超好的大专焊接毕业设计.doc

天津滨海职业学院毕业设计（论文）锅炉的焊接工艺作者：刘建秀院系：天津滨海职业学院机电工程系专业：焊接技术及自动化年级：2007级学号：2007019108指导教师：孙昊鹏毕业设计任务书设计题目：锅炉的焊接工艺完成期限：自 2009 年 11 月 6 日 至 2010年 4 月28 日止一、设计原始依据（资料） 根据设计图纸以及计划制定适合本次焊接的工艺，在制造的过程中对重要部分要做重点的说明，采取GB标准，和原始设计材料要有执行标准，焊接采用埋弧自动焊接双面焊。二、设计内容和要求本次设计涉及到选料、放样、下料、装配、焊接、检验、热处理、水压试验等工艺，要求要严格按照设计标准，注意施工安全。本人签字：刘建秀 2010年4月28日 毕业设计内容摘要主要对锅炉的焊接,介绍焊接筒体的方法和主要注意事项 , 为了提高效率和以后生产需要，要根据设计要求，设计焊接参数及焊接方法，尽量减少焊接缺陷的产生以减少不必要的损失。关键词： 锅炉筒体 焊接 焊接缺陷 防治方法 目 录一、焊接前准备工作（一）基本设计情况锅炉筒体设计参数 5焊接材料的设计 5坡口的设计 5（二）板材的划线与下料板材的划线 6下料 6（三）坡口的加工坡口设计原则 6坡口的制备 7 （四）滚板卷板滚弧 7卷板原理 8定位焊 8（五）坡口清理机及烘干9二、筒体的焊接（一）焊接参数参数的选择 9（二）焊接前的检验10 （三）筒体的焊接10纵缝的焊接 11环缝的焊接 11引弧、电弧长度的控制、收弧 12合拢环缝的焊接12三、焊接后的检验（一）射线探伤 12（二）焊缝中常见焊接缺陷的分析 13四、焊后热处理 15五、水压试验 15参考文献 16一、焊接前的准备工作（一）基本设计情况1、主体设计参数主体材料为20R，板厚26mm。长度为4850mm；筒体的直径为3200mm 。2、接材料设计焊丝采用H08A ，焊丝直径5mm。焊剂用HJ431（高锰高硅），锰和硅都能熔于铁素体使之强化，使钢的强度、硬度、弹性得到提高。锰还能与硫形成 MnS，以消除硫的有害作用。3、口设计由于板厚为26mm采用，所以采用带钝边的Y型坡口，钝边6mm。锅炉图和坡口简图如图所示。 锅炉图坡口图4、他设计焊后要进行100%射线探伤，进行热处理和水压试验。（二）下料1、板才的划线所谓划线是在毛坯或工件上，用划线工具划出待加工部位的轮廓线或作为基准的点线。我们这里所说的划线是在钢板上，按照筒体的展开尺寸，准确的按照1：1的比例在待下料的钢板上划出加工界限，通过划线我们可以确定钢板的各加工边缘的切割位置线，从而进行准确的切割，切割精度控制在0.25-0.5mm范围内。2、下料 由于板较厚且板材长度较长，为了提高效率和切割的准确性，故采用等离子切割。等离子切割时利用高温高速的等离子弧将切口的金属及其氧化物熔化并吹走从而完成切割的过程。 切割实图（三）坡口的加工1、坡的设计原则 埋弧焊接头和坡口的形式设计应充分利用埋弧焊的熔深、高熔敷效率的特点。焊接接头的设计应首先保证结构的强度要求，即焊缝应该有足够的熔深和厚度。其次考虑经济性，即在保证熔透的前提下，尽量减少焊接坡口的填充金属量、缩短焊接时间。对于压力容器来说，应该是熔透焊。坡口的形式选择如表1所示。表1 埋弧焊坡口的形式设计焊缝类型埋弧焊筒体的壁厚筒体的内径坡口形式纵缝、环缝6-14mm800mmI16-32mm800mmY,X2、坡口的制备 由表一可知开X或Y型破口，又考虑到经济性和填充金属量多少选用Y型坡口。坡口的角度为60钝边的高度为6mm。坡口的加工采用刨边机进行，这样可以提高效率，并且保证坡口的加工质量，为焊接质量奠定了良好的基础。锅炉的坡口形式见上图所示。（四）滚板1、滚弧 筒节的成形是在滚板机上滚压成形，在三辊卷板机上，将钢板滚弧成直筒体，滚制完的筒体性质见如图1所示。图1 筒体形状2、卷板原理1.卷板就是通过旋转辊轴使坯料或钢板弯曲成形。2.滚弯时，钢板置于卷板机的上下辊轴间，当上辊轴下降时，钢板便受到弯矩的作用发生弯曲变形。3.上下辊轴的转动，通过辊轴与钢板间的摩擦带动钢板移动，使钢板受压位置连续不断发生变化，从而形成平滑曲面，完成直筒体成型。3、定位焊检验合格后进行点焊，点焊时采用焊条电弧焊进行，焊条为J427，如图2所示。定位焊，是用于固定结构之间的相互位置，保证整体结构构件得到正确的几何尺寸。定位焊的焊缝长度要根据板厚及间距选取按表3。表2 定位焊焊缝的规定焊件厚度mm定位焊道长度mm备注3.040-50300内一处3.0-2550-70200-500内一处2570-90250-300内一处图2 定位焊实图（五）坡口清理及焊材烘干焊接前，要将坡口内及其边缘各30mm范围内的铁锈、油污等物清理干净。可以采用砂轮机打磨的方式的进行清理，打磨至露出金属光泽。坡口清理完毕后应很快地进行焊接工作，不要搁置太长的时间，以免再次生锈。焊接前，应进行焊条和焊剂的烘干，J427的烘干温度为350-400，并保温2小时；焊剂的烘干同样重要，焊剂的烘干参数是2250（h）。二 、筒体的焊接（一）焊接参数由于板厚为26mm，采用双面焊接，在筒体的内侧采用悬臂式埋弧机进行焊接，如图3所示。为了保证较高的焊接效率和优质的焊缝，焊接参数的选择至关重要，在一定的焊接速度下，焊接电流过大容易产生咬边，并且使焊缝金属冲击韧性下降。焊接电流过小可能产生未熔合或者未焊透缺陷，并使电弧不稳定。电压的控制直接关系到焊缝的成形，电压过大会增加焊剂的消耗，过高的电弧电压也会给清渣带来困难。所以焊接前应制定好焊接参数，本筒体的焊接工艺参数如表3所示图3 悬臂式埋弧焊表3 筒体焊接工艺参数板厚/mm坡口形式焊丝直径/mm焊道顺序焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/（m/h）26Y5正650-70038-4030-36反600-62036-3843-45（二） 焊接前的检验 焊前的检验包括焊接前预热方式、预热温度及温度的检测，根据JB/T4709-1999钢制压力容器焊接规程中对20R材料，推荐厚度30mm 50mm焊接时才需进行预热。此筒体主壳体厚度为 26mm，按标准要求可不进行预热。核对焊丝化学成分和力学性能，查看焊丝表面，不应有氧化皮、锈蚀和油污。若有有氧化皮、锈蚀和油污，可采用化学酸洗法清除焊丝上的氧化皮、锈蚀，应注意控制酸洗的时间，时间过长而且立即使用会影响焊缝的质量，甚至产生裂纹。焊剂质量的检验注意焊剂的成分、湿度，坡口的检验注意坡口的类型及坡口内有无油污、锈蚀，保证坡口清洁。检查焊工是否有相应的焊接资格证，也就说必须有埋弧焊的操作资格证。（三）筒体的焊接根据筒体长度和板材的尺寸，将大筒体分成若干节，即有环焊缝和纵焊缝。1、筒体纵缝的焊接 1.埋弧焊缝引弧板的设置埋弧焊焊接时，引弧端和收弧端的焊道成形和质量总是比焊接稳定过程中的焊道差得多，特别是在厚板焊接时，在焊缝始端和终端的引弧点和收弧点焊缝的质量更差。因此引弧点和收弧点部位的焊缝金属必须切除。为了节省用料，在焊缝的始端和末端分别装上引弧板和引出板，如图4所示。图4 引弧板和收弧板引弧板和收弧板大小应足以堆积焊剂并且使引弧点和弧点落在正常焊缝之外。引弧板和引出板也和纵缝开相同的坡口。引弧板和引出板的材料应与焊件相同。2.纵焊缝的焊接纵焊缝的焊接工艺参数见表4所示。纵焊缝焊接时，先焊接筒体内侧，后焊接筒体外侧。外侧焊接前要采用碳弧气刨进行清根，并采用砂轮机进行打磨处里。2、环缝的焊接由于环缝的焊接不能设置引弧板和收弧板，所以焊接环缝时引弧和收弧会容易产生缺陷，在装配前对焊接坡口表面应进行磁粉或者着色检查，以防止坡口表面的缺陷影响整条焊缝的质量。环缝的装配中，由于卷制的筒节有一定得椭圆度，要注意减小错边。还要注意使相邻两个筒节的纵缝错开，如图5所示，避免十字交叉焊缝。环焊缝焊接时，容器卧在滚轮架上不断翻转，滚轮架的位置也一定要调整好，首先滚轮架的滚轮不可碰及容器上已经焊好的各种接管和其他零件,如图6所示。图5 环焊缝与纵焊缝连接图图6 滚轮架放置位置 3、引弧 电弧长度的控制 收弧1.引弧 为了使引弧简易，普遍采用的是尖焊丝端引弧法，是将焊丝端剪成锥形尖头，然后将焊丝在引弧点上缓慢送下，与工件轻轻接触并撒上焊剂，启动接通焊接电源后，短路电流通过点接触的焊丝尖端，因电流密度相当高，接触点电阻产生高温，很快将焊丝尖端熔化而引燃电弧。2.电弧长度的控制 在埋弧焊过程中，控制电弧长度保持给定的恒值是获得成形良好焊缝的必要条件。电弧长度决定了电弧电压。在埋弧焊时电弧长度是不可见的，控制电弧长度只有通过电弧电压来实现。焊机上电压表的数值与实际值的误差不应该超过3%，以便焊接时能按照表值正确调整电弧电压控制电弧长度，避免缺陷的产生。3.收弧 埋弧焊接时，由于焊接熔池体积大，收弧后会形成较大的弧坑，如果不做适当的填补，弧坑处往往会形成较大的弧坑，往往会形成放射性的收缩裂纹。这种弧坑裂纹会向焊缝主体扩展，必须返修。为了在焊接结束前收弧过程对弧坑进行填补，即先按停止按钮，焊接小车或焊件停止行走，而焊接电源，送丝电动机未断电，焊丝继续向下给送，待电弧继续燃烧一段时间后再按停止按钮切断电源，同时焊丝停止给送。这样可以对弧坑做适当的填补，从而消除了弧坑裂纹。4.筒体与封头环焊缝的焊接 与焊接环缝的方法相同。4、合拢环焊缝的焊接留一条环焊缝作为最后的合拢焊缝，此焊缝的焊接采用内侧焊条电弧焊、外侧埋弧焊的方式进行焊接。焊接工艺参数同上。合拢焊缝在热处理后进行焊接。三 、焊接后的检验（一）射线探伤根据设计要求产品要进行100%射线探伤。射线探伤的实质是根据被检验的工件与其内部缺陷介质对射线的能量衰减程度不同，而引起射线射过工件的强度差异，使缺陷能在射线底片或X光电视屏幕上显示出来。对于不同的缺陷，由于射线衰减系数不同，所以透过射线强度不同，在底片或X光机所产生的影像也不同。因此，可以根据影像的不同确定缺陷的类型。缺陷部位通过射线的强度大于周围的完好部位。如气孔、夹渣等缺陷就属于这种情况，射线底片呈黑色影像，X光电视屏幕上呈灰白色影像。由于产品设计要求焊缝质量要求级合格，所以焊缝中不应该有裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣缺陷。（二）焊缝中常见的缺陷分析1、裂纹裂纹按其产生的温度和时间的不同可以分为冷裂纹、热裂纹和再热裂纹。裂纹是焊接结构中最危险的一种缺陷，不但会使产品报废，甚至可能引起严重的事故。常见冷裂纹中的根部裂纹和横向裂纹如图7和图8所示。图8 横向裂纹图7 根部裂纹1.热裂纹 热裂纹是一种不允许存在的危险焊接缺陷，一般低碳钢不易产生热裂纹，但是随着含碳量的增高，裂纹产生的倾向也越大。产生原因 主要是熔池金属中的低熔点共晶物和杂质在结晶过程中形成严重的晶内和晶间偏析，同时在焊接应力作用下，沿着境界被拉开形成的。防止措施 严格控制钢材及焊接材料的硫、磷等有害杂质的含量。降低热裂纹的敏感性。调节焊缝金属的化学成分改善焊缝组织，细化晶粒，提高塑性。2.冷裂纹 冷裂纹可以在焊接后立即出现，也有可能经过一段时间才出现，所以又叫作延迟裂纹。延迟裂纹是裂冷纹中比较普遍的一种形态，具有更大的危险性。 产生原因 焊缝的淬硬倾向、残余应力和残留在焊缝中的氢是产生冷裂纹的主要因素。防止措施 选用低氢焊材，使用前按照说明烘干，焊接前清除焊件上的油污、水分，减少焊缝中氢的含量。选择合理的焊接工艺参数和热输入，减少焊缝的淬硬倾向。2、未熔合 未熔合是指焊接时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分。未熔合直接降低了接头的力学性能。如图9所示。 产生原因 主要是焊接速度快而焊接电流小，焊接输入量太低，坡口侧壁有锈垢及污物，层间清渣不彻底造成的。 防治措施 正确按照设计要求选择焊接参数，认真操作，加强层间清理。避免未熔合的产生。图10 气孔图9 内部未熔合3、气孔气孔是焊接中常见的焊接缺陷，虽然设计要求中焊缝等级要求为级，但是气孔的数量面积太大会直接影响焊缝的的致密性，从而减少焊缝的有效面积，降低焊缝的力学性能。如图10所示。产生原因 焊件表面和坡口处有油污、锈、水分等污物存在；焊剂没有足够烘干，或者焊接时焊剂没有很好的保护焊缝，空气侵入熔池，都可以产生气孔。防止措施 焊接前将坡口两侧20-30mm范围内的油污、锈、水分清除干净，严格按照焊接设计要求烘干焊剂。尽量采用短弧焊接。4、返修检验出来的焊接缺陷要进行返修，直至合格为止。返修时要编写返修工艺，采用碳弧气刨将缺陷清除掉，并采用砂轮机打磨干净，采用焊条电弧焊进行补焊，焊接工艺参数同前。补焊后要对补焊焊缝进行RT检验，符合焊缝要求。四、焊后热处理焊后热处理是在设备材料相变点以下的温度对焊接部件均匀地加热和保温，以改善焊接部位的性能，消除焊接残余应力的有效的工艺措施。依据设计要求，本筒体焊后进行整体热处理。此筒体直径2000/ 3200，能采用厂内燃油式退火炉进行焊后分两大段整体热处理（燃油式退火炉的炉膛尺寸为40001900mm），合拢焊缝采用局部热处理。热处理参数如表5所示。表5 热处理参数项目升温速度 /h恒温时间 min降温速度 /h50-18070-9050-220五、水压试验水压试验是作为产品的密封性和强度试验。水压试验之前应将接管端口及接管与法兰接口处用油毡、高分子材料等将端口堵好，水压试验的规范包括环境温度、水的温度及试验压力、保压时间