焊接专业毕业设计

1、课程设计中压容器加工工艺设计一.综述. 2二.确定瓶体的焊接结构. 2三.焊接接头的结构设计. 3（一）.压力容器焊接接头分类. 2（二）.焊接坡口. 4四.焊接材料的选择原则. 4（一）焊接材料的选择原则. 4（1）.选择焊接材料等强行原则 . 4（2）.对工艺因素的考虑. 4（3）.按各种焊接方法的冶金特点选择焊接材料. 4（二）电焊条的选择. 5五.在制造过程中所选用的焊接方法. 5（一）. 手工电弧焊的优缺点. 5（二）手工电弧焊的工作原理. 6（三）.对焊接设备的基本要求. 8（四）.弧焊电源的选用. 9（五）. 手工电弧焊的焊接工艺. 111.焊接工艺参数的选择. 112. 焊接操

2、作技术. 15六.手工电弧焊操作规程. 161准备工作. 162安全技术. 16七.焊前准备. 17八.焊接工艺参数. 17九.焊接工艺评定. 171课程设计中压容器加工工艺设计【摘要】随着国民经济的高速发展，石油化工及空分产品被大规模使用，大容量贮存低温低压液体的贮罐被视为优先开发生产的重要产品。结合实际，论述了贮罐工艺设计中的材料选择、结构设计以及焊接制造焊接工艺焊后热处理等方面的问题。一.综述结构名称：中压容器主要组成：筒身、封头、管接头、入孔圈材壁料：16MnR厚：筒身 12mm、封头14mm、管接头7mm、人孔圈20mm生产类型：小批量生产二.确定瓶体的焊接结构2图 1 焊接结构如上

3、图所示注：筒身直径为824mm、长为3000mm、为保证焊接质量，分割成均长为1000mm的三段钢制压力容器是典型的焊接结构，主要的制造方法就是焊接，焊接质量直接关系到压力容器的质量。有必要在这里了解一下基本的焊接知识。三.焊接接头的结构设计（一）.压力容器焊接接头分类压力容器的焊接接头分成四类，目的是在设计、制造、维修、管理时可以分别对待，从而保证焊接质量。容器圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外），球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属类焊接接头。壳体部分的环向焊缝接头，锥形封头小端与接管连接的接头，长颈法兰与接管连

4、接的接头，均属类焊接接头，但已规定为、类的焊接接头除外。平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属类焊接接头。接管、人孔、凸缘等与壳体连接的接头，均属类焊接接头，但已规定为、类的焊接接头除外。类焊缝是压力容器中受力最大的接头，因此一般要求采用双面焊或保证全焊透的单面焊缝；类焊缝的工作应力一般为类的一半。除了可采用双面焊的对接焊缝以外，也可采用带衬垫的单面焊；在中压焊缝中，类接头的受力较小，通常采用角焊缝联接。类焊缝是接管与容器的交叉焊缝。受力条件较差，且存在较高的应力集中。这种焊缝的拘束度相当大，残余应力亦较大，易产

5、生裂纹等缺陷。因此在这种容器中类焊缝应采取全焊透的焊接接头。钢制压力容器焊接接头的基本形式：有对接接头、T形（十字形）接头、角接头和搭接接头。对接接头是最基本的一种接头形式，其强度可以达到与材相同，受力均匀，筒体与封头等重要部件的连接均采用对接接头。厚度小时不开坡口，当厚度超过8mm是要有坡口。对接接头中的应力分布比较复杂，焊缝与母材交界处有应力集中现象。应力集中系数的大小和焊缝的几何尺寸相关，如果通过打磨将余高磨平，应力的分3配情况就有明显改善。以前叫余高为加强高是从受力横断面面积增大角度考虑的。（二）.焊接坡口（1）.焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计。 选择坡口形式和

6、尺寸应考虑下列因素：a)焊接方法；b)焊缝填充金属尽量少；c)避免产生缺陷；d)减少残余焊接变形与应力；e)有利于焊接防护；f)焊工操作方便；（2）.焊接接头和坡口的设计a）对于手工电弧焊，由于熔深较浅，6mm以上的钢板就需要开V形坡口，由于手工电弧焊焊接时焊条直径较粗，焊缝表面覆盖较厚的熔渣层，较大的坡口角能使焊条伸入坡口底部，便于脱渣，因此V形坡口角度必须大于60四.焊接材料的选择原则（一）焊接材料的选择原则（1）.选择焊接材料等强行原则对于低合金中压容器用焊接材料，一般都是按与母材等强的原则来选用.这里所说的等强性应理解为焊接金属的强度不低于母材标准规定的下限值，同时应注意焊接材料熔敷金

7、属的抗拉强度不能大大高于母材的抗拉强度，而导致焊缝塑性性能降低，硬度增大，不利于随后的制造成型。尽管强度计算仅考虑材料的抗拉强度，各种工艺评定标准对焊缝的屈服强度均无要求，但选择焊接材料时也应考虑焊接材料熔敷金属的屈服强度不应低于母材的屈服强度，并注意保证一定的屈强比。（2）.对工艺因素的考虑在薄壁容器的制造中，筒节大都采用冷卷成型，组焊成的整台容器，由于壁薄，应力容易松弛，不必做消除应力处理，只要焊缝在焊后状态能满足设计要求就可以了. 满足焊接接头制造工艺性能和焊接工艺性能的要求。焊接接头组成的构件，在制造过程中不可避免要进行各种成型和切削加工，例如冲压、车、刨等，要求焊接接头具有一定的塑性

8、变形能力和切削性能、高温综合性能等。（3）.按各种焊接方法的冶金特点选择焊接材料4由于是小批量生产，属于薄壁焊接，从经济性和焊接工艺特点方面分析选择手工电弧焊比较适合，因此要求选用低氢性的碱性焊条（与酸性焊条相比，脱氧，脱硫比较完全，合金元素的过渡较多，氢含量较低）.另外，用碱性药皮焊条焊制的焊缝金属，其机械性能，尤其是低温韧性要比酸性药皮焊缝的焊缝金属高得多（4）合理的经济性。在满足上述性能外，应选择价格便宜的焊接材料，降低制造成本。（二）电焊条的选择（1）.16MnR钢焊条选用的焊条牌号及直径。主要取决于材料性质，焊件的厚度，接头形式和焊接位置。主要依据熔敷金属化学成分和母材相同或相近的原

9、则，以满足焊缝的耐腐蚀性能。选择直流反接法焊接，采用低氢碱性焊条J427，其熔敷金属具有优良的力学性能和抗裂性能，低温冲击韧性好，熔渣流动性，其工艺性较好，能全位置焊，焊缝金属抗裂性能和机械性能较好，适用于焊接重要结构件，受压容量16MnR及中碳钢及低合金钢重要构件。低氢钠型药皮，直流焊缝金属抗拉强度不低于420Mpa。碱性焊条 药皮中含有较多的大理石、萤石，并有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂。这种药皮有足够的脱氧性。碱性焊条与酸性焊条相比，保护气体中含氢很少，因此又称为低氢型焊条，主要用于重要结构的焊接。 目前广泛应用的电焊条是一根外表涂有药皮的钢丝。钢丝的作用：一是传导电流，产生电弧;二是

10、本身熔化形成焊缝中的填充金属。焊条药皮的作用是提高电弧燃烧的稳定性，保护焊接熔池，使焊缝金属脱氧、去硫、去磷，改善焊接工艺性能等。（2）.焊丝和焊剂的选择焊剂一般选用HJ350，焊丝一般选用HJ101五.在制造过程中所选用的焊接方法直径 3.2mm选择原则：根据被焊材料、接头厚度、焊缝位置、坡口形式和经济性，选择手工电弧焊（一）.手工电弧焊的优缺点5c）.对工作场地无特殊要求d)在任何位置都可以进行焊接e）对各种钢材的适应性强f)焊缝金属的性能优良，特别是低温冲击韧性相当高手工电弧焊主回路示意图（2）对电源动特性要求电源对负载状态突然变化的反应能力，即焊接电源适应焊接电弧变化的特性称为电源的动

11、特性。电弧的引燃和燃烧看起来很简单，实际上在引弧和电弧燃烧的过程中发生了许多眼睛看不出的变化。例如，焊条电弧焊时，焊条与工件相碰，焊接电源要迅速提供合适的短路电流；焊条抬起时，焊接电源要很快达到空载电压。焊接时，熔滴从焊条过渡到熔池，也频繁地发生上述的短路和重新引弧的过程。如果焊接电源输出的电流和电压不能很快地适应电弧焊这些过程中的变化，电弧就不能稳定燃烧甚至熄灭。因此说，动特性好的电源，按弧长的变化能很快地提供所需要的电流与电压，使电弧从一个稳定工作点过渡到另一个稳定工作点；电源的动特性好时，引弧容易，即使弧长有变化，电弧仍能稳定燃烧，焊接飞溅小，焊缝成形好。（3）对电源空载电压的要求为保证

12、顺利引弧和电弧稳定，要求电源有较高的空载电压，一般选 U 空(1524)U 工。但为保障焊工和焊机容量设计不太大，希望 U 尽量低，一空般不超过 100V（4）.宽的调节范围为满足各种形状和不同厚度焊件焊接的工艺要求，焊接电源必须具有较宽的焊接电流调节范围.在手工电弧焊电源中，焊接电流是以改变外特性曲线的形状来调节的.各种不同形状的外特性曲线与电弧静特性曲线相交，得到一系列稳定的工作点，即获得了数值不同的焊接电流。在直流弧焊电源中，焊接电流一般通过改变励磁绕组的电流大小来调节。（四）.弧焊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，同时它也关系到焊接工程的生产成本。因此，必须合理的选

13、择焊接电源，并应考虑下列因素：.所焊产品的质量要求；.所焊钢材的特性；.所使用要的类型；.可能采用的焊接电流范围.所要求的生产效率.焊接电源的价格（1）. 电源 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。为了引燃电弧和保持电弧稳定，保证正常地焊接，电源必须满足以下基本要求：9.空载电压值应保证顺利地引燃电弧。.焊接电流应可调，以满足焊接不同材料、厚度的工件所需要电流的大图4 ZXG-300型旋转式直流电焊机a)外形图 b)原理图这种电焊机的主要优点是：电弧稳定性较高，触电危险性小（五）.手工电弧焊的焊接工艺1.焊接

14、工艺参数的选择手工电弧焊的焊接工艺参数主要有焊条直径、焊接电流、焊接层数、电源种类及极性等。其中最准要的参数是焊接电流和焊接速度，因为这两个参数决定了焊接过程的线能量，也决定了焊缝金属的性能。（1）焊条直径焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置和焊接层数及容许的输入热量等因素。当然，焊接效率也是选择焊条直径的主要依据，因为任何一种实用的焊接工艺总是力求在保证焊缝质量的前提下，尽可能的提高焊接速度以获得最好的经济效益。在一般情况下，开坡口多层焊时，为了防止产生未焊透的缺陷，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，

15、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。焊条直径规格为：16mm，25mm，32mm，50mm、58mm等。根据被焊工件的厚度，焊条直径按表1-1进行选择。焊条直径的选择如下表/mm焊条直径/mm1.62.0 （2）焊接电流选择由于使用低氢碱性焊条，必须以直流反接法焊接，其特点是电弧的热量集中与母材，故熔深大，不易产生熔合区的缺陷其优点是焊接电弧较稳定，飞溅较小。11焊接电流对焊接过程焊接质量和生产率的影响见表1-2。d 焊条直径(mm)。1.6（5）焊接层数多层多道焊有利于提高焊接接头的塑性和韧性，焊接层数应视焊件的厚度而定。除薄板外，一般

16、都采用多层焊。焊接层数过少，每层焊缝的厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响。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。（6）电源种类及极性直流电源由于电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构上。其他情况下，应首先考虑交流电焊机。根据焊条的形式和焊接特点的不同，利用电弧中的阳极温度比阴极高的特点，选用不同的极性来焊接各种不同的构件。极性选择原则：碱性焊条常采用直流反接(工件接负极)，否则，电弧燃烧不稳定， 飞溅严重，噪声大钢材的可焊性。各种钢材焊接性能的差异是用可焊性来表示的。钢材的可焊性是指在适当的设计和工作条件

17、下，材料易于焊接和满足结构性能的程度。一般可焊性具体表现在下述几个方面：焊接作业要容易；焊接时不发生裂纹和其他有害缺陷；母材和焊接接头的机械、化学和物理性能好；母材的缺口韧性优良；焊接接头有足够的塑性和韧性。（7）. 热输入熔焊时,由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量称为热输入。其计算公式如下：u焊接速度 (cms)n热效率系数，焊条电弧焊为 0.70.8。14热输入对低碳钢焊接接头性能的影响不大，因此，对于低碳钢焊条电弧焊一般不规定热输入。对于低合金钢和不锈钢等钢种，热输入太大时，接头性能可能降低：热输入太小时，有的钢种焊接时可能产生裂纹。因此，焊接工艺规定热输入。焊接电流和热输入规定之后，

18、焊条电弧焊的电弧电压和焊接速度就间接地大致确定了。一般要通过试验来确定既可不产生焊接裂纹、又能保证接头性能合格的热输入范围。允许的热输入范围越大，越便于焊接操作。2. 焊接操作技术手工电弧焊的操作技术对焊缝的质量起决定性的作用。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。（1） 引弧方法有划擦法和碰击法两种。划擦法比较容易掌握，但会经常擦伤坡口以外的壳体表面。因此在压力容器焊接中，对引弧部位都有严格的要求，决不能在任意的壳体非焊接部位引弧，特别是低合金钢，引弧坑是壳体表面微裂纹的起源地，引弧必须在坡口内壁或前层焊道上引弧，引弧点必须被电弧完全重熔。碰击引弧法难掌握，但容易满足以上

19、要求。（2） 收弧方法焊接末端收弧时，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。（3） 运条方式最常用的运条方式是以焊缝轴线为中心的对称横向摆动。摆动速度和宽度取决于所要求的焊缝形状和尺寸，而运条方式采用不摆动或摆幅较小的运行方式。（4） 焊条倾角分为前倾角（焊条相对于焊接方向的倾角）和侧倾角（焊条相对于焊件平面的倾角）。本次要用的焊条倾角如表 1-5侧倾角（度）80-9070-859035-5530-45角接仰焊10-15表 1-5焊条倾角15六.手工电弧焊操作规程分析研究焊接发生事故的原因表明，焊接设备和工具的缺陷以及操作失误是两大主要原因，因此，建立和执行必要的安全操作

20、规程是保障焊工安全与健康、促进安全生产的一项重要措施。考虑到操作过程的连续性以及安全问题也就是技术问题的原则，故将焊接安全与技术操作规程集中在一起讲述。1准备工作(1)熟悉构件的焊接工艺、焊缝尺寸要求，选择施焊方法。(2)准备好工具及防护用品，检查调整设备，使其导线、电缆接触良好，如有漏电之处，应立即拉下电源开关，通知电工修理。焊钳应绝缘可靠，禁止私自触动。(3)检查施焊工地零件堆放是否安全，施焊件支撑是否可靠平稳。(4)焊缝组对间隙和坡口形式尺寸应符合产品图样要求，若图样无要求，在板厚小于或等于 6mm 时，焊缝间隙不大于 2mm，板厚大于 6mm，焊缝间隙不大于3mm。(5)清除焊缝边缘左

21、右 10mm 范围内油、锈、水分等污物。对于铸钢件，应将焊接处的砂子、氧化物清理干净，露出金属光泽。(6)调整好焊接规范，尽量采用水平和船形位置施焊。(7)电焊机禁止放置在高温场所和潮湿地方。(8)工作地点周围不得有易燃易爆物品，并要离开乙炔瓶和氧气瓶 5m 以上。(9)焊机要求有可靠而牢固的接地或接零。2安全技术(1)在下雨、下雪时，不得露天施焊。(2)在高处作业时，焊接电缆不准放在电焊机上，横跨道路的焊接电缆必须装在铁管内防止被压破漏电。事先检查周围有无易燃易爆物品，操作者必须系好安全带。(3)严禁将焊接电缆与气焊的胶管混在一起。(4)二次电缆不易过长，一般应根据工作时的具体情况而定。焊接电缆截面积和允许焊接电流见表 3-6。(5)在施焊过程中，当电焊机发生故障而需要检查电焊机时，必须切断电源后才能进行，禁止在通电情况下用手触动电焊机的任何部位，以免发生事故。16(6)在船舱内焊接时，应设法通风或两个人轮换工作。(7)在容器内焊接时，应使用胶皮绝缘防护用具，并在附近安设一个