压力容器的焊接工艺设计

压力容器的焊接工艺设计内容摘要：

焊条由于脱氧性能好，能有效除焊缝中的硫，合金元素烧损少，焊缝金属合金化效果好，焊缝力学性能和抗裂性均较好，但当焊件和焊条存在水分时， 焊缝中容易出现氢气孔。 4 按特殊性能分类。 焊条的选用原则 电弧焊时，通常应根据组成焊接结构钢材的化学成分、力学性能、焊接性和工作环境等要求，以及焊接结构的形状、受力情况和焊接设备类型等方面综合考虑，以决定选用哪种焊条。 1 焊接材料的机械性能、化学成分 洛阳理工学院毕业设计 8 （ 1）对于低碳钢、中碳钢和低合金钢，可选用与母材强度等级相应的焊条，其抗拉强度等于或稍高于母材。 当受力情况复杂时，应选用比母材强度低一级的焊条，以保证焊缝既有一定的强度，又能有满意的塑性。 （ 2）对于合金结构 钢，通常要求焊缝金属的合金成分与母材金属相同或相近。 （ 3）在对焊接结构受力复杂、刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的情况下，可以考虑选用比母材强度低一级别的焊条。 以保证焊缝既有一定的强度，又能有良好的塑性。 （ 4）在母材中 C、 P、 S 等元素含量偏高时，焊缝易产生裂纹的情况下，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。 （ 5）在焊条的强度确定之后，对于塑性、冲击性和抗裂性能要求较高（结构形状复杂、钢材厚、焊件受动荷载），低温条件下工作的焊缝应选用碱性焊条。 （ 6）当焊件焊口处有较多的铁锈、 油污和氧化皮、水分等脏物，且又无法清理时，应选用对铁锈、油污和氧化皮、水分敏性小和抗气孔性能较强的酸性焊条。 （ 7）低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢等异种钢间的焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。 2 焊件的工作条件与使用性能 （ 1）对承受动荷载和冲击荷载的焊件，除满足强度要求，还要保证焊缝具有较高的韧性和塑性，应选用塑性和韧性较高的低氢焊条； （ 2）接触腐蚀介质的焊件，根据介质性质，应选用相应的不锈钢焊条，或选用其他耐腐蚀焊条； （ 3）在在高温或低温条件下 工作的焊件，应选用相应的耐热钢或低温钢焊条。 对珠光体的耐热钢一般选用与钢材化学成分相近的焊条，或根据焊件的工作温度来选取； （ 4）结构复杂，刚性大及厚度大的焊件，应选用抗裂性能好的低氢焊条； （ 5）对受条件限制不能翻转的焊件，应选全位置焊接焊条。 洛阳理工学院毕业设计 9 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。 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： 1． 6mm， 2． 5mm， 3． 2mm， 5． 0mm、 5． 8mm等。 根据被焊工件的厚度，焊条直径按下表进行选择。 表 11 焊条直径选择 板厚 /mm 12 46 610 10 焊条直径/mm。 2.0。 带坡口多层焊时，首层用 Φ 3． 2mm 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 Φ 4． 0mm，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。 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 12 焊接电流的影响 电流太小 电流过大 熔渣、铁水分不开 电弧不稳定 焊道成形窄而高 容易产生焊瘤、夹渣、未熔合 熔深浅 焊条融化速度慢、生产率低 飞溅小 渣的覆盖与焊道外观成形不良 焊条过热发红或药皮脱落 焊缝区易过热变脆 容易产生咬边、裂纹、气孔 熔深过大、易烧穿 洛阳理工学院毕业设计 10 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=(35~55)d （ 11） 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。 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 13 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 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，焊波不均匀 保持一定的弧长，一般为 2~4mm 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 洛阳理工学院毕业设计 11 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 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，以便有一个合适的线能量。 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。 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。 焊接接头、坡口及组对 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。 洛阳理工学院毕业设计 12 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。 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，主要有以下几种：Ⅰ型坡口； Ⅴ 型坡口；单边Ⅴ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 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。 洛阳理工学院毕业设计 13 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、槽焊坡口等。 见图 所示。 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 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 20~60mm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； 洛阳理工学院毕业设计 14 (3)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 洛阳理工学院毕业设计 15 第二章 分气缸焊接工艺 分气缸概述及主要接头编号示意图 图 21 分气缸 分汽缸也叫分汽包，也有叫蒸汽分配台的。 它是蒸汽锅炉必不可少的附属设备。 分汽缸的主要功能是分配蒸汽，分汽缸上有多个阀座连接锅炉主 汽阀及配汽阀门，以便将分汽缸中蒸汽分至各需要之处。 分汽缸还有储存蒸汽、多台锅炉蒸汽并用的作用，此外还有一定的汽水分离能力。 常用的分汽缸是圆筒形的，两端有椭球形封头。 分汽缸不是锅炉本体的一部分，而是一件单独的压力容器，因此有一些与锅炉不同的要求，现说明如下： 1 分汽缸应符合压力容器的要求 它应由具有《压力容器设计单位批准书》 (省级主管部门批准，同级劳动部门备案 )的单位设计，应由具有省级劳动部门签署的《压力容器制造许可证》的单位制造。 分汽缸出厂应具备齐全的资料。 2 原有使用的分汽缸应按省级锅炉压力容器 监察机构的要求进行登记和领取《使用登记证》。 洛阳理工学院毕业设计 16 3 分汽缸的材料并不一定按锅炉简体材质的要求去选择，可以选用比锅 炉筒体材质要求低一些的材料。 如设计压力不大于 兆帕 (Mpa 的分汽缸可以用 A3F 和 AY3F 钢板制造；设计压力不大于 1 兆帕 (Mpa 的分汽缸可以用 A AY3 钢板制造。 4 分汽缸封头可以采用平端盖 (只要强度足够、结构符合要求 )。 内径不大于 400 毫米 (mm)的，平端盖和筒体可以用打坡口的角焊。 5 分汽缸设计压力高于锅炉设计压力的可不装设安全阀，但设计压力低于锅炉设计压力的必须装设安全阀。 6 分汽缸上应装设压力表。 7 分汽缸底部应有疏水阀座，以连接疏水阀；疏水阀的前后应有截止阀，并且有与疏水阀并连的检修管路。 焊接材料的选择 所选材料的质量必须符合国家标准 表 21 所用材料成分表 母材或焊材 规格 化学成分 备注 C Mn Si Cr P S Ni 20 δ=10mm .23 .65 ≤5 ≤35 ≤35 ≤0 Q245R。