锅炉汽包（椭圆型封头）加工工艺设计焊缝课程设计

1、专业课程设计（论文）题 目：锅炉汽包（椭圆型封头）加工工艺设计学生姓名：郝靖乾院（系）： 材料科学与工程学院专业班级：焊接1101班指导教师：李渊博完成时间：2014年9月13日材料成型及控制工程课程设计任务书题 目锅炉汽包（椭圆形封头）加工工艺设计学生姓名郝靖乾学号5专业班级焊接1101设计内容与要求包括：原始数据，技术参数，设计要求，说明书、图纸、实物样品的要求等1设计参数：（设计原始资料见附件）（1）产品主体尺寸：18007650 mm；（2）主体板厚：=16 mm；（3）容器类别：（4）工作压力：2.0 MPa（5）主体材质：16MnR（6）焊接方法：手工电弧焊；埋弧焊；TIG焊；CO

2、2气体保护焊；2依据标准（1）GB150-1998钢制压力容器；（2）JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程；（3）GB985-88气焊、手弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式尺寸；（4）GB986-88埋弧焊焊缝坡口的基本型式；等3课程设计内容及要求（1）编写锅炉汽包的加工工艺流程图；（2）绘制锅炉汽包的焊缝定位编号图；（3）编写锅炉汽包 B4 、 D4 号焊缝的焊接工艺卡；（4）撰写报告。课程设计报告应用A4规格纸打印，也可用蓝色或黑色墨水手写；具体格式参照西安石油大学本科毕业设计（论文）撰写规范。设计报告文字说明部分主要有以下内容：资料综述；设计思路；相应的国家或行业标准；焊接工艺

3、的说明，如：焊接方法的选择、焊接材料的选择、坡口型式的设计、焊缝层数和焊接顺序的设计，以及焊前焊后热处理工艺的说明；在设计中遇到的问题、解决方法、体会等；参考文献不少于5篇。4时间安排 根据本专业的培养计划，本专业课程设计共三周。自9月1日起至9月21日止，第一周查阅资料和熟悉课题设计任务；第二周拟定设计方案；第三周撰写课程设计报告并进行答辩，设计内容及报告应在9月17日之前完成，9月18-19日答辩。起止时间2014 年 9月 1 日 至 2014 年 9 月 21 日指导教师签名2014 年 9 月 1 日系（教研室）主任签名2014 年 9 月 1 日学生签名2014 年 9 月 1 日

4、目 录1 压力容器11.1 压力容器的概述和用途11.2 压力容器分类11.3 压力容器组成及结构21.4 压力容器的结构形式21.5 压力容器焊接接头分类32 焊接选择与设计52.1 焊接方法52.1.1 手工电弧焊特点52.1.2 CO2气体保护焊的特点52.1.3 埋弧焊的特点62.1.4 钨极氩弧焊的特点62.2 焊接材料62.2.1 手工电弧焊选择原则62.2.2 标准与选择63 坡口选择与设计83.1 坡口设计一般遵循以下设计原则83.2 坡口选择标准83.3 坡口加工方法及清根104 工艺参数的选择114.1 手工电弧焊焊条直径114.2 焊接电流114.3 电弧电压114.4

5、焊接速度124.5 焊接层数及焊接顺序的设计124.6 参数选择结果124.7 焊接位置的选择134.7.1 平焊的特点134.7.2 横焊的特点144.7.3 立焊的特点144.7.4 仰焊的特点145 焊后处理和检查155.1 热处理及表面处理155.2 焊前准备及焊后热处理155.3 表面处理175.4 焊接质量检验176 结论19参考文献20致 谢21附录A 焊接工艺卡22附录B 焊接工艺卡23附录C 工艺流程图24附录D 容器装配图25附录E 焊缝编号图26附录F 焊缝定位编号图27附录G 椭圆形封头焊接1101班名单28附录H 焊缝定位表和编号表291 压力容器1.1 压力容器的概

6、述和用途压力容器广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的重要设备。如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳，流体贮罐，核压力反应堆的压力壳，电厂锅炉系统中的汽包等，都是压力容器。不仅如此，在人们的家庭中，也要用压力容器，如民用液化石油气瓶等。因此，压力容器和工业生产和人民生活有着十分密切的关系。设计好、制造好、使用好、管理好压力容器就显得十分重要。随着科学技术的发展和工业生产规模的扩大，压力容器的尺寸越来越大，操作压力越来越高，操作温度也越来越高（或低），结构形式也越来越复杂。同时，生产中压力容器所处理的介质往往是易燃易爆或有毒的

7、，这些条件很自然地对压力容器的安全可靠性提出了更严格的要求。可以想象，当压力容器一旦发生破坏事故，将对国家财产和人民的生命带来不可估量的损失。因此，要求压力容器的监察管理、设计、制造、和检验人员，必须十分重视压力容器的质量和安全问题，确保容器安全运行。压力容器是焊接结构典型产品,是一种承受气压,液压线气压,液压的重要受压元件，不锈钢容器要承受腐蚀介质的侵入.很多容器是在极其苛刻的条件下运行,工作条件十分恶劣,一旦发生失效破坏造成的事故是灾难性的,会造成重大伤亡与经济损失.所以对压力容器的制造、安装与使用,国家颁发了压力容器安全技术监察教程进行严格控制。规定最高工作压力0.1Mpa，内直径0.1

8、5m,且容积0.025m3,工作介质为气体，液化气体，或最高温度高于等于盛装液体标准沸点的容器。同时具备这三个条件，但不应该是核能容器、船舶上的专用容器和直接受火加热的容器（如锅炉），这些例外情况另有相应适用规程。1.2 压力容器分类压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种。（1）按工作压力大小分：低压，中压，高压和超高压四类。（2）按容器的设计温度分：低温容器，常温容器及高温容器。（3）按在生产工艺所起的作用分：1）反应压力容器：用于完成介质的物理化学反应。2）换热压力容器：用于完成介质的热量交换。3）分离压力容器：用于完成介质的液体压力平衡缓冲和气体的净化分离等。4

9、）储运压力容器：用于盛装生产用原料或成品气体，液体和液化气体等。（4）为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国压力容器安全监察规程中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度，未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。1.3 压力容器组成及结构焊接压力容器的结构形式有多种多样的，其中以单层锻焊式和钢板卷焊式常见，其基本组成如下：筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。（1）

10、筒体：是压力容器重要的组成部分，包括筒体端部、内筒、板层等，是储存物料或完成化学反应所需的空间。（2）封头：也是压力容器的重要组成部分，有球形、椭圆形、碟形等形状（3）法兰：通过螺栓连接筒体和外接的各种管道，并通过拧紧螺栓是垫片压紧而保证容器密封。（4）密封元件：置于两个接触面之间，借助于螺栓的压力使压力容器内的液体或气体密封在容器内不致泄露。（5）开孔与接管：由于工艺要求和检修需要，常在筒体或封头上开孔或安装接管，如物料进出接管等。（6）支座：支承并固定压力容器，有立式和卧式两种形式。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前

11、，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。1.4 压力容器的结构形式压力容器按结构形式分为整体式和组合式两大类。整体式容器亦称单层容器，包括钢板卷焊式，整体锻造式，电渣成形堆焊式，铸焊和锻焊式等容器。在石油化工设备中，钢板卷焊式结构应用最广泛。薄壁容器（50mm）的筒体可在普通卧式卷板机上卷制；容器两端的封头可根据封头的形状，直径，板厚和钢材的强度等级等，将预先切割好的圆形钢板坯料，在液压机或旋压机上以冷成形或热成形的方法制成所要求形状的封头。筒节按其直径大小，可由一条或多条纵缝拼焊，筒节之间由环缝连接成筒体，封头和筒体亦由环缝相

12、接。容器上的各种接管和加强圈可采用无缝钢管或锻件以角接环缝的形式与筒体和封头相焊。钢板卷焊式结构容器的优点是制造工艺简单，设备投资费用较低，材料利用率高，生产成本较低，与单层锻焊结构容器和组合式容器相比，制造周期可大大缩短。这类容器的缺点是焊接工作量较大，焊缝无损探伤检验周期较长，同时焊缝缺陷产生的几率相对较大。1.5 压力容器焊接接头分类根据国标GB1501998钢制压力容器，压力容器的焊接接头分成六类，目的是在设计、制造、维修、管理时可以分别对待，从而保证质量。（1）圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外），球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接

13、管与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。（2）壳体部分的环向焊缝接头，锥形封头小端与接管连接的接头，长颈 法兰与接管连接的接头，均属B类焊接接头，但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。（3）平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。（4）人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头, 但已规定A,B类接头除外。（5）E类接头包括吊耳，支撑，支座及各种内件与筒体火凤投内外表面相接的接头。（6）F类接头系在筒体，封头，接管，法兰和管板表面上的堆焊接头。焊缝分类：A类焊缝是容器中受力最大的接头，因此

14、一般要求采用双面焊或保证全焊透的单面焊缝；B类焊缝的工作应力一般为A类的一半。除了可采用双面焊的对接焊缝以外，也可采用带衬垫的单面焊；C在中低压焊缝中，C类接头的受力较小，通常采用角焊缝联接。对于高压容器，盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊透的接头；D类焊缝是接管与容器的交叉焊缝。受力条件较差，且存在较高的应力集中。在后壁容器中这种焊缝的拘束度相当大，残余应力亦较大，易产生裂纹等缺陷。因此在这种容器中D类焊缝应采取全焊透的焊接接头。对于低压容器可采用局部焊透的单面或双面角焊。接头的基本形式有对接接头、T形（十字形）接头、角接头和搭接接头。对接接头是最基本的一种接头形式，其强度可以达到与母材

15、相同，受力均匀，筒体与封头等重要部件的连接均采用对接接头。厚度小时不开坡口，当厚度超过8mm是要有坡口。T型接头焊缝向母材过渡部分形状变化大,过渡急,在应力作用下力线扭曲很大,应力分布很不均匀,应避免采用单面角焊缝,因为这种接头形式的焊缝根部往往有很深的缺口,承载能力较低。搭接接头形状变化比较大,应力集中比对接接头的情况复杂的多，特别是对于大直径厚壁接管，不合理的接头形式往往成为压力容器提前失效的原因。12 焊接选择与设计2.1 焊接方法应根据被焊金属的焊接性，压力容器的结构形式以及焊接生产效率等因素选择与之相适应的焊接方法。表2-1 各类焊接方法特点1焊接方法手工电弧焊埋弧自动焊氩弧焊CO2

16、气体保护焊特点1焊接质量好2焊接变形小3生产率高4设备简单5使用性强，可焊各种位置和短、曲焊缝1生产率高，成本低2质量稳定，成行美观3对焊工操作技术要求低4劳动条件好5适用性差，只焊平焊6设备较复杂1焊接质量优良2小电流时，电弧也很稳定，容易控制背面成行3能全位置焊接4氩气贵，成本高1成本低2生产率高3焊薄板时变形小4可全位置焊5有氧化性6成行较差，飞溅大7设备使用，维修不变应用1单件小批生产2全位置焊3短、曲焊缝4板厚1mm成批生产，能焊长直焊缝和环缝中厚板，平焊1铝及钛合金，不锈钢等合金2打底焊3管子焊接4薄板1碳钢和强度级别不高的普通低合金钢2宜焊薄、中板2.1.1 手工电弧焊特点它是利

17、用电弧产生的热量来熔化被焊金属的一种手工操作的焊接方法。它所需要的设备简单，操作灵活，对空间不同位置采用不同接头形式，各种焊缝均能方便的进行焊接。但它采用手工操作，故生产效率低，劳动强度大。2.1.2 CO2气体保护焊的特点CO2电弧的穿透力强，熔深大而且焊丝的熔化率高，所以熔敷速度快，生产率可比手工焊高13倍。它的焊接成本低，能耗低并且它的适用范围广，不论何种位置都可以进行焊接。薄板可焊到1mm左右，最厚几乎不受限制（采用多层焊）。而且焊接厚板时较之气焊速度快、变形小，并且CO2焊抗锈能力强，抗裂性好，焊后也不需清渣，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。2.1.3 埋弧焊的特点埋弧焊的生产率

18、高，一方面因为焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因此电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率都大大提高；另一方面由于焊剂和熔渣隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失，飞溅也小，因而使埋弧焊的焊接速度大大提高。其次，埋弧焊焊出的焊缝质量高。因为熔渣隔绝空气的保护效果好。再次，它的劳动条件好，冶金反应比较充分，组织稳定。但一般仅适用于平焊。2.1.4 钨极氩弧焊的特点钨极氩弧焊是气体保护焊的一种，它的电极是用难熔金属钨或钨的合金棒。电弧燃烧过程中，电极是不熔化的，故易维持恒定的电弧长度，焊接过程稳定。焊接时，电极和电弧区及熔化金属都处在氩气保护之中，使之与空气隔绝。目前钨极氩弧焊广泛应用于飞机制造、原子能、

19、化工、纺织等工业中。由于氩气的保护作用，隔离了空气对熔化金属的有害作用，可焊接易氧化的有色金属及其合金、不锈钢、高温合金、钛和钛合金以及难熔的活性金属（如钼、铌、锆）等等。但是，由于钨电极的载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低，所以钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于6mm的工件。根据图样条件，以及综合各个焊接方法的特点，D4（接管与筒体角接）选择手工电弧焊，B4（法兰与接管连接的接头）选择手工电弧焊。2.2 焊接材料2.2.1 手工电弧焊选择原则1根据等强度观点,选择满足母材力学性能的焊条,或结合母材力学性能的焊条,或强合母材的可焊性,改用非强度而焊接性好的焊条,但考虑焊缝

20、结构型式,以满足等强度等刚度要求2 便其合金成分符合或接近母材3 母材含碳、硫、磷有害杂质较高时，应选择抗裂性和抗气孔性能较好的焊条.建议选用氧化钛钙型,、钛铁矿型焊条.如果尚不能解决,可选用低氢型焊条4 在承受动载荷和冲击载荷情况下,除保证强度外,对冲击韧性、延伸率匀有较高的要求,应依次选用低氢型、钛钙型和氧化铁型焊条2.2.2 标准与选择（1）焊条电弧焊焊条的选择表2-2 接管16Mn的化学成分CSiMnPS0.13-0.190.20-0.601.20-1.600.0300.030表2-3 母材16MnR的成分CSiMnPS0.200.20-0.551.20-1.600.0350.030（

21、2）根据GBT5118-1995低合金钢焊条表2-4 焊条的化学成分2焊条型号化学成分CMnPSSiNiCiMoVNbWBCu碳铝钢焊条E5010-A10.120.600.0350.0350.400.400.65E5011-A1E5003-A1E5015-A10.900.60E5016-A1E5018-A10.80E5020-A10.600.40E5027-A11.00（3）根据条件选择手工电弧焊的焊条选择是E5015也称J507J507是低氢钠型药皮的碳钢焊条。直流反接，可进行全位置焊接。具有优良的焊接工艺性能，电弧稳定，飞溅少，易脱渣，其熔敷金属具有优良的力学性能和抗裂性能，抗低温冲击韧性

22、好。3 坡口选择与设计3.1 坡口设计一般遵循以下设计原则（1）焊缝中填充的材料要少，节省材料。（2）具有好的可达性（即可操作性），这是选择坡口形式的重要条件之。（3）坡口的形状应容易加工。（4）便于调节焊接变形，采用不适当的坡口形式容易产生较大的焊接变形。表3-1 常见坡口比较1型坡口带钝边型坡口双Y形坡口坡口面加工简单可单面焊接,焊件不用翻身双面焊,因此焊接焊件须翻身,变形小可单面焊接,焊件不用翻身焊接坡口面积大,填充料少,焊件厚度较大时生产率比Y型高坡口面加工比Y型复杂,但比带钝边的U型坡口简单焊接坡口空间面积大,填充料多,焊件厚度大时,生产率底变形较大坡口面积介于Y与U型之间,因此生产

23、率高于Y型,填料比Y型少焊接变形大坡口面根部加工困难,因此限制了此坡口的推广应用3.2 坡口选择标准根据GB150-1998钢制压力容器：（1）设计压力小于或等于2.5MPa；（2）相邻两开孔中心的间距（对曲线面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；（3）接管公称外径小于或等于98mm；（4）接管最小壁厚满足表3-2要求。表3-2 接管最小壁厚5接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0注：1 钢材的标准抗拉强度下限值b540MPa时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。2 接管的腐蚀裕量为1mm 所以D4不用补强。根据GB985-88手工电弧焊

24、焊缝坡口的基本形式和尺寸(工件壁厚6mm和16mm)表3-3 常见坡口选择3序号工件厚度/mm名称符号坡口形式焊缝形式14340单边V形坡口6626Y型带衬垫坡口综上条件D4(6mm) 单边V型坡口，B4(16mm) Y型带衬垫型坡口 。形式及尺寸如下:表3-4 坡口尺寸序号坡 口 尺 寸 mm()bPHRD4452B445513.3 坡口加工方法及清根坡口加工采用机械加工，其加工精度高，也可以采用火焰切割或碳弧气刨。对强度级别高、厚度较大的钢材，为防止其格式产生裂纹，应按焊接的预热工艺进行预热。碳弧气刨的坡口应仔细清除余碳，在坡口两侧约50mm内，应严格除去水、油、锈及脏污等。对于不锈钢材料

25、的焊接还需满足下列要求：（1）不锈钢焊前应将坡口两侧20mm范围内的水，油和污垢清除干净，在100mm范围内涂白垩或防飞溅材料；（2）奥氏体不锈钢在保证焊透及焊合良好的条件下，应选用校线能量，短电弧和多层多道焊缝工艺，层间温度不宜过高；（3）腐蚀性能要求高的双面焊缝，与介质接触表面的焊缝应最后施焊；（4）不锈钢储罐焊缝表面是否进行酸洗，钝化处理，应按照设计文件的要求确定。如进行酸洗钝化处理，应采取措施防止污染工地建筑物及环境。对于V形破口和Y型坡口的需在内坡口碳弧气刨并打磨直至露出金属光泽。采用机械加工，其加工精度高，也可采用火焰切割或碳弧气刨。对强度级别高、厚度较大的钢材，为防止其格式产生裂

26、纹，应按焊接的预热工艺进行预热。碳弧气刨的坡口应仔细清除余碳，在坡口两侧约50mm内，应严格除去水、油、锈、及赃物等。坡口加工：D4号、B4号焊缝都采用碳弧气刨。清根：D4号、B4号焊缝的坡口加工都采用刨边机加工后经机械打磨。4 工艺参数的选择4.1 手工电弧焊焊条直径焊接工艺参数的选择见表4-1和表4-2，表4-1和表4-2如下所示（指导书）：表4-1 焊件厚度与焊条直径的关系1焊件厚度/mm1.5234561212焊条直径/mm1.623.23.244545表4-2 焊条径与焊接电流的关系焊条直径/mm22.53.2456焊接电流/A4070709090130140210220270270

27、3204.2 焊接电流焊接电流是焊条电弧焊的主要参数，焊工在操作中需要调节的只有焊接电流，而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的。一般情况下，增加电流，可以增加熔深，提高生产效率，但是电流过大会造成咬边、烧穿和严重飞溅，电流过小则电弧不稳定，焊条易粘住焊件或不容易焊透。对于D4、B4焊缝采用的手工电弧焊，依据相关资料（焊接手册3-21），主要参数如下：表4-3 手工电弧焊参数4焊条直径(mm)2.53.24.05.0焊接电流(A)50801001301602102002704.3 电弧电压电弧电压主要是有电弧长度来决定的。电弧长时电压高，反之则低。手工电弧焊掌握适当的弧长对于焊接优质的焊缝是相当

28、重要的。缩短电弧长度可提高焊接电流，拉长电弧会减小电弧的挺度，增大电弧热量的散失，降低熔敷速度，出现未焊透等缺陷。因此焊接时，应在保证不短路时，力求采用短弧。一般情况下，为好，且相应的电弧电压范围为1625V。（焊接手册3.5.3）44.4 焊接速度合适的焊接速度主要取决与焊条的熔化速度、所要求的焊缝尺寸等。焊接速度大小根据焊缝所需线能量，焊接电流及电弧电压综合考虑确定的。一般情况下手工电弧焊接焊接速度为1015cm/min，工件越薄，焊接速度越大。4.5 焊接层数及焊接顺序的设计在焊件厚度较大时往往要采用多层焊。对于低碳钢和强度等级较低的低合金钢，每层焊缝厚度对焊缝质量 影响不大，但过大时对

29、于焊缝金属塑性稍有不利影响，因此对于质量要求较高的焊缝，每层厚度最好不要大于45mm。经验认为：每层厚度等于焊条直径的0.81.2倍时，生产效率较高，并且容易操作。焊缝层数：n=/d (1-1)式中：焊板材的厚度，mm；d焊条直径，mm。多层焊时，在焊接第一层的基础上焊接第二层的话，可以对第二层有一个加热的处理，焊接第二层后又可以对第一层有一个热处理的过程。还有焊层之间的由于焊接而产生的拉应力和压缩应力刚好可以抵消，就可以消除由于焊接产生的残余应力，可以加强焊缝的强度，提高焊缝的质量，以保证压力容器的使用寿命和安全保证。一般情况下第一层焊需采用直径较小的焊条，这样有利于减小飞溅，细化晶粒，提高

30、整个焊接接头的性能有着重要的意义。对于B4焊缝（壁厚16mm） 焊接层数为：4第一层用手工电弧焊焊接， 采用5.0mm的焊条。第二层用手工电弧焊焊接， 采用5.0mm的焊条。第三层用手工电弧焊焊接， 采用5.0mm的焊条。第四层用手工电弧焊焊接， 采用5.0mm的焊条。对于D4号焊缝（壁厚6mm）焊接层数为：2 第一层用手工电弧焊焊接 采用4.0mm的焊条。第二层用手工电弧焊焊接， 采用4.0mm的焊条。4.6 参数选择结果表4-4 D4手工电弧焊工艺参数工件材料板厚焊条直径焊接电压焊接电流焊接速度电流极性坡口形状16MnR/16Mn16mm4mm1625V140210A1015cm/min直

31、流反接单边V型坡口表4-5 B4手工电弧焊工艺参数工件材料板厚焊条直径焊接电压焊接电流焊接速度电流极性坡口形状16MnR/16Mn16mm5mm1625V220270A1015cm/min直流反接Y型带衬垫型坡4.7 焊接位置的选择焊接时焊件焊缝所处的空间位置称为焊接位置。焊接位置主要分为平焊位置，横焊位置，立焊位置和仰焊位置四种形式。（1）平焊缝：焊缝倾角在05，焊缝转角在010的平焊位置施焊的焊缝。（2）横焊缝：焊缝倾角在05，焊缝转角在7090的横焊位置施焊的焊缝。（3）立焊缝：焊缝倾角在8090，焊缝转角在0180的立焊位置施焊的焊缝。（4）仰焊缝：焊缝倾角在05，焊缝转角在16518

32、0的仰焊位置施焊的焊缝。表4-6 空间位置不同的焊缝焊缝名称焊缝倾角（）焊缝转角（）施焊位置平焊缝05010水平位置横焊缝057090横向位置立焊缝80900180立向位置仰焊缝05165180仰焊位置图4-1 焊缝倾角及焊缝转角4.7.1 平焊的特点(1)在平焊位置施焊时，熔滴可借助重力落入熔池；(2)熔池中的气体、熔渣容易浮出表面；(3)平焊可以用较大的电流焊接，生产率高，焊缝成形好，焊接质量容易保证，劳动条件较好。因此，一般应尽量在平焊位置施焊。4.7.2 横焊的特点（1）在横焊位置施焊时金属受重力作用而下淌至下侧坡口上，容易造成未熔合和夹渣。因此，应采用较小直径的焊条和短弧施焊；（2）

33、熔化金属与熔渣较容易分清；（3）采用多层多道焊，能比较容易地防止铁水下淌，但外观不易整齐；（4）为了避免熔池金属下淌，有利于焊缝成型，厚板横焊时，下面焊件可不开坡口或坡口角度小于上面焊件；（5）在坡口上边缘容易形成咬边，下边缘容易形成下坠。操作时应在坡口上边缘稍作停留，并以选定的焊接速度焊至坡口下边缘，作微小的横拉稳弧动作，然后迅速带至上坡口，匀速进行。4.7.3 立焊的特点（1）在立焊位置施焊时，由于焊条的熔滴和熔池内铁水容易下淌，因此应采用较细直径的焊条和较小的焊接电流；宜采用短弧焊接，缩短熔滴过渡距离。焊接时尽量缩短电弧或火焰对工件加热的时间，不要过长地停留在某点上。可采用挑弧运条法，当

34、电弧或火焰在焊件上形成熔池后，把焊条向上或向两侧移开，使电弧或火焰暂时移开熔池（不灭弧），有利于熔敷金属的冷却凝固，然后再把焊条移回来。一般是采用由下向上焊，焊薄件时（小于3mm）也可由上向下焊。气焊一般由下向上焊，但水下电焊时，则应从上向下焊。4.7.4 仰焊的特点仰焊时由于熔池金属倒悬在焊件下面，役有固定的金属承托，所以焊缝成型困难。同时，施焊中常发生熔渣越前的现象。因此，仰焊时必须保证最短的电弧长度，以使熔滴在很短时间内过渡到熔池中，在表面张力的作用下，很快与熔池的液体金属熔合，促使焊缝成型。此外，为了减小熔池面积，要选择比平焊时还小的焊条直径和焊接电流。若电流与焊条直径过大，致使熔池体

35、积过大，容易造成熔化金属的下落;如果电流过小，则根部不易焊透，易产生夹渣及焊缝成型不良的缺陷。综上所述，D4、B4都选用平焊。5 焊后处理和检查5.1 热处理及表面处理压力容器的焊后消除应力热处理是保证压力容器在质量的重要技术手段之一。其目的在于：消除焊接残余应力、冷变形应力和组装的拘束应力，软化淬硬区，改善组织，减少含氢量，尤其对合金钢，可以改善力学性能及耐蚀性，还可以稳定构件的几何尺寸。5.2 焊前准备及焊后热处理（1）炉内整体热处理我国的压力容器安全技术检查规程明确规定：对于高压容器、中压反应容器和储存容器、盛装混合液化石油气的卧室储罐、移动式压力容器等应采用炉内整体热处理。装炉时炉内温

36、度不得高于400升温速度应是可控的，且不应超过(5000/)/h，（为容器壁厚），且不得超过200，最小可为50/h。升温期间，加热区内任意长度为5000mm内温差不应大于120保温期间，最高与最低温度之差不宜大于65降温速度不得超过(6500/)/h，且不得超过260/h，最小为50/h。出炉时的炉温不得超过400，北方地区在冬季，可适当降低出炉温度。出炉后应在静止的空气中冷却。（2）炉内分段热处理压力容器尽可能进行整体焊后热处理，这对提高产品的使用性能有很大的好处。对于较长的产品，由于受炉子长度的限制，不能进行整体热处理时，也可以进行调头分段热处理。此时，重叠加热长度至少为1500mm。炉

37、口最好应隔热，容器的炉外部分应用绝热材料包覆起来，以控制纵向温度梯度。距炉口2.5RS处，壳壁的温度不宜小于近炉口处壳壁温度的一半（R为壳体内半径，S为厚度，均以mm为单位）。但产品的分段热处理不一定能保证于整体工业炉处理有同等的耐应力腐蚀性能。（3）焊缝局部热处理超长容器的分段制造、分段炉内热处理后，再进行总装环缝的组装焊接，对于总装环缝只能采用环带加热局部热处理。局部热处理的加热温度和保温时间与进炉热处理相同，保温环带宽度从环缝的最大宽度边缘算起，每侧应不小于两倍筒体壁厚。加热带以外的壳体延伸段应采用保温材料包覆起来，以控制纵向温度梯度。距保温温度环带边缘3倍壁厚处（外侧），壳壁的温度不宜

38、低于环带边缘处实际温度的一半。（4）其他热处理电渣焊焊后热处理：电渣焊的最大弊端是焊缝和热影响区晶粒粗大，由于焊缝和热影响区在高温停留时间长，这是电渣焊工艺特点所决定的。因此，对于电渣焊缝，焊后必须进行细化晶粒的正火处理。正火处理的目的是均匀组织，细化晶粒，改善焊缝的综合性能。旋压成形封头消除应力热处理：对于冷旋压成形的各类封头（除奥氏体不锈钢封头外），都必须进行消除应力（简称SR）热处理，这不但可消除冷变形应力，还可以降低硬度，使原有塑性韧性指标得以恢复。通常可采取整体退火处理。封头应预先加焊防变形支撑，退火炉的加热、保温、冷却全过程应能控制并可自动记录。金属垫片的热处理：压力容器的密封结构

39、中采用的各种金属垫片，在保证密封的可靠性中担负着重要角色。金属垫片一般为经退火的软铝、软铜、蒙耐尔或某些铬钢制成，经固溶处理的奥氏体不锈钢也被广泛用于制作垫片。绝大部分垫片材料可选用退火状态供货的，以达到降低硬度的基本要求，需要对垫片坯料进行退火处理。螺栓、螺母的热处理：压力容器的密封结构中，螺栓、螺母是重要的承载零件，螺栓和螺母的力学性能与韧性指标是保证设备安全运行的两大因素。螺栓与螺母所用材质的选用与容器的操作压力、温度、耐蚀要求及密封垫类型等工况有关。Q325是热轧状况使用的，35号钢需经正火、而45号钢及合金结构钢是必须经调质处理（淬火+回火）后才能使用。封头、弯管的热处理：对冷成形封

40、头应进行解除应力的热处理。对热冲压成形封头，正火状态下冲压，否则应在成形后再进行正火处理。冷弯管进行固溶化处理。如采用同型模压制法制造高压厚壁弯头，应进行正火或正火加回火。不锈钢的热处理：对不锈钢材料应进行稳定化处理和固溶化处理。表5-1 焊条预热温度与保温表8类别牌号温度时间/hE5015J5073501根据GB150.4-2011 热处理表5-2 需要焊后热处理的焊接接头厚度6材料焊接接头厚度碳素钢Q345R、Q370R、P265GH、P355GH、16Mn32mm38mm(焊前预热100以上)07MnVR、07MnNiVDR、07MnNiMoDR、12MnNiVR、08 MnNiMoVD

41、、10Ni3MoVD、32mm38mm(焊前预热100以上)16MnDR、16MnD25mm对16Mn,16MnR壁厚小于32,小于38（焊前预热100度）不需要焊后热处理。5.3 表面处理压力容器的表面处理应按设计图样要求进行压力容器表面处理之前，所有的焊接修补工作应该结束，压力容器表面的焊接飞溅物、溶渣、氧化皮、焊疤、凹坑、油污等杂质均应清除干净。表面处理过程中禁止使用碳钢刷清理不锈钢压力容器表面。采用机械抛光时，抛光磨料一般选用氧化铝或氧化铬，不得使用铁砂做磨料，不同粒度的磨料不得混放，一种抛轮只能用一种粒度的磨料。抛光等级应按顺序逐级提高。整个抛光过程中应始终控制抛光温度，预防变形和过

42、热，切注意抛光纹路的一致性。不锈钢压力容器的酸洗钝化应以浸渍法，亦可采用湿拖法或膏剂涂抹法。凡不锈钢压力容器上有碳钢零部件的，应尽量避免碳钢件的酸洗，无法避免时，碳钢件必须预先做好保护措施5.4 焊接质量检验 焊接质量的检验是非常必要的，整个焊接的过程有人的参与，难免会出现些失误，若有质量的问题的话，在将来使用的过程中发生事故的话，那损失是可以想像的非常严重，通过检验可以弥补这些失误。主要的检验方法有一下几种：焊缝外观检查：包括检查焊缝表面有否缺陷和焊缝尺寸是否符合要求。表面缺陷用肉眼或低倍放大镜检查。焊缝尺寸用焊缝卡板测定。无损探伤检验：主要是不损害焊件，能准确可靠的显示缺陷的形状、大小和位

43、置。包括X射线探伤、超声波探伤、声发射探伤和渗透探伤等。焊缝致密性试验包括煤油试验、载水试验、冲水试验、沉水试验、吹起试验、氨气试验、氨气检漏试验和破坏性试验等。GB3323钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级中就把射线探伤技术质量划分为A，B，AB，B级，质量级别顺次增高，AB级适合于锅炉压力容器的焊接检验。探伤结果的评定，分为一，二，三和四级。质量级别顺次递减，其中一级要求焊接接头不允许有裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣存在。X射线探伤主要应用于产品焊缝的检测，由于B4号焊缝为B类焊缝，采取射线100%探伤,三级合格.焊接检验包括焊前、施焊过程、焊后三部分。焊前要检验母材、焊接材料、焊接坡口及

44、清理，焊条、焊剂按规定烘干和保温，焊丝需去除油锈，保护气体应干燥。施焊过程中，应该按焊接参数、焊接工艺进行焊接。焊后要对焊接接头进行探伤，通过无损检测、压力试验和致密性试验等方法来测验。无损探伤：压力容器的对焊接头无损检测比例，一般分为全部（100%）和局部（20%）两种。对其A类焊缝接头，进行百分之百的射线或超声检测。对有无损检测要求的角接接头，t形接头，不能进行射线或超声波检测时，应做100%的表面检测。无损检测应在其外观质量检验合格后进行。无损检测的常用方法有：射线（RT）、超声（UT）、磁粉（MT）、渗透（PT）和涡流（ET）。焊缝外观形状检验：焊缝外观形状尺寸检验是用肉眼或者借助样板

45、，或用低倍放大镜观察焊件的外形尺寸的检验方法。在测量焊缝外形尺存时，可采用标准样板和量规。焊接成品的密闭性检验：载水试验，适用于不受压的容器或敞口焊接的密封性试验。试验时，仔细清理容器焊缝表面，并用压缩空气吹净，吹干。在气温不低于0度的条件下，在容器内灌入温度不低于5度的净水，然后观察焊缝，其待续时间不得少于1小时。在试验时间内，焊缝不出现水流，水滴状况渗出，焊缝及热影响区表面无“出汗”现象，即为合格。致密性试验是利用惰性气体对盛装有毒或易燃介质的压力容器整体密封性能所进行的试验方法。锅炉汽包加工在焊接完成后，应检验其气密性和对焊接接头进行探伤。对D2焊缝进行100的超声探伤，对回收罐进行致密

46、性试验。6 结论通过此次专业课程设计让我对所学的知识得到了进一步认识，巩固了以前所学的内容。为以后实践打下了良好的基础。在这次专业课程设计中，我发现焊接方法以及焊接材料的选择可以根据实际情况选择一种或多种的，因此，焊接参数也是不尽相同的。通过本次课程设计，使我们对焊接工艺设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。本课程设计的特色就是把设计任务与实际生产过程结合起来，提高了我们的学习兴趣，培养了我们的实际技能。在课程设计过程中，我们基本能按照规定的程序进行，先针对所给产品特点收集、调查有关资料，根据有关标准画出焊缝布置图，并标焊缝类别；然后根据材料类别、供货状态、性能要求等，分析

47、在焊接过程中可能存在的问题以及在施焊过程中应采取的措施，制定焊接工艺总则；最后制定焊接工艺卡，对不同焊缝选择焊接方法、焊接材料、焊接参数以及焊后的处理方式和检验标准。其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、再修改，最后定案。整个过程周密有序，有利于学生按时高质完成全部课程设计。在这次课程设计中遇到了许多实际问题，比如在焊条直径选用上，如果是在一个范围区间，还需要考虑其他的综合因素来确定最终的直径；再比如在焊接B4焊缝，原来我设计的是用埋弧焊焊接，但经过研究发现埋弧焊的焊接小车轨道不能转弯，所有改成了手工电弧焊。总之，这次设计让我既获得了有关焊缝设计的知识和查阅资料的能力，也让自己从思想

48、上获得了严谨求实的科学态度，更重要的是激发了自己对学习本专业的强烈兴趣。参考文献1 材料成型与控制工程教研室.材料成型及控制工程专业课程设计指导书Z.西安石油大学:材料成型与控制工程教研室,2010.2 GB/T1518-1995,低合金钢焊条S.北京:中国标准出版社,1996.3 GB985-88,气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸S.北京:中国标准出版社,1996.4 吴林.焊接手册.第一卷焊接方法及设备M.殷树言，刘合金，陈善本.第2版.北京：机械工业出版社,2001（1）:P67.5 GB150-1998,钢制压力容器S.北京:中国标准出版社,1996.6 GB150

49、.4-2011,压力容器S.北京:中国标准出版社,2012.7 王宗杰.熔焊方法及设备M.北京:机械工业出版社,2014:P122-123.8 GB/T4709-2000,钢制压力容器焊接规程S.北京:中国标准出版社,1996.致 谢三周的课程设计至此结束了,通过这次设计，我真的是获益匪浅，所有的设计内容都是在不断的摸索与学习中完成的。这里首先要感谢我的指导老师李渊博老师对我的悉心指导，感谢他细心解答我所有课程设计上的疑问，没有他的指导，我至今也不能完全掌握焊接工艺设计的相关方法和一般规律。是他让我懂得了如何在探索中求知。同时感谢同学在我遇到问题时候给我的帮助。附录A 焊 接 工 艺 卡焊表（

50、一） 共 1页 第 1页产品名称锅炉汽包产品编号接头名称法兰与接管连接的接头工艺评定编号工艺卡号1材质接管16Mn焊材及辅助材料名称牌号规格烘烤 保温 h用量 kg规格壁厚16mm焊条J5075mm3501m=Alp/1-Ks焊缝编号B4焊接位置平焊探伤要求100 % 射线 探伤 三 级合格，加 % 探伤 级合格焊接方法电源极性焊缝层次焊材牌号焊材直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）气体流量(L/min)工 艺 要 求焊接过程说明手工电弧焊直流反接1层J5075220270162510-15cm/min坡口加工碳弧气刨焊前要将焊条烘烤350，多层焊要将焊缝机械打磨，焊后对焊