同容量下球罐所需鋼材面積最小(2)球罐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，采用相同鋼板時(shí)，球罐的板厚只需要圓筒形容器壁厚的一半。(3)球罐占地面積小，且可向空間高度發(fā)展，有利于地表面積的利用。由于這些特點(diǎn)，再加上球罐基礎(chǔ)簡單，受風(fēng)面積小，外形美觀，可用于美化工程等原因，是球罐的應(yīng)用得到很大的發(fā)展。1.2球罐分類球罐的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，根據(jù)不同的使用條件(介質(zhì)、容量、壓力濕度、儲(chǔ)存溫度)有不同的結(jié)構(gòu)形式。按球殼的組合方式分為純橘瓣式、純足球瓣式和足球橘瓣混合式(1)純橘瓣式球殼是按橘瓣結(jié)構(gòu)形式(或稱西瓜皮瓣)進(jìn)行分割組合的，這種結(jié)構(gòu)形式稱純橘瓣球殼。這種球殼的特點(diǎn)是球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施工簡單。(2)足球瓣式球殼。其優(yōu)點(diǎn)是球瓣的尺寸相同或相近，制作球片簡單省料。缺點(diǎn)是組裝比較困難，有部分支柱搭在球殼的焊縫上造成該處焊接應(yīng)力較復(fù)雜。(3)足球橘瓣混合式球殼。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是赤道帶采用橘瓣式，上下極板是足球瓣式。優(yōu)點(diǎn)是制造球皮工作量小，焊縫短，施工進(jìn)度快，另外可以避免支柱搭在球殼焊縫上帶來的不足，缺點(diǎn)是兩種球瓣組裝校正麻煩，球皮制造要求高[1]。按儲(chǔ)存溫度及用途分類a.在高壓常溫中使用的球罐，貯存液化石油氣、氨和氧等。壓力大多為1.0～4.0MPa,在常溫下使用。一般說這類球罐的壓力比較高，取決于液化氣的飽和蒸汽壓或壓縮機(jī)的出口壓力。常溫球罐的設(shè)計(jì)溫度大于-20。b.在中壓低溫中使用的球罐，貯存乙烯等液化氣為目的而制造的，壓力1.8～2.0MPa，溫度大多在-20～-100的范圍。這類球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20，一般不低于-100。壓力屬于中等（視該溫度下介質(zhì)的飽和蒸汽壓而定）。c.低壓、深冷（極低溫）中使用的球罐，貯存-100以下的液化氣為目的而制造的，使用壓力極低，因?yàn)槭褂玫臏囟仁菢O低溫。為了防止與大氣溫度接觸以便保冷，多數(shù)都是雙層球罐。1.3球罐用鋼球罐是儲(chǔ)存氣體或液體介質(zhì)的固定式壓力容器，他們均被固定于露天場地，不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。他們長期承受靜載荷或低周波疲勞載荷。為使球罐能在靜載和低周疲勞載荷下長期工作，結(jié)構(gòu)保持長期穩(wěn)定，球罐應(yīng)具有較高的剛度；不允許產(chǎn)生塑性變形和斷裂，因此要求球罐用鋼應(yīng)具有較高的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度、塑性和韌度均較好；由于它們要長期在介質(zhì)環(huán)境下工作，球罐用鋼應(yīng)具有足夠的耐腐蝕性，某些低溫球罐的用鋼還具有足夠低的脆性轉(zhuǎn)化溫度。球罐用鋼主要有：(1)低合金鋼國內(nèi)外對(duì)耐腐蝕性要求不是很高的球罐，都采用低合金鋼，如耐大氣腐蝕的含銅、磷、釩、稀土的低合金鋼，耐硫化物腐蝕破裂的含鉻、鋁、鉬、釩、鎢的低合金鋼等。(2)低碳調(diào)質(zhì)鋼為了提高鋼材的抗裂性和低溫韌度，降低鋼的含碳量十分有效，但卻降低了鋼的強(qiáng)度。為了將鋼的強(qiáng)度提高上去，可以通過加入多種微量元素。因此低碳調(diào)質(zhì)鋼具有足夠高的強(qiáng)度和韌度，與同等強(qiáng)度級(jí)別的一般低合金高強(qiáng)鋼相比，具有低碳和裂紋敏感性指數(shù)低的特點(diǎn)。國外已經(jīng)普遍采用這類鋼制造煤氣和天然氣或其它氣體球罐。(3)不銹鋼在輕工、食品工業(yè)中，使用較多的是奧氏體不銹鋼，由于奧氏體不銹鋼的Cr、Ni含量較高，因此在氧化性、中性以及弱還原性介質(zhì)中均具有良好的耐腐蝕性。奧氏體不銹鋼的塑韌性優(yōu)良，冷、熱加工性能俱佳，焊接性優(yōu)于其他類型的不銹鋼，在球罐制造中得到了一定的應(yīng)用。(4)低溫用鋼低溫用鋼主要用于低溫下工作的容器、管道和結(jié)構(gòu)，如液化石油氣儲(chǔ)存、冷凍設(shè)備及石油化工低溫設(shè)備等。按照規(guī)定，將低于-20℃下使用的鋼材稱為低溫用鋼。對(duì)于低溫用鋼主要應(yīng)考慮的問題是低溫脆性[2]。1.4課題目的及意義本次設(shè)計(jì)為1000m3，儲(chǔ)存介質(zhì)為異丁烯，設(shè)計(jì)壓力位0.79MPa的球罐。主要以球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝設(shè)計(jì)為主。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括球罐的殼板尺寸的計(jì)算、球殼壁厚的計(jì)算、支座形式的選取與校核、開孔的結(jié)構(gòu)選擇與補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算校核，連接部位的強(qiáng)度計(jì)算（地腳螺栓、拉桿、支柱與球殼連接最低點(diǎn)的應(yīng)力校核，支柱與球殼連接焊縫強(qiáng)度校核）等；工藝設(shè)計(jì)包括組裝工藝的確定、焊接方法的選擇、焊接參數(shù)的設(shè)定，焊接順序的安排等。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與焊接工藝設(shè)計(jì)的同時(shí)，要了解球罐設(shè)計(jì)的基本方法與基本要求，材料的下料加工方法及其設(shè)備，焊接的裝配與夾具，焊后檢驗(yàn)等知識(shí)。通過本次設(shè)計(jì)，制造出工藝合格，結(jié)構(gòu)合理的設(shè)計(jì)方案，使其具有一定的可行性。2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1概況我國現(xiàn)行使用的球罐，多以球殼板的組合方案不同分為橘瓣式和足球與橘瓣組成的混合式兩種，以拉桿形式不同分為可調(diào)式和固定式兩種。球罐的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但它的制造和安裝較之其他形式儲(chǔ)罐困難，主要原因是它的殼體為空間曲面，壓制成型、安裝組對(duì)及現(xiàn)場焊接難度較大。而且，由于球罐絕大多數(shù)是壓力容器，它盛裝的物料有大部分是易燃、易爆物，且裝載量大，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。球罐結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)必須考慮多種因素：盛裝物料的性質(zhì)、設(shè)計(jì)溫度和壓力、材質(zhì)、制造裝備和技術(shù)水平、安裝方法、焊接和檢驗(yàn)要求、操作方便可靠性、自然環(huán)境的影響等。2.2球殼的設(shè)計(jì)2.2.1結(jié)構(gòu)的選取球殼是球罐主體，是裝載物料的受壓構(gòu)件，球罐的幾何尺寸比較大，用材量大，不能整體運(yùn)輸，因而球殼必須由許多瓣片組成，在制造廠進(jìn)行球瓣的壓制等預(yù)制加工后運(yùn)至施工現(xiàn)場組焊。本次球罐的殼版選用混合式球殼結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示?；旌鲜角驓さ慕M成是赤道帶和溫帶采用橘瓣式球殼板，極板采用足球瓣殼版。足球瓣和橘瓣混合式球殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：足球瓣結(jié)構(gòu)尺寸小相同或相近，制造下料較簡單，互換性好，克服了橘瓣極板尺寸小、球板規(guī)格多的缺點(diǎn)。2.2.2殼板尺寸計(jì)算1、符號(hào)說明R——球罐半徑，R=6150mm；N——赤道帶分瓣數(shù)；N=16α——赤道帶周向球心角，α=22.5°；β0——赤道帶球心角，β0=67.5°；β1——極中板球心角，β1=24.5°；β2——極側(cè)板球心角，β2=22°；β3——極邊板球心角，β3=22°；圖2.1混合式球殼極中板；2.極側(cè)板；3.極邊板；4赤道板2、赤道板（見圖2.2）尺寸計(jì)算弧長弦長弧長弦長弧長弦長弦長弧長圖2.2赤道板3、極板（見圖2.3）尺寸計(jì)算圖2.3極板弦長弧長弧長弦長弧長弦長對(duì)角線弦長與弧長的最大間距（1）極中板（見圖2.4）尺寸計(jì)算弧長圖2.4極中板弦長弧長弦長弦長弧長弦長弧長對(duì)角線弦長與弧長的最大間距弦長弧長（2）極側(cè)板（見圖2.5）尺寸計(jì)算弦長弧長弦長弧長弧長弦長弧長弦長弦長弧長式中A、H同前圖2.5極側(cè)板（3）極邊板（見圖2.6）尺寸計(jì)算圖2.6極邊板弧長弦長弦長弧長弧長弦長弧長弦長弦長弧長弧長弦長式中2.3支座和拉桿的設(shè)計(jì)球罐支座是球罐中用以支撐本體質(zhì)量和儲(chǔ)存物料質(zhì)量的結(jié)構(gòu)部件。它同時(shí)又承受各種風(fēng)載荷、地震載荷、雪載荷等外載荷。本次球罐設(shè)計(jì)采用赤道正切柱式支座。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：支柱與球殼相切或接近相切（相割）而焊接起來。支柱支撐球罐的重量，同時(shí)承受地震、風(fēng)載等外載荷。為保證球罐的穩(wěn)定性，支柱之間用拉桿相連接。這種支座的優(yōu)點(diǎn)是受力均勻，彈性好，能承受彈性變形，組焊方便，施工簡單，易于調(diào)整，現(xiàn)場操作和檢修方便。（1）支柱支柱采用單段式支柱結(jié)構(gòu)形式。支柱總長8000mm，采用Q235B無縫鋼管。球殼與支柱連接按照GB-12337選用赤道正切式（受力均勻，彈性好，安裝和施工方便，容易調(diào)整）支柱與球殼連接處主要分為有墊板和無墊板結(jié)構(gòu)本次采用無墊板直接連接結(jié)構(gòu)型式，這種結(jié)構(gòu)避免了有墊板中的搭接焊縫從而降低焊接裂紋的產(chǎn)生，并且探傷簡便。支柱與其上端在制造廠加工成與球殼相接的圓弧狀（圓弧狀受力合理，抗拉斷能力強(qiáng)），下端與底板焊好，然后運(yùn)到現(xiàn)場與球瓣進(jìn)行組裝和焊接。由于所儲(chǔ)存介質(zhì)為異丁烯具有易燃特性，所以每根支柱應(yīng)設(shè)置排氣孔，孔上采用易熔塞。還應(yīng)設(shè)置防火層。支柱底板的地腳螺栓孔應(yīng)為徑向長圓孔。查GB12337-2010中混合式球殼參數(shù)表，得支柱長度為8000mm。根據(jù)（球罐和大型儲(chǔ)罐）中支柱高于1m，用厚度50mm以上的耐熱混凝土或具有相當(dāng)性能的不燃性絕熱材料覆蓋，尤其對(duì)于易燃性氣體更為必要。（2）拉桿拉桿是作為球罐承受風(fēng)載荷及地震載荷的部件，為了增加球罐的穩(wěn)定性而設(shè)置。拉桿結(jié)構(gòu)可分為可調(diào)式和固定式兩種。可調(diào)式拉桿分為單層交叉可調(diào)式拉桿、雙層交叉可調(diào)式拉桿和三拉桿可調(diào)式。本次球罐的采用拉桿結(jié)構(gòu)為單層交叉可調(diào)式拉桿，采用材料Q235B鋼管。直徑mm。2.4開孔2.4.1人孔結(jié)構(gòu)球罐人孔是作為工作人員進(jìn)出球罐進(jìn)行檢驗(yàn)及維修之用。施工時(shí)，用于罐內(nèi)通風(fēng)、煙塵的排除、腳手架施工用具的搬運(yùn)；進(jìn)行熱處理時(shí)，上人孔用于調(diào)節(jié)空氣和排煙，下人孔用于放置噴火嘴及其燃料接管。本次球罐的人孔選擇PN2.5、DN500回轉(zhuǎn)蓋整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)的人孔。位置在上、下極帶的中心。法蘭選用16Mn二級(jí)鍛件，法蘭蓋為Q345R，密封面選用MFM（凹凸面）。具體尺寸在裝配圖中標(biāo)出[3]。2.4.2接管結(jié)構(gòu)本次球罐設(shè)備的接管凡是DN>89mm的補(bǔ)強(qiáng)均采用厚壁管插入式整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。厚壁管插入式補(bǔ)強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省材料，并且在球罐上采用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)可以避免補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)時(shí)的角接焊縫。人孔采用16Mn三級(jí)鍛件，厚壁管、法蘭等均用材料16Mn二級(jí)鍛件鍛制而成。各項(xiàng)尺寸要符合圖紙要求。鍛制凸緣整體補(bǔ)強(qiáng)按照中石化標(biāo)準(zhǔn)SH/T3138-2003《球形球罐整體補(bǔ)強(qiáng)凸緣》進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。球罐開孔情況及法蘭選擇[5]見表2.1。2.5球罐附件溫度計(jì)、壓力表、安全閥的選取[6]見表2.1表2.1附件型號(hào)表名稱型號(hào)數(shù)量備注安全閥A47H-161壓力表YZ-150ZTQ2溫度計(jì)WTZ-2801各附件尺寸及進(jìn)出料口、排污孔的尺寸見表2.2表2.2各件尺寸表名稱法蘭外伸長度備注安全閥PN1.6MPaDN100mm100mm壓力表PN1.6MPaDN25mm100mm測(cè)量范圍0.1~1.5MPa溫度計(jì)PN1.6MPaDN25mm100mm測(cè)量范圍進(jìn)、出料口PN1.6MPaDN150mm100mm排污孔PN1.6MPaDN50mm100mm外部梯子在赤道帶以下采用角的直梯，上部為與球殼同樣弧度的外轉(zhuǎn)梯。由于本次設(shè)計(jì)的球罐體積為所以內(nèi)部不需設(shè)置轉(zhuǎn)梯。2.6球殼壁厚的確定2.6.1設(shè)計(jì)條件公稱容積：1000m3（內(nèi)徑Di=12300mm）球殼材料：Q345R，[σ]=[σ]t=185MPa儲(chǔ)存物料：異丁烯物料密度：ρ1=670kg/m3設(shè)計(jì)壓力：P=0.79MPa設(shè)計(jì)溫度：T=-14.1~50射線探傷檢驗(yàn)：100%地震設(shè)防烈度：7度基本風(fēng)壓值：600N/基本雪壓值350N/球罐建造場地：III類場地，近震，B類地區(qū)支柱數(shù)量：n=8（材料Q235BФ426mm鋼管）拉桿：選取Ф50×8mm鋼管，材料為圓鋼。2.6.2球殼壁厚計(jì)算（1）計(jì)算壓力存儲(chǔ)介質(zhì)為氣體，所以計(jì)算壓力=設(shè)計(jì)壓力=0.79MP（2）設(shè)計(jì)溫度下球殼的計(jì)算厚度（2.1）與初選的Q345R厚度范圍16~36mm相矛盾，所以改選厚度范圍為3~16mm許用應(yīng)力為189MPa，再次進(jìn)行計(jì)算鋼板負(fù)偏差是腐蝕裕量，球殼的計(jì)算厚度為12.867mm，設(shè)計(jì)厚度為12.867+1.5=14.367mm，考慮到鋼板生產(chǎn)單位能生產(chǎn)的鋼板厚度，選擇球殼板的名義厚度為16mm。2.7球罐質(zhì)量計(jì)算球殼平均直徑：DCP=12308mm球殼材料密度：ρ2=7810kg/m3水的密度：ρ3=1000kg/m3（1）操作狀態(tài)下的球罐質(zhì)量m0（2）液壓試驗(yàn)條件下球罐的質(zhì)量mT（3）球罐最小質(zhì)量式中：—球殼質(zhì)量，kg—物料質(zhì)量，kg—液壓試驗(yàn)時(shí)液體的質(zhì)量，kg—積雪質(zhì)量，kg—支柱和拉桿的質(zhì)量，kg—附件質(zhì)量，kg2.8支柱、拉桿計(jì)算2.8.1地震載荷計(jì)算[7]（1）自振周期支柱底板面至球殼中心的距離：H0=8000mm；支柱底板面至拉桿中心線與支柱中心線交點(diǎn)處的距離：L=5600mm；支柱數(shù)目：n=8；支柱選用分段式支柱；支柱材料：采用Q235B支柱內(nèi)徑：408mm；支柱外徑：426mm；球罐的基本自振周期T=（2.2）式中：—拉桿影響系數(shù)由表6-14查取得，ξ=0.216；—支柱橫截面慣性；=mm4（2）水平地震力（2.3）式中：—綜合影響系數(shù)，取=0.45式中—地震影響系數(shù)的最大值，=0.08—各類場地的特征周期=0.452.8.2風(fēng)載荷計(jì)算水平風(fēng)力（2.4）式中：k1—風(fēng)載體形系數(shù)；取k1=0.4—風(fēng)振系數(shù)=1+0.35=1+0.351.7=1.595=600N/m2—風(fēng)壓高度變化系數(shù)=1.14，—球罐附件增大系數(shù)取=1.12.8.3彎矩計(jì)算（2.5）式中：—最大水平力取（）與的較大值；==57458.56—力臂，2.8.4支柱計(jì)算(1)單個(gè)支柱垂直載荷操作狀態(tài)下的重力載荷：（2.6）液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的重力載荷：（2.7）最大彎矩對(duì)支柱產(chǎn)生的垂直載荷（2.8）式中：—最大彎矩對(duì)支柱產(chǎn)生的垂直載荷，—支柱的方位角，（°）A向受力時(shí)：支柱的方位角B向受力時(shí)：支柱的方位角各支柱受力見表3.2。(2)拉桿作用在支柱上的垂直載荷所有相鄰兩支柱間用拉桿連接時(shí),拉桿作用在支柱上的垂直載荷（2.9）A向受力時(shí)支柱方位角（2.10）B向受力時(shí)支柱方位角（2.11）(3)支柱的最大垂直載荷操作條件下支柱的最大垂直載荷（2.12）液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷（2.13）(4)單個(gè)支柱彎矩a.偏心彎矩球殼材料的泊松比球殼材料的彈性模量：操作條件下的支柱的偏心彎矩（2.14）式中：—操作狀態(tài)下球殼赤道線的薄膜應(yīng)力（2.15）—操作狀態(tài)下物料在赤道線的液柱靜壓力液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的偏心彎矩（2.16）式中：—液壓試驗(yàn)狀態(tài)下球殼赤道線的薄膜應(yīng)力，（2.17）式中：—液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的液體在赤道線的液柱靜壓力，b.附加彎矩操作狀態(tài)下支柱的附加彎矩（2.18）液壓狀態(tài)下支柱的附加彎矩（2.19）c.總彎矩操作狀態(tài)下支柱的總彎矩液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的總彎矩(5)支柱穩(wěn)定性校核支柱的慣性半徑（2.20）支柱的細(xì)長比（2.21）式中：—計(jì)算長度系數(shù)，取換算長細(xì)比（2.22）支柱材料Q235B支柱材料的許用應(yīng)力操作狀態(tài)下支柱的穩(wěn)定性校核（2.23）液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的穩(wěn)定性校核（2.24）式中—彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓支柱穩(wěn)定系數(shù)（2.25）軋制鋼管截面—等效彎矩系數(shù)取—截面塑性發(fā)展系數(shù)，取—單個(gè)支柱的截面系數(shù)（2.26）歐拉臨界力（2.27）2.9各連接部位的強(qiáng)度計(jì)算2.9.1地角螺栓的計(jì)算拉桿作用在支柱的水平力（2.28）支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力（2.29）式中：—支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)時(shí)球罐不需要設(shè)置地腳螺栓，但是為了固定球罐位置，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的定位地腳螺栓。取直徑30mm。2.9.2、支柱底板的計(jì)算（見圖2.1）（1）支柱底板直徑取兩式中的較大值（2.30）實(shí)際取700mm混凝土基礎(chǔ)材料的許用應(yīng)力實(shí)?。?）底板的厚度（2.31）實(shí)?。菏街校骸装宓膲簯?yīng)力圖2.1支柱底板—底板外邊緣至支柱外表面的距離mm—底板材料Q235B，許用彎曲應(yīng)力—底板的腐蝕裕度取即底板厚度取35mm2.10拉桿計(jì)算2.10.1拉桿螺紋小徑計(jì)算拉桿最大應(yīng)力（2.32）拉桿材料Q235B拉桿材料的許用應(yīng)力拉桿腐蝕余量拉桿螺紋小徑（2.33）選取拉桿的螺紋公稱直徑為2.10.2拉桿連接部位的計(jì)算銷子直徑銷子材料：35，銷子材料許用剪切應(yīng)力銷子直徑：選取銷子直徑20mm耳板厚度耳板材料Q235B，耳板材料的許用壓應(yīng)力：耳板厚度：（2.34）耳板厚度選翼板厚度翼板材料：Q235B，翼板厚度：（2.35）取翼板厚度為10mm2.11連接焊縫強(qiáng)度校核A焊縫單邊長度：=A焊逢焊腳尺寸：=支柱和耳板材料屈服點(diǎn)最小值：角焊縫系數(shù)：焊縫許用剪切應(yīng)力：耳板與支柱連接焊縫A的剪切應(yīng)力校核：（2.36）A焊縫單邊長度：B焊縫焊腳尺寸：拉桿與翼板材料屈服點(diǎn)的最小值：焊縫許用剪切應(yīng)力：拉桿與翼板連接焊縫的剪切應(yīng)力（2.37）2.12支柱與球殼連接最低點(diǎn)a的應(yīng)力校核2.12.1a點(diǎn)的剪切應(yīng)力支柱與球殼連接焊縫單邊的弧長：球殼a點(diǎn)處的有效厚度為操作狀態(tài)下a點(diǎn)的剪切應(yīng)力：液壓試驗(yàn)狀態(tài)下a點(diǎn)的剪切應(yīng)力：2.12.2a點(diǎn)的緯向應(yīng)力操作狀態(tài)下的a點(diǎn)的液柱靜壓力：液壓試驗(yàn)狀態(tài)下a點(diǎn)的液壓靜壓力：操作狀態(tài)下a點(diǎn)的緯向應(yīng)力：（2.38）液壓試驗(yàn)狀態(tài)下a點(diǎn)的緯向應(yīng)力（2.39）2.12.3a點(diǎn)應(yīng)力校核操作狀態(tài)下a點(diǎn)的組合應(yīng)力：液壓試驗(yàn)狀態(tài)下a點(diǎn)的組合應(yīng)力：應(yīng)力校核：2.13支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核和兩者中的最大值：,支柱與球殼連接焊縫焊腳尺寸：焊縫許用剪切應(yīng)力支柱與球殼連接焊縫所承受的剪切應(yīng)力：（2.40）校核通過。2.14厚壁管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算設(shè)計(jì)壓力p=0.79，設(shè)計(jì)溫度t=-14.1~50球罐內(nèi)徑=12300mm，名義厚度=16mm，設(shè)置進(jìn)出料口的厚度為20mm的厚壁插入式接管，開孔未通過焊縫。球殼厚度附件量C1=0mmC2=1.5mmC=1.5mm接管厚度附件量C1=0mmC2=1.5mmC=1.5mm接管外伸高度h1=100mm，接管內(nèi)伸高度h2=50mm材料：球殼Q345R接管Q345R(1)補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別a.補(bǔ)強(qiáng)判別根據(jù)GB1506.1.3條,允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管公稱直徑DN為89mm。本接管公稱直徑DN=150mm＞89mm，故須考慮另行其補(bǔ)強(qiáng)。b.補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算判別開孔直徑d=di+2C=150+21.5=153mm本開孔直徑d=153mm＜=6150mm，滿足GB1506.1.1b條的計(jì)算方法適用條件，故采用GB1506.5條（等面積法）的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。(2)開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積球殼計(jì)算厚度開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A按GB150式（6.3.3.3外壓容器）A==15312.867=1968.651mm2(3)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍（1）有效寬度有效補(bǔ)強(qiáng)寬度B按GB150式（6—6）確定取最大值故B=306mm（2）有效高度外側(cè)有效高度GB150式（6—7）確定取小值故取=60mm內(nèi)側(cè)有效高度GB150式（6—8）確定取小值故=0mm(4)有效補(bǔ)強(qiáng)面積a.球殼多余金屬面積球殼有效厚度：=16-1.5=14.5mm球殼多余金屬面積按GB150式（6—10）計(jì)算（2.41）b.接管多余金屬面積接管計(jì)算厚度（2.42）接管多余金屬面積A2按GB150式（6.27）計(jì)算（2.43）（3）補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫面積（焊腳取14mm）（4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積(5)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)果并且剛好符合了球殼壁厚在10~20mm范圍內(nèi)，留有25%余量的要求，滿足補(bǔ)強(qiáng)要求。同樣：計(jì)算厚度為13mm的厚壁插入式安全閥接管，開孔未通過焊縫。球殼厚度附件量C1=0mmC2=1.5mmC=1.5mm接管厚度附件量C1=0mmC2=1.5mmC=1.5mm接管外伸高度h1=100mm，接管內(nèi)伸高度h2=50mm材料：球殼Q345R接管Q345R再次進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算得留有余量為24%基本符合要求，補(bǔ)強(qiáng)合格。其余開孔如：溫度計(jì)開孔、壓力計(jì)開孔和排污空由于其開孔直徑小于89mm所以按照GB150-2010中6.1.3（不另行開孔直徑）中的論述其接管壁厚選擇如下表2.3[8]：表2.3mm名稱溫度計(jì)開孔壓力計(jì)開孔排污孔接管外徑252550接管壁厚444.53工廠制造及現(xiàn)場組裝3.1工廠制造3.1.1原材料檢查球殼的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)符合圖樣設(shè)計(jì)。每塊球殼板本身不得拼接。制造廠提供的球殼板不得有裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾雜等缺陷。球殼厚度應(yīng)該抽查，實(shí)測(cè)厚度不應(yīng)小于名義厚度減去鋼板負(fù)偏差，抽查數(shù)量為球殼板數(shù)量的20%，且沒帶不得少于兩塊，上下級(jí)不應(yīng)小于一塊；每個(gè)球殼板的檢測(cè)不應(yīng)少于5點(diǎn)，抽查不合格，應(yīng)加倍抽查；若仍有不合格，應(yīng)對(duì)球殼板進(jìn)行逐張檢測(cè)。本次檢測(cè)采用的方法：用于球殼之鋼板在熱軋狀態(tài)下使用并每批取一張鋼板進(jìn)行-15℃的低溫沖擊試驗(yàn),沖擊功不小于34J.板材應(yīng)逐張進(jìn)行100%超聲檢測(cè)按JB/T4730-2005III級(jí)合格。3.1.2瓣片加工(1)材料的切割由于切割球殼板的最大鋼板尺寸為長7242mm、寬2414mm的長方形鋼板，所以選用通用切割設(shè)備——數(shù)控火焰等離子切割機(jī)中的OMNIMAT系列[9]。具體數(shù)據(jù)如下表表3.1通用數(shù)控切割機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)系列型號(hào)軌距/mm切割寬度/mm整機(jī)寬度/mm驅(qū)動(dòng)速度/mmOMNIMAT90008100110000~24切割長7400mm、寬2500mm的鋼板赤道帶16塊，上、下極帶共14塊，總共30塊。(2)球瓣的壓制采用冷壓成型的方法。冷壓成型就是鋼板在常溫狀態(tài)下，經(jīng)沖壓變形成為球面殼板的過程。優(yōu)點(diǎn)為小模具、多壓點(diǎn)，加工精度高；無較長加熱過程；不產(chǎn)生氧化皮；加工人員可不用特殊的防護(hù)服。選用Y32—2000噸四柱液壓機(jī)。冷壓應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.冷壓鋼板邊緣因經(jīng)火焰切割，需要消除熱影響區(qū)硬化部分的缺口。b.當(dāng)冬季環(huán)境溫度低于以下時(shí)，或鋼板較厚時(shí)，在冷壓時(shí)應(yīng)將鋼板預(yù)熱到，在爐內(nèi)加熱，或采用氣體燃燒器。本次設(shè)計(jì)厚度為16mm較薄。c.當(dāng)冷壓時(shí)鋼板外層纖維應(yīng)變量，碳鋼大于4%、低合金鋼大于3%時(shí)應(yīng)作中間熱處理。d.在沖壓過程中，每個(gè)壓點(diǎn)不能一次壓到底，應(yīng)多次沖壓，一般要沖壓十余次以上，使鋼板逐漸產(chǎn)生塑性變形，避免產(chǎn)生局部過大突變和折痕。沖壓后需焊接支柱或其他附件的球殼板，其沖壓曲率要相對(duì)增大一些，以補(bǔ)償焊接收縮變形。球殼板成型曲率一般應(yīng)保持正偏差即樣板兩端有間隙，當(dāng)球罐焊接組裝時(shí)，通過收縮變形可獲得較好的幾何形狀。3.1.3瓣片的放樣及坡口加工(1)瓣片放樣球殼是雙曲面，不可能在平面上精確展開。因此，目前國內(nèi)是以二次立體下料法為主。二次立體下料法即先按近似展開作為初步下料，在壓制成型后進(jìn)行第二次下料（立體下料）。(2)坡口加工球殼各球片的焊接坡口，必須在球片壓制成型后加工，亦可與瓣片第二次下料結(jié)合進(jìn)行。坡口加工采用火焰熱切割并清除表面的氧化層，坡口表面應(yīng)平滑，坡口加工后必須檢查坡口表面，不得有分層、開裂或影響焊接質(zhì)量的缺陷。并且涂上防護(hù)層。本次球罐所用的鋼板材料的抗拉強(qiáng)度下限值為510MPa<540MPa，所以無需對(duì)坡口進(jìn)行磁粉檢測(cè)。球殼板周邊100mm的范圍內(nèi)應(yīng)按照J(rèn)B4730的規(guī)定進(jìn)行超聲檢測(cè)。3.1.4支柱檢查支柱全長長度允許偏差為3mm，支柱底板焊接后應(yīng)保持垂直其垂直度允許偏差為2mm，支柱全長的直線度偏差應(yīng)小于或等于全長的1/1000，且不應(yīng)大于10mm[10]。3.2現(xiàn)場組裝3.2.1球罐組裝(1)組裝方法采用整體組裝法中的單片組裝形式，即把單片球瓣逐一組裝成型的方法。這種方法由于單片組裝，故不需要很大吊起能力的機(jī)具和安裝場地，準(zhǔn)備的工作量小，組裝速度快，且球體的組裝精度易于保證，組裝應(yīng)力小。但是高空作業(yè)較多，要求全位置焊接技術(shù)較嚴(yán)格且需要相當(dāng)量得夾具。(2)球罐組裝時(shí)，采用工裝卡具調(diào)整球殼板組對(duì)間隙和錯(cuò)邊量，不得進(jìn)行強(qiáng)力組裝(3)由于本次焊接采用的是手工電弧焊接，所以球殼板組對(duì)間隙宜為mm；球殼板組對(duì)b錯(cuò)邊量不應(yīng)大于球殼板名義厚度的1/4，且不得大于3mm。(4)球罐赤道帶組裝后，每塊球殼板的赤道帶水平誤差不宜大于2mm；相鄰兩球殼板的赤道線水平誤差不宜大于3mm；任意兩塊球殼板的赤道線水平誤差不宜大于6mm。(5)球罐組裝時(shí)，相鄰兩帶的焊縫、支柱與球殼的角焊縫至球殼板的對(duì)接焊縫、球罐人孔、接管、連接板的連接焊縫至球殼板的對(duì)接焊縫及其之間的焊縫不應(yīng)小于球殼板厚度的3倍，且不應(yīng)小于100mm。(6)球罐組裝時(shí)應(yīng)對(duì)球罐的最大直徑與最小直徑之差進(jìn)行控制，組裝完成后其差值宜小于球罐設(shè)計(jì)內(nèi)徑的3%，且不應(yīng)大于50mm。(7)支柱用墊鐵找正時(shí)，每組墊鐵高度不應(yīng)小于25mm。3.2.2組裝設(shè)備及工具(1)起重設(shè)備選用汽車起重機(jī)——汽車起重機(jī)機(jī)動(dòng)性能好便于相距較遠(yuǎn)之間的工作點(diǎn)間調(diào)動(dòng)，提升高度大，升吊和回轉(zhuǎn)靈活，是一種高效、先進(jìn)的起吊工具。(2)工夾具工夾具主要是用于使相鄰球瓣連接安全牢固，是相鄰球瓣之間的尺寸得以方便地調(diào)整。本次設(shè)計(jì)采用日字型夾具——日字形夾具是由日字形卡碼、方形卡帽和圓錐銷配套而成。具有結(jié)構(gòu)簡單、選材制造方便、經(jīng)濟(jì)性好、重量輕，這些優(yōu)點(diǎn)給現(xiàn)場裝拼，特別是高空作業(yè)帶來很大方便。組裝夾具的拆除，必須在焊接完畢后進(jìn)行，定位塊不能強(qiáng)力拆掉，切割時(shí)應(yīng)保留不小于2mm的余量，用磨光機(jī)磨平后按無損檢測(cè)工藝要求進(jìn)行檢驗(yàn)。(3)腳手架搭設(shè)腳手架是球罐組焊過程一項(xiàng)必要的設(shè)施，它是從安裝、焊接到檢驗(yàn)全部工程高空作業(yè)時(shí)工作人員的主要工作平臺(tái)。腳手架搭設(shè)合理與否對(duì)作業(yè)條件，安全生產(chǎn)，建設(shè)速度有密切關(guān)系。組裝操作用腳手架大部分采用三角腳手架形式。三角托架采用角鋼制作，預(yù)先固定在殼板所設(shè)的掛鼻上，并在層間鋪設(shè)鋼跳板作為操作平臺(tái)。為了方便球罐的組裝操作，球罐赤道帶板及以下各帶殼板的組裝采用在罐內(nèi)側(cè)作業(yè)的方法，球罐赤道帶板以上各帶殼板的組裝采用在罐外側(cè)作業(yè)的方法。據(jù)此，赤道帶板及其下部殼板三角腳手架設(shè)置于球殼內(nèi)部，赤道帶以上殼板的腳手架設(shè)置于球殼的外部。3.3組裝準(zhǔn)備3.3.1基礎(chǔ)檢查驗(yàn)收不論采用何種安裝手段，基礎(chǔ)尺寸的精度直接影響到該球罐的質(zhì)量和施工進(jìn)度。(1)使用經(jīng)緯儀測(cè)量確定各支柱間的夾角(2)由于本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)直徑較小，所以用鋼卷尺測(cè)量基礎(chǔ)直徑(3)采用水平儀測(cè)量基礎(chǔ)水平度3.3.2球瓣的幾何尺寸檢查和理化檢驗(yàn)球瓣的曲率及外形尺寸的好壞，會(huì)直接影響球罐的安裝質(zhì)量和施工進(jìn)度。檢查時(shí)應(yīng)把球瓣吊到胎具上進(jìn)行，對(duì)不合格的殼板要進(jìn)行調(diào)校。球罐材質(zhì)的理化檢驗(yàn)一般在制造廠做妥，并出具證明書。組裝前由安裝單位確認(rèn)制造廠的產(chǎn)品合格證書3.3.3其他地面準(zhǔn)備工作由于本次設(shè)計(jì)采用整體組裝法，所以在地面應(yīng)該進(jìn)行球殼板的預(yù)組對(duì)工作。此外，組裝用的三角掛架的勾鼻子，工卡具的擰緊螺母和起吊用的吊耳應(yīng)先焊在球瓣上，盡量減少高空作業(yè)的工作量，給安裝工作提供便利條件，以加快工作進(jìn)度，提高工作質(zhì)量。3.4組裝精度的控制3.4.1支柱偏差控制支柱安裝找正后，在球罐徑向和周向兩個(gè)方向的垂直度允許偏差由于支柱高度H=8000mm，所以。采用平墊鐵組來保證支柱的偏差會(huì)得到比較好的效果。3.4.2橢圓度、焊縫錯(cuò)邊量和角變形在球罐的安裝過程中，橢圓度、錯(cuò)邊量和角變形是其主要控制對(duì)象之一。他們的出現(xiàn)往往是由于壓制球瓣的精度不夠以及運(yùn)輸過程的損壞或堆放不妥所造成。所以在組裝前對(duì)球瓣的成型率和尺寸精度的檢查是不能放松。對(duì)不合格的地方必須在組裝前進(jìn)行校正。本次采用的整體組裝發(fā)由于焊接在整球組裝后進(jìn)行，所以它的調(diào)整性能好，基本避免了強(qiáng)力組裝，球體的成型精度好，容易達(dá)到偏差要求。另外，錯(cuò)邊量、角變形等偏差都在接縫位置。因此，裝夾具的正確選用，對(duì)控制偏差也起很大作用。4焊接工藝4.1鋼材的可焊性4.1.1低合金鋼的概述低合金鋼是碳素鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的合金化元素而成，其合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過5%，用以提高鋼的強(qiáng)度并保證其具有一定的塑性和韌性，或使鋼具有某些特殊性能，如耐低溫，耐高溫或耐腐蝕等。4.1.2低合金鋼的分類常用來制作焊接結(jié)構(gòu)的低合金鋼可分為高強(qiáng)度鋼、低溫用鋼、耐腐蝕用鋼及珠光體耐熱鋼四種。按鋼材的屈服強(qiáng)度及使用時(shí)的熱處理狀態(tài)分為以下三種：(1)在熱軋、正火或控冷控軋狀態(tài)焊接并使用的，屈服強(qiáng)度為294~490MPa的熱軋、正火及控冷控軋鋼。(2)在調(diào)制狀態(tài)下焊接和使用的，屈服強(qiáng)度為490~980MPa的低碳低合金鋼調(diào)質(zhì)鋼。(3)w（C）為0.25%~0.50%，屈服強(qiáng)度為880~1176MPa的中碳調(diào)質(zhì)鋼。4.1.3低合金高強(qiáng)度鋼的特性低合金高強(qiáng)鋼中w（C）一般控制在0.2%以下，為了確保鋼的強(qiáng)度和韌性，通過添加適量的Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al等微合金話元素，配合適當(dāng)?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥肀ＷC鋼材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。由于低合金鋼強(qiáng)度鋼具有良好的焊接性、優(yōu)良的可成型性及較低的制造成本，因此，被廣泛地用于壓力容器、車輛、橋梁、建筑、機(jī)械、海洋結(jié)構(gòu)、船舶等制造中，已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一。低合金鋼的強(qiáng)化機(jī)理與碳素鋼不同，碳素鋼主要通過鋼中的碳含量形成珠光體、貝氏體和馬氏體來達(dá)到強(qiáng)化：而低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)化主要是通過晶粒細(xì)化、沉淀硬化及亞結(jié)構(gòu)的變化來實(shí)現(xiàn)。4.1.4低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性低合金高強(qiáng)度鋼含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性與碳鋼有差別，主要是焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對(duì)焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對(duì)氫致裂紋敏感性較大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高強(qiáng)度鋼還存在再熱裂紋的危險(xiǎn)等。只有掌握各種不同低合金高強(qiáng)度鋼焊接性特點(diǎn)和規(guī)律的基礎(chǔ)上，才能制定正確的焊接工藝，保證低合金高強(qiáng)度鋼的焊接質(zhì)量。本球殼選用Q345R為球殼鋼板，球殼鋼板的化學(xué)成分見表4.1，鋼板的力學(xué)性能見表4.2。焊條選擇按焊接手冊(cè)3中熔敷金屬抗拉強(qiáng)度MPa中的焊條選用全位置焊接中低氫鈉型焊條對(duì)應(yīng)牌號(hào)技術(shù)數(shù)據(jù)見表5.3牌號(hào)CSiMnCrNiMoNbVPSAltQ345R≤0.20≤0.551.20-1.60≤0.025≤0.015≥0.020表4.1Q345R鋼板的化學(xué)成分表4.2Q345R鋼板的力學(xué)性能交貨狀態(tài)板厚mm拉伸試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)Rel（MPa）Rm（MPa）A（%）d=2a試驗(yàn)溫度℃AKVJ正火16345510≥21≤160≥34表4.3焊條熔敷金屬化學(xué)成分的技術(shù)要求（%）CMnPSSiMoMo其他元素0.120.900.0350.0350.600.40~0.650.30低合金高強(qiáng)度鋼含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性與碳鋼有差別，主要是焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對(duì)焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對(duì)氫致裂紋敏感性較大，所以選用低氫焊條—。4.2焊接工藝的選擇4.2.1焊接方法和焊條的選擇(1)焊接方法本次球罐的焊接采用手工電弧焊，因?yàn)榍蚬蕃F(xiàn)場大多需要全位置焊接。手工電弧焊使用方便，電弧的可見性好，適應(yīng)各種位置，適應(yīng)的厚度范圍、成分范圍、熱輸入量范圍廣，接頭的接近性好。但是手工電弧焊效率低，焊工疲勞度大，對(duì)焊工的技術(shù)要求高。焊接設(shè)備：ZX5—400型硅整流焊機(jī)。每臺(tái)焊機(jī)必須配置經(jīng)校驗(yàn)合格的電流表、電壓表；以便控制、記錄和檢查焊接時(shí)的線能量。每臺(tái)焊機(jī)要有良好的接地線，并標(biāo)注專機(jī)、專人的姓名和編號(hào)。球罐施焊的每位焊工應(yīng)配有焊條保溫筒(僅限于手工電弧焊用)、角向磨光機(jī)等工具。電流極性：直流反接。全部采用手工電弧焊，采取分段退焊法。(2)坡口形式球殼板間的縱焊縫與球體環(huán)焊縫以及人孔與球殼體的焊接為對(duì)接焊縫全采用坡口形式為60°上雙面不對(duì)稱X型坡口，鈍邊為2mm。小坡口H=4.3mm。溫度計(jì)、壓力計(jì)的接管與殼體間焊縫采用角焊縫鈍邊為1mm焊腳尺寸為4mm。排污孔、安全閥和進(jìn)出料口的厚壁管與球殼體的焊縫坡口選為雙單邊V型坡口鈍邊為2mm。開孔角度上下均為所有的法蘭選用帶頸對(duì)焊法蘭，厚度<4mm的接管與法蘭間直接進(jìn)行一次平焊厚度>4mm的接管與法蘭間開Y型坡口焊接，鈍邊為1mm[11]。(3)焊條的選擇為了有效的減少裂紋的發(fā)生，根據(jù)等強(qiáng)原則，現(xiàn)場采用與Q345R低合金鋼匹配的、規(guī)格為3.2mm和mm的J507焊條。J507焊條屬于低氫鈉性焊條，可以有效降低接頭中的含氫量。按照焊條質(zhì)量證明書對(duì)焊條進(jìn)行驗(yàn)收。按照GB/T5118標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊條熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能（焊條狀態(tài)）進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。(4)焊接材料管理由于氫是造成焊接裂紋的主要原因之一，所以必須對(duì)焊條熔敷金屬進(jìn)行擴(kuò)散氫含量（[H]）的測(cè)定，分別按照GB/T3965中規(guī)定的甘油法進(jìn)行，以[H]≤6.0mL/100g，氣相色譜法[H]≤10.0ml/100g為合格。J507焊條使用前按照GB/T5118中的規(guī)定應(yīng)在300~430·2h烘干，然后置于100-150恒溫箱內(nèi)，隨用隨取。焊工應(yīng)使用電加熱的焊條筒領(lǐng)用，保溫筒內(nèi)焊條必須在4h內(nèi)用完，否則應(yīng)退庫重新烘焙，但烘干次數(shù)不超過2次，超過2次的焊條不得用于球殼板焊接[12]。生銹、藥皮脫落、發(fā)霉、受潮的焊條不得使用。嚴(yán)格執(zhí)行焊條領(lǐng)用、發(fā)放、回收制度。(5)焊接材料估算焊材所需體積包括：球殼板間縱、環(huán)焊縫+支柱與球殼壁焊縫+支柱與底板+人孔凸緣與球殼板+接管與球殼+接管與法蘭+余量焊材質(zhì)量為4.2.2焊接工藝的確定(1)焊接工藝參數(shù)根據(jù)焊接工藝評(píng)定，使用焊條J507，焊接電流、電壓、速度見表5.4：表4.4Ф4.0J507焊條焊接工藝參數(shù)焊條直徑mm焊接電流A電弧電壓V焊接速度（）Φ4.0平焊（160~180）橫焊、仰焊（150~170）立焊（140~160）24~26平焊（24~26）橫焊（15~18）仰焊（20~21）立焊（25~28）(2)氣候條件在下述氣候條件時(shí)，要加以控制保護(hù)，否則不得進(jìn)行焊接a.雨天，下雨時(shí)應(yīng)停止焊接。b.刮風(fēng)，風(fēng)速大于8m/s時(shí)焊接應(yīng)停止，風(fēng)速小于8m/s時(shí)，但對(duì)焊接有不利影響因素時(shí)也應(yīng)停止焊接。c.溫度低于時(shí)不得進(jìn)行焊接。d.相對(duì)濕度大于90%時(shí)應(yīng)停止焊接。(3)焊前準(zhǔn)備由于球罐在現(xiàn)場施焊，焊縫長度大，焊接位置多，故對(duì)焊工要求也高。因此進(jìn)行球罐焊接的焊工必須進(jìn)行焊工訓(xùn)練及評(píng)定。只有通過評(píng)定的焊工才能進(jìn)行球罐焊接工作。a.焊工訓(xùn)練采用結(jié)構(gòu)鋼作為試板，焊條采用J507低氫鈉焊條。試板尺寸為，厚度選用殼體相同厚度，只作立焊。要求試板通過射線照相實(shí)驗(yàn)，焊縫外觀符合要求。b.焊工評(píng)定焊工能力評(píng)定要求按焊接工藝評(píng)定，即對(duì)其實(shí)際施焊的板材，采用的焊接材料、焊接位置進(jìn)行焊接。每個(gè)焊工需作仰焊+平焊、立焊、橫焊三種位置的焊接試板。試樣尺寸為。焊工能力評(píng)定試驗(yàn)，只要通過射線照相檢驗(yàn)。側(cè)彎試驗(yàn)及外觀檢查。合格要求同焊接工藝評(píng)定實(shí)驗(yàn)的要求。4.2.3焊接順序施焊時(shí)，其焊接順序應(yīng)遵循下列原則：先焊接縱向焊縫，后焊接環(huán)向焊縫；先焊短焊縫，后焊長焊縫；先焊坡口深度大的一側(cè)，后焊坡口深度小的一側(cè)。焊縫交叉部位時(shí)，應(yīng)先將縱縫焊到環(huán)焊縫坡口內(nèi)，然后將坡口內(nèi)的焊肉打磨干凈除去焊縫終端缺陷，焊接環(huán)焊縫時(shí)，不應(yīng)在交叉部位引弧或滅弧。詳細(xì)的焊接順序?yàn)椋菏紫冗M(jìn)行支柱與赤道帶的焊接→赤道帶X破口定位焊接→赤道帶縱縫大坡口焊接→赤道帶縱縫小坡口清根、探傷、焊接→上、下極帶小縱縫大坡口焊接→上、下極帶小縱縫小坡口清根、探傷、焊接→上、下極帶大縱縫大坡口焊接→上、下極帶大縱縫小坡口清根、探傷、焊接→上、下極帶環(huán)縫大坡口焊接→上、下極帶環(huán)縫小坡口清根、探傷、焊接→赤道帶環(huán)縫大坡口焊接→赤道帶環(huán)縫小坡口清根、探傷、焊接→工卡具焊疤與局部焊縫外觀的修磨→無損探傷→局部焊縫返修→無損探傷。(1)赤道帶焊接工藝赤道帶縱焊縫共16條，每條長7241.60mm，焊接采取分段多道多層焊，每條赤道帶縱焊縫里外共焊4層，大坡口側(cè)焊3層，小坡口側(cè)焊1層。焊接時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行定位焊禁錮兩球殼板，然后采用向上立焊，先焊接大坡口側(cè)，之后在小坡口側(cè)進(jìn)行氣刨清根和砂輪機(jī)打磨和磁粉檢測(cè)，合格后再焊接小坡口側(cè)焊縫。將赤道帶縱焊縫平均分成三段，每段長2414mm。先焊上段大坡口側(cè)，焊接按每小段500mm長分段退向焊。(2)上、下極板與赤道板拼接焊縫的焊接工藝上下極板焊縫焊接結(jié)束后，上極板拼接焊縫在與赤道板組裝成球后進(jìn)行焊接時(shí)，外側(cè)大坡口以平焊為主，而內(nèi)側(cè)小坡口則以仰焊為主。下極板拼接焊縫焊接時(shí)外側(cè)大坡口以仰焊為主，而內(nèi)側(cè)小坡口以平焊為主。在焊接時(shí)采用分段退向焊，每段焊縫長600mm左右。大坡口側(cè)焊縫焊完后，背面進(jìn)行清根、打磨、磁粉檢測(cè)，合格后進(jìn)行小坡口側(cè)焊縫的焊接。在焊接時(shí)，用曲率樣板邊焊邊檢查焊縫的角變形情況。(3)上下人孔凸緣對(duì)接焊縫的焊接工藝人孔凸緣的坡口形式與球罐對(duì)接焊縫的坡口形式相同。焊接規(guī)范按照橫焊縫的焊接規(guī)范進(jìn)行。焊接時(shí)，先焊大坡口側(cè)的焊縫，各層各道的排列要均勻適當(dāng)，避免產(chǎn)生夾渣和咬肉等缺陷。大坡口側(cè)焊縫焊完后，在小坡口側(cè)進(jìn)行氣刨清根、打磨、磁粉檢測(cè)，合格后在焊小坡口側(cè)。(4)接管角焊縫焊接工藝無需補(bǔ)強(qiáng)的接管在與球殼板焊接時(shí)，坡口采用氧乙炔焰切割，坡口一般角度采用50°，并且接管組裝前要打磨坡口，使之露出金屬光澤。焊接時(shí)，先焊大坡口面的焊縫，每層每道要排列適當(dāng)，每層的焊渣一定要清除干凈。各層各道的起弧點(diǎn)要錯(cuò)開80mm。大坡口側(cè)焊縫焊完后，在小坡口側(cè)進(jìn)行氣刨清根、打磨、磁粉檢測(cè)。然后再進(jìn)行焊接。焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱消氫處理。另外，接管角接焊縫的焊接，容易產(chǎn)生焊接收縮裂紋，因此，應(yīng)進(jìn)行充分的預(yù)熱。(5)焊接中的注意事項(xiàng)焊道因故中斷焊接時(shí)，立即進(jìn)行加熱緩冷處理，再行施焊前除按規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱外，還應(yīng)將原焊道的弧坑部分打磨掉，確認(rèn)無裂紋后，方可按原工藝要求繼續(xù)焊接。在施焊過程中，應(yīng)對(duì)每個(gè)焊工的焊接質(zhì)量進(jìn)行必要的跟蹤檢查。對(duì)焊接工藝參數(shù)的控制應(yīng)采取有效措施，焊接的線能量應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)。質(zhì)檢員和技術(shù)人員隨時(shí)對(duì)其記錄進(jìn)行檢查。測(cè)溫員按時(shí)做好測(cè)溫記錄。焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱消氫處理[13]。4.3焊后檢查4.3.1目測(cè)檢查焊后對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查，檢查前應(yīng)將熔渣皮、飛濺物等清理干凈。焊縫表面應(yīng)符合下列規(guī)定：(1)焊縫和熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、咬邊、夾渣、凹坑、未焊滿等缺陷。(2)焊縫的寬度應(yīng)比坡口每邊增寬1~2mm。(3)對(duì)接焊縫的余高應(yīng)符合下表要求6-1。(4)工卡具去除后的表面，不得有裂紋、氣孔、咬邊、夾渣、凹坑、未焊滿等缺陷。表4.5對(duì)接焊縫余高焊縫深度（mm）焊縫余高（mm）大坡口8.6mm小坡口4.3mm0~1.5（）0~1.5（）4.3.2射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)焊縫的射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)應(yīng)按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《壓力容器無損檢測(cè)》JB4730-2005進(jìn)行，焊縫射線檢測(cè)可選用X射線檢測(cè)法。射線照相的質(zhì)量要求不應(yīng)低于AB級(jí)[15]。4.3.3磁粉檢測(cè)(1)球罐的下列部位應(yīng)在壓力試驗(yàn)前（如球罐需焊后整體熱處理時(shí)應(yīng)在熱處理前）進(jìn)行磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)；球殼對(duì)接焊縫內(nèi)外表面；人孔及公稱直徑大于或等于250mm接管的對(duì)接焊縫的內(nèi)外表面；接管與球殼板焊縫內(nèi)外表面；補(bǔ)強(qiáng)圈、墊板、支柱及其他角焊縫的外表面；工卡具焊跡打磨后及球殼體缺陷焊接修補(bǔ)和打磨后的部位；球罐壓力試驗(yàn)后應(yīng)進(jìn)行磁粉檢測(cè)復(fù)查，復(fù)查比例應(yīng)為焊縫全長的20%及以上，復(fù)查部位包括每一相交的焊縫接頭、接管與球殼板焊接內(nèi)外表面、補(bǔ)強(qiáng)圈、墊板、支柱及其他角焊縫的外表面、每個(gè)焊工所焊焊縫及工卡具焊跡打磨和殼體缺陷焊接修補(bǔ)和打磨后的部位；檢測(cè)時(shí)間對(duì)于本次設(shè)計(jì)為焊接結(jié)束后24h，方可進(jìn)行檢測(cè)。(2)磁粉檢測(cè)的合格標(biāo)準(zhǔn)：a.不得出現(xiàn)任何白點(diǎn)、裂紋；b.不得出現(xiàn)橫向缺陷顯示；c.任何長度大于1.5mm的線性缺陷顯示；d.單個(gè)尺寸大于或等于2mm的圓形缺陷顯示；e.在的焊縫面積上，缺陷顯示累計(jì)長度不應(yīng)大于2mm；4.4球罐整體熱處理4.4.1焊后熱處理的目的和參數(shù)焊后熱處理是指將焊接構(gòu)件均勻加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)下某一溫度，使大部分殘余應(yīng)力得以釋放，或使金相組織發(fā)生某種變化，從而改善焊接結(jié)構(gòu)的性能。球罐進(jìn)行焊后整體熱處理。球形儲(chǔ)罐焊后整體熱處理的主要目的是消除焊接殘余應(yīng)力，改善球罐使用性能。熱處理參數(shù)見表4.6焊后熱處理的目的主要有：(1)制造過程中的中間熱處理來避免高度約束的焊件裂紋；(2)釋放殘余應(yīng)力，以避免使用中尺寸變化或應(yīng)力腐蝕；(3)改善焊接接頭的韌性和塑性；(4)恢復(fù)冷作時(shí)的預(yù)應(yīng)變和時(shí)效而喪失的性能。表4.6主要工藝參數(shù)容積（m3）板厚材質(zhì)處理溫度℃升溫速度℃/h保溫溫度℃降溫速度℃/h保溫時(shí)間min100016Q345R600±25400℃以上50～80585±1530～501204.4.2焊后熱處理的方法焊后熱處理方法重要分為：現(xiàn)場焊后熱處理、局部熱處理、分件熱處理。本次采用現(xiàn)場焊后熱處理，以球體本身作為燃燒室，燃料在其內(nèi)部空間燃燒，球殼外部采用保溫材料隔熱，以達(dá)到一定溫度。這種方法在我國多次成功使用。特別適用于大型球罐的現(xiàn)場熱處理。由于整體熱處理加熱均勻，消除殘余應(yīng)力效果較好。本次設(shè)計(jì)采用氣體丙烷作為燃料。球罐整體熱處理裝置包括燃燒系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、液化石油氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)。5氣密性檢驗(yàn)5.1水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)前應(yīng)具備下列條件：a.球罐和零部件焊接工作全部完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后；b.基礎(chǔ)二次灌漿達(dá)到強(qiáng)度要求；c.完成熱處理，產(chǎn)品焊接實(shí)驗(yàn)板經(jīng)檢驗(yàn)合格；d.支柱找正和拉桿調(diào)整完畢[14]。(1)試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作試驗(yàn)介質(zhì)為潔凈水，水溫不得低于5℃，球罐的試驗(yàn)壓力為1MPa。進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在球罐頂部和底部各設(shè)置一塊量程為0～2MPa并經(jīng)校驗(yàn)合格，精度為1.5級(jí)，表殼公稱直徑為150mm的壓力表，試驗(yàn)壓力讀數(shù)以球罐頂部壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)。試驗(yàn)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，必須經(jīng)有關(guān)工藝、檢查、監(jiān)察人員共同檢查合格后方可進(jìn)行。(2)水壓試驗(yàn)的步驟緩慢地充滿水，排除內(nèi)部空氣，封好上部開孔，裝上壓力表。待容器壁溫與水溫接近時(shí)才能緩慢升壓，壓力升至試驗(yàn)壓力的50%時(shí)，保持15min，然后對(duì)球罐的所有焊縫和連接部位作滲漏檢查，確認(rèn)無滲漏后，繼續(xù)升壓。壓力升至試驗(yàn)壓力的90%時(shí)，保持15min，再次作滲漏檢查，確認(rèn)無滲漏后再升壓。達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力時(shí)，保持30min，然后將壓力降至0.8MPa設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行檢查，以無滲漏和無異?，F(xiàn)象為合格。液壓試驗(yàn)完畢后，應(yīng)將水排盡。排水時(shí)，不應(yīng)就地排放。(3)合格標(biāo)準(zhǔn)a．無滲漏；b.無可見的異常變形；c.試驗(yàn)過程中無異常的響聲。水壓試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁碰撞敲擊球罐，試壓結(jié)束后，應(yīng)打開放空口，使壓力緩慢降至零，先打開上部人孔，然后打開下部放水閥門，將水緩慢放出，嚴(yán)禁就地排放。(4)基礎(chǔ)沉降觀測(cè)在水壓試驗(yàn)過程中，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行沉降觀測(cè)，并作好實(shí)測(cè)記錄。沉降觀測(cè)在下列階段進(jìn)行a.充水前；b.充水高度到1/3球殼直徑時(shí)；c.充水高度到2/3球殼直徑時(shí)；d.充滿水時(shí)；e.充滿水小時(shí)后；f.放水后。觀測(cè)位置為球罐各支柱下端的沉降測(cè)量板，觀測(cè)儀器為水準(zhǔn)儀。放水后，不均勻沉降量不應(yīng)大于基礎(chǔ)中心圓直徑的1/1000，相鄰支柱基礎(chǔ)沉降差不應(yīng)大于2mm。5.2氣密性試驗(yàn)水壓試驗(yàn)結(jié)束經(jīng)無損檢測(cè)合格后，吹干罐內(nèi)殘水即可進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)為干燥、清潔的空氣，氣體溫度不低于15，球罐的試驗(yàn)壓力為1MPa。在球罐頂部和底部各設(shè)置一塊量程為0～4MPa并經(jīng)校驗(yàn)合格，精度為1.5級(jí)，表殼公稱直徑為150mm的壓力表，試驗(yàn)壓力讀數(shù)以球罐頂部壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)。氣密試驗(yàn)按下列步驟進(jìn)行：a.試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，壓力升至試驗(yàn)壓力的50%時(shí)，保持10min，然后對(duì)球罐所有焊縫和連接部位進(jìn)行泄漏檢查，確認(rèn)無泄漏后繼續(xù)升壓。b.壓力升至試驗(yàn)壓力時(shí)，保持10min，對(duì)所有焊縫和連接部位涂肥皂水進(jìn)行檢查，以無泄漏為合格，如有泄漏，應(yīng)在進(jìn)行處理后重新進(jìn)行試驗(yàn)。c.卸壓時(shí)應(yīng)緩慢。d.氣密性試驗(yàn)時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意環(huán)境溫度的變化，監(jiān)視壓力表讀數(shù)，防止發(fā)生超壓事故。不得用連續(xù)加壓來維持試驗(yàn)壓力不變，以無滲漏和無異?，F(xiàn)象為合格。5.3球罐附件的安裝梯子、平臺(tái)等鋼結(jié)構(gòu)制作和安裝，除按設(shè)計(jì)圖紙要求外，還應(yīng)附合GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工與驗(yàn)收規(guī)范》中有關(guān)規(guī)定。球罐氣密性試驗(yàn)后合格后按施工圖要求進(jìn)行梯子、平臺(tái)、安全閥、等附件進(jìn)行安裝。結(jié)論1、本次球罐設(shè)計(jì)選用Q345R材料，設(shè)計(jì)壓力0.79MPa，設(shè)計(jì)溫度-14.1~50℃，球殼名義厚度16mm，采用混合式三帶八支柱型球殼，支柱采用赤道正切中的U型管柱結(jié)構(gòu)形式。通過分析材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能以及焊接性能的分析，驗(yàn)證了Q345R材料在本次球罐設(shè)計(jì)中的可行性。2、通過對(duì)比橘瓣式，足球、橘瓣混合式兩種典型球罐結(jié)構(gòu)，分析比較其結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定選擇足球橘瓣混合式結(jié)構(gòu)。3、對(duì)拉桿、支柱與球殼連接最低點(diǎn)a的應(yīng)力校核等計(jì)算，通過與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算值均大于標(biāo)準(zhǔn)值，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)選取的可行性。5、根據(jù)鋼材的可焊性試驗(yàn)，確定焊接工藝參數(shù)，對(duì)焊材進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果證明焊接接頭的強(qiáng)度、韌性、塑性、致密性等均符合要求。6、容器成型后進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)和水壓試驗(yàn)以及焊縫的無損檢測(cè)，應(yīng)該滿足文獻(xiàn)中的相關(guān)規(guī)定。7、本次設(shè)計(jì)的異丁烯球罐結(jié)構(gòu)合理，工藝合格，使得本次球罐的制造具有可行性。致謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于可以告以段落了，但本次設(shè)計(jì)之所以能夠完成，都離不開指導(dǎo)老師—孟凡玲的精心指導(dǎo)和耐心幫助，特別是孟凡玲老師對(duì)球罐結(jié)構(gòu)和焊接工藝設(shè)計(jì)有著豐富理論知識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)完美結(jié)合。我也從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中受益非淺。這次是我即將走入社會(huì)，踏上工作崗位前的一次實(shí)際鍛煉，為以后的工作邁出了堅(jiān)實(shí)的一步；在此我對(duì)指導(dǎo)老師孟凡玲老師和所有焊接的老師的諄諄教誨表示深深的感謝！并以實(shí)際行動(dòng)全身心的投入到將來的工作崗位上去，把自己的所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的工作生產(chǎn)中去，為社會(huì)多做貢獻(xiàn)來報(bào)答老師多年來的培育之情。參考文獻(xiàn)[1]徐英，楊一凡，朱萍.球罐和大型儲(chǔ)罐.第1版.化學(xué)工業(yè)出版社，2005.3~4[2]王嘉鱗,侯賢忠.球形儲(chǔ)罐焊接工程技術(shù).第二版.機(jī)械工業(yè)出版社，1999.[3]HG_21518-2005.回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔.69~72[4]SHT3138-2003.球形儲(chǔ)罐整體補(bǔ)強(qiáng)凸緣.98~99[5]HG20592-2009.鋼制管法蘭（PN系列）.13~14[6]方書起主編.化工設(shè)備課設(shè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.91~93[7]GB12337—1998.鋼制球形儲(chǔ)罐.27~30[8]GB150—2010.163~167[9]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)，焊接手冊(cè)第二卷.第二版.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[10]GB50994—98.球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范.7~8[11]HG_20583-1998_鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定.332~361[12]GB_T_5118-1995.7~9[13]SH/T3512—2002.球形儲(chǔ)罐工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn).23~34[14]JB4730-2005.壓力容器無損檢測(cè).附錄A附錄B在氣體保護(hù)焊中一個(gè)新的金屬流動(dòng)的分類的形成過程DanutIordachescu,LuisaQuintinoCentroLa′ser-UniversidadPolite′cnicadeMadrid,Ctra.deValencia,km.7300,CampusSurU.P.M.,28031Madrid,SpainInstitutoSuperiorTecnico–STM,AvaRoviscoPais,1049-001Lisboa,Portugal摘要：本文回顧了在焊接原理和技術(shù)提升方面由金屬流動(dòng)所獲得的成果。它深入的分析了在GMA焊接中金屬流動(dòng)的實(shí)際分類，描述了有關(guān)現(xiàn)象并且提出了需要改進(jìn)之處，使人們能夠更好的理解電弧焊并且工作更方便。本文綜述了基本概念和定義以及重新界定：基本轉(zhuǎn)移模式與自然的傳輸模式，變異與控制，混合與方差，結(jié)合模式，低噴霧轉(zhuǎn)移。這種新的分類很簡單，并且沒有違背自然和科學(xué)的觀點(diǎn)上的邏輯編碼。這是科學(xué)家們通過研究、設(shè)計(jì)、和工業(yè)應(yīng)用總結(jié)出來的一項(xiàng)極為重要的焊接技術(shù)，讓我們了解到了金屬流動(dòng)的過程和焊接參數(shù)。1.介紹自動(dòng)化焊接要求閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括了在過程模型基礎(chǔ)上進(jìn)形對(duì)單元的控制。創(chuàng)造出這些模型在理論上和實(shí)踐上都是重要的，通過電弧增加了對(duì)金屬流動(dòng)模型的關(guān)注，因?yàn)檫@直接影響到了焊接結(jié)果。過去的10年在理論上反復(fù)仿制，通過電弧的幫助使得金屬流動(dòng)有助于綜合設(shè)計(jì)的多種靈活的工業(yè)體系，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。這是科學(xué)家們通過研究、設(shè)計(jì)、和工業(yè)應(yīng)用總結(jié)出來的一項(xiàng)極為重要的焊接技術(shù)，讓我們了解到了金屬流動(dòng)的過程和焊接參數(shù)。這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)決定性貢獻(xiàn)是國際焊接研究所，金屬流動(dòng)模式中的分類，這是蘭卡斯特大學(xué)教授在1984年公布出來的在SG212獲得的成果。這個(gè)話題中的第一個(gè)貢獻(xiàn)是在1976年，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)一步的研究直到今天這個(gè)問題才被關(guān)注。這是諾里什的全體一致的同意，在2003年的年度大會(huì)上，有各種各樣的人貢獻(xiàn)這個(gè)話題。在過去的幾年在這個(gè)問題上的爭論主要圍繞著國際焊接研究所的觀點(diǎn)和SG212實(shí)驗(yàn)中的研究結(jié)果。常利率的傳輸模式已經(jīng)被焊接供應(yīng)商證明，轉(zhuǎn)移模式的電弧電壓、焊接電流，這些都是經(jīng)典的圖表，并且每個(gè)設(shè)備供應(yīng)商都提供一套實(shí)用的工具給用戶，來指導(dǎo)他們工作。焊接工藝和電弧圖象技術(shù)的發(fā)展使得我們更清楚的理解了這個(gè)現(xiàn)象，使得他被進(jìn)一步的詳細(xì)的描述出來，并且需要一個(gè)新的分類來進(jìn)行劃分。另一方面，猶豫沒有太多在傳輸模式這一方面的正確分類。所以修改重新制定這種分類變得越來越必要?；趯?shí)際來對(duì)其進(jìn)行修改，使之變得跟實(shí)用、方便用、并且更多樣化。因此，本文是對(duì)需求的討論，以及回顧根據(jù)焊接成果中金屬的流動(dòng)。響應(yīng)了工業(yè)的需求，設(shè)備生產(chǎn)商在電弧焊技術(shù)引入的創(chuàng)新是尋求的低熱輸入變量。從實(shí)踐上看，當(dāng)新的技術(shù)被發(fā)明的時(shí)候，這項(xiàng)技術(shù)卻成了差異，主要利用控制在過渡區(qū)金屬流動(dòng)的模式。2.金屬流動(dòng)模式的類型影響金屬流動(dòng)模型的的嘴主要因素從一開始就是焊接電流和焊接電壓，當(dāng)改變這些主要的技術(shù)參數(shù)，金屬流動(dòng)的類型也隨之改變。這種方法是遵循古典直流或交流電源的原則而使用的方法。在過去的十年里在焊接來源方面取得的成果，徹底的改變了金屬流動(dòng)的模式。由總所周知IIW提出的經(jīng)典論是根據(jù)自然轉(zhuǎn)移的概念提出的，它描述了焊接來源的相同性。如今，我們很少談?wù)撟匀坏膫鬟f模式，是因?yàn)樵谥饕膽?yīng)用和各個(gè)工序中不同的受控制的傳遞模式正在被優(yōu)先使用。這些與基本的傳遞模式的清晰差異起著重要的作用。另一方面，甚至在是用受控制的傳遞模式的時(shí)候，由于成產(chǎn)者選用不同的電源，傳遞模式也各有不同。在同一個(gè)傳遞模式范疇內(nèi)，由不同的技術(shù)達(dá)成了相同的目標(biāo)的方法，這也是“差異”。當(dāng)然焊接過程各自有自己的特點(diǎn)，這主要是由于不同的傳遞類型影響的。甚至當(dāng)分析一個(gè)單一的過程時(shí)，保護(hù)氣體也會(huì)大幅度影響熔敷金屬的傳遞方式，即便是使用受控制的傳遞方式。在以以往的IIW會(huì)議和SG212中提出的理論為依據(jù)，本體提出了在GMA過程中一種新的金屬傳遞方法的分類。因此，在基礎(chǔ)的傳遞模式之上提出了一種新的分類方法。除此之外，通過技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這種傳遞方式，就好像是相關(guān)變量與方差之間不同的定義一樣。這種方法跟適用于由現(xiàn)代的焊接電弧電源和過程所產(chǎn)生的傳遞模式，也允許基于根據(jù)物理學(xué)的過程的熔敷金屬傳遞的分類。3.在GMA的過程中的基本金屬傳遞模式一種金屬的傳遞模式的分類結(jié)構(gòu)隨著電流和電壓的增長而變化這一現(xiàn)象是被許多在這一領(lǐng)域中活躍的學(xué)者所希望的，因?yàn)檫@將使過程參數(shù)和和金屬傳遞模式之間的聯(lián)系解釋清楚，并且關(guān)系到電流弧的穩(wěn)定性以及顆粒的外觀和質(zhì)量。基于主要力量型的金屬在從融化的電極絲中分離過程中扮演著重要的角色，基本傳輸模式的三大分類可以定義：A短路型—表面張力起主要作用B球型—重力合力起重要作用C噴霧型—電弧壓力合力起重要作用為了使分類更為簡單，只有在基本傳遞模式中計(jì)算出的水平的兩個(gè)地方，如表3所示。這使得分類更為簡單，無論是從基礎(chǔ)的還是技術(shù)的觀點(diǎn)上看都沒有邏輯錯(cuò)誤。因此這六個(gè)基本傳遞模式的新的分類方式為：A—短路型，B1—球狀墜落型，B2—球狀擊退型，C—噴霧型，C2—流動(dòng)型和C3—旋轉(zhuǎn)型。在GMAW熔滴過度領(lǐng)域的實(shí)際知識(shí)以及多數(shù)專家的意見向我們申明這五類既包括自然傳遞模式也包括受控制的傳遞模式。如果它的命名擴(kuò)大到噴霧式傳遞的模式它也可以定義為根本的傳輸模式。如果這各定義的應(yīng)用被限制在定義中，那她講失去它的相關(guān)性。在非控制的傳遞過程中，觀察是必要的，由諾里什定義的噴霧定義是不穩(wěn)定的，即在當(dāng)前的過渡地帶隨機(jī)發(fā)生在一個(gè)范圍很窄的電流。經(jīng)驗(yàn)表明，一個(gè)有權(quán)威的協(xié)會(huì)在介紹一個(gè)金屬傳遞模式的時(shí)候是受歡迎的，圖片在應(yīng)用上比草圖更容易被人接受。更有甚者，一些醫(yī)生建議一些有關(guān)聯(lián)的表格、圖片或視頻。這可能會(huì)大大增加在更廣泛的環(huán)境中對(duì)金屬傳輸模式的理解和知識(shí)的整體水平，以及對(duì)GMA過程現(xiàn)象學(xué)的分析。實(shí)際上一種經(jīng)典的分類的附件是需要詳細(xì)的變種、方差、混合模式等新技術(shù)和工藝的支持的。如果這個(gè)附件是一個(gè)CD/DVD，它可能充分說明了轉(zhuǎn)移過程對(duì)所有類型的傳遞方式。與基本模型不同的是，它注意到了混合模式和相關(guān)聯(lián)模式的區(qū)別，這些差異基本上是結(jié)合不同類型的基本傳輸模式產(chǎn)生的。雖然混合模式涉及兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳輸模式類型，但是相似的或不同的時(shí)期，合并后的傳輸模式是有意焊接電源控制轉(zhuǎn)移的。基本傳輸模式的變體是通過特殊的模式實(shí)現(xiàn)的，由于設(shè)備生產(chǎn)商近年來一直在找能夠提供更低能量的焊接電源，在多樣性方面的主要發(fā)展取得了短路傳輸模式。因此，現(xiàn)在我們可以看到至少有三個(gè)重要的導(dǎo)致短路傳輸?shù)募夹g(shù):-經(jīng)典GMAW技術(shù)-表面張力轉(zhuǎn)移技術(shù)-冷技術(shù)過渡技術(shù)當(dāng)接近控制傳輸模式時(shí)，首先注意到我們是否正在處理也是很重要的：-單一控制過程-實(shí)時(shí)控制過程4.GMA傳輸模式的流程氣體保護(hù)焊的六個(gè)基本傳輸模式，如圖所示，無論是在使用被稱作是無控制電流的時(shí)候還是在使用具有電壓脈沖特性的現(xiàn)代電源提供的電流情況下。不過，這有可能和條件發(fā)生被迫轉(zhuǎn)移有關(guān)，可能程序使用電源的地方可用控制脈沖氬弧焊。本文所用的術(shù)語指定第二種情況是控制傳輸模式，它們是兩種類型：簡單地控制和實(shí)時(shí)（閉環(huán)）控制。短路傳輸模式的是用是在由熔融金屬產(chǎn)生很短的電弧下進(jìn)行的，這顯然會(huì)產(chǎn)生短路焊接電流橋梁中斷。電橋——即焊接熔池的融化金屬主要是受表面張力的合力影響，這也是影響焊接平衡的因素球狀下降傳輸模式使熔敷金屬大幅度墜落，同時(shí)降低了頻率。當(dāng)提高焊接電流時(shí)，傳輸模式發(fā)生球狀擊退，這就是氣體保護(hù)焊的特征，這擊退了熔化金屬上“長”的下降，如圖3所示。在最后的兩個(gè)傳輸模式中，重力的合力占主要作用，這是從電絲極底部產(chǎn)生的很好的平衡。滴噴霧模式描述諾里什為一個(gè)特殊的現(xiàn)象，金屬下跌定義為近球形，其直徑比電極絲較大。在新的分類中滴噴型也可以擴(kuò)展到預(yù)測(cè)過程中，其中金屬熔滴抵抗預(yù)測(cè)的能力很強(qiáng)烈，與一維的電極絲直徑相比較，這顯然是連續(xù)的。因此，這一論述覆蓋了預(yù)測(cè)式的熔滴墜落和噴霧傳輸模式如圖3.隨著電流的增長，熔滴變得越來越小頻率越來越快的時(shí)候就形成了傳輸。在非常高的焊接電流值，熔化的金屬純粹是流動(dòng)的，由于受高值產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場，流動(dòng)是旋轉(zhuǎn)的。這六種基本傳輸模式的描述，是從最開始的電流和電壓的最低值一直到最高值變化所得的，焊接電流的變化在傳輸模式上的扮演著重要的角色。在噴霧的基本范疇的情況下，主力管熔化的金屬轉(zhuǎn)移是電弧壓力造成的，從而保證了對(duì)熔池金屬強(qiáng)勁的預(yù)測(cè)。當(dāng)電流增加時(shí)候，壓力增加的增加是伴隨的，為了分離熔滴金屬和其對(duì)熔池的排斥，以及用于生成和旋轉(zhuǎn)流體金屬的?；玖鲃?dòng)模式的主要區(qū)域是被所謂的當(dāng)前過渡區(qū)域所分開的，特點(diǎn)是不穩(wěn)定的過程。首先如圖一所示，過渡區(qū)分開球狀和噴霧基本群的地區(qū)，作為第二個(gè)跳變電流在圖3上已被標(biāo)出。諾里什在2003年以下墜的流動(dòng)模式做的圖形表示，將成為第二暫態(tài)電流重疊區(qū)。可以設(shè)想，一個(gè)過渡之間的短路和地區(qū)目前的球狀區(qū)域，第一個(gè)跳變電流也存在，如圖3所示。必須強(qiáng)調(diào)渡區(qū)的重要性。在轉(zhuǎn)移的自然模式（和非脈沖控制的不足時(shí)，使用動(dòng)態(tài)焊接源（Ponomarev等人案，2003））中，短路和球狀模式隨機(jī)出現(xiàn)下降這里面的過渡地帶，產(chǎn)生了混合傳輸模式。不過，這種混合傳輸模式也發(fā)生在第二個(gè)過渡當(dāng)前區(qū)域，結(jié)合噴霧（大多下跌噴），球狀（降或排斥）和/或什至短路轉(zhuǎn)移的基本模式。在合并后的傳輸模式中，當(dāng)控制焊接工藝的使用，可取得純短路或下降噴霧。為了描述這些控制流動(dòng)模式出現(xiàn)的過度區(qū)域。在另一方面，根本的控制模式可呈現(xiàn)在同一個(gè)圖，如圖3。因此，考慮到重疊的傳輸模式為根本，自然和控制轉(zhuǎn)移的地區(qū)可能會(huì)被注意到如（圖3），電流和電壓的區(qū)域可能存在于一個(gè)變化范圍內(nèi)，通過控制下降噴霧或短路得來實(shí)現(xiàn)。這是由于不同的保護(hù)氣體或其他技術(shù)原因所產(chǎn)生的不同的電離電壓。在解決過程中最低的熱輸入值的情況下，轉(zhuǎn)移可能發(fā)生在球狀下降或短路模式。這兩種模式都大約發(fā)生在頭一個(gè)瞬時(shí)電流和精確控制的過程，這個(gè)過程需要穩(wěn)定環(huán)境并且用適當(dāng)?shù)暮附与娫磥碇С值?，特別要注意對(duì)磁吹弧，因?yàn)榧词乖诠ぷ鲿r(shí)控制脈沖與惰性氣體的混合，意外地?fù)敉四Ｊ揭部赡馨l(fā)生。5.結(jié)論建議本文件增加的流動(dòng)模式分類的文件以下：-首先確定一個(gè)過渡當(dāng)前區(qū)域，分離短期的球狀區(qū)域短路;因此，根據(jù)目前的方向不斷增加，目前已經(jīng)觀察到過渡區(qū)分開球狀其外噴涂面積變成第二暫態(tài)電流帶;問題可能存在其他過渡區(qū)引起的問題;-一個(gè)新的傳輸模式分類金屬結(jié)構(gòu)上的電流和電壓的增加和對(duì)物理學(xué)的轉(zhuǎn)移，它可以讓人們清楚地明白兩者之間的工藝參數(shù)和熔滴過渡模式，這與電弧穩(wěn)定、珠子和珠子外觀質(zhì)量的相關(guān)連;-傳輸模式的六個(gè)基本計(jì)價(jià)可以是自然或認(rèn)為控制；-解釋了基本概念，并建議以統(tǒng)一的轉(zhuǎn)移過程有系統(tǒng)地使用，滿足其一般的共同理解的描述：基本傳輸模式，天災(zāi)難測(cè)控制傳輸模式，變體對(duì)比差異，混合對(duì)比混合的模式，滴噴轉(zhuǎn)移;-所有焊接專家參與制定的新分類簡單，直觀，非常方便和易于使用。-新圖“相電弧電壓和電流強(qiáng)度轉(zhuǎn)移模式”提出了根本和控制傳輸模式;-在這些建議的基礎(chǔ)上，一個(gè)新的關(guān)于在GMA過程中關(guān)于金屬流動(dòng)模式的圖標(biāo)被提出。引用Andersen,N.E.,1990.Mig/Mag-Svejsning.A/SESAB,Denmark,pp.64.Andersen,N.E.,2003.ExpertSet01—CourseBookMIG/MAG-Welding.CD-ROM.FroniusInternationalGMBH.Constantin,E.,Iordachescu,M.,Constantin,V.,2001.Mathematicalmodellingformasstransfer’sdynamicsthroughtheweldingarc.In:4thEuropeanConferenceOnWelding,JoiningandCutting,DevelopmentofWeldingandAlliedProcessesattheBeginningoftheNewMillennium—EUROJOIN4Cavtat-Dubrovnik,Croatia,24–26May,pp.577–582.Dilthey,U.,Ulrico,K.,2000.GMA-BrazingofGalvanizedandAlloyedSteels.IIWDoc.XII-1630-00.WeldingInstitute,AachenUniversity,Germany.Dilthey,U.,Gollnick,J.,Pavlyk,V.,2004.IntegrativeMIG/MAGprocesssimulation.In:InternationalerKongressderEWF,13–14Mai,Wien,p.V1-1-6.Iordachescu,D.,Quintino,L.,2004.Contributionstothe