钢制压力容器焊接工艺课件

钢制压力容器焊接工艺设计作者：钟福健

学号：1104321

指导教师：杨玉芳

专业：材料成型及控制工程钢制压力容器焊接工艺设计作者：钟福健1第1章绪论第2章实验材料及设备第3章16MnR钢压力容器焊接工艺设计第4章焊接接头力学性能检测第5章结论论文结构第1章绪论论文结构21.1压力容器概述

1.2压力容器焊接概况

1.3本课题研究的内容及意义

第1章绪论1.1压力容器概述

1.2压力容器焊接概况

1.3本课题3本课题研究的内容：

16MnR钢压力容器的焊接工艺，从16MnR钢的化学成分、力学性能出发，分析了16MnR钢的焊接性。制定16MnR钢压力容器的焊接工艺，主要包括焊接方法及设备的选择和材料、焊接参数的确定等。

1.3本课题研究的内容及意义本课题研究的内容：

16MnR钢压力容器的焊接工艺，从16M4本课题研究的意义：

压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，制定合理的钢制压力容器焊接工艺，通过力学性能检测来评定钢制压力容器的焊接工艺，为其完美应用于工程实际提供理论基础和实验依据。所以，对钢制压力容器焊接工艺设计研究，具有十分重要的理论意义和工程实用价值。

1.3本课题研究的内容及意义本课题研究的意义：

压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性52.1实验材料2.2实验设备第2章实验材料及设备2.1实验材料第2章实验材料及设备61.16MnR钢化学成分

2.1实验材料CSiMnPS≤0.200.20-0.551.20-1.60≤0.035≤0.030表2.116MnR钢化学成分1.16MnR钢化学成分

2.1实验材料CSiMnPS≤0.716MnR钢化学性能

2.1实验材料板厚（mm）抗拉强度σb(MPa）屈服强度σs(MPa）伸长率（%）冲击韧性值αkv(J/cm2冷弯试验180℃6-16510-640≥345≥21≥31d=2a>16-36490-620≥325≥21≥31d=3a>36-60470-600≥305≥21≥31d=3a>60-100460-590≥285≥20≥31d=3a>100-120450-580≥275≥20≥31d=3a表2.216MnR钢力学性能16MnR钢化学性能

2.1实验材料板厚（mm）抗拉强度σ81.焊条电弧焊设备2.2实验设备图2.1焊条电弧焊设备ZX7-4001.焊条电弧焊设备2.2实验设备图2.1焊条电弧焊设备ZX92.埋弧焊设备2.2试验设备图2.2埋弧焊设备MZ-10002.埋弧焊设备2.2试验设备图2.2埋弧焊设备MZ-100103.CO2焊设备

2.2试验设备图2.3CO2焊设备3.CO2焊设备

2.2试验设备图2.3CO2焊设备113.1压力容器焊接接头分类3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺3.3筒节间的环焊缝焊接工艺第3章16MnR钢压力容器焊接工艺3.1压力容器焊接接头分类第3章16MnR钢压力容器焊接工123.1压力容器焊接接头分类图3.1压力容器典型的焊接接头类别3.1压力容器焊接接头分类图3.1压力容器典型的焊接接头131.焊接方法

选择焊条电弧焊和埋弧焊相结合的方式。其中焊条电弧焊用于定位焊，埋弧焊用于焊缝的焊接。3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺1.焊接方法

选择焊条电弧焊和埋弧焊相结合142.焊接材料

（1）E5015焊条化学成分3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺CMnSiSP-<1.6<0.75<0.35<0.04CrNiMoV

<0.2<0.3<0.3<0.08

表3.1E5015焊条化学成分2.焊接材料

（1）E5015焊条化学成分3.2筒节的拼接152.焊接材料

（2）H08MnA化学成分3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺碳锰硅铬镍<0.10.8~1.1<0.07<0.2<0.3表3.2H08MnA化学成分2.焊接材料

（2）H08MnA化学成分3.2筒节的拼接纵163.焊前准备

（1）焊接区清理

（2）焊接材料的预处理

（3）焊前预热3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺3.焊前准备

（1）焊接区清理

（2）焊接材料的预处理

（174.坡口的选择3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.2I型坡口4.坡口的选择3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.2I型坡口185焊接参数确定

（1）电流的选择

（2）电压的选择

（3）焊接速度选择

（4）焊接层数选择

（5）气体流量选择

3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺5焊接参数确定

（1）电流的选择

（2）电压的选择

（3）19焊接电流选择

I型对接焊时，焊接电流与熔透深度之间的关系曲线如图3.3所示。3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.3焊接电流和熔透深度之间的关系曲线图

焊接电流的选择是，当正面焊时：400A~420A；背面焊时：430A~470A。

焊接电流选择

I型对接焊时，焊接电流与熔透深度之间的关系曲20埋弧焊电压选择

3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.4电弧电压对焊缝形状影响a)不同电弧电压下的焊缝横截面形状b)电弧电压对焊缝尺寸的影响b—熔宽h—熔深a—余高选择的焊接电压，正面焊时：30V~32V；背面焊时：30V~32V。埋弧焊电压选择

3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺211.焊接方法

由于环焊缝的焊道有弧度，所以不适于选择埋弧焊，所以选择了CO2焊方法焊接，定位焊和焊缝的焊接都选用CO2焊的焊接方法。3.3筒节间的环焊缝焊接工艺1.焊接方法

由于环焊缝的焊道有弧度，所以不适于选222焊接材料

CO2焊的焊接方法缺点也很明显，烟尘大，飞溅大，所以本课题选择E70T-1药芯焊丝。3.3筒节间的环焊缝焊接工艺型号CMnSiE70T-10.061.580.69表3.3E70T-1药芯焊丝化学成分2焊接材料

CO2焊的焊接方法缺点也很明显，233.焊前准备

焊前准备主要就是焊件的焊前清理工作。

3.3筒节间的环焊缝焊接工艺3.焊前准备

焊前准备主要就是焊件的焊前清理工作。

3.3244.坡口的选择

表面及两侧各20mm，坡口间隙2mm，钝边高度为1mm。如图3.5：3.3筒节间的环焊缝焊接工艺图3.5Y型坡口4.坡口的选择

表面及两侧各20mm，坡口间隙2mm，钝边高255.焊接参数确定

（1）焊接电流的选择

（2）电弧电压的选择

（3）焊条直径的选择

（4）焊接速度的选择

（5）电流极性的选择

（6)气体流量的选择

（7）焊丝伸出度的选择

3.3筒节间的环焊缝焊接工艺5.焊接参数确定

（1）焊接电流的选择

（2）电弧电压的选择26（1）焊接电流的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径∕mm焊接电流∕A细滴过渡(电弧电压30~50V）短路过渡（电弧电压16~22V）0.8150~25060~1601.2200~300100~1751.6350~500120~1802.4600~750150~200表3.6焊接电流的选择选取定位焊焊接电流为340A，焊缝焊接电流为350A。（1）焊接电流的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径∕m27（2）电弧电压的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径短路过渡滴状过渡焊接电流∕A电弧电压∕V焊接电流∕A电弧电压∕V0.640~7017~19

0.860~10018~19

1.080~12018~21

1.2100~15019~23160~40025~351.6140~20020~24200~50026~402.0

200~60027~402.5

300~70028~423.0

500~80032~44表3.7常用焊接电流及电弧电压的适用范围可按照表3.7选取，即分别为33.5V和34V。（2）电弧电压的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径短路284.1拉伸试验4.2弯曲试验第4章焊接接头力学性能检测4.1拉伸试验第4章焊接接头力学性能检测29

4.1拉伸试验编号试验宽度试验厚度横截面积抗拉强度ψ断部特征1256150552.513.纤维状22561505305.4纤维状3256150517.67.6纤维状425615048014.3纤维状5256150513.48.3纤维状62561505207.1纤维状72561505059.8纤维状8256150472.515.6纤维状9256150525.56.2纤维状表4.1实验结果

4.1拉伸试验编号试验宽度试验厚度横截30采用等成分匹配焊材时，根据钢材焊后失强率公式

Ψ=（δb-δa）/δb················································4.1

式中δb————母材抗拉强度

δa————焊缝抗拉强度

Ψ1=（560-552.5）/560=1.3%Ψ2=（560-535）/560=5.4%

Ψ3=（560-517.6）/560=7.6%Ψ4=（560-480）/560=14.3%

Ψ5=（560-513.4）/560=8.3%Ψ6=（560-520）/560=7.1%

Ψ7=（560-505）/560=9.8%Ψ8=（560-472.5）/560=15.6%

Ψ9=（560-525.5）/5606.2%

4.1拉伸试验采用等成分匹配焊材时，根据钢材焊后失强率公式

Ψ=（δb-δ31通过比较实验结果发现：

根据资料可知16MnR钢焊后理论时强率为28%，拉伸试验结果可知16MnR钢焊后失强率为1.3~15.6%，平均失强率为8.4%。16MnR钢在焊接过程中，对接头的强度而言却并没有太大的损害。这主要是因为钢材焊接时由于热循环的作用热影响区没有发生软化。实验结果充分说明焊缝具备足够的强度，焊接接头性能能良好。

4.1拉伸试验通过比较实验结果发现：

根据资料可知1324.2弯曲试验试样编号弯曲类型试样厚度弯心直径弯弯曲角度实验结果1侧弯640180无裂2侧弯640180无裂3侧弯640180无裂4侧弯640180无裂5侧弯640180无裂6侧弯640180无裂7侧弯640180无裂8侧弯640180无裂9侧弯640180无裂表4.2试验数据4.2弯曲试验试样编号弯曲类型试样厚度弯心直径弯弯曲角度实验33实验结果分析

弯弯至180度没有发生开裂，说明16MnR钢焊接接头性能良好，从而所设计得工艺是可行的。

4.2弯曲试验实验结果分析

弯弯至180度没有发生开裂34

在焊接材料各方面条件一定的情况下，影响焊接工艺的主要工艺参数有电流、电压、焊接速度、焊丝直径等因素。本文通过一定的实验，在分析各方面研究成果的情况下，通过对16MnR钢压力容器焊接工艺的设计，得到如下结论：第5章结论在焊接材料各方面条件一定的情况下，影响焊接35（1）16MnR钢焊接性良好，可采用焊条电弧焊、埋弧自动焊及CO2焊等各种焊接方法施焊。（2）对于筒体纵、环缝的焊接，考虑到其钢板类型及厚度，选用焊条电弧焊定位，埋弧焊焊接焊缝能满足材料性能要求。（3）16MnR钢具有优良的塑性和韧性，但在使用埋弧焊焊接时，选用的焊接电流不宜过大，否则将不能满足力学性能要求。（4）压力容器筒体纵焊缝的定位焊选择直流正接，焊条的熔敷速度比反接时高，焊接速度较快，电弧的热量集中于焊条上，母材的熔深较浅。（5）CO2电弧电压的大小决定了电弧的长短和熔滴的过渡形式，它对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷以及焊缝的力学性能有很大的影响。第5章结论（1）16MnR钢焊接性良好，可采用焊条电弧焊、埋弧自动焊及36谢谢各位老师谢谢各位老师37踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就未来。12月-2212月-22Thursday,December29,2022弄虚作假要不得，踏实肯干第一名。23:30:2823:30:2823:3012/29/202211:30:28PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。12月-2223:30:2823:30Dec-2229-Dec-22重于泰山，轻于鸿毛。23:30:2823:30:2823:30Thursday,December29,2022不可麻痹大意，要防微杜渐。12月-2212月-2223:30:2823:30:28December29,2022加强自身建设，增强个人的休养。2022年12月29日11:30下午12月-2212月-22追求卓越，让自己更好，向上而生。29十二月202211:30:28下午23:30:2812月-22严格把控质量关，让生产更加有保障。十二月2211:30下午12月-2223:30December29,2022重规矩，严要求，少危险。2022/12/2923:30:2923:30:2929December2022好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。11:30:29下午11:30下午23:30:2912月-22每天都是美好的一天，新的一天开启。12月-2212月-2223:3023:30:2923:30:29Dec-22务实，奋斗，成就，成功。2022/12/2923:30:29Thursday,December29,2022抓住每一次机会不能轻易流失，这样我们才能真正强大。12月-222022/12/2923:30:2912月-22谢谢大家！踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就未来。12月-2212月-238钢制压力容器焊接工艺设计作者：钟福健

学号：1104321

指导教师：杨玉芳

专业：材料成型及控制工程钢制压力容器焊接工艺设计作者：钟福健39第1章绪论第2章实验材料及设备第3章16MnR钢压力容器焊接工艺设计第4章焊接接头力学性能检测第5章结论论文结构第1章绪论论文结构401.1压力容器概述

1.2压力容器焊接概况

1.3本课题研究的内容及意义

第1章绪论1.1压力容器概述

1.2压力容器焊接概况

1.3本课题41本课题研究的内容：

16MnR钢压力容器的焊接工艺，从16MnR钢的化学成分、力学性能出发，分析了16MnR钢的焊接性。制定16MnR钢压力容器的焊接工艺，主要包括焊接方法及设备的选择和材料、焊接参数的确定等。

1.3本课题研究的内容及意义本课题研究的内容：

16MnR钢压力容器的焊接工艺，从16M42本课题研究的意义：

压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，制定合理的钢制压力容器焊接工艺，通过力学性能检测来评定钢制压力容器的焊接工艺，为其完美应用于工程实际提供理论基础和实验依据。所以，对钢制压力容器焊接工艺设计研究，具有十分重要的理论意义和工程实用价值。

1.3本课题研究的内容及意义本课题研究的意义：

压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性432.1实验材料2.2实验设备第2章实验材料及设备2.1实验材料第2章实验材料及设备441.16MnR钢化学成分

2.1实验材料CSiMnPS≤0.200.20-0.551.20-1.60≤0.035≤0.030表2.116MnR钢化学成分1.16MnR钢化学成分

2.1实验材料CSiMnPS≤0.4516MnR钢化学性能

2.1实验材料板厚（mm）抗拉强度σb(MPa）屈服强度σs(MPa）伸长率（%）冲击韧性值αkv(J/cm2冷弯试验180℃6-16510-640≥345≥21≥31d=2a>16-36490-620≥325≥21≥31d=3a>36-60470-600≥305≥21≥31d=3a>60-100460-590≥285≥20≥31d=3a>100-120450-580≥275≥20≥31d=3a表2.216MnR钢力学性能16MnR钢化学性能

2.1实验材料板厚（mm）抗拉强度σ461.焊条电弧焊设备2.2实验设备图2.1焊条电弧焊设备ZX7-4001.焊条电弧焊设备2.2实验设备图2.1焊条电弧焊设备ZX472.埋弧焊设备2.2试验设备图2.2埋弧焊设备MZ-10002.埋弧焊设备2.2试验设备图2.2埋弧焊设备MZ-100483.CO2焊设备

2.2试验设备图2.3CO2焊设备3.CO2焊设备

2.2试验设备图2.3CO2焊设备493.1压力容器焊接接头分类3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺3.3筒节间的环焊缝焊接工艺第3章16MnR钢压力容器焊接工艺3.1压力容器焊接接头分类第3章16MnR钢压力容器焊接工503.1压力容器焊接接头分类图3.1压力容器典型的焊接接头类别3.1压力容器焊接接头分类图3.1压力容器典型的焊接接头511.焊接方法

选择焊条电弧焊和埋弧焊相结合的方式。其中焊条电弧焊用于定位焊，埋弧焊用于焊缝的焊接。3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺1.焊接方法

选择焊条电弧焊和埋弧焊相结合522.焊接材料

（1）E5015焊条化学成分3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺CMnSiSP-<1.6<0.75<0.35<0.04CrNiMoV

<0.2<0.3<0.3<0.08

表3.1E5015焊条化学成分2.焊接材料

（1）E5015焊条化学成分3.2筒节的拼接532.焊接材料

（2）H08MnA化学成分3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺碳锰硅铬镍<0.10.8~1.1<0.07<0.2<0.3表3.2H08MnA化学成分2.焊接材料

（2）H08MnA化学成分3.2筒节的拼接纵543.焊前准备

（1）焊接区清理

（2）焊接材料的预处理

（3）焊前预热3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺3.焊前准备

（1）焊接区清理

（2）焊接材料的预处理

（554.坡口的选择3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.2I型坡口4.坡口的选择3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.2I型坡口565焊接参数确定

（1）电流的选择

（2）电压的选择

（3）焊接速度选择

（4）焊接层数选择

（5）气体流量选择

3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺5焊接参数确定

（1）电流的选择

（2）电压的选择

（3）57焊接电流选择

I型对接焊时，焊接电流与熔透深度之间的关系曲线如图3.3所示。3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.3焊接电流和熔透深度之间的关系曲线图

焊接电流的选择是，当正面焊时：400A~420A；背面焊时：430A~470A。

焊接电流选择

I型对接焊时，焊接电流与熔透深度之间的关系曲58埋弧焊电压选择

3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.4电弧电压对焊缝形状影响a)不同电弧电压下的焊缝横截面形状b)电弧电压对焊缝尺寸的影响b—熔宽h—熔深a—余高选择的焊接电压，正面焊时：30V~32V；背面焊时：30V~32V。埋弧焊电压选择

3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺591.焊接方法

由于环焊缝的焊道有弧度，所以不适于选择埋弧焊，所以选择了CO2焊方法焊接，定位焊和焊缝的焊接都选用CO2焊的焊接方法。3.3筒节间的环焊缝焊接工艺1.焊接方法

由于环焊缝的焊道有弧度，所以不适于选602焊接材料

CO2焊的焊接方法缺点也很明显，烟尘大，飞溅大，所以本课题选择E70T-1药芯焊丝。3.3筒节间的环焊缝焊接工艺型号CMnSiE70T-10.061.580.69表3.3E70T-1药芯焊丝化学成分2焊接材料

CO2焊的焊接方法缺点也很明显，613.焊前准备

焊前准备主要就是焊件的焊前清理工作。

3.3筒节间的环焊缝焊接工艺3.焊前准备

焊前准备主要就是焊件的焊前清理工作。

3.3624.坡口的选择

表面及两侧各20mm，坡口间隙2mm，钝边高度为1mm。如图3.5：3.3筒节间的环焊缝焊接工艺图3.5Y型坡口4.坡口的选择

表面及两侧各20mm，坡口间隙2mm，钝边高635.焊接参数确定

（1）焊接电流的选择

（2）电弧电压的选择

（3）焊条直径的选择

（4）焊接速度的选择

（5）电流极性的选择

（6)气体流量的选择

（7）焊丝伸出度的选择

3.3筒节间的环焊缝焊接工艺5.焊接参数确定

（1）焊接电流的选择

（2）电弧电压的选择64（1）焊接电流的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径∕mm焊接电流∕A细滴过渡(电弧电压30~50V）短路过渡（电弧电压16~22V）0.8150~25060~1601.2200~300100~1751.6350~500120~1802.4600~750150~200表3.6焊接电流的选择选取定位焊焊接电流为340A，焊缝焊接电流为350A。（1）焊接电流的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径∕m65（2）电弧电压的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径短路过渡滴状过渡焊接电流∕A电弧电压∕V焊接电流∕A电弧电压∕V0.640~7017~19

0.860~10018~19

1.080~12018~21

1.2100~15019~23160~40025~351.6140~20020~24200~50026~402.0

200~60027~402.5

300~70028~423.0

500~80032~44表3.7常用焊接电流及电弧电压的适用范围可按照表3.7选取，即分别为33.5V和34V。（2）电弧电压的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径短路664.1拉伸试验4.2弯曲试验第4章焊接接头力学性能检测4.1拉伸试验第4章焊接接头力学性能检测67

4.1拉伸试验编号试验宽度试验厚度横截面积抗拉强度ψ断部特征1256150552.513.纤维状22561505305.4纤维状3256150517.67.6纤维状425615048014.3纤维状5256150513.48.3纤维状62561505207.1纤维状72561505059.8纤维状8256150472.515.6纤维状9256150525.56.2纤维状表4.1实验结果

4.1拉伸试验编号试验宽度试验厚度横截68采用等成分匹配焊材时，根据钢材焊后失强率公式

Ψ=（δb-δa）/δb················································4.1

式中δb————母材抗拉强度

δa————焊缝抗拉强度

Ψ1=（560-552.5）/560=1.3%Ψ2=（560-535）/560=5.4%

Ψ3=（560-517.6）/560=7.6%Ψ4=（560-480）/560=14.3%

Ψ5=（560-513.4）/560=8.3%Ψ6=（560-520）/560=7.1%

Ψ7=（560-505）/560=9.8%Ψ8=（560-472.5）/560=15.6%

Ψ9=（560-525.5）/5606.2%

4.1拉伸试验采用等成分匹配焊材时，根据钢材焊后失强率公式

Ψ=（δb-δ69通过比较实验结果发现：

根据资料可知16MnR钢焊后理论时强率为28%，拉伸试验结果可知16MnR钢焊后失强率为1.3~15.6%，平均失强率为8.4%。16MnR钢在焊接过程中，对接头的强度而言却并没有太大的损害。这主要是因为钢材焊接时由于热循环的作用热影响区没有发生软化。实验结果充分说明焊缝具备足够的强度，焊接接头性能能良好。

4.1拉伸试验通过比较实验结果发现：

根据资料可知1704.2弯曲试验试样编号弯曲类型试样厚度弯心直径弯弯曲角度实验结果1侧弯640180无裂2侧弯640180无裂3侧弯640180无裂4侧弯640180无裂5侧弯640180无裂6侧弯640180无裂7侧弯640180无裂8侧弯640180无裂9侧弯640180无裂表4.2试验数据4.2弯曲试验试样编号弯曲类型试样厚度弯心直径弯弯曲角度实验71实验结果分析

弯弯至180度没有发生开裂，说明16MnR钢焊接接头性能良好，从而所设计得工艺是可行的。

4.2弯曲试验实验结果分析

弯弯至180度没有发生开裂72

在焊接材