压力容器焊接结构及工艺设计

综合性实验报告压力容器焊接构造及工艺设计实验者：指导老师闲步班级：o8hanie学号：10目录纲领⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2关字⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2序言1概括⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31.1力容地分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31.2力容器地构特色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42方案及方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42.1资料地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42.2接性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6裂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6脆化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.3接方法及参数地确立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.3.1接接形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82.3.2坡口地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8接方法地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10接资料地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123.1前准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.2接操作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.3后理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.3机械性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯134果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯144.1接接硬度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯154.2接接机械性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯154.3接接金相⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯165⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯186⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯187致⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯188参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19纲领当前中国生产地电站锅炉、工业锅炉和各样石油化工容器均为焊接构造,其焊接工作量之大,对焊接质量要求之高居整个焊接构造制造业之首位.当前中国地压力容器制造行业已经能够制造大型、超重型、高压和超高压容器.本文主要介绍压力容器地构造、使用性能、资料地选择、焊接构造与工艺地设计、朴实地热办理、无效形式等.经过多步骤地实验得出了硬度数据、拉伸图、金相图片等资料,并就实验中出现地问题做了整理和分析,以供参照.依据工件地工作环境、使用性能可知道工件地力学性能有高强度、好地塑性、韧性和焊接性.依据其工作要求、性能要求、服役条件和经济状况决定零件素需要地资料为16MnR钢.并依据工件地构造、性能要求以及资料确立工件地热办理工艺.要点词：压力容器、手工电弧焊、坡口、金相图序言压力容器一般是指用于必然压力流体地积蓄、运输或许是传质、传热、反响地密闭容器.广泛应用于采矿、炼油、冶金、化工、医药等行业以及人民生活地好多方面.概括1.1压力容器地分类压力容器地设计、制造、安装、使用、查验、改造和维修都要遇到国家《压力容器安全技术督查规程》地督查.压力容器地焊接工作有严格地参数,必然依据国家相关标准、行业标准和专业标准.按压力容器地工作压力p,压力容器可分为低压、中压、高压和超高压容器四类.这四类容器地压力范围规定以下：低压容器<L）,0.1≦p＜1.6MPa。中压容器<M）,1.6≦p＜10MPa。高压容器<H）,10≦p＜100MPa。超高压容器<U）,p≥100MPa.依据压力容器安全技术地角度可将容器分为固定式容器和挪动式容器.从压力容器地用途和化工工艺过程地性质,可将压力容器分为反响容器、换热容器、分别容器和贮运容器.基于各样容器地工作压力和介质差异较大,容器按工作压力、温度地高低以及在运转过程中地危害程度能够分为一类容器、二类容器和三类容器.一类容器是指装有非易燃或无毒介质地低压容器,或许是装有易燃或有毒介质地低压分别器和换热器.二类容器包含中压容器,或许装有剧毒介质地低压容器和装有易燃或有毒介质地低压反响器和贮运容器.三类容器是指高压或超高压容器.或许装有剧毒介质地大型低压和中压容器,或许装有剧毒介质地低压容器和装有易燃或有毒介质地中压反响器和贮运容器.1.2压力容器地构造特色压力容器最常有地构造形式为圆柱形、球形和圆锥形三种.大多数压力容器是由封头、端盖、筒体和接收等零件构成.压力容器地封头按其外形可分为椭圆形,蝶形和球形三种.厚度20mm以下地薄壁封头可采纳冷冲压或旋压成形制造.20mm以上地壁厚封头一般采纳热冲压成型制造.大直径封头可由瓜瓣片和圆顶盖拼焊而成.厚壁容器地顶盖以及热互换器地管板大多数采纳大型锻件加工而成.圆柱形筒体和椎体可采纳冷卷或热卷成形,也可采纳压制成形工艺制造.封头、端盖、筒体<椎体）和接收之间几乎所适用焊接而成.实验方案及方法2.1资料选择压力容器所用地资料一般为碳钢、低合金钢和合金钢,含碳量一般规定≤0.25%.压力容器用钢必然知足使用条件下地力学性能要求,主要包含强度和塑韧性地要求.压力容器用钢要求室温下地冲击韧性60-70J/cm2,-40℃时地冲击韧性为35-40J/cm2<U型缺口）.压力容器所用地资料都应有供给厂商圆满地质量证明书.初步选择Q235和16Mn进行比较.Q235：一般碳素构造钢,是一种钢材地材质.Q代表地是这类材质地服气度,后边地235就是这类材质地服气值,在235左右.并会跟着材质地厚度地增添而使其服气值减小.由于含碳量适中,综合性能较好,强度、塑性和焊接等性能获取较好地配合,用途广泛.常用于制作钢筋或厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等,也大批用作对性能要求不高地机械零件.●化学成分见下表2-1与力学性能见下表2-22-1牌号等级化学成分<质量分数）<%）CMnSiSP≤Q235A0.14~0.220.30~0.650.300.0500.045B0.12~0.200.30~0.700.045C≤0.180.35~0.800.0400.040D≤0.170.0350.0352-2牌号拉力强度MPa服气点MPa伸长率<%）Q235375~5002352616MnR：强度级别为343Mpa,在热轧或正火状态下使用.综协力学性能、焊接性及低温韧性、冷冲压及切削性均好,与Q235比较,强度提升50%,耐大气腐化性能提升20%-38%,低温冲击韧性也比Q235钢优胜,价廉,应用广泛.用于各样大型船舶、车辆、桥梁、管道、锅炉、压力容器、石油积蓄、矿山机械、电站设施、厂房钢架等承受动载荷地焊接构造.●化学成分见下表2-3与力学性能见下表2-4表2-3牌号化学成分(质量分数>(%>CSiMnP≤S≤CrMoV16MnR0.030.03---00表2-4牌号拉力强度MPa服气点MPa伸长率(%>16MnR490-67032021

Q2和16MnR都拥有优秀地综合性能和焊接性能,但16Mn地强度比Q235地高、冲击韧性也比Q235地优胜、耐大气腐化性也好.价钱也廉价.综合考虑,选择16MnR.16MnR地性能参数见表2-52-5拉伸性能

冲击性能钢号16MnR

板厚/mm6-16

状态热轧或热办理

σs/MPa≥345

σb/MPa510-655

σ5/%≥21

曲折180od=2a

温度/室温

℃

冲击功Aku/J≥27

时效冲击——2.2压力容器焊接性能分析裂纹问题<1）热裂纹：热轧钢一般含碳量较低,而含锰量较高,所以它们Mn/S比较大,拥有优秀地抗热裂性能.正常状况下焊缝中不会出现热裂纹,但当资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,减少了硫地有害影响,加强了钢地抗热裂性能.<2）冷裂纹：钢材冷裂纹主要取决于钢材地淬硬偏向,而刚才地淬硬偏向又主要取决于它地化学成分.热轧钢由于含有少许合金元素,其碳当量比低碳钢碳当量略高些,所以这类钢淬硬偏向比低碳钢要大些,并且随钢材强度级别地提升,合金元素地增添,它地淬硬偏向渐渐增大,应依据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度,以控制热影响区地冷却速度,同时降低焊缝金属地含氢量等举措,防备冷裂纹地产<3）再热裂纹：从钢材地化学成分考虑,由于热轧钢中不含强碳化物形成元素,所以对再热裂纹不敏感,并且还能够够经过提升预热温度和焊后立刻后热等举措来防备再热裂纹地产生.脆化问题（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地部位

,常常会承受不住应力地作用而损坏.防备过热区脆化地举措是提升冷却速度,特别是提高奥氏体最小坚固性范围内陆冷却速度,缩短在这一温度区间逗留时,减少或防备奥氏体组织地出现,以提升钢地冲击韧度,并且为防备过热区粗晶脆化,也不宜采纳过大线能量.<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,同时惹起氮碳原子迅速扩散齐集在位错区,出现热应变脆化.16Mn和15MnV这两类钢拥有必然得热应变脆化偏向,焊接时消除热应变脆化地有效举措是焊退后火办理.2.3焊接方法及参数地确立<筒体地焊接）研究对象选择厚度为6mm地钢板焊接低压容器地筒体2.3.1焊接接头形式<1）对接两件表面构成大于或等于1350,小于或等于1800夹角地接头.在各种焊接构造中它是采纳最多地一种接头形式.交接接头两焊件端面间构成大于300、小于1350夹角地接头,这类接头受力状况不好,常用于不重要地构造中.(3)T形接头一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角地接头.（4）搭接接头两件部分重叠构成地接头.经综合分析考虑,应采纳对接接头.由于这类接头地强度能够达到与母材相等,受力也比较平均.2.3.2焊缝坡口地选择当压力容器地板厚超出必然厚度时,为了保证压力容器地焊缝全部焊透又无缺点,应将钢板接头处开各样形状地坡口.破口地形状和尺寸取决于被焊资料和所采纳地焊接方法.2-6名备接头形式基本尺寸适用范围注明朝号称注2～34薄板拼接,筒b+11+1体纵、环焊缝0用于根部空隙对3～40较大且没法用接60°±5°机械方法加工接b坡口地容器环头焊缝↓垫手板工筒体内没法焊尺电6～1012～26接,可是赞成寸弧45°±5°35°±5°衬垫板地焊缝由焊b+18+1施7P1±12-1注：一般不推焊荐使用者自定bP

16～6055°±5°钢板拼接,筒+1体地纵焊缝22±130～9092～1506°±2°4°±2°b+11P+12R+1630～6065°±5°10°±2°b+12P2±1H+210

钢板拼接,筒体地纵焊缝厚壁筒体地环焊缝,多用于筒体内径DN<600mm地单面焊接压力容器地筒体内壁焊接起来比较困难,且由于要装液体或气体所以必然保证内壁地圆滑无毛刺来保证所装东西地纯净.经分析,为了获取更好地焊缝质量和更好地操作方便采纳单面V型坡口.2.3.3焊接方法地选择在压力容器制造中,焊接方法主要依据被焊资料、接头厚度、焊缝地点和坡口形式选择.当前,常用地焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊、气体保护焊及等离子弧焊等.埋弧焊：生产效率高这是由于,一方面焊丝导电长度缩短,电流和电流密度提升,所以电弧地溶深和焊丝溶敷效率都大大提升.<一般不开坡口单面一次溶深可达20mm）另一方面由于焊剂和溶渣地隔热作用,电弧上基本没有热地辐射消逝,飞溅也少,固然用于融化焊剂地热量耗资有所增大,但总地热效率仍旧大大增添.焊缝质量高熔渣间隔空气地保护见效好,焊接参数能够经过自动调理保持坚固,对焊工技术水平要求不高,焊缝成分坚固,机械性能比较好.劳动条件好除了减少手工焊操作地劳动强度外,它没有弧光辐射,这是埋弧焊地独到长处.CO2保护焊：焊接成本低CO2气体是酿造厂和化工厂地副产品,根源广,价钱低,其综合成本大体是手工电弧焊地1/2.生产效率高CO2气体保护焊使用较大地电流密度<200A/mm2左右）,比手工电弧焊<10-20A/mm2左右）高得多,所以熔深比手弧焊高倍,对10mm以下地钢板能够不开坡口,关于厚板能够减少坡口加大钝边进行焊接,同时拥有焊丝融化快,不用清理熔渣等特色,效率可比手弧焊提升2.5-4倍.焊后变形小CO2气体保护焊地电弧热量集中,加热面积小,CO2气流有冷却作用,所以焊件焊后变形小,特别是薄板地焊接更为突出.抗锈能力强CO2气体保护和埋弧焊比较,拥有较高地抗锈能力,所以焊前对焊件表面地洁净工作要求不高,能够节俭生产中大批地协助时间.缺点：由于CO2气体自己拥有较强地氧化性,所以在焊接过程中会惹起合金元素烧损,产生气孔和惹起较强地飞溅,特别是飞溅问题,固然从焊接电源、焊丝资料和焊接工艺上采纳了必然地举措,但到现在未能圆满除去,这是CO2焊地显然不足之处.手工电弧焊：设施简单,可用成本较低地沟通或直流焊接电源.灵巧方便,可用焊接各样地点、各样厚度和形状地焊件.焊条品种齐备,可供焊接不一样样地钢材采纳.焊接质量主要取决于焊工地娴熟程度和焊条地质量.焊接方法应依据焊接构造、制造要求以及对焊接接头质量地影响及所拥有地焊接设施条件灵巧选择,经过综合考虑,采纳手工电弧.电源种类：沟通<沟通比较广泛,加强了实质操作中地灵巧性）焊接资料地选择压力容器地焊接资料地采纳必然保证焊缝性能不低于母材,特别是焊缝地韧性指标是选材考虑地要点.依据各项查地应选J427或J426型焊条<沟通电源）J506或J507<直流电源）.此处我们用J426型焊条.焊接工艺参数以下表2-7和表2-8所示：表2-7焊缝空坡口焊件厚第一条焊缝其余各层焊缝封底焊缝间地点形式度<mm>平对接单面V—6焊条直焊接电焊条直焊接电焊条直焊接电5焊缝形径流<A>径流<A>径流<A><mm><mm><mm>4200---4200---4200---220220220表2-8电源沟通

焊条J406

焊接地点平焊

前倾/(°）10--15

侧倾/(80--90

°）实验过程本实验采纳两个工件,工件一进行焊后热办理,工件二不进行焊后热办理.并对实验结果加以比较.3.1焊前准备<1）坡口加工采纳热切割时应注意防备母材边沿会形成必然深度地淬硬层,这类低塑性地淬硬层常常成为冷加工地开裂源.<2）焊前必然除去焊接区钢板表面地水分,坡口表面地氧化皮、锈斑、油脂以及其他污物.<3）焊接资料在使用前应按生产厂介绍地规范进行烘干.<4）装置定位焊缝必然采纳与正式焊缝同一种类地焊条.3.2焊接操作(1)起弧：现在试板上浮好电流,直至所需电流为止.全部正常后在压板上划擦引弧,待电弧坚固焚烧后引至坡口处中心尽量压低电弧,并稳弧1-2秒,当管口发出电弧击穿后立刻进行正常运条.<2）运条：采纳直线运条法.3.3焊后热办理为改良压力容器焊接区地性能和除去焊接节余应力等有害影响,对焊接区及其相关部位在金属相变温度点以下充分平均加热,此后又平均冷却以进行除去应力退火.焊后热办理是保证压力容器焊接接头性能地一个特别重要地环节.本实验采纳600-640℃回火,保温40分钟来消除应力.3.4焊缝机械性能查验<1）依据GB2649--1989焊接接头试样标准取样,把工件一和二制成拉伸式样一、二<如图3-1和3-2）.<2）加工成无余高地拉伸试样后,分别在洛氏硬度机上从焊缝中心相热影响区打硬度,并记录相应数值,并分析.<3）分别在全能拉伸机进步行拉伸实验.察看宏观断口,并对拉伸数据进行比较,看能否复合要求.<4）制取焊缝区地金相,并用金相显微镜对焊接接头进行金相观.图3-1图3-2实验结果与分析4.1焊接接头硬度分析<热办理工件）4-1如上表4-1为焊缝到焊接热影响区地硬度走势图.能够看出过热区是硬度最高地区.焊缝和母材地硬度相差不大,一般是周边.熔合线外侧过热区组织粗大,奥氏体晶粒最粗,显微硬度也最高.所以在过热区出现了硬度地峰值.热影响区地硬度在过热区会忽然上涨,此后再很快将下来,对应高硬度地过热区韧性恰巧是个最低值.所以,在熔合线外侧过热区地高硬度是造成热影响区裂痕地必需条件.所以测定热影响区地硬度散布是极为重要地.4.2焊接接头机械性能分析<1）宏观断口察看.如图4-1<热办理）和4-2<未热办理）.肉眼察看可看出经过热办理地式样为韧性断口,而未办理过地则为脆性断口.所以焊后热办理可提升焊缝地韧性.断口在焊接接头处,说明,焊接接头仍是整个工件最单薄地地方.正所谓组织影响性能,由于焊接热影响区组织粗大,不平均,所以此处地强度和韧性都不如工件地其余地区.外加焊接时忽然加热,冷却,是工件内部产生应力,有可能产生热裂,微观裂纹等缺点.是此处更为单薄.<2）力学性能比较拉断后地地数据可查附表1式样二最大载荷43154.2N,抗拉强度431.542MPa,断裂强度398.312MPa.工件在焊缝区断裂,此数值已达到所规定数值,所以知足要求.式样一比二性能更好,力学性能指数更高,所以式样二也知足要.可见,焊后热办理对焊缝性能是会有必然影响地.所以,做好焊后热办理很重要.图4-1图4-24.3焊接接头金相图分(热办理工件>伤害剂：4%地硝酸酒精.1-3图放大倍数均为500倍.图1焊缝组织图中白条状为先共析铁素体,描述出焊缝柱状晶原奥氏体晶界.晶体内部为针状铁素体图2：熔合区组织.焊缝与母材过热区交界.3<左）：母材组织珠光体和铁素体4<右）：焊接接头整体样貌<放大50倍）以上图片为所拍金相图.对焊接接头进行认识析.从宏观上看,16Mn热影响区是一个即与母材不一样样又与焊缝不一样样地组织地区.这部分地区地组织就是珠光体在热循环过程中形成地细小铁素体与珠光体和本来未发生相变较粗大地铁素体构成地组织.由于有未转变地铁素体,即便发生部分重结晶过程,仍旧能看出组织地带状特色.过热粗晶区地性能特别是冲击韧性最差,韧性差主要归因于奥氏体晶粒粗大地结果.16Mn地过热区组织是先共析铁素体沿晶散布,同时凑近先共析铁素体地三角形黑色组织小区是索氏体组织,从晶界先共析铁素体近处伸展于晶体内陆粗大铁素体片为魏氏组织铁素体.晶体内部细小地点状组织为粒状贝氏体组织.16Mn地熔合区是凑近焊缝金属过分地区,与焊缝组织和过热粗大晶粒间也没有显然地界限这个地