职业学院焊接专业论文

1绪 论焊接技术自20世纪初期以后，几十年来获得迅猛发展，目前焊接结构已经基本上取代了铆接结构，并部分代替铸造和锻造结构。焊接结构的用材量占钢产量的近50，已广泛地应用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程、电子技术、建筑、机械制造等工业部门。 不锈钢产品之所以会迅速增长，与1950年以后采用宽幅的森吉米尔轧机、AOD和VOD精炼技术的开发、连铸等技术的进步是密不可分的，通过先进设备和技术的应用，降低了不锈钢大批量生产的成本，在诸如厨房器具等耐久消费品领域的应用开始普及，并且新领域的需求不断增长。不锈钢的发展与市场需求、产品和生产技术的开发及生产技术的进步相关。 从1996年日本、北美、欧洲的不锈钢需求构成特点看，在日本，不锈钢用于厨房器具的比率较高，紧随其后的是建筑和产业机械领域；在北美，不锈钢用于汽车的比率较高，建筑和食品器具类次之；在欧洲，不锈钢用于产业机械的比率较高，其次是管道制品和金属加工制品。不管是在哪个地区，不锈钢被广泛用于建筑、运输、厨房、电气、产业机械等各种领域，这是因为不锈钢所具有的耐久性、耐蚀性、美观性等优点能被世界所广泛认可，从而扩大了不锈钢的应用领域。在高压容器、锅炉中，不锈钢焊接构件得到越来越广泛的应用，它不但能满足不同工作条件对材质的要求，而且通过焊接的方法连接成不同几何形状的零部件，生产、修复简便而且成本低。如0Cr18Ni9钢是我国在80年代末引进外国的配方研制的。低温钢适于在0以下应用的合金钢。能在-196以下使用的，称为深冷钢或超低温钢。低温钢主要应具有如下的性能：韧性脆性转变温度低于使用温度；满足设计要求的强度；在使用温度下组织结构稳定；良好的焊接性和加工成型性；某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷收缩率等。低温钢按晶体点阵类型一般可分为体心立方的铁素体低温钢和面心立方的奥氏体低温钢两大类。 铁素体低温钢 一般存在明显的韧性脆性转变温度，当温度降低至某个临界值（或区间）会出现韧性的突然下降。附图表示含碳 0.2碳钢冲击值与温度的关系,其转变温度在-20左右。因此，铁素体钢不宜在其转变温度以下使用，一般需加入Mn、Ni等合金元素，降低间隙杂质，细化晶粒，控制钢中第二相的大小、形态和分布等,使铁素体钢的韧性-脆性转变温度降低（见金属的强化）。 铁素体低温钢按成分分为三类：低碳锰钢(C0.050.28,Mn0.62)。使Mn/C10，降低氧、氮、硫、磷等有害杂质，有的还加入少量铝、铌、钛、钒等元素以细化晶粒。这类钢最低使用温度为60左右。低合金钢。主要有低镍钢(Ni24)、锰镍钼钢(Mn0.61.5,Ni0.21.0，Mo0.40.6，C0.25)、镍铬钼钢 (Ni0.73.0，Cr0.42.0，Mo0.20.6，C0.25)。这些钢种的强度高于低碳钢，最低使用温度可达-110左右。中国研制了几种节镍的低温用低合金钢如09Mn2V等。中（高）合金钢。主要有 6Ni钢、9Ni钢、36Ni钢，其中9Ni钢是应用较广的深冷用钢。这类高镍钢的使用温度可低至-196。 奥氏体低温钢 具有较高的低温韧性，一般没有韧性脆性转变温度。按合金成分不同，可分为三个系列：Fe-Cr-Ni系。主要为18-8型铬镍不锈耐酸钢。这种钢低温韧性、耐蚀性和工艺性均较好，已不同程度地应用于各种深冷(-150269)技术中。Fe-Cr-Ni-Mn和Fe-Cr-Ni-Mn-N 系。这类钢种以锰、氮代替部分镍来稳定奥氏体。氮还有强化作用，使钢具有较高的韧性、极低的磁导率和稳定的奥氏体组织，适用于作超低温无磁钢（即材料的磁导率很小）。如0Cr21Ni6Mn9N和0Cr16Ni22Mn9Mo2等在-269作无磁结构部件。Fe-Mn-Al系奥氏体低温无磁钢。是中国研制的节约铬、镍的新钢种，如15Mn26Al4等可部分代替铬镍奥氏体钢,用于-196以下的极低温区。如能改善这种钢的抗化学腐蚀能力，还可扩大其应用范围。 使用范围 低温钢在石油气深冷分离设备中，绝大部分的最低使用温度为-110,个别设备中达-150,可分别采用低合金钢、36镍钢或 9镍钢。在空气分离设备中，最低工作温度达-196,一般采用9镍钢或奥氏体低温钢。工作温度为-253的液氢生产、贮运设备，工作温度为-269的液氦设备，均应采用组织结构稳定的奥氏体低温钢。而某些特殊设备如超导磁体或超导电机，宜采用在工作温度以下除有稳定的奥氏体组织外,还要能保持极低磁导率()1.01或更低）的钢种。2. 低温高压容器介绍及焊接特点和方法2.1 前言随着我国低温液化气体贮运需求的加大，国内多家具有A 级、C 级压力容器制造资质的企业，生产了质量优良的低温绝热液化气体贮运设备，在我国气体应用的领域服役。目前我国制造低温绝热液化气体贮运设备罐体内胆的低温材料，基本是18-8 型奥氏体不锈钢，其代表钢种是0Cr18Ni9。为提高低温罐体内胆主体焊缝的施焊效率，减轻焊工的劳动强度，保证其焊接接头的低温韧性。对10mm 的0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢，采用埋弧焊工艺方法，开展了一系列工艺性试验，取得了满意的效果，并已应用于低温绝热压力容器的生产中。2.2 低温绝热压力容器的使用特点及对其内胆主体焊接接头的质量要求2.2.1 低温绝热压力容器的使用特点低温绝热型压力容器是用于盛装液氩、液氢、液氮、液氧、液化天然气等超低温液化气体的受压容器。表2-1列出几种常用的工业气体或燃气的压力在101.325KPa 下的沸点温度。表2-1常用的工业气体或燃气的压力在101.325KPa 下的沸点温度液化气体名称化学式沸点氧O2-182.83氩 Ar-185.71氮 N2-195.65氢H2-252.77天燃气CH4混合气-161.3165.32.2.2内胆主体焊接接头的质量要求 低温液化气体温度在0，压力在101.325KPa 下汽化为气体时,体积会迅速膨胀。表2-2 给出温度0、压力在101.325KPa 条件下,单位体积低温液体生成的气体体积。在密闭内胆（内表1 工业气体或燃气的压力在101.325KPa下的沸点温度内，同体积膨胀使压力升高表2-2 0和101.325KPa 条件下单位体积生成的气体体积/ （m 3/ m3）液 氧液 氩液 氮液化天然气800 780647568590综上超低温、受压的使用特点，对低温绝热压力容器内胆的主体焊缝焊接接头保证其低温韧性，是满足安全使用的主要要素。材质方面通常产品设计上采用耐低温使用的0Cr18Ni9 钢，其最低使用温度-196，而如何选择适合此钢种的焊接材料是焊接合格焊接接头的重点。按GB150-1998 附录C 及JB4708-2000 的有关规定，包括焊缝及热影响区的低温夏比冲击试验的冲击功平均值Akv31J，才是合格的焊接接头的重点。2.3 试验准备据国内一些资料介绍，对于0Cr18Ni9不锈钢，采用焊条电弧焊和手工氩弧焊，因其焊接线能量较低，很容易实现焊缝金属的低温韧性要求。但是上述焊接方法焊接效率太低。考虑选择焊接效率较高的埋弧焊工艺，其焊接线能量比焊条电弧焊和手工氩弧焊高些，但是合理的选择焊接材料及制定合理的焊接工艺参数，也是能够实现0Cr18Ni9 焊接接头的低温韧性要求的。焊接方法已经选定采用埋弧焊工艺，接下来要考虑的就是填充金属材料的选择，焊接坡口形式的确定，焊接参数的确定。这些影响焊缝金属冲击韧性的因素需要通过工艺试验及理化试验确定其正确性。首先分析了0Cr18Ni9 钢焊接，从填充金属的材料选择上要考虑所选择的焊接材料应确保所熔敷的焊缝金属有与母材接近的成分，因此选择H0Cr20Ni10Ti 以及H0Cr21Ni10 两种焊丝作为试验用焊丝。焊剂选择，从查阅资料上得到信息，要想焊缝金属得到低温下的较高韧性，必须选用碱性焊剂。因为碱性焊剂的碱度大易于减少焊缝金属的夹杂物含量，夹杂物含量低，则焊缝金属的低温韧性就好。因此选择与焊接材料匹配的SJ601焊剂作为试验用焊剂。坡口形式的选择，根据本厂产品的特点和本厂已具备的板材厚度，选定1 16mm 作为本试验的试件厚度。埋弧焊所需的坡口可以开坡口，也可不开坡口，但是为了试验不同坡口形式下的焊接参数，最终达到试验要求，为此我们把两种坡口均作为试验坡口。焊接参数的选择，考虑不锈钢焊接性的特点，奥氏体钢导热性较低，电阻率较高，因此奥氏体钢焊接尽量采用较小的焊接线能量。下面列举了试验数据。2.4 埋弧焊工艺试验2.4.1 确定试验方案（见表2-3）表2-3 试验方案母材型式编号板厚(mm)坡口焊丝焊剂0Cr18Ni9H0110H0Cr21Ni10J601H0210H0Cr20Ni10TiH0316H0Cr20Ni10TiH0416H0Cr21Ni102.5选择焊接材料2.5.1 确定试验用材的化学成分 埋弧焊的焊丝与焊剂的选配时，应考虑到埋弧焊的工艺特点和冶金特性。表2-4 为母材化学成分（%）母材规格CMnSiPSCrNi0Cr18Ni9 10mm0.0401.000.520.0240.00718.128.430Cr18Ni9 16mm0.0300.8400.4400.0320.00617.458.81表2-5 试验用焊丝的化学成分(%)焊丝牌号规格CM nSiPSCrNiTiH0Cr21Ni10 3.20.0411.080.480.0160.003719.9810.56 -H0Cr20Ni10Ti 3.20.0611.570.650.0250.00819.489.10.77焊剂在埋弧焊中的主要作用时造渣。以隔绝空气对溶池金属的污染，控制焊缝金属的化学成分，保证焊缝金属的力学性能，防止气孔、裂纹和夹渣等缺陷的产生。2.5.2 确定试验用材的力学性能（见表2-6）表2-6 试验用母材的力学性能母材板厚(mm)b(MPa)5(%)0Cr18Ni910655490Cr18Ni916694452.6工艺参数试验对于工艺参数的选择，为了获得良好的焊接热循环，在保证焊接良好的成形基础上，尽量选用小的焊接电流，适中的电流电压和尽可能大的焊速，为此试件均采用两种坡口型式（见图2-1）进行试验。图2-1试件坡口形式2.6.1 选择试件的焊接工艺规范（见表2-7）表2-7 试件的焊接工艺规范试件编号 I(A)U(V)V(m/h)层 间 温 度()平均线能量KJ/cmH01 450-50032-3620-2210027.69H02 420-45030-3220-2410022.06H03 480-52030-3620-2210030.31H04 400-42032-3420-2410022.142.6.2对施焊完成的试板进行检验（1）外观质量检验表2-8外观检测试件编号正面焊缝余高背面焊缝余高表面焊缝宽咬边表面气孔背面未焊透H01 23.5mm23.0mm2125mm无无无H02 0.51.5mm0.81.5mm2022mm无无无H03 23.5mm2.03.5mm2123mm无无无H04 0.51.5mm11.5mm2022mm无无无（2）无损检测四组焊接试件经X 射线检测，均达到J B /T4730.2-2005，100% 级合格标准。（3）晶间腐蚀检测表2-9 晶间腐蚀检测试件编号 试件1试件2H01 没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向H02没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向H03没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向H04没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向晶间腐蚀按GB/T4334.2-2000标准,测试结果显示两种焊丝焊接结果均未有晶间腐蚀倾向。2.6.3 试验结果试件H01、H03 冷弯后均有裂纹产生，且-196冲击功焊缝和热影响区均较低。而H02、H04 无裂纹产生。按GB150-1998 附录C 规定，奥氏体不锈钢低温容器的焊接接头在-196Akv 应 31J（三个试件的平均值）。而试件H01、H03 热影响区低温冲击功平均值未达到标准要求。而试件H02、 H04达到了要求，并且试件H04 的低温冲击值2.7试验结果分析从工艺试验的结果看，采用不开坡口较大线能量的焊接,试件H01、H03的焊缝余高存在不合格倾向，按照GB150 规定，尤其焊缝金属的低温冲击功不符合标准要求。而采用开坡口较小线能量的焊接,焊缝金属的低温冲击功达到了标准要求。几组试验表明焊接材料，采用H0Cr21Ni10 和H0Cr20Ni10Ti 都能满足要求。焊剂选用碱度较高的SJ601 型烧结焊剂。只要控制好其它方面的参数，能够取得合适的低温冲击功数值。然而影响18-8 钢焊缝金属低温韧性的主要因素中焊接线能量的的影响最大。这是因为，较小的焊接线能量有助于减少熔池的过热，避免接头出现过热组织从而获得较高的低温韧性。反之，线能量加大，焊缝组织的晶粒越易粗大，韧性越差。因此焊接时，应采用较小的线能量和较快的冷却速度，以防焊缝及热影响区过热和碳化物析出。3 0Cr18Ni9钢的焊接性分析3.1 0Cr18Ni9 的化学成分钢的焊接性主要取决于化学成分，奥氏体不锈钢以镉镍为主要的合金元素。这种钢由于具有较高的变形能力并不可淬硬，所以总体上焊接性良好。但是，为了全面保证焊接接头的质量，往往需要解决一些特殊的问题，如接头各种形式的腐蚀、焊接裂纹、铁素体含量的控制及相的脆化等等。0Cr18Ni9钢的化学成分见表3-1，力学性能见表3-2。 表3-1 母材的化学成分（质量分数）（） C Si Mn S P Cr Ni 其他0.081.002.00 0.0350.0301820811表3-2 母材的力学性能抗拉强度 0.2/MPa屈服强度 Rc/MPa断后伸长率 A（）冲击吸收功Ak/J(常温)20552040603.2 焊接性分析3.2.1腐蚀问题1）焊接接头中的晶间腐蚀在腐蚀介质作用下，起源于金属表面沿晶界深入金属内部的腐蚀就是晶间腐蚀。晶间腐蚀是一种局部性的腐蚀，它会导致晶粒间的结合力丧失，材料的强度几乎消失，所以必须重视这中腐蚀。奥氏体产生晶间腐蚀的原因，现在比较认同的看法，是奥氏体钢在固溶状态下碳以过饱和形式溶解于固溶体，加热时过饱和的碳以Cr23C5的形式沿晶界析出。Cr23C5的析出消耗了大量的铬，因而使晶界的附近碳的含量降低到低于钝化所需的最低量，形成了贫铬层。这便是产生晶间腐蚀的根本原因。 防止晶间腐蚀的措施 （1）降低母材和焊缝中的含碳量（2）在钢中加入稳定碳化物形成元素，改变碳化物的类型（3）焊后进行固溶处理（4）改变焊缝的组织状态 即使焊缝由单向状态变成双相状态2） 焊接接头的刀口腐蚀刀口腐蚀是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀，只会发生于含有稳定剂的奥氏体不锈钢焊接接头中，腐蚀部位在 热影响区的过热区，开始宽度只是35个晶粒，逐渐可扩大到1.01.5mm，腐蚀一直深入到金属内部。刀状腐蚀一般发生在焊后再次在敏化温度区间时，即高温过热与中温敏化连续作用的条件下，产生的原因也和Cr23C5析出后形成的贫铬层关，刀口腐蚀如图3-1图3-1刀口腐蚀防止刀口腐蚀的措施：（1）降低含碳量；（2）减少近缝区的过热；（3）合理安排焊接顺序；（4）焊后进行稳定化处理 焊后处理可使过热区的碳与稳定剂结合为稳定的碳化物，从而不会再以Cr23C5的形式析出。3） 应力腐蚀开裂问题金属在应力和腐蚀介质共同作用下，所发生的腐蚀破坏叫应力腐蚀开裂。目前，对应力腐蚀开裂的机理有了一定的看法，产生的条件有一下两点（1）拉应力的存在（2）腐蚀介质与材料的组合上有选择性不锈钢在使用条件下产生应力腐蚀开裂的影响因素很多，包括钢的成份、组织和状态，介质的种类、温度、浓度，应力的性质、大小及结构点等。防止应力腐蚀开裂有以下几点措施：（1）正确选用材料（2）消除产品的残余应力（3）对材料进行防腐蚀处理 如电镀、喷镀、衬里的方法，用金属或非金属覆盖层将金属与腐蚀介质隔离（4）改进部件结构及接头的设计3.2.2焊接接头的热裂纹问题奥氏体不锈钢焊接是产生的裂纹是热裂纹，在焊缝和热影响区都可能出现。焊缝中主要是结晶裂纹；热影响区及多层焊层间金属，则多为高温液化裂纹；1） 结晶裂纹（1）裂纹产生的原因 奥氏体钢对热裂纹比较敏感，主要是由于冶金因素决定，即由钢的化学成分、组织性能决定的。（2）防止焊缝结晶裂纹的途径1)严格控制有害杂质，主要是硫磷的含量2）调整焊缝金属为双相组织3）合理进行合金化4）使用小的线能量进行焊接2） 液化裂纹液化裂纹主要在近缝区，并且在过热晶粒的边界发生明显的偏析，并产生晶间液膜，产生液化裂纹。为了防止钢的液化裂纹主要在焊接工艺方面采取措施，以减少母材过热，抑制晶粒的长大，严格限制母材中的有害杂质的含量，也有利于提高液化裂纹性能。3.3铁素体含量的控制问题奥氏体耐热钢焊缝金属中铁素体的含量多少，直接关系到抗热裂纹性，热强性。各种不同成分的镉镍系焊缝金属，在焊后状态的铁素体含量可按德龙焊缝组织图来确定。根据焊缝金属的化学成分计算出铬当量和镍当量，就可按图上找到相应的组织。注意在根据焊缝成分计算焊缝金属的镉镍当量时，要考虑不同的焊接条件下的融合比的变化对焊缝的成分的影响。图3-2 铁素体德龙焊缝组织图焊缝金属的力学性能与铁素体含量存在一定关系，从图中可以看出，随着铁素体含量的增加，奥氏体镉镍钢的焊缝金属的常温抗拉强度提高，变形能力下降。然而，高温抗拉强度，高温持久强度及低温韧性均明显下降。因此，对于高温强度要求较高的焊接接头，必须严格控制铁素体的含量，在某种场合下必须采用全奥氏体的焊缝金属。4 高压低温容器焊接时容易出现的问题 及防止措施焊接是压力容器焊接过程中一道重要工序 ，只要有焊接的地方，就有出现焊接缺陷的可能性。焊接缺陷不仅给生产带来许多麻烦，而且也可能带来灾难性的事故，造成巨大的损失。本设计主要用采用埋弧焊，因此必须重视压力容器的焊接裂纹、气孔等缺陷，否则造成的损失将不可估量。4.1 焊接裂纹4.1.1 焊接热裂纹防止热裂纹的措施：1） 应选用优质焊接材料超低氢、高强高韧性的焊接材料。 2） 焊前预热 焊前预热可以降低冷却速度，从而改善接头组织，降低拘束力，并有利于氢的析出，可有效的防止冷裂纹。2） 控制线能量 线能量的增加可以降低冷却速度，从而降低冷裂倾向。3） 焊后热处理 可以降低和消除残余应力、消除扩散氢、改善组织等作用。4.1.2 焊接结晶裂纹结晶裂纹是热裂纹的一种表现形态，它是焊缝金属在结晶过程中处于固相线附近的温度范围内，由于凝固金属的收缩，而此时残余的液相又不充足，在承受拉伸应力时，就会造成沿晶界的开裂。它主要产生在含杂质较多的碳钢焊缝中，特别是含S,P,C,Si较多的碳钢及低、中合金钢焊缝中，以及单相奥氏体钢、镍基合金及某些铝合金的焊缝中。部位通常在焊缝金属上，也有少数在焊接热影响区。 结晶裂纹是沿焊缝树枝状交界处发生和发展的，因此焊缝结晶过程中的晶界是薄弱环节。因为在焊缝结晶过程中，先结晶的金属比较纯，后结晶的金属含杂质较多。焊缝中的杂质富集在晶粒的周界，而且它们的熔点都较低，在钢中易形成低熔点共晶，如FeS一Fe(熔点98890 ), P, Si也易在钢中形成低熔点共晶。这些低熔点共晶在焊缝金属的结晶过程中，被排挤到晶粒的交界处，而形成晶粒之间的“液态薄膜”，由于先凝固的焊缝的金属收缩而使后冷却的焊缝中心区域受到了一定的拉伸内应力，这时焊缝中的液态薄膜就会被拉伸而形成结晶裂纹。因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的根本因，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件之一。防止结晶裂纹产生的措施：1.冶金方面（1）控制焊缝中有害杂质的含量 在被焊金属和焊丝中应该限制S, P含量0.03%0.04%。对于焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝其含C0.12%。在焊高合金钢时，S、P0.03%，C0.03%。（2）适当调整焊缝的化学成分，控制易熔点共晶的数量，因易熔点共晶数量超过一定时，有“愈合”裂纹作用。（3）改善金属的一次结晶 现在普遍采用的方法是在焊缝金属中过渡些可以细化晶粒的合金 ，如钼、钒、钛、妮、锆、铝等，以提高抗裂性。 在焊接铬、镍、奥氏体不锈钢时，为了提高其抗裂性，希望得到，十双相组织的焊缝，而相一般控制在5%左右为好。2 接头形式 接头形式不同，使每种接头的散热条件、结晶特点也不同，最终反应在接头上，产生结晶裂纹的倾向也不一样。如:堆焊和熔焊较浅的对接接头，其焊缝抗裂性比较好;熔深大的对接接头和各种角接头(包括搭接头、丁字接头和外角接头焊缝等)，其抗裂性就较差。因为这些焊缝所受的应力刚好作用在焊缝的结晶面上，由于这个面上晶粒之间的联系比较弱，又是聚积杂质的地方，所以易产生裂纹。3 焊接工艺和规范 适当提高预热温度To和适当增加线能量q/v，就可减少金属的变形率e/t，从而降低结晶裂纹的倾向。4 焊接顺序 同样的焊接方法和焊接工艺材料，由于焊接顺序不当，也会产生较大的结晶裂纹的倾向，所以合理安排焊接顺序的原则，就是尽量使大多数焊缝能够在比较小的刚度下焊接，也就是使每条焊缝都有收缩的可能性，在设计焊缝结构时，就应该考虑减小接头的刚度或拘束度。4.2 气孔 在埋弧自动焊中，由于焊剂潮湿，接头部分未清理干净，焊剂里中存在垃圾等原因，会使焊缝中产生气孔。气孔的产生会使焊缝的力学性能，结构强度降低，达不到要求，所以必须严格控制工艺，把气孔的产生因数控制在合理的范围。4.2.1气孔的产生因素：（1）接头未清理干净（2）焊剂潮湿（3）焊剂中混有垃圾（4）焊剂覆盖层厚度不当，或焊剂斗堵塞（5）电压过高4.2.2气孔的防止措施：（1)接头必须清理干净（2)焊剂按规定烘干（3）焊剂必须经过过筛、吹灰、烘干（4）调节焊剂覆盖厚度，疏通焊剂斗（5）调节电压，使电压合适4.3 咬边咬边会使焊缝的结构强度严重降低，产生应力集中，裂纹的起点源。因此必须严格杜绝这种现象。产生咬边的原因有以下几种情况：（1)焊丝位置不当，或角度不正确。（2)焊接参数选择不当，焊接电压过高。防止措施:（1)调整焊丝的位置和角度，使焊丝尽量对中。（2)调整焊接电压，使电压，电流和焊接速度匹配。4.4 未熔合产生的原因:（1）焊丝未对准（2）焊缝局部弯曲过度防止措施:（1）调整焊丝（2）精心操作4.5 未焊透产生的原因：（1）焊接参数选择不当（2）坡口不合适（3）焊丝未对准防止措施:（1）调整焊接参数，使电流和电压匹配（2）修正坡口（3）调节焊丝，使焊丝对中4.6 组装误差变形 压力容器壳体组装时由于错口或不直度误差等超标所产生的变形，称组装变形。其预防措施:(1)壳体组装应使用定位卡具，直径较大、厚度较薄的壳体，组装时筒节还要加支撑，严格限制壳体对接边的错口。(2)壳体卧式组装应在托辊上进行，并用直线检查其不直度。(3)分段预制的压力容器，安装时要设定位卡具，并用经纬仪检查其不直度。4.7 焊接变形焊接工艺是容器焊接的技术要求和操作规定，包括:采用的焊接方法、焊接坡口、焊条种类及直径，焊接工艺参数、焊接顺序、焊道层数、焊前和焊后的处理、焊接环境要求以及防变形、反变形措施等。根据压力容器和大型部件的焊接条件和焊接量，预先分析焊接将要产生的变形大小和形态，有针对性地制定的控制措施:(1)对多焊道的大型压力容器，例如球形容器，应先组装联结成整体后再进行焊接，焊接应对称进行，并要遵守规定的焊接顺序。(2)对压力容器，特别对结构复杂的压力容器的组焊，要采取合理的组装顺序和焊接防变形措施，确保其制造中不变形。(3)反变形措施:根据实践经验或推算，预先在焊接件上向焊接变形相反的方向给以变形，焊接后这个预变形量刚好得到抵消，具体做法是:压力容器筒节的纵缝对接处两端头压弧时，在发生焊接变形方向的相反向留出反变形量；组合式瓣形封头和过渡段模具尺寸考虑抵消焊接变形的反变形量。5焊接工艺的拟定5.1 焊条电弧焊5.1.1 焊条电弧焊原理、特点及应用 用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法称为焊条电弧焊（缩写SMAW，ISO代号为111）。它是利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头。原理如图5-1图5-1 焊条电弧焊的原理1药皮 2焊心 3保护气 4电弧 5熔池6母材 7焊缝 8渣壳 9熔渣 10熔池 焊条电弧焊具有设备简单、操作方便、适应性强，对焊接头的装配要求低、能在空间任何位置焊接，但对焊工技术要求高、劳动条件差、生产效率低、焊接质量依赖程度高等的特点。所以被广泛应用于造船、锅炉及压力容器的制造、机械制造、建筑结构、化工设备制造等工业领域。5.1.2 焊条电弧焊工艺分析(1)焊前准备用气割或碳弧气刨加工坡口时，应保证加工面的质量，防止其表面凸凹不平，不合格的予以修磨，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷，否则予以去除或修补。清除坡口及其两侧1020mm范围内的油污、铁锈、氧化皮等赃物。焊条应按照规定的温度烘干，入炉和出炉的温度不应过高，以防药皮脆裂。(2) 焊接接头形式、坡口和焊缝1）接头形式 用焊接方法连接的接头成为焊接接头常用的接头形式有：对接接头、搭接接头、角接接头、和T型接头。选择焊接接头形式主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、加工成本等因素。2）坡口 坡口是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后构成的沟槽。坡口形式取决于焊件接头形式、焊件厚度以及对接头质量的要求，国家标准GB/T985-1988对此作了详细的规定。 对接接头是焊接结构中最常见的接头形式。根据板厚不同对接接头常用的坡口形式有I形，Y形，X形，带钝边U形等。角接接接头和T形接头的坡口形式可分为I形、带钝边的单边V形坡口和K形坡口等。 3）焊缝 焊缝是指焊件经焊接后所形成的结合部分。按空间位置可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝及仰焊缝四种形式；按结合方式可分为对接焊缝、角焊缝及塞焊缝。按焊缝断续情况可分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。(3) 焊接工艺参数及选择 焊条电弧焊的焊接工艺参数包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。1）焊条直径 焊条直径指焊芯直径。它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径的选择一般根据焊件厚度选择，还应考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要的焊接结构还要考虑焊接热输入的要求，一般情况，焊条直径与焊件厚度之间关系的参考数据见表5-1。表5-1 焊条直径与工件厚度之间的关系焊件厚度mm2 3 45 612 13焊条直径mm 2 3.23.2445 462）焊接电源种类和极性的选择 用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流焊接时，电弧稳定、飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差，通常必须采用直流焊接电源，且一般来说用反接，因为反接的电弧比正接稳定。 3）焊接电流的选择 选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊件直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。焊接电流选择不当易造成未焊透、夹渣或咬边、焊穿金属飞溅等。对于一定的直径的焊条有一个合适的电流范围，可参考表5-2。表5-2 焊接电流和焊条直径的关系焊接直径mm1.62.02.53.24 56焊接电流A254040655080100130160210200270260300 在相同焊条直径的条件下，平焊电流可大一些，其它位置焊接电流应小一些。相同条件下，碱性焊条的焊接电流比酸性焊条小10左右 4）焊缝层数的选择 在焊接厚度较大时，往往要进行多层焊，对于低碳钢和强度低的低合金钢的多层焊时，焊层厚度不能太大，对于质量要求高的焊缝，每层厚度不超过45mm。焊层厚度主要依据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定，可按下面公式估算：n=d式中, n为焊接层数: 为焊接厚度(mm): d为焊条直径(mm)。5）电弧电压与焊接速度 焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定:电弧越长,电弧电压越大；电弧越短，电压越小。在焊接的过程中应尽量使用短弧焊接。立焊、仰焊时，焊接电弧应比平时更短，以利于溶滴的过渡。(4)焊接 应严格按照焊接工艺或焊接文件的要求进行。焊接过程中，焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计的要求。(5)焊条电弧焊焊接时容易出现的问题及防止:1)未焊透 焊接时由于焊接电流过小，容易造成母材的未焊透。它可以严重降低焊缝的力学性能，造成应力集中，产生裂纹源，埋下隐患的根源，在焊缝中是不予许出现的情况。2)焊穿 焊接时由于焊接电流过大或是运条不当，使焊缝出现的连接不紧密、气密性不好的现象。在焊穿处往往伴随着气孔、夹渣、裂纹等缺陷。3)裂纹 焊接裂纹由于焊接线能量选择不当，运条方式不合适，以及焊接方法有误，在焊缝中形成致命的缺陷。裂纹的产生使焊缝的力学性能、抗腐蚀性能、抗疲劳强度，遭到极大的削弱，在焊缝中杜绝出现。4)焊瘤 引弧时由于方式不当，以及焊接参数选择不合适，造成在母材上留下渣壳等现象。它影响一定的力学性能和焊缝的外观要求，应最大限度的使其降低到最低。5)气孔 气孔是焊接时焊缝中的气体未即使逸出焊缝的现象。它能降低焊缝的力学性能，产生应力集中。在焊缝中一般不允许出现。6)夹渣 由于焊接电流选择不当、运条方式不合适，在焊缝中有渣壳未逸出焊缝的现象。在焊缝中应严格限制这种现象。防止措施；（1）母材应严格清理，杜绝产生缺陷的外在因数（2）焊条应烘干（3）焊接参数及运条方式选择合理（4）尽量运用短弧焊，降低焊瘤的产生5.2 埋弧焊 埋弧焊是目前广泛使用的一种生产效率较高的机械焊接方法。它与焊条电弧焊相比，虽然灵活性差一些，但焊接质量好、效率高、成本低，劳动条件好。5.2.1 埋弧焊的原理及特点 埋弧焊（英文缩写SAW，ISO代号为12），是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的。 焊接过程如图5-3图5-3 埋弧焊焊接过程1V型坡口 2焊道 3焊渣 4焊剂挡板 5接电源 6接自动送丝装置 7接焊剂漏斗 8焊剂输入导管 9焊剂 10接电源11母材 12电极（焊丝或焊带） 13引弧板14衬垫埋弧焊主要有生产率高、焊缝质量好、焊接成本低、劳动条件好的优点，有难以在空间位置施焊、对焊件装配质量要求高、不适合焊接薄板和短焊缝。它广泛用于造船、锅炉、化工容器、大型金属结构和工程机械等工业制造部门，是当今焊接生产中普遍使用的焊接方法之一。 5.2.2 焊接工艺分析(1)焊前准备检查焊件坡口角度、钝边尺寸是否符合工艺文件的要求坡口面凸凹不平处应打磨修补，有裂纹、分层等缺陷应予清除。并清除破口及两侧各2030mm范围内的油污、铁锈、氧化物、熔渣和水分等有害物质。也应保证焊剂清洁粒度均匀，焊丝应清除表面的油渍和锈斑等。(2)坡口的选择 由于焊件的厚度为16mm，坡口应选择单V形，必须保证能够焊透。坡口形式如图5-3。图5-3 双V形坡口(3)焊接工艺参数及选择埋弧焊工艺参数分为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、焊丝和焊剂的成分与配合、电流的种类及极性和预热温度等。对焊缝质量产生有限或无多大的影响的参数称为次要参数。厚板的工艺参数如下表5-3所示。表5-3中厚板多层焊接工艺参数 焊接层数焊丝直径(mm) 焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度（m/h）第一、二层460070035372832 中间各层570080036382530 盖面层665075038422832焊接工艺方法确定后，即可按照钢材、板厚、和对接接头的要求，选择合适的焊剂和焊丝牌号，对于厚板或窄间隙埋弧焊接头，应选择能满足接头性能要求又具有良好工艺性和脱渣性的焊剂。常用埋弧焊焊剂与匹配的焊丝牌号如表5-4。表5-4 常用埋弧焊焊剂的用途及配用的焊丝焊剂类型焊剂型号成分类型用途配用焊丝适用电流类型使用前焙烘（b）熔炼型熔炼型HJ130无Mn高Si低F低碳钢低合金钢H10Mn2交直流2250HJ131无Mn高Si低FNi基合金Ni基焊丝交直流2250HJ150无Mn中Si中F轧辗堆焊H2Cr13直流2250HJ151无Mn中Si中F奥氏体不锈钢相应钢种的焊丝直流2300HJ172无Mn低Si高F含Nb、Ti不锈钢相应钢种的焊丝直流2400HJ173无Mn低Si高FMn、Al高合金相应钢种的焊丝直流2250HJ230低Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08MnA H10Mn2交直流2250HJ250低Mn中Si中F低合金高强钢相应钢种的焊丝直流2350HJ251低Mn中Si中F珠光体钢CrMo钢焊丝直流2350HJ252低Mn中Si中F15MnVH08MnMoA直流2350HJ260低Mn高Si中F不锈钢不锈钢焊丝直流2400HJ330中Mn高Si低F低碳钢低合金钢H10Mn2交直流2350HJ350中Mn中Si中F低合金高强钢MnMo MnSi焊丝交直流2400HJ351中Mn中Si中FMnMo合金钢相应钢种的焊丝交直流2400HJ430高Mn高Si低F低合金高强钢H08AH08MnA交直流2250HJ431高Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08A交直流2250HJ432高Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08A交直流2250HJ433高Mn高Si低F低碳钢H08A交直流2350烧 结 型SJ101碱性重要的低合金钢H08MnA H08MnMoA交直流2350SJ301中性低碳钢锅炉钢H08MnAH08MnMoA交直流2350SJ401酸性低碳钢低合金钢H08A交直流2250SJ501酸性低碳钢低合金钢H08AH08MnA交直流2350SJ502酸性低碳钢低合金钢H08A交直流2300 由于埋弧焊的电弧热效率较高，焊缝及热影响区的冷却速度较慢，因此对于一般焊件结构，板厚90mm一下的接头可不预热；厚度50mm以下的普通低合金钢，如施工现场的环境温度在10以上，焊前也不必预热；强度极限600MPa以上的高强钢或其他低合金钢，板厚20mm以上的接头应预热100150。后热焊后热处理通常只用于低合金钢厚板的焊接接头。综上所述，本设计将选择埋弧焊工艺。0Cr18Ni9钢不锈钢，抗腐蚀性能、综合力学性能和焊接性都比较好。为了保证焊接质量，防止各种腐蚀、焊接裂纹或热影响区性能下降，从焊前准备到焊后热处理的各个环节都需要进行严格控制。5.2.3 编制焊接工艺(1) 接头与坡口的设计 合理的接头设计应使应力集中系数尽可能小，且具有好的可焊到性，并便于焊后检验。为此，应避免将焊缝布置在断面突然变化的部位，并考虑施焊方便，一般来说，对接焊缝比角焊缝更合理，因为后者应力集中系数大，并有明显的缺口效应。同时对接焊缝更便于进行射线或超声波探伤。坡口形式以U形或V形为佳，且应保证焊缝与母材交界处平滑过渡。考虑到U坡口难于加工，焊接效率低，并且焊后将产生应力集中和边缘应力，板厚=16mm，采用单V形坡口。(2) 坡口制备当采用等离子切割0Cr18Ni9钢时,应预热100,切割边缘进行表面磁粉探伤。采用碳弧气刨清根或清理缺陷时,应将工件预热150以上,并清除坡口及两侧各2030mm范围内的油污、铁锈、氧化物、熔渣和水分等有害物质。角向磨光机修磨焊口表面的焊渣以及飞溅物。坡口表面进行PT检查。组焊环焊缝时，对丁字口处进行PT探伤检查，确定无缺陷方可进行焊接。5.2.4焊接方法的选择 由于其生产成本低，操作灵活，焊接质量好，所以厚壁压力容器的焊接一般采用手工电弧焊采用其打底。由于埋弧焊生产率高、焊接质量好、焊接成本低，劳动条件好，能很好的焊接厚钢板。5.2.5焊材的选用选择焊接材料最重要的原则就时保证焊缝金属的性能，使之满足产品的技术要求，从而保证产品在服役中正常运行。热轧及正火钢主要用于制造受力构件，要求焊接接头具有足够的强度，适当的屈强比，足够的韧性和低的时效敏感性，即具有与产品技术条件相适应的力学性能。采用手工电弧焊焊打底，焊条选用A122，3.2mm；埋弧焊时，选择焊丝还应考虑融合比和焊剂对焊缝成分的影响，用埋弧焊继续进行填充、盖面，焊丝H0Cr21Ni10 3.2mm，焊剂SJ601。焊条电弧焊用焊条使用前应进行烘干处理，烘干温度一般在200300.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，以免污染焊缝产生气孔。一般焊剂须在250温度下烘干，并保温12h。5.2.6焊接工艺参数 在焊接时，焊接参数的选用直接影响到接头的性能。为了防止热影响区脆化和产生冷裂纹，所选线能量应保证冷却速度在最佳范围内。实际生产中确定线能量的步骤是，首先通过实验确定所焊钢材保证韧性的最大线能量，然后根据倾向确定是否需要预热。 焊接工艺具体参数如下: （1）打底焊焊条电弧焊的焊接参数：焊丝直径4mm，焊接电压2022V，焊接电流70120A，焊接速度612m/h。（2）填充焊埋弧焊的焊接参数： 焊丝直径4mm，焊接电流450-500 A，焊接电压32-36 V，焊接速度20-22 m/h。5.2.7焊接顺序焊接时，应先焊完里侧，清根后在焊外侧，保证焊缝的致密性和全焊性。5.2.8焊后检验对焊缝进行100%超声波探伤检查