《过程装备智能制造工艺》课件 第5-9章 过程设备零件制造及组装-过程设备制造质量检测

过程装备智能制造工艺

processequipmentintelligentmanufacturingtechnology第5章

过程设备零件制造及组装5.1原材料的准备5.2划线5.3切割及边缘加工5.4成形加工工艺5.5组装工艺5.6过程设备零件智能制造案例5.1原材料的准备原材料的验收和管理对过程设备制造来说，原材料主要包括工件材料（各种钢材、锻件、铸件等）和焊接材料。它们的规格和质量都应符合国家有关标准，设计与制造均应按相关标准执行。

原材料的实际质量是否符合标准是保证设备制造质量的基础，因此必须严格验收才能投产。忽视这项工作将带来极大的危害。材料的保管和发放也很重要，应避免保管不当（如焊条受潮等）而降低质量，或因管理制度不严造成错乱。一个取得设备制造权的企业，都必须具有相应的检验设备、技术人员和管理规章制度。5.1原材料的准备钢材的净化净化的作用保证焊接质量提高下道工序的配合质量

喷镀、搪瓷、衬里的设备以及多层包扎式和热套式高压容器等提高耐腐蚀性，延长寿命5.1原材料的准备钢材的净化净化方法喷砂法效率很高，质量好，但粉尘大喷丸法喷丸（也称抛丸）是指用机械的办法把丸料（如钢丸等）以很高的速度和一定的角度抛射到工作外表上，让丸料冲击工件外表，然后在机器内部经过配套的吸尘器的气流清洗，将丸料和清除下来的杂质分别回收，并且使丸料能够再次应用的技术。5.1原材料的准备钢材的净化净化方法化学净化法有机剂擦洗的方法酸、碱洗的方法金属表面的氧化、磷化和钝化常用于设备和管道衬里（如衬橡胶）的表面，经喷砂净化后的进一步清洗。碱洗主要用于各种表面的去油污。酸洗是常用的方法，它可除去金属表面的氧化皮、锈蚀物、焊缝上残留的熔渣等污物。钝化主要作为酸洗后的防锈处理。5.1原材料的准备钢材的净化净化方法5.1原材料的准备钢材的矫形

设备制造所用的钢板、型钢、钢管等，在运输和存放过程中，由于自重、支承不当或装卸条件不良，会产生弯曲、波浪形或扭曲变形。这些变形给尺寸的度量、划线、切割都带来困难，而且会影响到成形后零件的尺寸和几何形状精度。矫形的方法有手工矫形、机械矫形和火焰加热矫形。手工矫形机械矫形

是在常温下（或加热后）把工件放在平台上用锤敲打。手工矫形用的工具主要有大锤、手锤以及用于型钢的各种型锤。

钢板矫形型钢矫形管材矫形矫板机压力机拉床火焰加热矫形5.2划线把立体表面依次摊平在平面上，称为立体表面的展开。设备零件是一个空间的几何形体，其立体表面展开所得的平面图形，称为零件表面的展开图。将零件展开图按1：1比例直接划在钢板上，或先划在薄铁板（或纸板）上做成样板，再按样板划线的过程，称为放样。在钢板上划好线以后，打上标记符号称为打标号。

划线工序是包括展开、放样、打标号等一系列操作过程的总称。划线是一道重要的工序，它直接决定着零件成形后的尺寸和几何形状精度，对以后的组对和焊接工序都有影响。5.2划线零件的展开计算零件的曲面有直线曲面和曲线曲面两种。所有的曲线曲面都是不可展开的。在直线曲面中，相邻两素线位于同一平面内才是可展开曲面。圆柱、圆锥以及它们的相贯体，都是可展开的。这类零件从制造过程看，其特点是：用坯料制成零件后，中性层尺寸理论上不变。因此它们可以用公式计算或用投影作图准确展开。球形、椭球形、折边锥形封头等零件的表面是曲线曲面，属于不可展开零件。这类零件在制造过程中的特点是：从坯料制成零件后，中性层尺寸将发生变化。因此在生产中，这类零件只能用近似方法展开或用经验公式计算。5.2划线零件的展开计算可展零件的展开例题：已知筒体长度H、公称直径DN、中性层直径D、壁厚δ。

圆柱形筒体展开后为矩形，所需确定的几何参数分别为长l和宽h。计算时以中性层为准。则5.2划线零件的展开计算可展零件的展开例题：已知大端中径D，小端中径d，锥顶角β。展开后为扇形，需求出的几何参数为展开后的圆心角α，锥形封头展开后的小端半径r和大端半径R。由图5.7（a）的几何关系得：其中大端展开弧长S=πD、R=l，则有5.2划线零件的展开计算不可展零件的展开例题：椭圆形封头的展开计算如图5.8所示。已知公称直径DN、壁厚δ、封头的曲面深度hg、封头直边高度h。等面积法椭圆封头展开前的表面积由直边部分的表面积和半椭球表面积组成，即椭圆封头展开后的表面积对标准椭圆型封头，a:b=2，代入上式可得展开后圆面的直径为：5.2划线零件的展开计算不可展零件的展开等弧长法带折边锥形封头的展开计算如图5.9所示。展开角α、小端展开半径r'的求解与无折边锥壳相同，即：大端展开后的展开半径R要利用等弧长法求得，即展开后中间面处半径R等于展开前中间面处总弧长。即：5.2划线零件的展开计算不可展零件的展开经验公式法很多工厂通过长期的生产实践，总结出一些经验公式或图表来确定展开尺寸，既简单又适于各工厂的条件和习惯。这些公式虽然形式不同，但结果相差不大。例如，某厂标准椭圆形封头的展开公式为：式中，D0为包括了加工余量的展开直径；K为经验系数，可查表5.55.2划线号料（或放样）加工余量工厂里把零件的展开图配置在钢板上的过程称为号料（或放样）。实际上它是划线的具体操作。号料过程中主要注意两个方面的问题：全面考虑各道工序的加工余量；考虑划线的技术要求。上述展开尺寸只是理论计算尺寸，号料时还要考虑零件在全部加工工艺过程中各道工序的加工余量，如成形变形量、机械加工余量、切制余量、焊接工艺余量等。由于实际加工制造方法、设备、工艺过程等内容不尽相同，因此加工余量的最后确定是比较复杂的，要根据具体条件来确定。5.2划线号料（或放样）实际用料线尺寸展图尺寸成型变形量，如卷制圆筒有卷制伸长量.边缘机械加工余量：3--6mm焊缝收缩量焊缝坡口间隙

号料需要考虑零件在全部加工工艺过程中各道工序的加工余量.划线技术要求5.2划线号料（或放样）划线技术要求对角线（l1-l2）不大于1mm；两平行线的不平行度不大1mm.a.划线要准确b.留出必要余量c.合理排料d.合理配置焊缝5.2划线标记和标记移植在钢板划线时对制造受压元件的材料应有确认的标记（如打上冲眼、涂上标号），如原有确认标记被截掉或材料分成几块，应按照TSGR21《固定式压力容器安全技术监察规程》要求，于材料切割前完成标志准确、清晰、耐久的移植工作。材料标记或代号的保留和移植，是保证制造过程中不致用错材料，并为检验和监督人员识别材料标记提供方便。5.3切割及边缘加工机械切割过程设备的坯料在划线之后就要按所划线条进行切割下料及边缘加工，以便得到所需要的形状和尺寸，为后续的成形、拼装和焊接等工序作好准备。闸门式剪板机闸门式剪板机有斜口和平口两种,以斜口式用得最多。

用于板材的直线剪切。其剪切厚度为6-40mm。振动剪床用于4mm以下板料的直线和曲线剪切，还可剪切内孔。5.3切割及边缘加工氧气切割氧气切割简称气割，气割过程是利用氧—乙炔（或天然气、石油气）火焰，将金属预热到能在氧气流中燃烧的温度，然后送进高纯度、高速度的切割氧流，使金属在氧流中燃烧，金属燃烧生成的氧化物（熔渣）被切割氧流吹走而形成制缝。金属燃烧放出大量的热，将割缝前缘的表层金属预热，移动割炬（图5.14），切割过程便连续进行。5.3切割及边缘加工氧气切割气割的条件金属预热——金属元素的燃烧——氧化物被吹走③金属燃烧时放出的热量应足以维持切割过程连续进行。

①金属的燃点必须低于其熔点（基本条件）。

铸铁、铜、铝的燃点都高于其熔点，不能用氧切割②金属氧化物的熔点必须低于金属本身的熔点。

铝和含铬较高的合金钢不能气割

5.3切割及边缘加工氧气切割切割工艺参数主要包括：切割氧压力、切割速度、预热火焰能率（单位时间内火焰提供的能量）、割嘴与工件间的倾角、割嘴至工件表面的距离等。气割的工艺规范氧气压力氧气压力是根据切割材料的厚度来确定。切割纯氧度I级不小于99.2%、II级不小于98.5%。切割速度切割速度应与金属氧化的速度相适应。割嘴与工件之间的倾角和距离

割嘴与工件之间的距离为切割火焰焰芯的长度为宜，割嘴一般应垂直于切割件表面。5.3切割及边缘加工等离子切割等离子弧及其产生

完全电离成正、负离子的物质称等离子体，是气液固三态之外物质存在的第四种状态。目前生产上建立等离子体的主要方法是压缩电弧，迫使电弧收缩，电流密度增加，热量更加集中，因而温度显著升高，最后导致全部电离成等离子体。机械压缩效应热压缩效应磁压缩效应5.3切割及边缘加工等离子切割等离子弧的类型5.3切割及边缘加工等离子切割等离子弧切割技术的特点等离子体能切割任何材料是其最突出的特点等离子切割用于中等厚度以下的板其切割速度快于普通气割等离子体的切口精度不如气割的氧气流在使用灵活性方面等离子切制比气割稍有逊色等离子切割的成本是目前设备制造用到的几种切割方法中比较贵的一种，主要用于气割无法应用的不锈钢、铜、铝等工件，特别是厚板和曲线切口。5.3切割及边缘加工碳弧气刨

碳弧气刨是用碳棒作为电极产生电弧，利用电弧热将金属局部融化，同时用压缩空气流把融化的金属吹走，从而对金属进行“刨削”。所示。碳弧气刨主要用于挑焊根，开焊接坡口

（特别是U形坡口），返修焊缝缺陷时清除焊肉，也可用于去毛刺、飞边、浇冒口等。5.3切割及边缘加工高压水射流切割

高压水射流加工技术是用水作为携带能量的载体，对各类材料进行切割、穿孔和去除表层材料的新加工方法。优点如下：几乎适用于加工所有的材料，除钢铁、铜、铝等金属材料外，还能加工特别硬脆、柔软的非金属材料，如塑料、皮革、木材、陶瓷和复合材料等；加工质量高，无撕裂或应变硬化现象，切口平整，无毛边和飞刺；切削时无火花，对工件不会产生任何热效应，也不会引起表面组织的变化，这种冷加工很适合对易爆易燃物件的加工；加工清洁，不产生烟尘或有毒气体，减少空气污染，提高操作人员的安全性；减少了刀具准备、磨刃和设置刀偏量等工序，并能显著缩短安装调整时间。5.3切割及边缘加工激光切割

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射处的材料迅速熔化，气化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现割开工件的一种热切割方法。

激光切割的主要优点是切缝细，对一般低碳钢，其宽度可小到0.1～0.2mm，切后不需加工，即可使用，切口边缘热影响区很小，宽度仅0.01～0.1mm，淬硬区很小，性能不受影响；切割变形很小，切割时工件不用夹具固定，割口垂直，切割工件的尺寸精度高。气化切割熔化切割反应熔化切割控制断裂切割5.3切割及边缘加工边缘加工

边缘加工有两方面的目的：一是按划线切除余量，以消除切割时边缘可能产生的冷加工硬化、裂纹、渗碳、淬火硬化等缺陷；二是根据过程设备的焊接要求，加工出各种形式的坡口。

边缘加工的方法有机械切削和热切割（包括氧气切割、等离子弧切割等）。5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺

过程设备成形工艺主要指筒节弯卷成形、封头的冲压成形、封头旋压成形、管材的弯曲成形、波纹膨胀节成形等工艺过程。这些成形加工都是通过外力作用使金属材料在室温下或在加热状态下，产生塑性变形而达到预先规定尺寸和形状的过程。过程设备的筒体往往由若干筒节拼接而成。筒节的弯卷成形主要是用钢板在卷板机上弯卷而成形。根据钢板的材质、厚度、弯曲半径、卷板机的形式和卷板能力，实际生产中筒节的弯卷基本上可分为冷卷和热卷两种工艺过程。5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺

中性层是在圆筒中径的位置，即中性层在卷制前后长度不变。如果将厚度为δ的钢板卷成内径为Dj的圆筒，按最外层的伸长量考虑（如按最内层的压缩量考虑，绝对值相同），其实际变形率为：钢板弯卷的变形率对于单向拉伸（如钢板卷圆筒）：对于双向拉伸（如筒体折边、冷压封头等）：5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺

冷卷成形通常是指在室温下的弯卷成形，不需要加热设备，不产生氧化皮，操作工艺简单，方便操作，费用低。根据钢板弯卷临界变形率概念，冷卷成形有个最小冷卷半径要求。实际冷卷筒节的半径不能小于最小冷卷半径，否则应考虑采用热卷成形或冷卷后热处理工艺。即冷卷的实际变形率应小于或等于该强度等级材料的允许变形率。筒节冷弯卷最小半径与厚度应满足如下关系：碳钢、低合金钢及其他材料：奥氏体型不锈钢：冷卷与热卷成形5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺

钢板在再结晶温度（一般再结晶温度为金属熔点的0.35～0.4倍）以上的弯卷称为热卷（热变形），在再结晶温度以下的弯卷称为冷卷（冷变形）。热卷时应控制合适的加热温度。钢板的加热温度一般取900～1100℃，弯曲终止温度不应低于800℃。对普通低合金钢还要注意缓冷。热卷时应控制适当的加热速度。实践证明，在保证钢材表里温差不太大，膨胀均匀的前提下，加热速度越快越好。冷卷与热卷成形5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺卷板机的工作原理对称式三辊卷板机5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺卷板机的工作原理对称式三辊卷板机

对称式三辊卷板机卷制圆筒工艺过程一般包括卷前准备和滚圆操作两个工序。卷前准备

首先要调准辊轴轴线位置，确保三辊轴线平行。否则会使两侧压下量不等，造成筒节两侧弯曲半径不等形成锥度。第二步要解决直边问题：预留直边切除法、模压直边法、滚弯直边法滚圆操作

钢板放入卷板机时要保证放正，筒节的轴线与辊轴的轴线要平行，否则卷成的筒节端部边缘不是平面内的圆，而是一条螺线。实际操作时，一般用薄板制成的内圆弧样板检查已卷弯部分的实际半径，再确定下一步的压下量。5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺卷板机的工作原理对称式四辊卷板机

对称式四辊卷板机卷板机的最大优点是一次安装卷完一个圆筒，而不留下直边，故加工性能较先进。但其结构复杂，辊轴多用贵重合金钢制造，加工要求严格，造价高。5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺卷板机的工作原理不对称式三辊卷板机5.4成形加工工艺筒节弯卷成形工艺卷板机的工作原理立式卷板机

立式卷板机不像卧式卷板机那样连续弯板，而是间歇地、分级地将钢板压弯成筒节；压弯力强，钢板一次通过便弯卷成形；热卷厚钢板时，氧化皮不会落入辊筒与钢板之间，因而可避免表面产生压坑等缺陷；卷大直径薄壁筒节时，不会因钢板的刚度不足而下塌；其缺点是弯卷过程中钢板与地面摩擦，薄壁大直径筒节有拉成上、下圆弧不一致的可能。5.4成形加工工艺封头的成形工艺

封头作为过程设备的主要受压元件之一，其成形制造是过程设备制造过程中的关键工序。

封头加工制造的完整工艺过程为：准备料坯、划线下料、切割、焊缝拼接、焊接、无损检测、打磨、成形、整形、检验、坡口加工等工序。

封头的成形方法主要有冲压成形、旋压成形。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的冲压成形冷冲和热冲的选择

按冲压前毛坯是否预先加热可分为冷冲压和热冲压。其选择的主要依据如下：根据材料的性能选择。对于常温下塑性较好的材料，可采用冷冲压；对于热塑性较好的材料，可采用热冲压。根据毛坯的厚度δ与毛坯的直径D0之比即相对厚度δ/D0来选择冷、热冲压，可参考表5.15。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的冲压成形热冲压的加热

从降低冲压力和有利于钢板变形来考虑，加热温度可高些。但温度过高会使钢材的晶粒显著长大，甚至形成过热组织，使钢材的塑性和韧性降低。严重时会产生过烧组织。几种常用封头材料的加热规范见表5.16。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的冲压成形冲压过程

封头的冲压成形通常是在水压机或油压机上进行。

为了降低工件和模具之间的摩擦力，常在模具上涂以润滑剂，特别是在压边圈表面、下模上表面和圆角处的摩擦最大。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的冲压成形冲压成形易产生的缺陷（壁厚的减薄与增厚、褶皱、鼓包）

壁厚的减薄与增厚：封头在冲压过程中，坏料各部分的应力和变形状态不同，因而使成形后的封头壁厚变化不同。

褶皱：如果工件较薄或模具不当、工艺不当，则坯料周边就会在切向应力作用下，丧失稳定而产生褶皱。影响褶皱产生的主要因素是相对厚度（厚度与直径的比值）和切向应力的大小。采用压边圈可以用来防止褶皱的产生。

鼓包：在毛坯拉伸过程中，由于某种原因会产生局部受力和变形不均，使成形后的封头产生鼓包。鼓包是金属局部纤维的变形量大于其他部位引起的。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的冲压成形薄壁封头的冲压

的封头称为薄壁封头。这种封头不易成形，即使采用带有压边圈的一次冲压成形法，也会产生鼓包和褶皱。这类封头可以采用下列方法冲压成形：①多次冲压成形法。②有间隙压边法。③带坎拉深法和反拉深成形法。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的冲压成形厚壁封头的冲压

对于

的封头，可认为是厚壁封头。这类封头在冲压过程中，由于边缘较厚不易变形。特别是球形封头，在拉深时边缘急剧增厚，增厚率常达10%以上，使它通过下模圆角时的阻力大为增加，因而导致封头底部严重拉薄，甚至拉裂。此时冲压时必须增大模具间隙，或将边缘削薄成斜面，再进行冲压加工。

此外，对大型高压容器的厚壁封头，已日益普遍采用半球形封头。这种封头的冲压需要大吨位水压机，而且冲压时壁厚减薄量很大，因此国外有的工厂采用将封头分为四瓣冲压，再用专用的装置切割边缘，最后组焊成形的方法。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的冲压成形复合钢板封头的冲压

最常用的双金属板，是碳钢或低合金钢为基板，以不锈钢或钛为复板。在冲压这类复合钢板封头时，应注意以下几点：①复合钢板在加热时两层金属板的膨胀系数不同。②在高温下，由于金属原子活动能力加强，两种金属会相互渗透。③复合钢板常用的复层材料为铬镍不锈钢或钛材。5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的旋压成形目前采用旋压成形法制造大型封头已成为主要方法。旋压成形的特点

①适合制造尺寸大、壁薄的大型封头，目前已制造∅5000mm、∅7000mm、∅8000mm，甚至∅20000mm的超大型封头；②旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的封头，比水压机约轻2.5倍；③旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本低。同一模具可制造直径相同而壁厚不同的封头；④工艺装备更换时间短；

⑤封头成形质量好，不易产生减薄和褶皱；⑥压鼓机配有自动操作系统，翻边机的自动化程度也很高，操作条件好。①冷旋压成形后对于某些钢材还需要进行消除冷加工硬化的热处理；②对于厚壁小直径（小于等于∅1400mm）封头采用旋压成形时，需在旋压机上增加附件，比较麻烦，不如冲压成形简单；③旋压过程较慢，生产率低于冲压成形。优点缺点5.4成形加工工艺封头的成形工艺封头的旋压成形旋压成形的方法

单机旋压法、联机旋压法

①有模旋压法

这类旋压机具有一个与封头内壁形状形同的模具，封头毛坏被碾压在模具上成形。②无模旋压法

这类旋压机除用于夹紧毛坯的模具外，不需要其他的成形模具，封头的旋压全靠外旋辊并由内旋配合完成。③冲旋联合法

在一台装备上先以冲压法将毛坯压鼓成碟形，再以旋压法进行翻边使封头成形，这种封头成形方法称为冲旋联合法。

联机旋压法是用压鼓机和旋压机先后对封头毛坯进行旋压成形的方法。首先用一台压鼓机，将圆形坏料逐点压成凸鼓形，完成封头曲率半径较大部分的成形；然后再用一台旋压翻边机，将其边缘部分逐点旋压，完成封头曲率半径较小部分的成形。单机旋压法联机旋压法5.4成形加工工艺管子弯曲成形工艺弯管受力分析

在过程设备上的管类零部件（简称管件），除直接管、管壳式换热器中的直管换热管外，很多管件都属于弯曲管件，如U形管式换热器的U形换热管、平面盘管、圆柱面盘管和弯曲连接管等。这些弯管件都需要弯曲加工成形。外壁壁厚减薄内侧褶皱横截面近似椭圆形5.4成形加工工艺管子弯曲成形工艺弯管方法

管子的尺寸规格和弯曲半径。通常管子的外径大、管壁较厚、弯曲半径较小时，采用热弯，相反则采用冷弯。同时，注意表5.18的内容，并且注意管子冷弯，热弯方法特点及有关工艺要求。管子材质为低碳钢、低合金钢可以冷弯或热弯，合金钢、高合金钢应选择热弯。弯管形状较复杂，无法冷弯，可采用热弯。不具备冷弯设备，采用热弯。冷弯和热弯方法的选择5.4成形加工工艺管子弯曲成形工艺手工弯管

手工弯管可以用热弯，也可以用冷弯。一般小直径的管子，因弯曲弯矩小采用冷弯。而大直的管子，多采用热弯。

在进行手工弯管之前，管内必须充砂，以避免弯曲时产生褶皱、断面变扁等缺陷。

弯管在平台上进行，需按弯管内侧面的弯曲半径，用钢板、钢条等作一胎具，然后用胎具逐段将管子弯曲，并用样棒检查弯曲角，达到要求即停止弯曲。热弯先将管子的一段放入炉内加热到950℃左右，保温一段时间，使管内砂子也达到这个温度，然后取出弯曲。弯好一段后再加热和弯曲另一段，直至弯曲完。弯曲时可以在外侧壁喷水，以使其壁厚不致变得太薄。

手工弯管劳动量大，生产率低，但不需特殊设备，并能弯曲各种弯曲半径和各种弯曲角的管子，所以应用较为广泛。5.4成形加工工艺管子弯曲成形工艺

冷弯机弯管

冷弯机是应用极其广泛的弯管设备，它是在冷态下管子内不灌任何填料，用芯棒或不用芯棒对管子进行弯曲。

有芯弯管

无芯弯管5.4成形加工工艺管子弯曲成形工艺中频加热弯管

中频加热弯管是将特制的中频感应线圈套在管子的适当位置上，依靠中频电流（通常为25000Hz）产生的热效应，将管子局部迅速加热到需要的高温（900℃左右），采用机械或液压传动，使管子边加热边拉弯或推弯成形。该方法分为拉弯式和推弯式两种。5.4成形加工工艺膨胀节的成形工艺

温度较高的热交换器和管道上需要膨胀节。其结构形式多采用波形，补偿量大时应采用多波膨胀节。设备上用的膨胀节尺寸较大，一般采用冲压—焊接联合法制造（见图5.42），也可以采用滚压法制造（见图5.43）。5.5组装工艺组对技术要求

组装过程是继划线下料工序、切割工序和成形工序之后的重要工序之一。过程设备的组装是指用焊接等不可拆连接方式进行零件或部件拼装的过程。而过程设备装配是指用螺栓等可拆连接进行设备整体拼装的过程。组装包括组对、焊接和无损检测等过程，组对是固定各个零部件的相对位置及焊缝位置的过程；再经过焊接、无损检测才算完成组装的全过程。

组对的任务是将零件或坯料按图纸和工艺的要求确定其相互位置，为其后的焊接做准备。组对直接决定着设备的整体尺寸和形状精度，组对的精度对焊接质量也有重要影响。

筒节和封头等零件在制造过程中，由于划线、切割、边缘加工、成形等工序中，都不可避免地产生尺寸和几何形状的误差，为了保证设备的制造质量和便于焊接加工，必须对组装提出技术要求，综合限制零件制造和组对中产生的误差。5.5组装工艺组对技术要求对口错边量

根据国家标准GB/T150《压力容器》规定，A、B类焊接接头对口错边量b如图5.44所示，应符合表5.19的规定。锻焊容器B类焊接接头对口错边量b应不大于对口处钢材厚度δs的1/8，且不大于5mm。复合钢板对口错边量b应不大于钢板覆层厚度的50%，且不大于2mm，如图5.45所示。5.5组装工艺组对技术要求棱角度

根据国家标准GB/T150《压力容器》规定，在焊接接头环向、轴向形成的棱角度E，宜分别用弦长等于1/6内径Di、且不小于300mm的内样板（或外板）和直尺检查，如图5.46、图5.47所示。其E值不得大于（δs/10+2）mm，且不大于5mm。5.5组装工艺组对技术要求不等厚连接

容器壳体各段或封头与壳体常常出现不等厚连接，此处便会出现承载截面突变，会产生附加应力。因此，必须对厚度差超过一定限度的厚板边缘进行削薄处理，使截面连续缓慢过渡。具体要求是：度不等时，若薄板厚度不大于①B类焊接接头以及圆筒与球形封头相连的A类焊接接头，当两侧钢材厚度不等时，若薄板厚度不大于10mm，两板厚度差超过3mm；若薄板厚度大于10mm，两板厚度差大于薄板厚度的30%，或超过5mm时，均应按标准要求单面或双面削薄厚板边缘，或按同样要求采用堆焊方法将薄板边缘焊成斜面。②

当两板厚度差小于上列数值时，则对口错边量b按表5.19要求，且对口错边量b以较薄板厚度为基准确定。在测量对口错边量b时，不应计入两板厚度的差值。5.5组装工艺组对技术要求筒体直线度

筒体直线度检查是检查通过中心线的水平面和垂直面，即沿圆周0°、90°、180°、270°四个部位拉∅0.5mm的细钢丝测量。测量位置离A类接头焊缝中心线（不含球形封头与圆筒连接以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头）的距离不小于100mm。当壳体厚度不同时，计算直线度应减去厚度差。除图样另有规定外，筒体直线度允差应不大于筒体长度（L）的千分之一。当直立容器的壳体长度超过30m时，其筒体直线度允差应不大于（0.5L/1000+15）。5.5组装工艺组对技术要求筒体组对圆度

筒体圆度e是同一断面上最大内径与最小内径之差。筒节在卷板校圆后组对纵缝时，要对圆度指标进行检查控制，其目的在于保证环缝的组装质量。筒体的圆度控制是在容器壳体组装完成之后进行测量的指标。压力容器制造技术条件都是以筒节的圆度作为控制指标。内压容器和外压容器筒体的圆度指标有所不同。内压容器

承受内压的容器组装完成后，壳体圆度应不大于该断面内直径Di的1%（对锻焊容器为1‰），且不大于25mm；当被检断面与开孔中心的距离小于开孔直径时，该断面圆度应不大于该断面设计内直径的1%（对锻焊容器为1‰）与开孔直径的2％之和，且不大于15mm；容器的开孔是在壳体组装之后进行，由于开孔后该处断面减小，使开孔断面内应力得到部分松弛，与无开孔断面比较出现变形略大的现象，故开孔附近允许圆度指标适当放宽一些，但绝对值仍然不能超过25mm。5.5组装工艺组对技术要求筒体组对圆度外压容器

因为外压容器的主要失效方式是稳定性失效，当圆度超标时，必然导致载荷的不对称分布，并在容器壁上引起附加弯曲应力，增加稳定性失效的可能性，所以其圆度要求控制较内压容器严格。圆度的检查用内弓形或外弓形样板测量，样板圆弧半径等于筒体内半径或外半径，量度样板与壳体间隙以检查壳体实际的形状与标准圆形的差距。外压壳体圆度最大允许偏差应满足GB/T150.4《压力容器第4部分：制造、检验和验收》中6.5.11节的要求。5.5组装工艺组对工艺及装备筒节组装

筒节组装实际就是筒节纵缝组对和焊接过程。当筒体直径不大，壁厚较薄时，纵缝的组对一般是在卷板机上进行的。当筒节卷制完成后，要进行纵缝的组对、点焊固定。卷好的筒节往往存在错边、间隙过大或过小、端面不平等缺陷。必须借助相应的工装器具校正筒节两板边端面的偏移，使焊口处几何形状符合技术要求后，直接在卷板机上焊接，完成纵缝的组装。5.5组装工艺组对工艺及装备筒体组装

筒体组装是指筒节与筒节之间和筒节与封头之间环缝的组对与焊接过程。环缝组对是组装过程的关键工序。筒体立式组装工艺

筒节与筒节（或封头）组对

筒节与平底板组对5.5组装工艺组对工艺及装备筒体组装筒体卧式组装工艺

筒体采用卧式组装时，一般放都是在滚轮架上进行。筒节的校圆

当筒节的圆度超标时，用环形螺旋径向拉紧器或环形螺旋径向支撑器进行校圆。筒节刚度较差时，可用推撑器调整简节端面。推撑器是在组对筒节时对齐边缘、矫正凹陷等缺陷时使用的工具。筒节与筒节组对

筒节与筒节组对是在滚轮架上进行，相邻筒节的四条纵向装配中心线一定要对准，首先观察相邻筒节中心线上的样冲眼，以保证筒体的同心度，然后利用楔形加压器或环缝组对夹具将两筒节固定。筒节与封头的组装

筒节放在滚轮架上，封头用吊车起吊对准筒节，按照图纸要求的方位用拉板定位点焊。当起吊零件为薄壁筒体时，应当避免筒体发生圆度变形，如筒体内装撑圆支架等。5.5组装工艺组对工艺及装备开孔接管组装要点

由于各种过程工艺和结构上的要求，需要在过程设备壳体上开设许多孔并安装接管，如人孔、手孔、物料进出口等。为了降低接管根部的局部应力，有时还需要在接管与壳体连接处装设补强圈。开孔接管和补强圈均应与筒体焊接连接，其质量要求与筒体相同。开孔接管的组装质量直接影响到压力容器运行的平稳与操作的安全性。在组装前应全面检查开孔的几何尺寸、焊缝质量和法兰密封面；补强圈的几何尺寸、坡口形式、排气孔等影响质量的因素。开孔接管在筒体上组装有如下工序：对照施工图在筒体上仔细核对接管的开孔方位和标高，划出开孔接管的四条中心线；用开口样板划出开孔的切割线，经核对无误后进行开孔；按开孔接管伸出高度及补强圈的厚度在开孔的四条中心线上点焊定位筋板；5.5组装工艺组对工艺及装备开孔接管组装要点预装接管，对开孔处的坡口进行气割修正并打磨，使之坡口完全符合技术要求，环隙均匀。在接管上套入补强圈，将接管插入筒体的开口处，接管法兰面与筒体之间的高度符合图纸要求，接管法兰上的螺栓孔应与筒体轴线跨中放置，点焊接管；在焊接前，对于薄壁容器尤其是塔器，内部预先采取支撑加固，以防焊后下塌。开孔接管的内伸余量可按图样要求，待内角缝焊好后割去。也可用样板划线预先将接管内伸余量割去。将套在接管上的补强圈落下，使补强圈的圆弧与其筒体圆弧吻合，组对好进行焊接。5.6过程设备零件智能制造案例三维曲面板智能加工

多点成形技术可以省去传统板材成形中的模具，实现板材三维曲面的数字化加工。多点成形是金属三维曲面柔性成形新技术，钢板多点数字化成形系统以多点成形技术为核心，集成多点CAD/CAM（ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing）软件、计算机集散控制系统以及压力机等，可以实现三维曲面钢板从形状输入到成形过程的数字化。多点成形的原理是将传统的整体模具离散化，由一系列规则排列、高度可调的基本体组成“柔性多点模具”来代替整体模具，通过“柔性多点模具”来实现各种形状、规格和材质的规则曲面或非规则曲面的成形。5.6过程设备零件智能制造案例三维曲面板智能加工

三维曲面板材的多点数字化成形流程如图5.58所示。1）生成CAD模型，建立目标曲面形状；2）选择成形工艺，根据板材厚度及材料参数确定回弹系数，人机交互确定工件的定位关系；3）进行工艺计算，得到上下基本体群的型面数据，并进行成形工艺校验；如果出现错误情况，返回2）重新确定工艺参数，无误后转换为数控代码；4）通过总线将控制命令传递给各数控子系统，调整基本体群到设计的形状；5）在接送料装置的支撑下，将需要成形的板材定位，控制压力机成形，得到需要的曲面形状。5.6过程设备零件智能制造案例三维曲面板智能加工

多点成形加工工艺主要有一次成形工艺、分段成形工艺、多道成形工艺、反复成形工艺和闭环成形工艺。这种工艺与传统的冲压成形类似，根据零件的几何形状设计出成形面，在成形前调整各基本体的位置，按调整后基本体群成形面一次完成零件成形。对于中厚板，成形变形量不太剧烈的曲面零件时，可直接进行多点成形，不需要压边。如果板材坯料计算准确，这种成形方法的材料利用率最高，且可省去后续的切边工序。一次成形工艺

分段成形工艺

多道成形工艺

反复成形工艺通过改变基本体群成形面的形状，在不分离工件的前提下，对大型工件逐段、分区域地分别成形，可以使用小设备成形大尺寸、大变形量的板件。分段成形根据具体情况，还可以分为单向分段成形和双向分段成形。多道成形的实质是将一个较大的目标变形量分成多步，逐渐实现，用一步步的小变形，最终累积成所需的大变形。多道成形是一种变路径成形方式，不仅可以提高板材的成形能力，实现大变形量零件成形；而且通过对成形路径的优化，能够实现大变形量的板材成形。反复成形可以消除回弹。反复成形时，首先使变形超过目标，然后再反向变形并越过目标，再正向变形，如此以目标形状为中心反复成形。随着反复成形中前后两次成形之间相对变形量的减小，回弹量也越来越小，最终形状收敛于目标形状。5.6过程设备零件智能制造案例三维曲面板智能加工闭环成形工艺

利用多点成形的柔性特点，结合现代测量技术与数据处理技术，可以实现闭环成形，从而实现高层次的数字化与智能化制造。即对成形后的工件进行曲面测量，经过数据处理后，与目标形状进行比较，计算出误差，并将修整量反馈到CAD系统，重新计算并调整多点成形面进行再次成形，如图5.59所示。这一过程重复若干次，即可获得精确的工件。5.6过程设备零件智能制造案例管子智能加工

管子智能加工是在数字化车间的基础上利用物联网技术、设备监控技术等加强信息和数据的通信，提升生产过程的可控性；准确地采集生产线以及设备实时数据，运用物理系统数字孪生及大数据分析技术，合理编排生产计划与控制生产进度；研究应用智能识别、先焊后弯、焊接同步等技术，研制管子加工智能生产线、附件集配系统等先进装备，减少生产线上的人工干预，实现智能车间的自感知、自决策、自执行，最终达到最优生产、最佳效益、动态平衡的目标。

管子加工智能车间总体架构可分为基础设施层、设备层、控制层、执行层、决策层共5个层面.5.6过程设备零件智能制造案例管子智能加工5.6过程设备零件智能制造案例管子智能加工

在管子加工智能车间中，大径管采用先弯后焊工艺，小径和中径管加工采用先焊后弯工艺，应用管子无余量下料、管子测量技术、自动化焊接和数控弯管技术，最大限度地实现管子先焊后弯加工流程，可提高管子加工效率和质量。第6章

过程设备的焊接6.1焊接工艺基础6.2常用的焊接方法6.3

焊接工艺规程4.4智能焊接制造技术6.1焊接工艺基础焊接电弧

焊接电弧是由焊接电源供给的，它是一种气体放电现象，是由带电粒子通过两电极之间气体空间的一种放电过程。与其他气体放电相比，电弧放电的主要特点是电流最大、电压最低、温度最高、发光最强。

正常状态下，气体不能导电，电弧也不能自发地产生，只有两极（或电极与母材）间的气体有带电粒子时，电弧才能产生并且稳定燃烧。自然获得带电粒子的方法就是使气体电离和金属电极（阴极）电子发射。这样电流才能通过气体间隙而形成电弧。6.1焊接工艺基础焊接电弧气体的电离

在外加能量作用下，使中性的气体分子或原子分离成电子和正离子的过程称为气体电离。其本质是中性气体粒子吸收足够的能量，使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子的过程。

在焊接过程中气体电离主要有热电离、场致电离、光电离三种。阴极电子发射

阴极金属表面的自由电子受到外加能量时从阴极表面逸出的过程称为阴极电子发射。

焊接时，根据所吸收能量的不同，阴极电子发射主要有热发射、电场发射、撞击发射等。

在焊接过程中，上述几种电子发射形式常常同时存在，但是条件不同的时候每种发射所起的作用不同。6.1焊接工艺基础焊接电弧

焊接电弧的构造可分为三个区域：弧柱区、阴极区和阳极区。弧柱区是电弧阴极区与阳极区之间的那部分，是大量电子、正离子等带电粒子和中性粒子等聚合在一起的气体，对外呈电中性。电弧紧靠负电极的区域称为阴极区。它的作用有：接受由弧柱区传来的正离子流；向弧柱区提供电弧导电所需的电子流。电弧紧靠近正电极的区域称为阳极区。它的作用有：接受由弧柱区传来的电子流；向弧柱区提供电弧导电所需的正离子流。6.1焊接工艺基础焊接电弧

电弧焊以电弧为能源，主要利用其热能及机械能。焊接电弧与热能及机械能有关的工艺特性主要包括：电弧的热能特性、电弧的力学特性及电弧的稳定性等。电弧的热能特性

电弧可以看作是一个把电能转换成热能的柔性导体，由于电弧三个区域的导电特性不同，故产热特性也不同：1）弧柱区的产热电流密度小，温度高，能量主要由粒子碰撞产生，热能损失严重；2）阴极区的产热电流密度大，温度低，能量主要用于对阴极加热和阴极区的散热损失，还可用来加热填充材料或焊件；3）阳极区的产热电流密度大，温度低，能量主要用于对阳极加热和散热损失，也可用来加热填充材料或焊件。6.1焊接工艺基础焊接电弧电弧的力学特性

在焊接过程中，电弧的机械能是以电弧力的形式表现出来的，电弧力影响到焊件的熔深及熔滴过渡，以及熔池的搅拌、焊缝成形和金属飞溅，因此电弧力直接影响着焊缝质量。电弧力主要包括电磁收缩力、等离子流力、斑点力等。电磁收缩力。产生的原因是电弧电流导线之间产生的相互吸引力。由于电极两端的直径不同，因此电弧呈倒锥形状，电弧轴向推力在电弧横截面上分布不均匀，弧柱轴线处最大，向外逐渐减小，在焊件上此力表现为对熔池形成的压力，称为电磁静压力。电磁静压力的作用效果是使熔池下凹；对熔池产生搅拌作用，细化晶粒；促进排除杂质气体及夹渣；促进熔滴过渡；约束电弧的扩展，使电弧挺直，能量集中。等离子流力。电磁轴向静压力推动电极附近的高温气流（等离子流）持冲向焊件，对熔池形成附加的压力，这个压力就称为等离子流力（电磁动压力）。等离子流力的作用效果是可增大电弧的挺直性，促进熔滴过渡，增大熔深并对熔池形成搅拌作用6.1焊接工艺基础焊接电弧斑点力。电极上形成斑点时，由于受到带电粒子的撞击或金属蒸发的反用而对斑点产生的压力，称为斑点压力或斑点力。斑点力的方向总是和熔滴过渡方向相反，因此总是阻碍熔滴过渡，产生飞溅。一般来说，阴极斑点力比阳极斑点力大，所以在直流电弧焊时可以通过采用反接法来减小这种影响。焊接电弧的稳定性

焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、漂移、偏吹等）的程度。焊接电弧的稳定燃烧是保证焊接质量的一个重要的因素。

电弧的稳定性除了和操作人员的熟练程度有关之外，还与焊接电源、焊条涂层、焊接电流、电弧长度、焊接表面状况、气流、电弧偏吹等有关。6.1焊接工艺基础电弧焊的熔滴过渡电弧焊时，焊丝的末端在电弧的高温作用下加热熔化，形成的熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。焊丝形成的熔滴作为填充金属与熔化的母材共同形成焊缝。因此，焊丝的加热熔化及熔滴过渡将对焊接过程和焊缝质量产生直接的影响。熔滴过渡的作用力电弧焊时，在电弧热作用下焊丝或焊条端部受热熔化形成了熔滴。熔滴上的作用力直接影响到熔滴过渡及焊缝成形。熔滴的重力表面张力电弧力熔滴爆破力电弧的气体吹力6.1焊接工艺基础电弧焊的熔滴过渡熔滴过渡的主要形式及特点熔滴过渡的主要形式有自由过渡、接触过渡和渣壁过渡三种。6.1焊接工艺基础母材熔化与焊缝成形焊缝形成过程在电弧热的作用下焊丝与母材被熔化，在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动，熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中，熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。焊缝的结晶过程与熔池的形状有密切的关系。焊缝的结晶总是从熔池边缘处母材的原始晶粒开始，沿着熔池散热的相反方向进行，直至熔池中心与从不同方向结晶而来的晶粒相遇时为止。因此，所有的结晶晶粒方向都与熔池的池壁相垂直。如果熔池呈椭圆形，焊缝产生裂纹的可能性较小。6.1焊接工艺基础母材熔化与焊缝成形焊缝形状与焊缝质量的关系焊缝形状即是焊件熔化区横截面的形状，我们通常用焊缝有效厚度S、焊缝宽度c和余高h三个参数来表示。生产中常用焊缝成形系数φ＝c/S和余高系数（Ψ=c/h）来表征焊缝成形的特点。6.1焊接工艺基础母材熔化与焊缝成形焊接工艺参数对焊缝成形的影响焊接工艺参数是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。一般包括焊接参数和工艺因数，通常对焊缝影响较大的焊接参数有：焊接电压、焊接电流、焊接速度、热输入等。其他的工艺参数如焊丝直径、电流种类与极性、电极和工件倾角、保护气等称为工艺因数。焊接参数的影响6.1焊接工艺基础母材熔化与焊缝成形工艺因数的影响电流种类与方向电流种类与极性对焊缝的影响与焊接方法有关。焊丝直径和伸出长度当其他参数给定时，焊丝直径越细，电流密度越大，对焊件加热越集中，同时电磁收缩力增大，使得焊缝厚度、余高均增加。焊丝伸出长度增加，电阻增大，电阻热增大，焊丝熔化速度加快，余高增加，焊缝厚度略微减小。焊丝电阻率越高、直径越细、伸出长度越长，这种影响越大。电极倾角电弧焊时，根据电极倾斜方向和焊接方向的关系，分为电极前倾和电极后倾两种。焊件倾角实际焊接时，有时焊件摆放存在一定的倾斜，重力作用使熔池中的液态金属有向下流动的趋势，在不同的焊接方向产生不同的影响。6.1焊接工艺基础焊接接头焊接接头由焊接区和部分母材组成，其中对结构可靠性起决定作用的是焊接区。焊接区包括焊缝金属、熔合面和热影响区等部分。焊接接头的基本形式6.1焊接工艺基础焊接接头焊接接头分类GB150－2024对压力容器的焊接接头进行了分类，其中容器受压元件之间的焊接接头分为A、B、C、D四类，非受压元件与受压元件的焊接接头为E类。6.1焊接工艺基础焊接接头组织与性能在焊接过程中，随着焊接热源（如电弧）沿焊件的移动，焊件上某点的温度就经历着一个随时间由低而高达到最大值后又由高而低的变化过程。焊接时这种温度随时间的变化关系称为“焊接热循环”。反映焊接热循环特征的基本参数：加热速度加热的最高温度tmax高温（或相变温度以上）停留时间TH冷却速度vc或冷却时间Tc6.1焊接工艺基础焊接接头焊接接头的组织与性能焊缝区金属焊缝金属由熔池的液态金属凝固而成。熔池金属由高温冷却到室温要经过两次组织变化。第一次是从液态转变为固态（奥氏体）时的凝固结晶过程，称“一次结晶”；第二次是从固相线开始冷却到常温时发生的金相组织转变，称“二次结晶”。常温下看到的焊缝组织就是二次结晶的结果。一次结晶。液态金属沿着垂直熔合面的方向向熔池中心不断形成层状树枝柱状晶并长大，晶粒内部存在成分不均匀现象，称作微观偏析或枝晶偏析。整个焊缝区也存在成分不均匀现象，称作宏观偏析或区域偏析。二次结晶。即由奥氏体冷却至室温组织的转变过程，与热影响区的金属组织转变相似。6.1焊接工艺基础焊接接头焊接接头的组织与性能热影响区金属热影响区是指在焊接过程中，焊缝周围的母材受焊接热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。半熔化区（熔合区）。半熔化区宽度只有0.1～0.4mm，但对接头性能影响很大。过热区。晶粒粗大的过热组织，使其塑性、韧性明显下降。正火区（完全重结晶区）。正火区的力学性能优于母材。部分相变区（不完全重结晶区）。再结晶区。蓝脆区。6.1焊接工艺基础焊接应力与变形焊接残余应力纵向残余应力即残余应力的作用方向平行于焊缝的轴线方向，用σx表示。在焊缝及其附近的纵向残余应力为拉应力。横向残余应力垂直于焊缝方向的残余应力称为横向残余应力，用σy表示。横向残余应力的产生原因比较复杂，一般认为，它由焊缝及其附近塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力合成而得。其大小和方向与施焊顺序和焊接方法等因素有关。一般情况下σy均为拉应力，且焊缝中心处有最大值，随着与焊缝距离的增大，其值很快下降。6.1焊接工艺基础焊接应力与变形焊接残余应力封闭焊缝中的残余应力在大的壳体上进行局部挖补镶块焊接以及板壳结构上焊接接管都属于这种情况。由于是封闭焊缝，拘束度大，常产生大的焊接残余应力。挖补镶块焊接应力的大小与焊件刚度和镶入体本身的刚度有关，刚度越大，内应力越大。6.1焊接工艺基础焊接应力与变形焊接残余应力厚板中的残余应力厚板焊接结构中除了存在着纵向应力σx和横向应力σy外，还存在着较大的厚度方向的应力σz。近年来的试验研究结果表明，这三个方向的内应力在厚度上的分布极不均匀。其分布规律，对于不同焊接工艺有较大差别。6.1焊接工艺基础焊接应力与变形焊接残余应力防止焊接残余应力的措施最主要的措施是正确设计结构。工艺方面的措施与防止变形的措施关系密切。选择合理的焊接顺序①尽可能考虑焊缝能自由收缩；②收缩最大的焊缝应当先焊；③焊接平面交叉焊缝时应先焊横向焊缝。选择合理的焊接规范预热法焊后热处理法振动法6.1焊接工艺基础焊接应力与变形焊接残余变形焊接变形和残余应力在一个焊接结构中是焊缝局部收缩的两种表现。焊接变形是较为复杂的，主要表现为收缩、转角、弯曲、扭曲和波浪等。6.1焊接工艺基础焊接应力与变形焊接残余变形控制焊接残余变形的措施其控制途径一般是从防止、减小和消除三方面入手。对于大型或复杂结构，焊接变形不易校正，故应立足于防止和减小。与焊接残余应力的控制一样，焊接变形也必须由结构设计和焊接工艺两方面进行控制。合理设计焊接结构采取适当的工艺措施正确地选择焊接方法和焊接规范反变形法刚性固定法正确地确定装配焊接次序6.1焊接工艺基础焊接缺陷外部缺陷外观缺陷位于焊缝外表面，用肉眼或低倍（5～10倍）的放大镜或表面无损检测（渗透、磁粉）的方法可以检测出来。焊缝尺寸不符合要求咬边焊瘤弧坑未填满6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷缺陷位于焊缝内部，可用无损检测方法或破坏性检验来检查发现，主要包括：裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透。裂纹是焊接结构中比较普遍而又十分严重的一种缺陷。。裂纹是诸多缺陷中最为危险的缺陷，通常在焊接接头中是不允许有裂纹存在的。当发现裂纹后，应铲除裂纹后补焊。热裂纹热裂纹大部分是在稍低于凝固温度时产生的凝固裂纹，也有少量是在凝固温度区间产生的。多数热裂纹产生在焊缝中，有时也产生于热影响区。热裂纹是焊接生产中比较常见的一种缺陷。一般认为产生热裂纹的原因有两个：①晶间存在液态薄膜。在焊接过程中，焊缝结晶的柱状晶形态，会导致低熔点杂质偏析，从而在晶间形成一层液态薄膜。在热影响区的过热区，如晶界存在较多的低熔点杂质，则形成晶间液态薄膜。②接头中存在拉应力。由于液态薄膜还未建立起强度，在拉应力的作用下很易开裂，从而产生热裂纹。6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷热裂纹

热裂纹是由冶金因素和力的因素引起的。因此，防止热裂纹也从这两方面考虑，主要采取下列措施：①限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。Fe和FeS易形成低熔点共晶，其熔点为988℃，很容易产生热裂纹；②适当提高焊缝形状系数，防止中心偏析的产生。一般认为焊缝成形系数为1.3～2.0之间较合适；③调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶，缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析。一般认为含碳量控制在0.10％以下，热裂纹敏感性大大降低；④减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量、焊前预热、合理布置焊缝等；⑤施焊时填满弧坑，以减小应力。6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷冷裂纹冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度时（对于钢，在马氏体转变温度MS以下）产生的裂纹。它又可以分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹三种。冷裂纹是石油化工设备失效中数量最大、造成后果最严重的一种焊接缺陷。大量生产实践和理论研究表明：材料的淬硬倾向、焊接接头中的含氢量和焊接接头的拘束应力是形成冷裂纹的三大因素。这三大因素相互影响，当三者的作用达到一定程度时，在焊接接头便形成了冷裂纹。防止冷裂纹可采取以下措施：①选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性；②焊条、焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油、去水、除锈，减少氢的来源；③工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力；④采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊、小线能量的多层多道焊等；⑤焊后立即进行去氢处理，加热到250℃，保温2～4h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面；⑥焊后进行清除应力的退火处理。6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷再热裂纹再热裂纹有以下特点：①一般只有在那些沉淀强化的低合金高强钢、珠光体钢、奥氏体钢和镍基合金等材料中才会发现这类裂纹；②通常发生在焊接热影响区粗晶部分上，并具有典型的晶间断裂性质，方向大致平行于熔合线，裂纹不一定是连续的，常常是分支多道并行发展；③几乎所有再热裂纹都起源于某种类型的应力集中点，如焊趾、焊根或其他焊接缺陷；④再热裂纹的产生必须有较大的残余应力作为先决条件；⑤再热裂纹产生在再热的升温过程，存在一个最易于产生再热裂纹的敏感温度，例如低合金高强钢一般在500～700℃之间。为防止产生再热裂纹，一般主要考虑两方面：改善过热粗晶区的塑性和减少焊接残余应力，特别是要减少应力集中。主要有以下几方面的措施：①预热及焊后热处理；②应用低强焊缝；③焊后加工处理。6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷气孔

在焊缝中出现的单个、条状或群体气孔，是焊缝内部最常见的缺陷。气孔是由于焊条不干燥、坡口面生锈、油垢和涂料未清除干净、焊条不合适或熔融中的熔敷金属与外面空气没有完全隔绝等原因所引起的缺陷。是焊接过程中，焊接本身产生的气体或外部气体进入熔池，在熔池凝固前没有来得及溢出熔池而残留在焊缝中。预防气孔产生应从减少焊缝中气体的数量和加强气体从熔池中的溢出两方面考虑，主要有以下措施：①焊条要进行烘培，装在保温筒内，随用随取；②焊丝清理干净，无油污等杂质；③焊件周围10～15mm范围内清理干净，直至发出金属光泽；④注意周围焊接施工环境，搭设防风设施；⑤氩弧焊时，氩气纯度不低于99.95%，氩气流量合适；⑥尽量采用短弧焊接，减少气体进入熔池的机会；⑦焊工操作手法合理，焊条、焊枪角度合适；⑧焊接线能量合适，焊接速度不能过快；⑨按照工艺要求进行焊件预热。6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷夹渣焊接过程中药皮等杂质夹杂在熔池中，熔池凝固后形成焊缝中的夹杂物。夹渣的产生原因主要有两个：首先，焊件清理不干净、多层多道焊层间药皮清理不干净、焊接过程中药皮脱落在熔池中等；其次，电弧过长、焊接角度不对、焊层过厚、焊接线能量小、焊速快等，导致熔池中熔化的杂质未浮出而熔池凝固。夹渣和气孔同样会降低焊缝强度。预防措施：①焊件焊缝坡口周围10～15mm表面范围内打磨清理干净，直至发出金属光泽；②多层多道焊时，层间药皮清理干净；③焊条按照要求烘培，不使用偏芯、受潮等不合格焊条；④尽量使用短弧焊接，选择合适的电流参数；⑤焊接速度合适，不能过快。6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷未熔合未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷，主要分为根部未熔合和层间未熔合两种。预防措施：①适当加大焊接电流，提高焊接线能量；②焊接速度适当，不能过快；③熟练操作技能，焊条（枪）角度正确。6.1焊接工艺基础焊接缺陷内部缺陷未焊透未焊透是指指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部或母材的现象。造成未焊透的主要原因是：对口间隙过小、坡口角度偏小、钝边厚、焊接线能量小、焊接速度快、焊接操作手法不当。预防措施：①对口间隙严格执行标准要求，最好间隙不小于2mm；②对口坡口角度，严格按照图纸的设计要求；③钝边厚度一般在1mm左右，如果钝边过厚，采用机械打磨的方式修整，对于单V型坡口，可不留钝边；④使用短弧焊接，以增加熔透能力。6.2常用的焊接方法焊条电弧焊

焊条电弧焊是用手工操控焊条进行焊接的电弧焊方法，由弧焊电源、电弧、焊钳、焊条、电缆和焊件组成。焊接电弧是负载，弧焊电源是为其提供电能的装置，焊接电缆则是连接电源与焊钳和焊件的元件。优点：设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好，不受场地和焊接位置的限制。平、横、立、仰各种位置以及不同的厚度、结构形式一般都能施焊。除难熔或极易氧化的金属外，大部分工业用的金属均能用焊条电弧焊焊接。缺点：熔敷速度低，生产率低，焊缝质量在很大程度上依赖于焊工的操作技能及现场发挥。6.2常用的焊接方法焊条电弧焊

工作原理

焊条电弧焊是以焊条和焊件（被焊金属称为焊件或母材）作为两个电极，利用焊条与工件之间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部，在焊条端部迅速熔化的金属以细小熔滴过渡到工件已经局部熔化的金属中，并与之融合一起形成熔池，随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。6.2常用的焊接方法焊条电弧焊

设备及工具焊条电弧焊的设备及工具包括焊接电源、焊钳、焊接电缆、面罩和焊条等。焊接电源的主要功能是对焊接电弧提供电能，目前国内焊条电弧焊设备有三大类：弧焊变压器（交流电焊机）、弧焊发电机（直流电焊机）和弧焊整流器，重要的焊接接头选用直流电源，一般要求的焊接接头可选用交流电源。焊钳是用来夹持焊条进行焊接的工具，同时也起着从焊接电缆向焊条传导焊接电流的作用。面罩是为防焊接时的飞溅、弧光及其辐射对焊工的保护工具，面罩上的护目遮光镜片可按焊接电流规格选择，镜片号越大，镜片越暗。6.2常用的焊接方法焊条电弧焊

设备及工具

6.2常用的焊接方法焊条电弧焊

设备及工具焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊用的熔化电极。焊条由焊芯和药皮（涂层）两个部分组成。焊条电弧焊时焊芯既是焊接的电极，又是填充金属。焊条的药皮是以矿石粉末、铁合金粉、有机物和化工制剂等为原料，按一定比例配制后涂压在焊芯表面上的一层涂料，既稳定电弧、减少飞溅、保护熔池，又可以参与冶金反应，添加有益元素。焊条型号根据熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。焊条型号编制方法一般采用字母“E”表示焊条，后面跟一系列数字及字母。不同焊条的数字及字母意义也不同。6.2常用的焊接方法埋弧焊埋弧焊是以电弧作为热源加热、熔化焊丝和母材的焊接方法。焊接中焊丝端部、电弧和工件被一层可熔化颗粒状焊剂覆盖，无可见电弧和飞溅，故称埋弧焊。6.2常用的焊接方法埋弧焊优点：焊接电流大、焊接速度高、熔池属凝固较慢、熔池保护效果好、焊接质量稳定、劳动条件较好。与焊条电弧焊相比，焊接质量对焊工技术水平的依赖程度相对较少。缺点：一般只适于平焊位置、容易焊偏、不适合薄板的焊接。应用：凡是焊缝可以保持在水平位置或倾斜度不大的焊件，不管是对接、角接还是搭接接头都可以用埋弧焊焊接，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。目前埋弧焊主要用于焊接各种钢板结构，可焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合钢板、镍基合金和铜基合金。埋弧焊还可在基体表面堆焊耐磨、耐腐蚀的合金层。铸铁、铝、镁、铅、锌等低熔点金属材料都不适合用埋弧焊焊接。埋弧焊可焊接的焊件厚度范围很大，除了厚度5mm以下的焊件容易烧穿，埋弧焊用得不多外，较厚的焊件都适于用埋弧焊焊接。6.2常用的焊接方法埋弧焊埋弧焊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，由焊接小车、焊接电源和控制系统三部分组成；辅助设备包括焊接夹具、工件变位机、焊机变位设备和焊剂回收装置等。埋弧焊电源

可采用直流、交流，或交直流并用。埋弧焊焊机

埋弧焊焊机分为半自动焊机和自动焊机两类。辅助设备

焊接夹具、工件变位设备、焊机变位设备、焊缝成形设备、焊剂回收输送设备等。6.2常用的焊接方法埋弧焊设备及工具焊丝和焊剂焊丝按形状结构分类有实芯焊丝、药芯焊丝和活性焊丝；按焊接方法分类有埋弧焊焊丝、电渣焊焊丝、CO2焊焊丝、氩弧焊焊丝等；按化学成分分类有低碳钢焊丝、高合金钢焊丝、各种有色金属焊丝、堆焊用的特殊合金焊丝。用于埋弧焊的实芯焊丝应用最广泛。焊丝的选择埋弧焊所用焊丝和焊剂都直接参与焊接过程的冶金反应，它们的化学成分和物理特性都会响焊接的工艺过程。正确地选择焊丝并与焊剂配合是保证埋弧焊质量的十分重要的措施。焊剂的选择埋弧焊使用的焊剂是颗粒状可熔化的物质。焊剂应与选用的焊丝相配合，通过适当的工艺保证，使焊缝金属获得所需要的化学成分和力学性能，并具有一定抗热裂和冷裂能力。为具有良好的工艺性能，焊剂应有良好的稳弧、造渣、成形、脱渣等性能，并且在焊接过程中生成的有毒气体要少。6.2常用的焊接方法其他焊接方法钨极氩弧焊钨极惰性气体保护焊（TIG)是在惰性气体的保护下，利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（也可以不加填充焊丝）、形成焊缝的焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层空气，保护电极和焊接熔池临近热影响区，以形成优质的焊接接头。所有的惰性气体都可以用来作保护气体，最常用的是氩气、氦气以及氩氦气混合气体。采用氩气保护的TIG焊为钨极氩弧焊。6.2常用的焊接方法其他焊接方法钨极氩弧焊钨极氩弧焊可以使用直流电也可以使用交流电。不同的电源种类和极性对焊接工艺有显著的影响。直流正极性焊接时，焊件接电源正极，钨极接电源负极。除了铝、镁及其合金的焊接以外，TIG焊一般采用直流正极性焊接。直流反接时，生产率低，但是采用直流反极性法可以去除氧化膜（这种现象称为阴极破碎或阴极清理）,特别是对一般焊接很难处理的铝表面氧化层，使焊缝表面光亮美观，成形良好。所以TIG焊直流反接用于铝、镁及其合金的薄件焊接。交流TIG焊兼备了直流正接法和直流反接法两者的优点。实践证明，用交流TIG焊焊接铝、镁及其合金能获得满意的焊接质量。6.2常用的焊接方法其他焊接方法钨极氩弧焊优缺点：可焊金属多氩气能有效隔绝焊接区域周围的空气，它本身又不溶于金属，不和金属反应；TIG焊接过程中电弧还有自动清除焊件表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接其他焊接方法不易焊接的易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。适应能力强钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流（<10A）下也能稳定燃烧；不会产生飞溅，焊缝成形美观，热源和焊丝可分别控制，因而热输入量容易调节，特别适合于厚度在6mm以下的薄的焊接，易于实现机械化和自动化焊接。焊接生产率低钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其颗粒可能进入熔池，造成夹钨。因而TIG焊使用的电流小，焊缝熔深浅，熔敷速度小，生产率低。生产成本高由于惰性气体较贵，与其他焊接方法相比生产成本高，故主要用于要求较高产品的焊接。6.2常用的焊接方法其他焊接方法熔化气体保护焊熔化极气体保护焊是采用可熔化的焊丝作为电极，与工件（另一电极）之间产生的电弧作为热源，熔化焊丝和母材（工件）金属，并利用气体作保护气体，以形成焊缝的焊接。

根据保护气体的种类，熔化极气体保护电弧焊包括熔化极惰性气体保护电弧焊（英文简称MIG）、熔化极氧化性混合气体保护电弧焊（英文简称MAG）和二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）等。在熔化极气体保护焊中，焊接过程的稳定性和焊缝成形主要取决于焊丝熔化后金属熔滴的过渡形式。金属过渡形式是气体保护焊工艺拟订时首先要考虑的因素。熔化极气体保护焊的金属过渡形式主要有三种形式，即喷射过渡、滴状过渡和短路过渡。6.2常用的焊接方法其他焊接方法熔化气体保护焊

CO2气体保护电弧焊优点：焊接生产率高。由于焊接电流密度较大，电弧热量利用率较高，以及焊后不需清渣，因此提高了生产率。焊接成本低。CO2气体来源广，价格便宜，而且电能消耗少，故焊接成本降低。焊接变形小。由于电弧加热集中，焊件受热面积小，同时CO2气流有较强的冷却作用，所以焊接变形小，特别适用于薄板焊接。焊接质量较高。对铁锈敏感性小，焊缝含氢量少，抗裂性能好。适用范围广。可实现全位置焊接，并且对于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。操作简便。焊后不需清渣，且是明弧，便于监控，有利于实现机械化和自动化焊接。CO2气体保护电弧焊缺点：飞溅率较大，并且焊缝表面成形较差；很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂；抗风能力差，给室外作业带来一定困难；不能焊接容易氧化的有色金属。6.2常用的焊接方法其他焊接方法电渣焊电渣焊是利用电流通过液体熔渣产生的电阻热作为热源，将工件和填充金属熔合成焊缝的焊接方法。电渣焊最主要的特点是适合焊接厚件，且一次焊成，但由于焊接接头的焊缝区、热影响区都较大，高温停留时间长，易产生粗大晶粒和过热组织，接头冲击韧性较低，一般焊后必须进行正火和回火处理。6.2常用的焊接方法其他焊接方法冷金属过渡技术冷金属过渡技术（ColdMetalTransfer,CMT）是一种全新的MIG/MAG焊接工艺。与传统MIG/MAG焊通过增大电流来增加电磁力促使熔滴过渡的方式不同，该技术采用焊丝回抽辅助熔滴过渡的方法，实现了“零”电流状态下的熔滴短路过渡，能够有效降低焊接热输入，是一种稳定