焊接结构课程设计任务书

1、焊接结构课程设计任务书一一焊接3092班一一李明明一一31本课程是依据标准 GB 150 1989进行设计的。乙怏压力容器焊接结构的品种较为繁多，应用十分广 泛。乙怏气瓶属于一种全焊结构，工艺严格，性能要求高。本次“乙怏气瓶的焊接结构工艺设计”涉及多种焊接相 关知识，包括焊接结构、焊接材料、焊接方法及焊接工艺制 定等各方面内容。其中还附有设计的结构图和总装图。本次 设计理论和实践结合极为紧密。对专业的学习和以后的工作 打下了良好的基础。在设计过程中，参阅了有关同类资料、 书籍和网络资料 并得到老师的指导和帮助，在此致以深深的谢意！由于编者水平有限，设计难免存在某些需要进一步完善 和改进的地方甚

2、至错误，恳请老师批评指正。设计者i焊接结构课程设计任务书一一焊接3092班一一李明明一一31目录前言一、乙燃气瓶焊接结构设计的简介41、乙烘容器瓶的组成42、容器的简介及设计要求 4二、材料的焊接性分析4三、乙燃气瓶材料的选择51、乙燃气瓶材料的性能要求6(1)对强度性能的要求6(2)对塑性的要求6(3)对冲击韧度的要求6(4)对变形性能的要求7(5)对耐蚀性的要求71)抗氢腐蚀72)介质的电化学腐蚀72、材料的确定8四、确定焊缝的位置8五、焊缝接头形式的设计91、焊接接头的选择10(1)筒体与封头的接头选择 10(2)封头与附件的接头选择 102、坡口的设计10六、焊接方法的选择 111、瓶

3、颈、易熔座与瓶体的焊接方法 112、筒体上的环焊缝和纵焊缝的焊接方法 12七、焊接材料的选择12八、结构设计的工艺过程13九、焊接工艺卡片的编制 14十、课程设计总结14十参考文献14附图一 焊接接头及坡口的示意图 17附图二 乙烘容器的总装图 18附表一焊条电弧焊的工艺卡片19附表二二氧化碳气体保护焊焊的工艺卡片2016一、乙燃气瓶焊接结构设计的简介1、乙怏容器瓶的结构组成及制造关键点(1)组成：主要有筒体(瓶体)、封头及附件(瓶颈、易熔座)等组成，其中筒体、封头是乙烘压力容器制造的关键部分。(2)制造关键点1)封头 圆形封头的材料为整块钢板，在油压机上，用凸 凹模一次热压成形。2)筒体 本

4、次筒体有一个筒节拼焊而成，筒节采用半自动 切割下料，下料前先划线。筒节在三辐卷板机上冷卷而成。筒节的坡口加工见下面的坡口设计部分。2、容器的简介及设计要求(1)结构名称：乙烘气瓶(见图 1)(2)壁厚：10mm(3)设计压力：6 Map(4)生产类型：大量生产二、材料的焊接性分析在压力容器用钢的化学成分中， 碳、硫和磷等元素对钢的焊接性十分有害，应将其含量控制在最低的限度以下。 镒、硅、 银和铝等合金元素，在一定的范围内对钢材的焊接性起有利的 作用。当其含量超过容许的范围时，则起相反的作用。有关合 金元素含量的适应范围如下：含量(C) 0.03%0.11%;(Si) 0.05%1.2%(Mn)

5、 0.2%1.16%;(Ni) 0.05%1.40%(Mo) <1.2%;(S) 0.006%0.110%(P) 0.004%0.170%三、乙快气瓶材料的选择乙烘压力容器是一种全焊结构，且运行条件苛刻，制造工艺 复杂。乙燃气瓶一旦开裂，后果极其严重，不但造成巨大的经济 损失，而且可能遭受人身伤亡灾难。因此乙烘压力容器的运行必须安全可靠。毋庸置疑，乙烘压力容器工作的可靠性首先与选用 钢材有着密切的关系。我国和世界各工业国的压力容器设计制造 法规，以及相应的材料标准都对压力容器用钢的性能做出了严格 而明确的规定。乙烘压力容器材料作为一种受压部件的结构材料，应具有足够的力学性能，包括抗拉强度

6、、塑性和韧性。其次，压力容器在 制造过程中，必须经过各种成形加工。因此，所用材料应具有良 好的冷成形加工和热成形加工性能。止匕外，乙烘压力容器用钢还应具有良好的焊接性、 耐蚀性、抗氢能力以及适应各种热处理的 特性。由此可见，为确保乙烘压力容器长期安全可靠地运行，必须从材料着手，选用优质的符合法规和规程要求的钢材制造乙烘压 力容器。1、乙怏气瓶材料的性能要求(1)对强度性能的要求钢材的强度一般是采用拉伸试验测定的，故又称抗拉强度。随着工业化发展，乙烘压力容器的工作压力越来越高。 如仍用屈 强比较低的碳素钢制造，容器壁厚将大大增加，对于某些大型高 压和超高压容器，壳壁厚度可能增加到无法生产和加工的

7、程度。因此采用屈强比较高的低合金高强度钢已成为当今容器制造中 的必然趋势，目前，我国现行钢制压力容器标准已容许采用抗拉 强度达610MPa的低合金高强度钢。(2)对塑性的要求乙烘压力容器的主要部件，如如封头、筒体等，都采用冷 热冲压、卷制和弯曲加工成形，要求钢材具有较好的塑性。按 现行压力容器用钢标准的规定，用于压力容器的碳钢和低合金 高强度钢，其最低伸长率不得小于17%,而20R优质压力容器钢标准规定的最低断后伸长率为 25% o(3)对冲击韧度的要求从材料角度来讲，钢材的缺口冲击韧度愈高，焊接结构抗 脆断的能力愈高。为确保压力容器的安全运行，对压力容器用 钢的缺口冲击韧度提出了较高的要求。

8、按现行GB 66541996压力容器用钢板标准，20R和16MnR钢的常温V形缺口 试样冲击吸收功应不小于 31J, 15MnVNR和18MnMoNbR等低 合金高强度钢常温 V形缺口冲击吸收功不得小于 34J。(4)对变形性能的要求压力容器各部件在制造过程中需经过较复杂的加工工艺， 如冷弯、冷卷、冷校、冷冲、热冲压和热卷成形等，这就要求 压力容器用钢具有良好的变形性能。 按GB66541996压力容 器用钢板标准的规定，压力容器用钢的合格标准是冷弯角为 180度。弯芯轴的直径按钢板的厚度和强度等级可分为d=2a和d=3a （a为钢板的厚度）。压力容器部件如冷变形度超过 5%, 则应在进行下道

9、工序之前作一次回火处理。如压力容器的工作 温度高于350度或冷加工变形后作 600650度得回火处理，则 可全部或部分消除应变时效倾向。（5）对耐蚀性的要求1）氢腐蚀在加氢炼油系统的临氢装置中，工作介质内含有大量的氢。在高温高压的作用下，氢会渗过钢的表面向内部扩散弁与钢 中的碳原子结合成甲烷，产生内压，使钢的表层出现鼓包与 晶间裂纹，弁使钢材的性能同时变脆。因此，制作这类设备 的钢，必须采用耐氢腐蚀的抗氢钢。在钢中加入能与碳结合 成稳定化合物的合金元素，如 Cr、Mo和V等，可大大提高 钢的抗氢能力。2）介质的电化学腐蚀在不同浓度的酸碱溶液和其他腐蚀介质的作用下，钢材常发生因电化学反应而引起下

10、列几种腐蚀现象：全面腐蚀、点蚀、缝 隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。在钢中加入适量的银、铝、铜 之类的合金元素，可以提高全面腐蚀的能力；若降低含碳量， 或增加铭、银和铝均可以提高抗点蚀的能力；若在不锈钢中添 加Ti、Nb等稳定化元素，使钢中的碳与合金元素形成较稳定 的碳化物，阻止了晶间腐蚀；在奥氏体不锈钢中加入铁素体含 量能提高抗应力腐蚀的能力。2、材料的确定综上所述，在压力容器常用钢中，选择用得最多的低合金 高强度钢16MnR作为乙烘压力容器的瓶体材料，选用低碳钢 20R作为瓶颈及易熔座材料。由于16MnR钢的强度比普通低碳钢高100150MPa,塑性也好，用来制作容器壳体可大大减 薄壁厚。由于

11、16MnR的含碳量在0.2%以下，薄板和中厚板 （20mm以下）的焊接性与普通碳钢相差不多，而乙燃气瓶的瓶颈及易熔座部位受压较小，强度要求低，故可用 16MnR和 20R两种材料焊制出质量符合要求的乙烘压力容器。四、确定焊缝位置如下图所示，图1为乙燃气瓶的示意图，图2为乙燃气瓶的 焊接工艺设计简图。其中图2有a方案和b方案，分别表示瓶体 焊缝位置的两种选择，经分析，两种焊缝位置的比较， b方案较 为合理。图1乙怏气瓶图2两种工艺方案简图因为a方案中的焊缝为环焊缝，需要两块钢板，结构整体性 较差，设计及焊接工艺较为复杂，不经济；而 b方案为一条平直 的纵焊缝，只需一块钢板卷弯拼焊而成，施焊时比较

12、方便，工艺 简单，成本比环焊缝低，故 b方案较合理。五、焊缝接头形式的设计在压力容器中，焊接接头的主要形式有对接接头、角接接头和搭接接头。在不锈钢衬里容器中还有塞接接头。筒体与封 头等重要受压部件的连接，均应采用对接接头。这种接头的强 度可以达到与母材相等，受力也比较均匀。角接接头多用于管 接头与壳体的连接。搭接接头主要用于非受压部件与受压壳体的连接，如支座、附件与壳体的连接。常用部件间的连接形式：1 ）容器的纵焊缝应采用全焊透的双面对接接头（试板厚而定）或单面焊双面成形的对接接头；2）环焊缝应常用全焊透双面焊对接接头，或衬环的单面焊对接接头；3）板间的纵焊缝应采用（开坡口）单面焊对接接头；4

13、）筒间的环焊缝，可采用双面焊对接接头或带衬环的单面焊 对接接头。1、焊接接头的选择（1）筒体与封头的接头选择乙燃气瓶是一种密闭整体性容器，因此筒体与封头之间应 满足等强度原则，故筒体与封头之间的焊接接头应采用对接接 头。（2）封头与附件的接头选择封头与附件之间往往为一些管板相接，如易熔座、法兰等。所以为达到预期的焊接性能，封头与附件之间通常采用角接接头。综上知，本次设计过程中，瓶颈、易熔座与瓶体的焊缝应采用 角接焊缝；筒体上的两条环焊缝和一条纵焊缝应采用对接接头 形式。（见附图一）2、坡口的设计本次焊接结构设计的板厚为 10mm,属于薄板或中厚板：(1)若采用I形坡口，如果预留间隙过小，则出现

14、未焊透；预 留间隙过大，则容易焊穿；装配间隙要求精确严格，难以控制。(2)若采用U形坡口，坡口制备困难，成本高。(3)若采用单面V形坡口，弁留有一定角度，焊接过程中金属 填充量少，易于焊透。综上所述制造乙燃气瓶的过程中，坡口的选择应采用单面V形坡口(见附图一)。六、焊接方法的选择在压力容器制造中，生产中常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、熔化极气体保护焊、鸨极惰性气体保护焊、 药芯焊丝电弧焊和等离子弧焊等。拟采用的焊接方法主要根据被焊钢种、接头厚度、焊缝位置和坡口形式以及对接头的质量要求等来选择，同时还应考虑到该种焊接方法的效率和生产成O1、瓶颈、易熔座与瓶体的焊接方法瓶颈、易熔座与瓶

15、体的焊缝可采用焊条电弧焊，其工艺简单，特点如下：(1)焊接设备简单，成本低；(2)工艺灵活，货源充足；(3)对工作场地无特殊要求；(4)可在任何位置焊接；(5)对各种钢材的适应性强，可焊接几乎所有的压力容器用钢，包括碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢；(6)焊缝金属的力学性能优良，特别是低温冲击韧度相当高；(7)焊条的品种齐全，可按技术要求选择与木材性能相配的焊条；(8)操作方便，容易控制焊接变形2、筒体上的环焊缝和纵焊缝的焊接方法由于本次设计的乙烘压力容器的焊接工作量较小，故筒体上的环焊缝和纵焊缝可采用二氧化碳气体保护焊，因为二保焊具有良好的工艺特点：(1)焊丝熔化效率高。生产率是焊条电弧焊的1

16、3倍；(2)二氧化碳气体来源广，价格便宜，成本低；(3)可实现全位置焊接，同时二氧化碳气流有较强的冷却作用，所以焊接变形小；(4)对铁锈敏感性小，焊缝含氢量少，抗裂性能好；七、焊接材料的选择焊接材料的选择依据是所焊焊缝与母材等强度等化学成分。1、焊条电弧焊的焊接材料选择(焊条)焊条电弧焊用焊条按所焊钢种类别可分碳钢焊条、低合金焊条和不锈钢焊条。本次设计所选用的为GBT5118 1995低合金焊条。根据标准许用的最高强度，选用 E6015级低合金焊条已能满足强度要求，但考虑到壁厚压力容器焊后需作较长周期的热处理，焊缝金属的强度将有所下降， 则应选用强度级别略高的低合金焊条，如E7015级焊条，具

17、抗拉强度范围为 490690MPa。2、二保焊的焊接材料的选择(1)二氧化碳气体气体纯度应不小于99.5%(2)焊丝要求如下：1)焊丝必须含有一定的脱氧元素；2)焊丝的含碳量要低，要求小于 0.11%;3)要保证焊缝具有满意的力学性能和抗裂性能。对于本次设计所用的低合金钢 16MnR, 一般首选H08Mn2Si八、结构设计的工艺过程1、焊前准备(1)坡口的加工制备；(2)工件的清理与装配；(3)焊条烘干与焊丝表面清理；(4)焊机的检查与调试。2、焊接过程(1)易熔座、瓶颈与上封头的装配焊接；(2)上封头、筒体与下封头的装配焊接。3、焊后处理及检验(1)采用热处理工艺对焊缝进行焊后处理；(2)采

18、用射线探伤对焊缝进行焊后检验。九、焊接工艺卡片的编制1、焊条电弧焊的工艺卡片（见附表一）2、二保焊的焊接工艺卡片（见附表二）十、课程设计总结1、乙燃气瓶的焊接结构课程设计是焊接结构制造工艺及 实施课程的一个重要环节，通过课程设计的实训学习，不仅巩 固了所学的专业知识，也学到了很多新的相关知识。2、通过课程设计综合运用焊接结构制造工艺及实施课 程及有关先修课程的知识，起到巩固、深化、融会贯通及扩展有 关焊接方面知识的作用。3、重要的是，通过本次焊接结构课程设计，树立了正确的 设计思想。4、通过焊接结构课程设计的实践学习，培养了分析和解决 工程实际问题的能力，同时也使自己掌握了焊接各方面的专业知 识。5、通过这次焊接结构课程设计，提高了自己的有关设计能 力，如思考能力、绘图能力等，弁熟悉