压力容器焊接工艺书.doc

摘 要 水泥罐是典型的由板，壳组合而成的焊接结构。一般有仓体钢结构部分、爬梯、护栏、上料管、除尘器、压力安全阀、高低料位计、卸料阀安全附件组成。水泥罐为圆柱形结构，底部由四条圆管支腿支撑整个仓体，整仓全部为钢结构形式，焊接而成；顶部设有除尘器及压力安全阀。这里我们只介绍仓体的纵焊缝和环焊缝的焊接方法和焊接过程。由于压力容器的特殊性，可以说它对焊接质量的要求是所有焊接设备中最高的一种，因此焊接过程中应该选择最合适的焊接方法和合理的焊接顺序，避免焊接缺陷的产生，严格进行焊后检验消除潜在的危险隐患。焊接压力容器遵循钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)技术要求及相关标准。对于长焊缝处要求进行100%的X射线探伤或者超声波探伤。本次课程设计的主要内容包括：焊接结构的溉述、焊接方法、母材的化学成分及焊接性、焊接工艺的编制及焊接一艺评定。编写焊接工艺规程说明书讲述了埋弧焊的原理、特点及应用，焊前准备工作，焊接工艺参数对焊缝成形的影响及焊接工艺参数的确定。比较详细的论述了手工电弧焊和埋弧焊的成形缺陷及防止措施。目 录摘要.第 1 章 绪论.1.1焊接结构的概述.1.2焊接方法的选择.1.2.1概述（埋弧自动焊的原理、特点、应用）.1.2.2焊接设备.1.3母材的化学成分及焊接性.1.3.1 Q235A化学成分.1.3.2 Q235A力学性能.1.3.3 Q235A的焊接性.1.4.焊接材料的选择原则.1.4.2焊剂化学成分及力学性能.第 2 章 焊接工艺的编制.21 焊接母材.2.1.1 Q235A的性能.2.1.2 焊接材料.2.2埋弧焊的工艺及技术.2.2.1焊接工艺参数的影响及选择.2.2.2埋弧焊技术.2.2.3焊接工艺参数的选择原则.2.2.4埋弧焊操作技术.2.2.5焊接工艺设计书.2.2.6焊接成型缺陷.参 考 文 献附录 1 焊接工艺卡.第 1 章 绪论1.1焊接结构的概述100吨水泥罐尺寸。 材质为Q235钢筒体纵焊缝和环焊缝的焊接工艺1.2焊接方法的选择如图焊缝用埋弧焊水平位置焊接，环焊缝用悬挂式埋弧焊机焊接。四条圆管支腿支用手工电弧焊焊接，下面主要对埋弧焊进行介绍。1-1 水泥罐示意图 1-2 坡口示意图1-3焊接位置示意图埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。利用焊丝和焊件间燃烧的电弧产生的热量，熔化焊丝，焊剂和母材而形成焊缝的。焊丝作为填充金属，而焊剂对焊缝起保护作用和冶金作用。埋弧焊是当今生产效率较高的机械化焊接方法之一1.2.1概述（埋弧自动焊的原理、特点、应用）1.工作原理 焊接过程是通过操作控制盘上的按钮开关来实现自动控制的。焊接过程中，在工件被焊处覆盖着一层3050mm厚的粒状焊剂，连续送进的焊丝在焊剂层下与焊件间产生电弧，电弧的热量使焊丝、工件和焊剂熔化，形成金属熔池，使它们与空气隔绝。随着焊机自动向前移动，电弧不断熔化前方的焊件金属、焊丝及焊剂，而熔池后方的边缘开始冷却凝固形成焊缝，液态熔渣随后也冷凝形成坚硬的渣壳。未熔化的焊剂可回收使用。 2.特点 埋弧自动焊的主要优点是： （1）生产率高 埋弧焊的焊丝伸出长度（从导电嘴末端到电弧端部的焊丝长度）远较手工电弧焊的焊条短，一般在50mm左右，而且是光焊丝，不会因提高电流而造成焊条药皮发红问题，即可使用较大的电流（比手工焊大510倍），因此，熔深大，生产率较高。对于20mm以下的对接焊可以不开坡口，不留间隙，这就减少了填充金属的数量。 （2）焊缝质量高 对焊接熔池保护较完善，焊缝金属中杂质较少，只要焊接工艺选择恰当，较易获得稳定高质量的焊缝。 （3）劳动条件好 除了减轻手工操作的劳动强度外，电弧弧光埋在焊剂层下，没有弧光辐射，劳动条件较好。 埋弧自动焊至今仍然是工业生产中最常用的一种焊接方法。适于批量较大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接。广泛应用于化工容器、锅炉、造船、桥梁等金属结构的制造。 （4）难以在空间位置施焊，由于采用颗粒状的焊剂进行焊接，因此一般只适用于平焊位置。对于其他位置，则需要采用特殊的装置以保证焊剂对焊缝区的覆盖。 （5）不适合焊接薄板和短焊缝 这是由于当焊接电流小于100A时电弧的稳定性通常变差，因此不适于焊接厚度小于1mm的薄板。 （6）对焊件装配质量要求高 这是因为焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，故必须保证坡口的加工装配精度，或者采用焊缝自动跟踪装置才能保证不焊偏。3、应用 由于埋弧焊具有生产效率高、焊缝质量好、熔深大、机械化程度高等特点，其应用很广泛，至今仍是锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造的主要焊接手段，特别是对于中厚板、长焊缝具有明显的优越性。可焊接的钢种有：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢焊耐热、耐蚀合金，或焊接镍基合金、铜基合金等也能获得很好的效果。1.2.2焊接设备埋弧焊设备包括埋弧焊机和各种辅助设备。其中，埋弧焊机是核心部分，由机械系统、焊接电源和控制系统三部分组成。如图1-4所示，焊机参数如表1-1示：图1-4埋弧焊机示意图表1-1示埋弧焊机参数型号 MZ-1000电源电压/V380V50Hz焊接电压/V3640V焊接电流/A9501000A 焊丝直径/mm36mm 焊丝输送速度0.52m/min 焊接速度1570m/hMZ-1000 是目前国内使用最普通的埋弧焊机。自动埋弧焊机系熔剂层下自动焊接的设备，是一种变速送丝埋弧焊机。它配用交流焊机作为电弧电源，它适用于水平位置或与水平位置倾斜不大于15度的各种有、无坡口的对接焊缝、搭接焊缝和角焊缝。与普通手工弧焊相比，具有生产效率高、焊缝质量好，节省焊接材料和电能，焊接变形小及改善劳动条件等突出优点。 1.3母材的化学成分及焊接性 所选母材材料为Q235A，属于普通碳素结构钢，其组织为珠光体+铁素体1.3.1 化学成分表1-2 Q235A的化学成分（%）元素CMnSiSP含量0.140.220.300.650.300.0500.0451.3.2 力学性能表1-3 Q235A的力学性能牌号屈服强度Mpa抗拉强度Mpa伸长率（%）Q235A235375-460261.3.3 Q235A的焊接性Q235A是一种普通碳素结构钢，由于含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。但在少数情况下，焊接时也会出现困难： 1)采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。 2)沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。 3)采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接Q235-A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。4)某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。（一）焊接裂纹：（1） 热裂纹：热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此它们Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出现热裂纹。锰在钢种可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。（2） 冷裂纹：钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而刚才的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些，所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。（3） 再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。（二）热影响区脆化（1） 过热区脆化：热轧钢焊接时近缝区中被加热到100以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且为防止过热区粗晶脆化，也不宜采用过大线能量。（2） 热应变脆化：热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮碳原子快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化。16Mn和15MnV这两类钢具有一定得热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。1.4.焊接材料的选择原则 选择焊接材料时必须考虑到两方面的问题：一要焊缝没有缺陷；二要满足使用性能要求。根据前面对Q235A的焊接性分析，0235A焊缝金属的热裂及冷裂倾向在正常情况下是不大的。因此，焊接Q235A时，选择焊接材料的主要依据是保证焊缝金属的强度、塑性、韧性等力学性能与母材相匹配。 1选择相应强度级别的焊接材料 为了达到焊缝与母材的力学性能相等，在选择焊接材料时应该从母材的力学性能出发，而并不是从化学成分出发选择与母材成分完全一样的焊接材料。因为力学性能并不完全取决于化学成分，它还与材料所处的组织状态有很大关系。由于焊接时的冷却速度很大，完全脱离了平衡状态，使焊缝金属具有一个特殊的过饱和的铸态组织。因此，当焊接材料的化学成分与母材相同时，则焊缝金属的性能将表现为强度很高，而塑性、韧性都很低，这对焊接接头的抗裂性能和使用性能都是非常不利的。因此要求焊缝中的W(C)不超过014，其他合金元素往往也低于母材中的含量。 2必须同时考虑到熔合比和冷却速度的影响 前面讲到焊缝金属的力学性能取决于两个因素：一是化学成分；二是组织的过饱和度。焊缝化学成分不仅取决于焊接材料，而且母材的熔入量及熔合比有很大关系：而焊缝组织的过饱和度则与冷却速度有很大关系。因此，当所用的材料完全相同，但由丁熔合比不同或冷却速度不同时，所得焊缝的性能也会出现很大差别。 3必颈考虑热处理对焊缝力学性能的影响 如果焊后需进行热处理，当焊缝强度不大时，消除应力退火后焊缝强度有可能低于要求。综合以上分析，用埋弧焊焊接Q235A，选用焊丝为H08MnA，焊剂为HJ431。142焊剂化学成分及力学性能表14 HJ431化学成分抗拉强度Mpa屈服强度伸长率冲击吸收功Kv415 55033022027表15 HJ431化学成分()牌号SiO2MnOCaF2CaOAl203FeOMgOSPHJ4313438404437641.858/0.060.08表1-6 HO8MnA的化学成分()CSiMnSP0.110.650.951.702.100.0400.040第 2 章 焊接工艺的编制21焊接母材Q235A钢2.1.1 Q235A的性能表2-1 Q235A的力学性能牌号屈服强度Mpa抗拉强度Mpa伸长率（%）Q235A235375-46026表2-2 Q235A的化学成分（%）元素CMnSiSP含量0.140.220.300.650.300.0500.045Q235A是一种普通碳素结构钢，由于含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。2.1.2 焊接材料 前面已经分析，用埋弧焊进行焊接，所选焊丝为HO8MnA，焊剂为HJ431。表23 HJ431化学成分抗拉强度Mpa屈服强度伸长率冲击吸收功Kv415 55033022027表24 HJ431化学成分()牌号SiO2MnOCaF2CaOAl203FeOMgOSPHJ4313438404437641.858/0.060.08表2-5 HO8MnA的化学成分()CSiMnSP0.110.650.951.702.100.0400.0402.2 埋弧焊的工艺及技术2.2.1焊接工艺参数的影响及选择l、焊接工艺参数对焊缝的影响 埋弧焊的焊接工艺参数分主要参数和次要参数。主要参数是指那些直接影响焊缝质量和生产效率的参数。它们是焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝和焊剂成分与配合、电流种类及极性和预热温度等。对焊缝质量有影响或无多大影响的参数为次要参数。它们是焊丝伸长速度、焊丝倾角、焊丝与焊件的相对位置、焊剂粒度、焊剂堆撒高度和多丝焊的丝间距离等。 焊接工艺参数从俩方面决定了焊缝质量。一方面，焊接电流、电弧电压和焊接速度二个参数合成的焊接热输入影响着焊缝的强度和韧性；另一方面，这些参数分别影响到焊缝的成形，也就影响着焊缝的抗裂性、对气孔和加渣的敏感性。2、焊接工艺参数的选择方法。 焊接工艺参数的选择依据 焊接工艺参数的选择是针对将要投产的焊接结陶施工图上标明的具体焊接接头进行的。(1)焊件的形状和尺寸(直径、总长度)；接头的刚才种类与板厚。(2)焊缝的种类(纵缝、环缝)和焊缝的位置(平焊、横焊、上坡焊、下焊)。(3)接头的形式(对接、角接、搭接)和坡口形式(Y形x形U形坡口等)（4）对接头性能的技术要求，其中包括焊后无损探伤方法，抽查比例以及对接接头强度、冲击韧性、弯曲、硬度和其他理化性能的合格标准。（5）焊接结构(产品)的生产批量的进度要求。焊接工艺参数的选择程序根据上列已知条件，通过对比分析，首先可选定埋弧焊工艺方法，单丝焊还是多丝焊或其他工艺方法，间时根据焊件的形状和尺寸可选定细丝乃呼喊，还是粗丝埋弧焊。船形位置厚板角接接头通常可采用5mm、6mm焊丝的粗丝埋弧焊。 焊接工艺方法选定后，即可按照钢材、板厚和对接头性能的要求，选择适用的焊剂和焊丝的牌号，对于厚板深坡口或窄间隙埋弧焊接头。根据所焊钢材的焊接性试验报告，选定预热温度、层间温度、后热温度以及焊后热处理温度和保温时间。最后根据板厚，坡E1形式和尺寸选定焊接参数(焊接电流、电弧电压和焊接速度)并配合其他次要工艺参数。 确定这些焊接工艺参数时，必须以相应的焊接工艺试验结果或焊接工艺评定试验结果为依据，并在实际生产中加以修正后确定出符合实际情况的工艺参数。222埋弧焊技术1、埋弧焊的焊前准备 埋弧焊的焊前准备包括焊件的坡口加工、焊件的清理与装配、焊丝表面清理及焊剂烘干、焊机检查与调整等工作。这些准备工作与焊接质量的好坏有着十分密切的关系，所以必须认真完成。(1)破口的选择与加工 由于埋弧焊可使用较大电流焊接，电弧具有较强的穿透力，所以当焊件厚度不太大时，一般不开坡口也能将焊件焊透。埋弧焊焊缝坡口的基本形式已经标准化，各种坡口适用的厚度、基本尺寸和标注方法见GBT9861988的规定。坡口常用的气割或机械加工方法设备。坡口常用气割或机械加工方法制备。气割一般采剧半自动焊或自动气割机方便地割出直边、Y形和双Y形坡口。(2)焊件的清理与装配 焊件装配前，需将坡口及附近区域表面上的锈蚀、油污、氧化物、水分等清理干净。大量生产时可用喷丸处理方法；批量不大时也可用手工清理，必要时还可以用氧乙炔火焰烘烤焊接部位，以烧掉焊件表面的污垢和油漆，并烘干水分。焊件装配时必须保证接缝间隙均匀，高地平整不错边，特别是在单面焊双面成形的埋弧焊中更应严格控制。装配时，罕见必须用夹具或定位焊缝可靠地固定。定位焊使用的焊条要与焊件材料性能相符，其位置一般应在第一道焊缝的背面，长度一般不大于30mm。(3)焊丝表面清理与焊机烘干 埋弧焊用的焊丝要严格清理，焊丝表面的油、锈及拔丝用的润滑剂都要清理干净呢，以免污染焊缝造成气孔。焊剂在运输及储存过程中容易吸潮，所以使用前应经烘干去除水分。一般焊剂须在250C温度下烘干，并保持12h。限用直流焊接的焊剂使用前必须经350-400烘干，并保温2h，烘干后立即使用。223焊接工艺参数的选择原则 埋弧焊选择工艺参数的原则是：应保证电弧稳定燃烧，保证良好的成形及形状、尺寸符合要求，表面成形光洁整齐，内部无气孔、加渣、裂纹、未焊透、焊瘤等缺陷，焊缝及接头性能满足技术要求。 埋弧焊的焊接工艺参数主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝倾角、焊剂粒度和堆放厚度等。各焊接参数对焊缝成形的具体影响以及参数的原则所述：1焊接电流 焊接电流是决定焊丝熔化速度、熔透深度和母材熔化量的最重要的参数。焊接电流与熔深是直线正比关系。当其他参数不变时，焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响如图2一l所示：图2-1电流对焊缝的影响2.电弧电压电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。但是电弧电压太大时，不仅使熔深变小，产生未焊透，而且会导致焊缝成形差、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。所以在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。3.焊接速度当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。焊接速度太大会造成未焊透等缺陷。为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。4.焊丝直径与伸出长度当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。5.焊丝倾角焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾。倾角的方向和大小不同，电弧对熔池的力和热作用也不同，从而影响焊缝成形。当焊丝后倾一定角度时，由于电弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了预热作用，电弧对熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊缝宽而熔深变浅。反之，焊缝宽度较小而熔深较大，但易使焊缝边缘产生未熔合和咬边，并且使焊缝成形变差。6.其他a.坡口形状 b.根部间隙 c.焊件厚度和焊件散热条件。2.2.4埋弧焊操作技术(1)埋弧自动焊机的小车轮子要有良好绝缘，导线应绝缘良好，工作过程中应理顺导线，防止扭转及被熔渣烧坏。(2)控制箱和焊机外壳应可靠的接地（零）和防止漏电。接线板罩壳必须盖好。(3)焊接过程中应注意防止焊剂突然停止供给而发生强烈弧光裸露灼伤眼睛。所以，焊工作业时应戴普通防护眼镜。(4)半自动埋弧焊的焊把应有固定放置处，以防短路。(5)埋弧自动焊熔剂的成分里含有氧化锰等对人体有害的物质。焊接时虽不像手弧焊那样产生可见烟雾，但将产生一定量的有害气体和蒸气。所以，在工作地点最好有局部的抽气通风设备。225焊接工艺设计书 埋弧焊是应用广泛的一种焊接方法，至今仍是锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电没备等制造的主要焊接手段，在焊接过程中要严格要求，确保焊接质量。按照焊接工艺规程进行操作。焊接工艺规程一般包括的内容： 1、产品或者部件名称 2、木材的牌号和规格 3、焊接方法 4、接头坡口形式及尺寸 5、焊接材料 6、焊接温度 7、焊接参数 8、焊接设备型号 9、焊接工装编号 10、操作技术 11、焊后检查2.2.6焊接成型缺陷表2-6埋弧焊常见缺陷的产生原因及防止措施缺陷名称产生原因防除方法焊缝表面成型不良宽度不均匀1、 焊接速度不均匀2、 焊丝给送速度不均匀3、 焊丝导电不良防止：1、找出原因排除故障2、更换导电嘴衬套（导电块）消除：酌情部分用手工焊焊补休整并磨光焊缝余高过大1、 电流太大而电压过低2、 上坡焊时倾角过大3、 环缝焊接位置不当防止：1、调节焊速2、调整上坡焊倾角3、相对于一定的焊件直径和焊接速度，确定适当的焊接位置消除：去除表面多余部分，并打磨光滑焊缝金属满溢1、 焊接速度过慢2、 电压过大3、 下坡焊时倾角过大4、 环缝焊接位置不当5、 焊接时前部焊剂过少6、 焊丝向前弯曲防止：1、调节工艺参数2、调整下坡焊倾角3、相对一定的焊件直径和焊接速度，确定适当的焊接位置4、调整焊剂覆盖状况5、调节焊丝矫直部分消除：去除后适