1Cr18Ni9Ti压力容器焊接工艺设计1(5)

1、专业综合课程设计课题：压力容器制造中的焊接工艺制定材料： 1Cr18Ni9Ti焊接方法：手工电弧焊学院：机械工程学院班级： 09 焊接指导老师：题目：压力容器制造中的焊接工艺制定材料： 1Cr18Ni9Ti焊接方法：手工电弧焊要求：1、看懂图纸 2、根据相关标准画出焊缝布置图，并标注焊缝类别3、制定焊接工艺总则4、设计焊接工艺卡5、重要的焊缝制定相应的焊接工艺卡材料：不锈钢筒体厚度： 6mm法兰直径： 200mm容器长：1000mm直径：650mm目录一、压力容器简介4-7二、母材 1Cr18Ni9T 焊接性分析7-9三、板材的成型9-11四、手工电弧焊简介11-15五、薄壁奥氏体不锈钢压力容

2、器制造难点分析与控制15-16六、焊接工艺过程16-17七、焊接装配17八、容器的检验1917-18九、参考资料十、工艺卡20-23一、压力容器简介1 . 1压力容器的分1、按压力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器，内压容器又可按设计压力P大小分为四个压力等级，具体划分如下；低压( 代号L) 容器0 . 1 MP aP1 . 6 MP a ;中压( 代号M) 容器1 . 6 MP aP1 0 . 0 MPa ;高压( 代号H) 容器1 0 MPaP1 0 0 MP a;超高压(代号U) 容器P1 0 0 MPa。2 . 按容器在生产中的作用分类；反应压力容器代号R) : 用于完成介质的

3、物理、化学反应；换热压力容器代号E) : 用于完成介质的热量交换；分离压力容器代号S) : 用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离；储存压力容器代号C，其中球罐代号B，用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质；3.按安装方式分类固定式压力容器：有固定安装和使用地点；工艺条件和操作人员也较固定的压力容器；移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。4 按安全技术管理分类；压力容器安全技术监察规程采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危险性以及容器在生产过

4、程中的作用的综合分类方法以有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类第三类压力容器；具有下列情况之一的 为第三类压力容器；高压容器，中压容器( 仅限毒性程度为极度和高度危害介质)；中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于1 0 MPa . m3)；中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于0 . 5 MPa m3) ；低压容器( 仅限毒性程度为极度和高度危害介质 且乘积大于等于0 . 2 MPa m3)；高压、中压管壳式余热锅炉，中压搪玻璃压力容器，使用强度级别较高( 指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于5 4 0 MPa) 的材料制

5、造的压力容器移动式压力容器，包括铁路罐车( 介质为液化气体、低温液体) 、罐式汽车 液化气体运输( 半挂车、低温液体运输；半挂车、永久气体运输；半挂 车和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等球形储罐，容积大于等于5 0 m3低温液体储存容器( 容积大于5 m3) ；第二类压力容器 具有下列情况之一的 为第二类压力容器中压容器低压容器，仅限毒性程度为极度和高度危害介质低压反应容器和低压储存容器，仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质；低压管壳式余热锅炉低压搪玻璃压力容器；第一类压力容器，除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。可见 国内压力容器分类方法综合考虑了设计压力、几何容积、材料强度、

6、应用场合和介质危害程度等影响因素。1 . 2压力容器的材料1. 碳素钢压力容器用碳素钢一般是含磷、硫杂质少，塑性好焊接性能优异，抗冷脆性能高，时效倾向小的镇静钢。碳素钢是压力容器常用的材料，供应方便，价格低廉。压力容器用碳素钢包括普通碳素钢和优质碳素钢，常用于制造压力容器的普通碳素钢钢板有Q2 3 5-A F、Q2 3 5-A、Q2 3 5-C、2 0 R、2 0 HP 质普通碳素钢板有1 0、2 0、2 5、 3 5、4 5 造钢管的有1 0、2 0 用于锻件的材料有2 0、2 5、3 5、4 5 碳钢螺栓材料有Q2 3 5A、3 5。2.低合金钢低合金钢具有较好的力学性能、强度高、塑性、韧

7、性好，而且焊接性能及其他工艺性能也较好，由于钢中含有一定量的合金元素，所以耐蚀性远比碳素钢强。由于低合金钢的力学性能好，用它制造的压力容器重量比碳钢制造的轻2 0 3 0，成本也降低许多。常用的低合金钢钢板有1 6 Mn R、1 5 Mn VR、1 5 Mn VN R等；钢管有1 6 Mn、1 5 Mn V、0 9 Mn 2 V、1 6 Mo等，锻件有1 6 Mn、1 5 Mn V、1 0 Mn Mo等；螺栓有1 6 Mn、4 0 Mn B、4 0 Mn V B、4 0 Cr 等。3.高合金钢钢板高合金钢钢板在空气、水、酸、碱及其他化学侵蚀性介质中具有高度的稳定性。常用的高合金钢钢板有0 C

8、r 1 3、0 Cr 1 8 Ni 9、0 Cr l 8 N i 1 0 T i 、0 C r 1 7 Ni 1 2 Mo 2、OC r 1 9 Ni 1 0等，钢管有0 Cr 1 3、0 Cr 1 8 Ni 9、0 Cr 1 8 Ni 1 2 Mo 2 T i 等；锻件有0 Cr 1 3、1 Cr 1 8 Ni 9 T i 等；螺栓有2 Cr 1 3、1 Cr 1 8 Ni 9 T i 、0 Cr l 8 Ni 1 2 Mo 2 T i 等。4. 复合钢板复合钢板是由碳钢或普通低合金钢为基层、不锈钢为复层组成的钢板。一般复层厚度为基层厚度的1 3 1 1 0。基层的作用是承受强度，复层则用作

9、防腐层，与介质接触。应用不锈钢复合板，不仅节约了不锈钢，而且其热导率为单一不锈钢的1 . 5 2倍。因此它特别适用于制造既要耐腐蚀又要传热效率高的设备。5 .低温容器与高温容器用钢1 温容器我国将设计温度小于或等于 2 0的压力容器定为低温容器。低温容器破坏的主要原因是由于承压部件在低温和应力作用下发生脆性断裂，所以GB1 5 0-1 9 9 8钢制压力容器中规定“低温容器受压元件用钢必须是镇静钢” 高温容器在较高温度下承受载荷的金属材料各种性能都与在常温下的性能有明显的区别。除了力学性能会随着温度的升高发生明显变化 ( 一般表现为强度降低而塑性升高 ) 外，钢材在高温下还会出现蠕变、松弛 (

10、 最主要的是会产生蠕变) 等异常现象。因此，对于高温承压部件材料的强度，不仅要考虑它的短期高温强度指标，更主要是考虑它的抗蠕变性能，即蠕变极限和持久强度。蠕变极限是材料在一定温度下，在规定的使用时间内 使试件产生一定量总变形的应力值。持久强度是指在给定温度下使材料经过规定时间发生断裂的应力值。蠕变极限反映的是材料在高温下工作的变形量，持久强度反映的是材料在高温下长期工作的断裂抗力，它更好地反映了高温元件的失效特点。所以特别适用于高温承压部件。用于制造高温承压部件的材料应具有足够高的强度和持久塑性、良好的组织稳定性、高的松弛稳定性、良好的抗氧化性等性能。目前，高压锅炉和高温压力容器所用的耐热钢一

11、般都是低合金耐热钢，常用的有钼钢Mo、铬钼钢Cr -Mo及铬钼钒钢Cr -Mo-V三大类。它们的合金元素含量少、工艺性能好，广泛用于制造使用温度在600以下的承压部件。常用的高温用钢有1 6Mo、1 2 Cr Mo、1 5 C r Mo、1 2 Cr 1 Mo V等。一些承压部件工作温度可能更高些，则采用高合金镍铬钢；如0 Cr 1 8 N i 9、0 Cr 1 8 Ni 9 T i 、1 Cr 1 8 N i 9 T i 等。6.有色金属1. 铝和铝合金铝能抵抗浓硝酸、磷酸、醋酸、有机化合物、厂的氯和氯化氢、硫的化合物、硫蒸气等的腐蚀，但不耐碱和盐水的腐蚀。铝及铝合金常用于制造储罐、塔、热交

12、换器、防污染设备及深冷设备。压力容器安全技术监察规程中规定铝和铝合金用于压力容器受压元件应符合下列要求。设计压力不应大于8 K Pa计温度为 -2 6 9 2 0 0。设计温度大于7 5时，一般不选用含镁量大于或等于3的铝合金。2 . 铜和铜合金铜在碱类水溶液中有很高的耐蚀性，在醋酸和其他有机酸中铜也是耐腐蚀的，在浓度小于5 0、温度小于60的硫酸中铜能耐蚀。但在氨水及铵盐中或有氧化剂存在时，则铜的腐蚀很强烈。压力容器安全技术监察规程中规定铜和铜合金用于压力容器元件时，一般应为退火状态。钛和钛合金钛和钛合金在中性和碱性溶液中或在氧化性酸、含有氧化剂的非氧化性酸中均具有优良的耐腐蚀性能，如在氯化

13、物、硫酸盐、氯酸盐、湿氯气和有机酸中就完全耐蚀。可用于制造反应器、合成塔衬里、热交换器、蒸发器等压力容器。1.3 焊接容器的力学特征：等强度，等塑性和等韧性，等耐蚀性。1.4 本课题中容器的压力等级计算在设计温度 20 度时，【】 s=205Mpa，许用应力【】 t=193Mpa，取焊缝系数为 =1，厚度附加量 C=C1+C2。C1=0.6，C2=0由下面公式可得P=3.3Mpa；即该容器为中压容器。1.5焊缝的布置焊缝的布置应满足焊缝布置原则1避开应力最大处2焊缝远离加工面3对称布置变形小4焊缝布置求分散5便于操作想周到，尽量平焊效率高。压力容器受压部件的焊接接头分为A、B、C、D四类A类焊

14、缝；受压部件的纵向接头，多层包扎压力容器层板层纵向接头除外，球形封头与圆筒联接的环向接头，各类凸形封头中所有拼焊接头以及嵌入式接管与圆筒，封头联接的对接接头等；B类焊缝；受压部件的环向接头，椭圆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C类焊缝；平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体接管的接头，内封头与圆筒的搭接填角接头以及多层包扎压力容器层板层纵向接头D类焊缝；接管孔与壳体非对接连接的接头凸缘，补强圈与壳体连接的接头；由上述四类接头的说明设计如下椭圆形封头与圆通连接的环向焊缝A类受压部件的环向接头：筒节与筒节的对接 B类接管与人孔等与壳体非对接的接头D类焊接是压力容器设计制造

15、过程中不可避免的连接方式。压力容器筒体的周向应力是轴向应力的2倍，因此在制造过程中，对纵向焊缝的质量要求要比环向焊缝要高。对于容器焊缝是一个薄弱区域，因此对焊缝的布置和设计上由一定的要求。焊缝的交叉、重叠或距离太近都将增加焊接应力，恶化焊缝区域的组织和性能，从而容易形成裂纹等缺陷。所以容器组焊时，应尽量避免十字焊缝，相邻两筒节环焊缝，封头拼缝与相邻筒节的纵缝应错开，其焊缝中心间距应大于筒壁厚度3倍且不小于1 00mm。受压 部件主要焊缝及其相邻区域，应避免焊接零件。如不能避免时，焊接零件的焊缝可穿过主要焊缝和转角要错开。开孔边缘与焊缝的距离应不小于开口处实际厚度的3倍且不小于1 0 0 mm

16、二、母材 1Cr18Ni9T 焊接性分析1Cr18Ni9Ti就是普通的不锈钢（ SUS321）, 其组织类别为奥氏体型。1Cr18Ni9Ti 是碳 1 铬 18 镍 9 钛， 1、18、9 分别代表碳（）、铬（ %）、镍（ %）的含量。是我国的不锈钢材料牌号。用于制作耐酸容器及设备衬里，抗磁仪表、医疗器械，具有较好耐晶间腐蚀性。奥氏体钢以铬镍为主要合金元素。一般奥氏体钢的含铬量为 W Cr=18，进一步增加含铬量可提高其对酸的耐腐蚀能力。奥氏体不锈钢主要靠镍来完成奥氏体化，在此基础上，有时用少量锰与氮部分取代镍。在奥氏体钢中可通过加入钛或铌，或把含碳量 Wc降至 0.03 及以下，达到碳的稳定

17、化，以防止出现晶间腐蚀。加入钼可以提高铬镍奥氏体不锈钢的抗点状腐蚀和缝隙腐蚀能力。2.1 化学成分：CSiPMnC rNiSTi17.00 8.00 0.050.12%1.00%0.035%2.00%19.00%11.00%0.030%0.80%2.2 热处理规范及金相组织：热处理规范：1) 固溶 920 1150快冷 ;2) 根据需方要求可进行稳定化处理 , 热处理温度为 850 930, 但必须在合同中注明。金相组织：组织特征为奥氏体型。交货状态：一般以热处理状态交货，其热处理种类在合同中注明；未注明者，按不热处理 状态交货2.3 1Cr18Ni9Ti 抗 拉 强 度 b(MN/m2)机械

18、性能屈 服 强 度 s(MN/m2)伸 长率 5 （%）收 缩 率 （%）硬度 ：550 200=40=55187HB;90HRB;200HV奥氏体不锈钢在任何温度下都不发生相变，无淬硬倾向，对氢也不敏感，焊接接头在焊接状态下具有较好的塑性和韧性，所以与其他类型的不锈钢相比其焊接性良好。但在焊接材料选择不合适或焊接工艺制定不合理时，却易产生热裂纹，晶间腐蚀等缺陷，严重影响了 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢的焊接接头质量。2.4 、1Cr18Ni9Ti 不锈钢焊接特点分析奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，焊接时一般不需要特殊的工艺措施。但焊条选择不当或焊接工艺不正确时，就可能出现晶间腐蚀或热裂纹

19、。2.5 、焊接热裂纹原因： 1Cr18Ni9Ti 焊接时，具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，也可能在热影响区（ HAZ）或多层焊道间金属出现液化裂纹。防治措施：严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量。 钢中镍含量越高， 越应该严格控制硫、 磷、硼等有害元素的含量调整焊缝化学成分控制焊缝金属中的铬镍比。对于 18-8 型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于 1.61 时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到 2.3 3.2 时，就可以防止热裂纹的产生。这一措施的实质也是为保证有一定量的铁素体存在。在焊缝金属中加入少量的铈、锆、钽等微量元素。这些元素可以细化晶

20、粒，也可以减少焊缝对热裂纹的敏感性。2.6 、焊接接头的晶间腐蚀原因：1Cr18Ni9Ti 的焊接接头在腐蚀介质中工作一段时间后可能发生局部沿着晶界的腐蚀，一般称此种腐蚀为晶间腐蚀。 根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同，奥氏体不锈钢焊接接头可能发生在焊缝区、 HAZ敏化去（ 6001000）和熔合区，防治措施：使焊缝金属具有奥氏体 - 铁素体双相组织，其铁素体的体积分数应在 412范围内，不仅能提高焊缝金属抗晶间腐蚀的能力和抗应力腐蚀的能力，同时还能提高焊缝金属抗热裂纹的能力。在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如钛、铌、钽和锆等。一般认为认为钛碳比大于 5 时，能提高抗晶

21、间腐蚀的能力。试验结果证明，钛碳比大于或等于 6.7 时才有明显的效果；大于 7.8 时，才能彻底地改善晶间腐蚀的倾向。这是由于钛优先地与全部的碳结合，消除了晶间的贫铬地带，从而改善了抗蚀性。超低碳有利于防止晶间腐蚀。最大限度地降低碳在焊缝金属中的含量，达到低于碳在不锈钢中室温溶解极限值以下，使碳不可能与铬生成 Cr23C6，从根本上消除晶界的贫铬区。碳的质量分数在焊缝金属中小于0.03 时，就能提高焊缝金属的抗晶间腐蚀能力。2.7 、应力腐蚀开裂原因： 1Cr18Ni9Ti 由于导热性差、线胀系数大、屈服点低，焊接时很容易变形，当焊接变形受到限制时，焊接接头中必然会残留较大的焊接残余拉应力，

22、加速腐蚀介质的作用。因此，奥氏体不锈钢焊接接头容易出现应力腐蚀开裂，这是焊接奥氏体不锈钢时最不易解决的问题之一，特别是在化工设备中，应力腐蚀开裂现象经常出现。防止措施（ 1）合理地设计焊接接头。避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。（2）消除或降低焊接接头的残余应力。焊后进行消除应力处理是常用工艺措施，加热温度在 850 900之间才可得到比较理想的消除应力效果； 采用机械方法，如表面抛光、喷丸和锤击来造成表面压应力；结构设计时要尽量采用对接接头，避免十字交叉焊缝，单 V 形坡口改用 Y 形坡口等。（3）正确选用材料。选用母材和焊接材料时，应根据介质的特性选用对应力腐蚀开

23、裂敏感性低的材料。2.8 焊接材料的选择：焊条牌号： E347-16 型号 A132三、板材的成型3.1 板材的切割选用机械或等离子切割等方法下料，设备简单，生产率高，陈本低。3.2 板材的卷制成型卷制成形是单层卷焊式压力容器筒节制造的主要工艺手段。卷制成形是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形连续、操作简便、快速均匀。变形率的大小直接影响到材料所产生的冷加工硬化现象。钢板愈厚或卷成的筒节直径愈小，则钢板的变形率愈大，其冷加工硬化现象也愈严重 .在钢板内产生的内应力也就愈大。筒节制作工作通常是在卷板机上进行的。常用的卷板机可分为三辊卷板机和四辊卷板机两类。三辊卷板机的上辊是从动的，

24、它可以上下移动，对钢板产生压力，两下辊是主动的，依靠它的转动，可使钢板在上下辊之间来回移动，产生塑像变形，使整块钢板卷成圆筒形。将切割好的钢板放在卷筒机上进行滚卷成筒节，过程为：校平钢板、根据展开图尺寸画线、下料、焊接坡口加工、滚制成型、装配纵焊缝、焊接、在滚板机上校圆、装配筒节和封头间环焊缝、焊接、无损检验。3.3 封头的加工1. 封头的下料标准椭圆形封头坯料尺寸可根据下式计算DB=1.21Di+ +2hn1式中 DB毛坯料直径（ mm）；Di 封头内径（mm）；封头壁厚（ mm）；h1 直边量（mm）；查压力容器手册可知h1 为 25mm，所以：DB =1.21*650+6+2*25=84

25、2.5mm2. 封头的冲压冲压是利用具有一定半径的模具，将已下料得到的平板坯料制成各种形状的开口空心零件的冲压工序。冲压所用模具与冲裁模具不同，其凹凸模具没有锋利的刃口，而其工作部分都有较大的半径，并且凸、凹模之间的间隙一般大于板料的厚度。 封头在冲压过程中，板料的变形很大，为保证封头的质量，采用热冲压进行封头的加工。1）封头的成形过程整体封头的冲压过程为先将工件加热到 1100。然后将其放在下模上， 并对准中心，放下压边圈，将坯料压紧到合适程度，以保证冲压时使坯料各处能均匀变形，防止封头产生波纹和起皱，开动压力机加压，使坯料逐渐变形并落入下模。最后上提凸模使封头与上模脱离。由于成形后的封头在

26、温度降低后产生收缩，加之凸模受热后又稍有膨胀，因而封头被紧紧地裹在凸模上，使脱模困难。因此要严格控制终压温度，并在下模的圆周方向上穿六只活动销来脱模。2）封头的壁厚变化整体封头的冲压过程、无论是否采用压边圈，一般在接近大曲率部位封头壁厚都要变薄。椭圆形封头在曲率半径最小处变薄最大，一般壁厚减薄量在8%10%之间，所以选择的封头坯料比筒节坯料厚2mm。影响封头壁厚变化的因素有：材料强度越低，壁厚变薄量越大。变形程度越大，封头底部越尖，壁厚变薄量越大。上、下模间隙及下模圆角越小，壁厚变薄量越大。压边力过大或过小，压制温度过高，都会导致壁厚减小。3） 二次切割封头在制作过程中为了防止因压偏而造成产品

27、的报废，在下料的时候多留出一些余量，封头冲压完成之后需将多余部分切掉。把冲压好的封头放在焊接回转台上，找出封头的中心，将封头定位进行二次划线，然后进行切割，并开出坡口。四、手工电弧焊简介4.1 特点手工电弧焊通常指采用药皮焊条的手工焊接法，它利用产生于焊条和工件之间的电弧热来熔化焊条和母材，形成连接被焊工件的焊接接头。这种焊接方法具有的工艺特点1设备简单2工艺灵活3对工作场地无特殊要求4在任何位置都可以进行焊接5对各种钢材的适应性强,可焊接几乎是所有的钢种6焊缝金属的性能均优良,特别是低温冲击韧性相当高7药皮焊条的品种齐全, 可按技术条件规定的要求选择与母材性能相配的焊条8容易控制形状复杂工件

28、的焊缝变形。但是手工电弧焊的缺点是适用的电流范围较窄，焊条熔敷速度较低，加之焊条长度是固定的 4 5 0 mm以下，焊接长焊缝时需不断的更换焊条，这就增加了焊接辅助时间，降低了焊接生产效率。另一个缺点是在每道焊缝焊后必须清除熔渣，特别是在厚壁接头的多道焊时，清渣是一项费时而繁重的工序。4 .2焊接设备1对焊接设备的基本要求，手工电弧焊的设备就是焊接电源，根据这种焊接方法的特点对焊接电源提出了如下基本要求足够高的空载电压为保证可靠地引弧 焊接电源必须具有足够高的空载电压。陡降的外特性采用药皮焊条的手工电弧焊，必须使用具有外特性陡降的焊接电源，这是由电弧静特性所决定的。良好的动特性电源的动特性是指

29、电源的输出电压和电流在引弧及焊接过程中的瞬变沈阳理工大学学士学位论文2 9特性。宽的调节范围为了满足各种形状和不同厚度电源的工艺需要，焊接电源必须具有较宽的焊接电流调节范围。2弧焊电源的种类，弧焊电源可分为交流电源和直流电源两大类。交流电源一般是用弧焊变压器，直流电源有弧焊发电机和弧焊整流器两种。3焊接电源的选用，焊接电源的特性对焊接质量起着相当重要的作用，同时它也将关系到焊接工程的生产成本。在压力容器制造中，对受压部件焊缝的质量和性能提出了较高的要求。一般均采用低氢碱性药皮焊条。在这种情况下就必须选用直流电源。目前最常用的发电机有AX-3 2 0、AX4-3 0 0和AX-3 0 0型。压力

30、容器中的非受压部件，如支座支撑等允许采用酸性焊条焊接。因此可采用交流焊接电源，这样可降低设备投资和维修费用。最常用的弧焊变压器有B X3-300 、B X3-4 0 0BX1- 3 0 0等。4 .3手工电弧焊的焊接工艺手工电弧焊的工艺参数有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊道层数、电源种类和极性等。4.3.1焊条直径的选择焊条是根据被焊工件的厚度、接头形状、焊接位置和预热条件来确定的。焊条直径规格为： 16mm， 2 5mm，32mm，50mm、58mm等。根据被焊工件的厚度，焊条直径按下表进行选择。表 1-1 焊条直径选择板厚1-22-2.52.5-44-66-1010/mm直径1

31、.6;2.02.0;2.52.5;3.23.2;4.04.0;5.5.0;5./mm08带坡口多层焊时，首层用 32mm焊条，其他各层用直径较大的焊条。立、仰或横焊，使用焊条直径不宜大于 40mm，以便形成较小的熔池，减少熔化金属下淌的可能性。焊接中碳钢或普通低合金钢时，焊条直径应适当比焊接低碳钢时要小一些。4.3.2焊接电流的选择焊接电流对焊接过程焊接质量和生产率的影响见表。表 1-2 焊接电流的影响电流太小电流过大熔渣、铁水分不开飞溅小电弧不稳定渣的覆盖与焊道外观成形不良焊道成形窄而高焊条过热发红或药皮脱落容易产生焊瘤、夹渣、未熔合焊缝区易过热变脆熔深浅容易产生咬边、裂纹、气孔焊条融化速度

32、慢、生产率低熔深过大、易烧穿表 1-3 焊接电流的选择焊条直 1.62.02.53.24.05.05.8径(mm)焊 接 电 25-4040-6050-80100-130160-210 200-27260-30流(A)00焊接电流的选择，主要决定于焊条的类型、焊件材质、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置以及焊接层数等。在使用一般碳钢焊条时，焊接电流大小和焊条直径的关系为I=(2540)d（1-1）式中 I焊接电流， A；d 焊条直径， mm。根据以上公式所求得的焊接电流，只是一个大概数值。对于同样直径的焊条焊接不同材质和厚度的工件，焊接电流亦不同。一般板越厚，焊接热量散失的越快，应取电流值

33、的上限值；对焊接输入热要求严格控制的材质，应在保证焊接过程稳定的前提下，取下限值。对于横、立、仰焊时所用的焊接电流，应比平均的数值小 10 20左右。焊接中碳钢或普通低合金钢时， 其焊接电流应比焊低碳钢时小 10 20，碱性焊条比酸性焊条小 20。而在锅炉和压力容器的实际焊接生产中， 焊工应按照焊接工艺文件规定的参数施焊。4.3.3电弧电压的选择电弧电压是由电弧的长度来决定的，焊接过程中，要求电弧长度不宜过长，否则出现电弧燃烧不稳定的现象。电弧电压对焊缝质量的影响以及防止措施见表。表 1-4 电弧电压对焊缝质量的影响以及防止措施电弧长度的影响防止措施长电弧热量不集中，飞溅增多；弧长过短，易短路

34、熔深浅，容易产生咬边、未焊透、夹渣等缺陷焊缝表面高低不平，宽容不一致，保持一定的弧长，一般为将电流调节适当将各自导线连接好清理焊接区按规定烘干焊条24mm焊波不均匀熔池保护差，空气中氧和氮的侵入使焊缝产生气孔及焊缝金属变脆使用低氢碱性焊条时，电弧电压应控制在2 0 2 2 V，而使用酸性焊条时，电弧电压的最佳范围是2528V。4.3.4焊接速度就是焊条沿焊接方向移动的速度。较大的焊接速度可以获得较高的焊接生产率，但是，焊接速度过大，会造成咬边、未焊透、气孔等缺陷；而过慢的焊接速度，又会造成熔池满溢、夹渣、未熔合等缺陷。对于不同的钢材，焊接速度还应与焊接电流和电弧电压有合适的匹配，以便有一个合适

35、的线能量。4.3.5电源种类和极性的选择电源的种类和极性主要取决于焊条的类型。直流电源的电弧燃烧稳定，焊接接头的质量容易保证；交流电源的电弧稳定性差，接头质量也较难保证。 利用不同的极性，可焊接不同要求的焊件， 如采用酸性焊条焊接厚度较大的焊件时， 可采用直流正接法 ( 即焊条接负极，焊件接正极 ) ，以获得较大的熔深，而在焊接薄板焊件时，则采用直流反接，可防止烧穿。若酸性焊条采用交流电源焊接时，其熔深介于直流正接和反接之间。4.3.6焊接层数的选择多层多道焊有利于提高焊接接头的塑性和韧性，除了低碳钢对焊接层数不敏感外，其他钢种都希望采用多层多道无摆动法焊接，每层增高不得大于4mm。4.3.7

36、焊接接头、坡口及组对焊接连接形成的焊接接头是焊接结构最基本要素，在许多情况下，它又是焊接结构上的薄弱环节。其突出问题是形成应力集中、劣质区、变形及残余应力的存在。焊接接头的分类及基本类型1 焊接接头的分类。2 焊接接头的基本类型。按焊接方法不同，焊接接头可以分为熔焊接头、压焊接头和钎焊接头三大类（三大类下还可细分）；根据接头构造形式不同，焊接接头可以分为对接接头、 T 形接头、十字接头、搭接接头、盖板接头、套管接头、塞焊（槽焊）接头、角焊接头、卷边接头和端接接头等 10 种类型。如再考虑接头传力特点， T 形与十字接头可归为一类；盖板接头、套管接头、塞焊（槽焊）接头实质上是搭接接头的变形，而不

37、同的卷边接头可分属于对接接头、角接接头和端接接头。所以焊接接头的基本类型可归纳为5 种，即对接接头、T 形（十字）接头、搭接接头、角接接头和端接接头，上述五类接头基本类型都适用于熔焊，一般压焊（高频电阻焊除外） ，都采用搭接接头，个别情况才采用对接接头；高频电阻焊一般采用对接接头， 个别情况才采用搭接接头。 钎焊连接的接头也有多种形式，一种分类方法将其分为四种，即搭接接头， T 形接头，套接接头，舌形与槽形接头。 4.3.7.1 熔焊接头与坡口熔焊接头的坡口根据其形状的不同，可分为基本型、混合型和特殊型三类。1 基本型坡口是一种形状简单、加工容易、应用普遍的坡口。按照我国标准规定，主要有以下几

38、种：型坡口；型坡口；单边型坡口；U 型坡口； J 型坡口等。2 组合型坡口由两种和两种以上的基本型坡口组合而成。按照我国标准规定，主要有以下几种（如图 2.1.3 所示）。有 Y 形坡口； VY形坡口；带钝边 U 形坡口；双 Y 形坡口；双 V 形坡口； 2/3 双 V 形坡口；带钝边双 U形坡口； UY形坡口；带钝边 J 型坡口；带钝边双 J 形坡口 ; 双单边 V 形坡口；带钝边单边 V 形坡口；带钝边双单边 V 形坡口；带钝边 J 形单边 V 形坡口等。3 特殊形坡口是不属于上述基本型又不同于上述组合型的形状特殊的坡口。按照我国标准规定，主要有卷边坡口；带垫板坡口；锁边坡口；塞、槽焊坡口

39、等。4.3.7.2管材的坡口与组对1 管材的坡口；管材的坡口有以下几种形式：I 型坡口、 V 型坡口和 U型坡口。(1) I 型坡口适用于管壁厚度在 3.5mm以下的管口焊接。这种坡口管壁不需要倒角，实际上是不需要加工的坡口，只要管材切口的垂直度能够保证对口的间隙要求，就可以对口焊接；(2) V型坡口； V 型坡口适用于中低压钢管焊接，坡口的角度为600 700，坡口根部有钝边，其厚度为2mm左右；(3) U型坡口； U 型坡口适用于高压钢管焊接，管壁厚度在2060mm之间。坡口根部有钝边，其厚度为2mm左右；2 坡口的加工方法坡口的加工方法一般有以下几种 :(1) 低压碳素钢管公称直径等于或

40、小于 50mm的，采用手提砂轮磨坡口；直径大于 50mm 的，用氧乙炔切割坡口，然后用手提砂轮机打掉氧化层并打磨平整；(2) 中压碳素钢管、中低压不锈耐酸钢管和低合金钢管以及各种高压钢管，用车床加工坡口；(3) 有色金属管，用手工锉坡口。3 接头组对(1) 管子、管件组对时，应检查坡口质量，坡口表面不得有裂纹、重皮等缺陷。并对其内外侧进行清理，清理合格后应及时组对施焊；(2) 管口处理焊接前手工清理坡口毛刺，管件坡口用破布打光。不锈钢管焊缝两侧分别涂 100mm长白垩粉，并用丙酮洗净油污。 铬钼钢管管壁厚 6mm时，焊前应当预热。铜、铝管用砂布打去坡口内外氧化膜，用丙酮清洗。氧乙炔预热；(3)

41、 管段组对可以在专用的胎具上进行，也可采用组对机。施工现场常在平台或平地上进焊接4.3.8焊接技术手工电弧焊的操作技术对焊缝的质量将起决定性作用。其内容包括引弧、收弧、运条方式、焊条倾角和焊道接头方法等。手工电弧焊的引弧方法有擦划法和碰击法两种。焊缝末端收弧时不应突然熄灭电弧，应将焊条停止前移，维持一段时间，以填满弧坑。尤其在不锈钢焊接时必须采用正确的收弧技术，否则容易在弧坑内形成裂纹。手工电弧焊时，可以采用各种方式运条，最常用的运条方式是以焊缝轴线为中心的对称横向摆动。焊条倾角对于焊缝良好的成形也很重要。焊条倾角分前倾角和侧倾角。手工电弧焊时，每根焊条只能焊成较短的焊缝。这样在厚壁长焊缝中焊

42、道间的接头数量相当多。因此必须采用正确的接头方法，以保证接头处的焊缝与前端焊缝平齐无过量的余高凹坑和宽窄不均，否则在次层焊道焊接时非常容易在接头处产生各种缺陷。五 . 薄壁奥氏体不锈钢压力容器制造难点分析与控制课题中压力容器壁厚 6mm，直径 650mm，即为薄壁容器。1. 焊缝收缩变形量的控制单个筒节的纵缝收缩量对筒节的整体尺寸影响不大，但筒节之间环缝的收缩量必须在制作时加以考虑。本课题中容器只有一节筒节，故可忽略。2. 筒节环缝焊后束腰的控制奥氏体不锈钢薄板、厚板都存在焊后筒节环缝束腰的现象，特别是 610mm左右的薄板，其束腰量达 23mm，造成筒节棱角度超标。原因是不锈钢的传热系数较小

43、，线膨胀系数大，后易产生较大的焊接变形。在不控制层间温度和焊接热输入的情况下造成束腰。为减小或消除束腰，采用如下方法：（1）在保持工艺参数的同时 , 改变焊接顺序。 组装时采用内坡口， 焊接时先焊内侧焊口，焊完内侧打底焊、填充焊后 , 再焊接外侧焊口，最后进行内侧焊缝的盖面焊（因为内侧焊缝与工作介质直接接触，故内侧焊缝盖面焊放到最后焊接） 。（2）刚性固定法。焊接外侧焊口时，在容器内部采用内顶丝杠加强垫板法对内侧焊缝及焊缝两侧各 50 范围进行刚性固定加强。（3）严格控制层间温度不高于60，为加快冷却速度 , 可采用焊后直接水冷的方法。3. 焊缝晶间腐蚀的控制奥氏体不锈钢焊接不当时，不仅在焊缝

44、和热影响区易造成晶间腐蚀，而且在焊接接头近缝区的一个狭带上也会发生晶间腐蚀。 其原因是焊接时焊缝在 450850温度范围内反复加热，使溶于奥氏体的碳以较快的扩散速度析出，聚集在晶界处的碳和铬形成碳化铬，在晶粒边界形成贫 Cr 层所致。在材料一定的情况下，只有通过改变工艺过程来解决这一问题。（1）采用小的电流、短弧、多道焊，待先焊的一层完全冷却，温度60，然后再焊下一层，以减少焊接接头在在危险温度区停留时间，不致形成贫Cr 区。（2）与腐蚀性介质接触的焊缝最后焊接，另外尽量避免布置交叉焊缝，减少焊接接头，避免重复焊热循环。至于采用大的规范参数焊接而后进行固溶处理的方法， 虽然效果可以，但工序复杂

45、，不宜采用。4 焊接热裂纹的控制奥氏体不锈钢焊接时容易出现的主要缺陷是热裂纹。这是由于奥氏体不锈钢的热导率不到碳钢吧的1/3 ，而线膨胀系数却大得多，故在焊接时会产生较大的焊接应力。另外奥氏体结晶时间长，杂质偏析较严重。 薄板比厚板更容易出现热裂纹。在焊接压力容器时，其本身的拘束度是很大的。另外薄板比厚板散热快，这就造成了焊缝内部的焊接应力及残余应力较大，因而易出现热裂纹。由于不锈钢传热系数小，线膨胀系数大，熔深浅，不易焊透，焊接速度太小会因过热而形成热裂纹，不开坡口的小间隙焊缝出现热裂纹的机率特别低，焊缝修补时，稍加预热以减少应力，避免出现热裂纹。5 焊后热处理为防止奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，

46、除在焊接规范上采用小电流、快速、短弧焊等以缩小热影响区外，还可以采用焊后热处理的方法。实际施工中，常采用以下两种方法：（1）稳定化退火。加热到 850保温 2h 后空冷。其主要目的是加速铬的扩散，使贫 Cr 区的 Cr 得到补偿从而可以消除贫 C区。（2）固溶处理。加热到 1050 1100保温 0.5h 后水淬，主要目的是使碳化铬溶解，以消除贫 Cr 区。奥氏体不锈钢容器的这两种焊后热处理，都需要有大型的加热装置，有一定的局限性，温度太高要防止容器变形，加热时要防止表面增碳，故对设备整体进行焊后热处理应用较少。六、焊接工艺过程6.1对焊前的准备要求1.清理坡口及两侧表面 20 mm内的油污、

47、铁锈、氧化皮，焊缝间距不大于2mm，如有必要可在坡口两侧涂上防飞溅的专用溶剂。2.在多雨、潮湿季节，对于需要预热的碳钢和低合金钢焊件，应用火焰加热炬将焊接区预热至4 0 5 0，以清除母材表面的吸附水。3 药皮焊条应按企业焊材管理制度的规定烘干及保温 ，为了排除药皮中的水分，防止焊缝中产生气孔， 保证焊缝质量， 一般采用先低温 40，保温 3 个小时烘干，再高温烘焙，由于焊条选用 E347-16，则选择烘焙温度为 250，时间 1 小时，焊条烘干后应放在 100-150 的保温桶内，随用随取，焊条取出后在常温下超过 4 小时应重新烘干。4 焊工在焊接前应辨认所领用的焊材牌号和规格是否符合相应焊

48、接工艺规程的规定。5焊工应检查所用的焊接设备性能是否处于完好的状态，仪表指示是否准确。6.2焊接过程和顺序首先将两侧的半圆电焊在一起，然后将点固好的两侧拼接在一起。点 固焊缝长度为20-30mm，高度 3-6mm，间距为 150-300mm。3.10 点固焊缝长度视结构大小、刚性强弱而定，一般为 1030mm，高度 36mm,间距 200300mm。 长、大筒体的纵、环缝等，要适当增加点固焊缝长度和密度， 筒节纵缝两端点固焊缝的长度不应短于 100mm,且应自端部向内焊。法兰接管：Dg200mm,点固 34 点，点固焊缝宜薄宜短： Dg200mm,点固间距 150200mm，长度 1020mm

49、。焊 接过程应保持结构的对称性，以减少变形和焊接残余应力。a 钢板气割下料和卷制b 单个筒节的环向对接焊接 C 筒节与封头的环向对接焊接e 开法兰的接管口f 法兰的焊接 6.3 坡口形状及尺寸为了使焊缝熔合良好及便于操作, 筒体纵焊缝及筒体和封头之间的焊缝采用V 形坡口, 筒体和接管法兰这间的焊缝采用单边 V 形坡口，用刨边机加工。由于电流较小 , 钝边稍留小一些 , 便于熔透 , 其尺寸为：角度 75。，间隙 c=2mm，钝边 f=2mm，层数 3，焊条直径为 3.2 和4 。焊接工艺参数见表 1、2表 1 筒体纵焊缝及筒体与封头焊缝焊接工艺参数焊接电流 I/A电弧电压 U/V焊接速度层间温

50、度 T/ v/(mm/min-1)D=3.2D=490-140100-16025 28140160 60表 2 筒体与接管角焊缝焊接工艺参数焊接电流 I/A电弧电压 U/V焊接速度 v/(mm/min-1)直径 D=5160-19025 28150 2006.4 施焊技术(1) 焊前将坡口及其两侧表面至少 20mm范围内的杂质清理干净 , 并用丙酮擦洗 ;(2) 采用多层多道焊 , 打底时采用单面焊双面成形技术 , 封底焊道确保熔透 ;(3) 不准敲打工件 , 不要在焊缝旁边引弧 , 地线应与工件夹紧 , 不允许用平台作地线 , 以免局部受热出现局部腐蚀 ;(4) 焊接速度尽可能高、短弧、不作

51、横向摆动以降低热输入;(5) 层间温度控制在 60以内 , 减少焊缝的高温停留时间 ;(6) 焊后对焊缝进行酸洗钝化处理 , 以增强其耐腐蚀性能。七焊接装配7.1壳体焊缝的装配7.1 . 1筒节纵缝装配筒节的纵缝是在卷成形后组焊的，由于纵缝的组装没有积累误差，组装质量较易控制。筒节的板料预弯质量不佳，还会造成缝棱角度超差，这时靠组装过程来控制是无能为力的，而只能在筒节纵焊缝后校圆工序中予以修正。7.1.2壳体与封头环缝的组装环焊缝的组装比纵焊缝困难。一方面由于制造误差，筒节和封头的圆周长度往往不同，即直径大小有偏差；另一方面，筒节和封头往往有一定的圆度误差。此外，组装时还必须控制环缝的间隙，以满足容器最终的总体尺寸要求。目前国内筒节环焊缝组装设备由滚轮座、辅助组对工具和小车式滚轮座组成。小车式滚轮座可以上