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k8立式储气罐的焊接工艺设计

发布时间:2020-10-13 08:46

  沈阳理工大学课程设计专用纸 目录 No ..............................2 一、设计的性质、目的及任务.............................. 2 设计的性质、目的及任务.............................. ............................................3 二、产品简介............................................3 产品简介............................................ ......................................4 三、材料焊接性分析......................................4 材料焊接性分析...................................... ....................................5 四、立式储气罐的设计....................................5 立式储气罐的设计.................................... ......................................8 五、焊接工艺的设计......................................8 焊接工艺的设计...................................... 5.1—焊条电弧焊.....................................9 ..................................... 5.1—焊条电弧焊.....................................9 5.2—埋弧焊................................. 5.2—埋弧焊......................................... 12 ................................ ........................ 六、备料加工工艺 ....................................... 13 6.1 原材料的储备 ................................. 13 6.2 板材的预处............................13 下料, ..................... .................14 6.3 下料, 边缘加工以及夹具的选择 .....................14 ..................................16 6.4 装配的焊接次序 ..................................16 焊后热处理...................................... ......................................16 6.5 焊后热处理......................................16 七、焊缝的无损检验与耐压气密性检验......................16 焊缝的无损检验与耐压气密性检验......................16 ...................... 参考文献. ...........................................17 八、参考文献.............................................17 沈阳理工大学课程设计专用纸 设计的性质、 一 设计的性质、目的及任务 No 性质: 1.1 性质 焊接工艺课程设计是焊接专业教学中综合性和实践性较强的教学环节, 是理 论联系实际的桥梁,是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试;是对学生在 规定的时间内完成指定的焊接工艺操作设计任务的初步训练。 目的、任务: 1.2 目的、任务: (1)通过对压力容器生产线的总体设计,培养学生能综合运用本课程和前修课 程的基础知识,进行融会贯通的独立思考能力,巩固和强化焊接原理有关课程的 基本理论和基本知识,使同学们了解压力容器生产中的全过程,并培养同学们综 合运用专业知识独立进行设计,特别是对工艺的设计,焊接原理焊接材料焊接电 源焊接生产和焊接检验等方面的知识能力, 让同学们结合自己的设计产品正确的 选择焊接方法、焊接工艺参数、焊接设备及检测方法,并对生产车间进行合理的 布局。 (2)培养学生焊接工艺设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力,了解 工艺设计的基本内容,掌握焊接工艺设计的主要程序和方法,在规定的时间内完 成指定的焊接工艺设计任务,从而得到焊接工艺设计的初步训练。通过焊接专业 课程设计,使学生在机械制图和机械零件课程设计的基础上,进一步学习和提高 对各种焊接接头、焊接坡口、焊接结构的设计、焊接工艺以及各种焊接生产用机 械装置图纸的看图、识图能力,合理结构形式的判断能力和具体焊接接头、焊接 结构机械装置的生产设计能力。 (3)培养学生分析和解决工程实际问题的能力,树立正确的设计思想,培养实 事求是、严肃认真、高度负责的工作作风,为学生后续课程及毕业设计打下一定 的基础。 (4)使学生熟悉查阅并能综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等 设计技术资料;进一步掌握识图、制图、运算、编写设计说明书等基本技能;完 成作为工程技术人员在工艺设计方面所必备的设计能力的基本训练。 焊接工艺已经广泛应用于国民经济的和个领域,但是还有一些领域应用得还不 够,主要因为现有的焊接工艺设计得不够合理。为了进一步推广焊接在生产,生 活中的应用,我们做为焊接专业的学生更应在这方面上深入的研究,又因为焊接 专业课程设计是培养焊接专业技术人才的一个重要教学环节, 是一种实践性极强 的必不可少的教学环节,是焊接生产实习和各门焊接专业课程的补充,通过课程 设计,使同学们了解焊接车间的组成与合理布局,并掌握焊接工艺的设计及其生 产用机械装置的设计方法和焊接工艺的编制与审查工作等。 我们也可以通过设计 了解到焊接专业在实际生产中的应用,更好的将于实践中去,更好的专业知识, 是专业知识更牢固。 二 产品简介 油品和各种液体化学品的储存设备——储罐,是石油化工装置和储运系统设 施的重要组成部分。一般立式圆筒储罐的容积大于 10000m?以上,习惯称为大型 储罐。以下称为储罐(包括大型卧式圆筒形、球形等储罐) 。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 按温度划分, 可以分为低温储罐、 常温储罐 (90℃) 和高温储罐 (90—250℃) 按压力划分可分为接近常压储罐(-490—2000Pa)和低压储罐(2000Pa— 0.1MPa) 。 储罐种类是按几何形状来划分的。按几何形状可分为五大类,即立式圆筒形 储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、双曲线储罐和悬链式储罐。我是圆筒适用于 储存容量较小且压力较高的液体。 而球形储罐适用于储存容量较大用一定的压力 的液体。 立式圆筒形储罐按其罐顶结构可分为固定顶储罐和浮顶储罐二种类型。 (一)拱顶储罐的构造 拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器。拱顶储罐制造 简单、造价低廉,所以在国内外许多行业应用最为广泛,最常用的容积为 1000 -10000m 3 ,目前,国内拱顶储罐的最大容积已经达到 30000m 3 。 罐底:罐底由钢板拼装而成,罐底中部的钢板为中幅板,周边的钢板为边缘 板。 边缘板可采用条形板, 也可采用弓形板。 一般情况下, 储罐内径< 16.5m 时, 宜采用条形边缘板,储罐内径 ≥ 16.5m 时,宜采用弓形边缘板。 罐壁:罐壁由多圈钢板组对焊接而成,分为套筒式和直线式。 套筒式罐壁板环向焊缝采用搭接, 纵向焊缝为对接。 拱顶储罐多采用该形式, 其优点是便于各圈壁板组对,采用倒装法施工比较安全。 直线式罐壁板环向焊缝为对接。优点是罐壁整体自上而下直径相同,特别适 用于内浮顶储罐,但组对安装要求较高、难度亦较大。 罐顶:罐顶有多块扇形板组对焊接而成球冠状,罐顶内侧采用扁钢制成加强 筋, 各个扇形板之间采用搭接焊缝, 整个罐顶与罐壁板上部的角钢圈 (或称锁口) 焊接成一体。 (二)浮顶储罐的构造 浮顶储罐是由漂浮在介质表面上的浮顶和立式圆柱形罐壁所构成。 浮顶随罐 内介质储量的增加或减少而升降,浮顶外缘与罐壁之间有环形密封装置,罐内介 质始终被内浮顶直接覆盖,减少介质挥发。 罐底:浮顶罐的容积一般都比较大,其底板均采用弓形边缘板。 罐壁:采用直线式罐壁,对接焊缝宜打磨光滑,保证内表面平整。浮顶储罐 上部为敞口,为增加壁板刚度,应根据所在地区的风载大小,罐壁顶部需设置抗 风圈梁和加强圈。 浮顶:浮顶分为单盘式浮顶、双盘式浮顶和浮子式浮顶等形式。 单盘式浮顶:由若干个独立舱室组成环形浮船,其环形内侧为单盘顶板。单 盘顶板底部设有多道环形钢圈加固。其优点是造价低、好维修。 双盘式浮顶:由上盘板、下盘板和船舱边缘板所组成,由径向隔板和环向隔 板隔成若干独立的环形舱。其优点是浮力大、排水效果好。 (三)内浮顶储罐的构造 内浮顶储罐是在拱顶储罐内部增设浮顶而成, 罐内增设浮顶可减少介质的挥 发损耗,外部的拱顶又可以防止雨水、积雪及灰尘等进入罐内,保证罐内介质清 洁。这种 储罐主要用于储存轻质油,例如汽油、航空煤油等。内浮顶储罐采用 直线式罐壁,壁板对接焊制,拱顶按拱顶储罐的要求制作。目前国内的内浮顶有 两种结构:一种 是与浮顶储罐相同的钢制浮顶;另一种是拼装成型的铝合金浮 顶。 三、材料焊接性的分析 沈阳理工大学课程设计专用纸 3.1 材质 00Cr11Ti 的焊接性的分析 00Cr12 的化学成分和力学性能 00Cr12 钢化学成分要求 元素 要求 C ≤ 0.030 Ti 0.50-0. 60 Si ≤ 1.00 Mn ≤ 1.00 ( %) S ≤ 0.030 P ≤ 0.035 No 00Cr12 力学性能的要求 σ0.2 /MPa ≥196 σb /MPa ≥370 δ5 / % ≥22 HB ≤183 热处理规范:退火 900—1050℃ 快冷 通常在钢中加 w(Cr) ≥ 18%可使钢在 1000—1100℃抗氧化,加入 w(Al)3% —4%可使钢在 900℃抗氧化,加入 w(Si)2%—3%可使钢在 900—1100℃抗氧化。 这类钢在常温下为铁素体组织,有磁性,不能淬火方法使之硬化,在加热冷却过 程中无相变。加热温度如果超过 900℃,晶粒将迅速粗化,且不能用热处理方法 细化。 同时有可能发生部分铁素体转变为奥氏体,冷却过程又转变成低碳马氏体, 这都会将低钢的塑性,使之变脆。因此铬钢焊接时,常要求低温预热使接头韧性 提高,防止产生裂纹。这类钢焊后从 400—600℃缓冷(或加热)时,容易出现 475℃脆化。在 680—850℃缓冷(或加热)时,容易出现 σ 相脆化,所以预热应 尽可能得低,一般在 150℃。但当含 Cr 量高时,预热也要高些。有时不得不高 到 200—300℃。但如使 w(C+N)降到 0.01%,可以改善焊接性。 焊接接头的塑性与韧性,对于普通铁素体不锈钢,一般尽可能在地的温度下 进行热加工,在经短时的 780-850℃退火热处理,得到晶粒细化、碳化物均匀分 布的组织,并具有良好的力学性能与耐蚀性能。但在焊接高温的作用下,在加热 温度达到 1000℃以上的热影响区,特别是近缝区的晶粒会急剧长大,进而引起 近缝区的塑性韧性大幅度降低,引起热影响区脆化。还容易产生焊接裂纹。 四 立式储气罐的设计 压力容器壁厚的计算 2 m 3 压力容器,公称直径约为 1400mm,工作压力为 3.2MPa 容器的计算压力约为工作压力的 1.05~1.1 倍。所以容器的计算压力等于 沈阳理工大学课程设计专用纸 3.2×1.05=3.36MPa [2]《压力容器原理及工程应用》 材料的腐蚀裕量 C2,取 k=0.2 mm/y,设计寿命 10 年,C2=BK=1 [3]《腐蚀数据手册》 筒体设计壁厚的计算公式: Sc = PD + C2 2[σ ]? ? P No P-容器的计算压力 D-容器的公称直径 φ-焊缝系数,当采用双面全焊透无损检验时,取 1 设计厚度得 Sc = PD 3.36 × 1400 +C2 = + 1 = 13.7 2[σ ]? ? P 2 × 200 × 1 ? 3.36 圆整后取 15mm Sn = Sc + C1 = 13.7 + 1=14.7 壁厚的校核公式: σ= P[D+(SC ? C 2 )] 3.36[1400 + (13.7 ? 1)] = = 186.88? 200MPa 符合要求 2(SC ? C 2 )? 2(13.7 ? 1) ×1 [4]《化工设备设计全书》公式(3-4) 表(3-1) 封头厚度的计算: 计算压力 3.36MPa,封头内径 1400mm,腐蚀裕量为 1,封头材料 0Cr11Ti, 焊缝系数为 0.9,采用 2:1 标准椭圆型封头。 计算公式: δ= PD 3.36 × 1400 = = 11.8mm 2σ? ? 0.5 P 2 × 200 ×1 ? 0.5 × 3.36 δ n = δ + C1 + C2 = 11.8 + 1 + 1 = 13.8mm 圆整后取 14mm 最小厚度检验: δ n ? 0.15%D=2.1mm 符合要求 沈阳理工大学课程设计专用纸 筒体: T1 = 2D =2.8mm ≤ 60 mm 符合要求 1000 No 封头:T2 =δ n ? C = 13.8 ? 1 ? 1 = 12.8mm ≥ 0.15 × 1400 = 2.1mm 符合要求 压力容器的整体结构分析 D=1400mm Sn=15mm δn=13.8mm 表 B1 EHA 椭圆型封头内表面积容积 [5]《JB4746-2002 标准》 得公称直径 D=1400mm 总深度 H=1540mm 容积 V=5.87 所以筒节的总长度 L=3.3 设计成 2 节,则单个筒节的长度 立式储气罐的封头的选择 L’=1.8 L”=1.5 《压力容器设计手册》P302 [1] 根据表 EH-6 得到公称直径为 1400mm 时,在计算压力 2.5MPa 下,封头的 计算厚度为 14mm。 图 4.4 封头 立式储罐的法兰设计 《压力容器设计手册》P687 立式储气罐选择长颈对焊法兰(平面密封面) 在 PN=2.5MPa 法兰的公称直径 DN=300mm 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 图 4.5 长颈对焊法兰 根据表 3-1-4(A)长颈对焊法兰尺寸 查得: D=440mm D1=400mm D3=355mm Q=32mm h=25mm H=85mm d=23mm δ 1=12mm δ 2 =22mm R=12mm 立式储罐支座的设计 《压力容器设计手册 》P804 根据立式圆筒的公称直径 DN=1400mm 查表 3-3-15 得 B 型支承式支座尺寸 图 4.6 B 型支柱 沈阳理工大学课程设计专用纸 选择 120°包角轻型带垫板鞍式支座,其结构和尺寸如下: DN = 1400mm 底板 腹板 筋板 垫板 L1=1000mm δ2=8mm L3=230mm 弧长 1640mm b2=140mm b4=270mm b3=1805mm δ4=6mm δ3=6mm e=40mm 孔长 20 No Q = 160 KN 鞍座允许载荷 b1=170mm δ1=10mm h = 200mm鞍座高度 螺栓连接尺寸 鞍座质量 64kg L2=840mm 螺孔 d=10 螺纹 M24 两鞍座之间的距离 900mm 五、焊接工艺的设计 普通铁素体不锈钢的焊接工艺与焊接材料选择 对于普通铁素体不锈钢,可 采用焊接电弧焊 气体保护焊 埋弧焊 等离子等熔焊工艺方法。该类钢在焊接热 循环的作用下,热影响区的晶粒长大严重,碳 氮化合物在晶界聚集,焊接接头 的塑韧性很低, 在拘束度较大时, 容易产生焊接裂纹, 接头的耐蚀性也严重恶化。 在焊接工艺方面应采取以下措施: ⑴增加熔池保护,如采用双层气体保护增大喷嘴直径,适当增加氩气流量,填充 焊丝时,要防止焊丝高温端离开保护区。 ⑵附加拖罩,增加尾气保护,这对于多道多层焊尤为重要。 ⑶焊缝背面通氩气保护, 最好采用同氩气的水冷铜垫板, 以减少热增加冷却速度。 ⑷尽量减少焊接热输入,多道多层焊时,控制层间温度低于 100°C 5.1 焊条电弧焊 焊条电弧焊它是利用电弧产生热量米熔化被焊金属及填充金属,然后凝固 成牢固接头的一种手工操作的焊接方法。手上电弧焊操作方便设备简单,能够对 空间不同位置、不同接头形式的焊缝进行焊接,是焊接中应用最广泛的方法。由 于采用手工操作,故生产率低,劳动强度大。在焊接中占有重要地位 5.1. 5.1.1 焊条电弧焊的优点 1)使用的设备比较简单 2)不需要辅助气体保护 3)操作灵活,适应性强 4)应用范围广,适用于大多数工业用的金属和合金的焊接 5.1. 5.1.2 弧焊电源 电源种类与比较 焊条电弧焊采用的焊接电流既可以是交流也可以是直 流, 所以焊条电弧焊电源既有交流电源也有直流电源.目前,我国焊条电弧焊用 的 电源也有三大类:交流弧焊变压器,直流弧焊发电机和弧焊整流器(包括逆变 弧焊电源),前一种属于交流电源,后两种属于直流电源 5.1. 5.1.3 电源的选择 焊条电弧焊要求电源具有陡降的外特性,良好的动特性和合适的电流调节 范围.选择焊条电弧焊电源应主要考虑以下因素: ① 所要求的焊接电流的种类; 沈阳理工大学课程设计专用纸 No ② 所要求的电流范围; ③ 弧焊电源的功率; ④ 工作条件和节能要求等; 电流的种类有交流、直流、或交直流两用,主要是根据所使用的焊条类型 和所要焊接的焊缝形式进行选择。低氢钠型焊条必须选用直流弧焊电源,以保证 电弧稳定燃烧。酸性焊条虽然交、直流均可使用,但一般选用结构简单且价格较 低的交流弧焊电源。 其次, 根据焊接产品所需的焊接电流范围和实际负载持续率来选择弧焊电源 的容量,即弧焊电源的额定电流。额定电流是在额定负载持续率条件下使用的最 大焊接电流,焊接工程中使用的焊接电流值如果超过这个额定焊接电流值,就要 考虑更换额定电流值大一些的弧焊电源或者降低弧焊电源的负载持续率。 不同负 载持续率时,弧焊电源所允许的焊接电流值见表 3-1。 表 3-1 不同负载持续率下的焊接电流对照表 负载持续率(%) 100 116 焊接电流/A 230 387 80 130 257 434 60 150 300 500 40 183 360 611 20 200 516 868 5.1. 5.1.4 焊条电弧焊焊接工艺参数 1)焊条 材质为 0Cr11Ti,查表选择 E410-16(G202)型号的焊条。G202 焊条的药皮 为钛钙型,焊接电流选择交流或直流。选择相应的不锈钢焊芯 H0Cr21Ni10,采用 先进工艺制造而成。该焊条熔滴过渡方式为颗粒和渣壁过渡,具有药皮耐发红特 性。不论是连续焊还是间断焊都能顺利焊完。 该焊条交直流两用,操作性能极 佳,具有焊缝成型平坦、美观、电弧稳定、飞溅极小、脱渣容易等特点,适用于 平角焊、平板对接焊。熔敷金属具有良好的力学性能和抗晶间腐蚀性能。 焊条直径是根据焊件厚度,焊接位置,接头形式,焊接层数等进行选择的。 厚度较大的焊件,搭接和 T 形接头的焊缝应选用直径较大的焊条.对于小破 口焊件,为了保证底层的熔透,宜采用较细直径的焊条,如打底焊时一般选用φ 2.5mm 或φ3.2mm 焊条.不同的焊接位置,选用的焊条直径也不同,通常平焊时选 用较粗的φ(4.0~6.0)mm 的焊条,立焊和仰焊时选用φ (3.2~4.0)mm 的焊条;横 焊时选用φ(3.2~5.0)mm 的焊条.对于特殊钢材,需要小工艺参数焊接撕可选用 小直径的焊条,见表 3-2 《焊接手册 1》P66 表 3-2 焊条直径与焊件厚度的关系 焊件厚度/mm 焊条直径/mm 2 2 3 3.2 4-5 3.2-4 6-12 4-5 13 4-6 根据表得焊件的厚度大于 13mm 2 )焊接电流 焊条的直径 4-6mm 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 焊接电流是电弧焊的主要工艺参数,焊工在操作过程中需要调节的只有焊 接电流,而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的.焊接电流的选择直接影响着 焊接质量和劳动生产率。 焊接电流越大,熔深越大,焊条熔化快,焊接效率也高,但是焊接电流太大时, 飞溅和烟雾大,焊条尾部易发红,部分涂层要失效或崩落,而且容易产生咬边,焊 瘤,烧穿等缺陷,增大焊接变形,还会使接头热影响区晶粒粗大,焊接接头的韧性 降低;焊接电流太小,则引弧困难,焊条容易粘连在工件上,电弧不稳定,易产生未 焊透,未熔合,气孔和夹渣等缺陷,且生产率低。 因此,选择焊接电流时,应根据焊条类型,焊条直径,焊件厚度,接头形式,焊 缝位置及焊接层数来综合考虑.首先应保证焊接质量,其次应尽量采用较大的电 流,以提高生产效率.板较厚的,T 形接头和搭接接头,在施焊环境温度低时,由于 导热较快,所以焊接电流要大一些.但主要考虑焊条直径,焊接位置和焊道层数等 因素。 考虑焊条直径 焊条直径越粗,熔化焊条所需的热量越大,必须增大焊接电 流,每种焊条都有一个最合适电流范围,见表 3-3 表 3-3 焊条直径 /mm 焊接电流 /A 1.6 25-40 焊接电流经验系数与焊条直径的关系 2.0 40-60 2.5 50-80 3.2 100-13 0 4.0 160-21 0 5.0 200-27 0 5.8 260-30 0 根据表 3-3 选择焊条直径 5.8mm 焊接电流 290A 当使用碳钢焊条焊接时,还可以根据选定的焊条直径,用下面的经验公式计算 焊接电流,见式(3.1) 《焊接手册 1》P67 I=dk (3.1) 式中 I——焊接电流(A) D——焊条直径(mm) K——经验系数(A/cm),见表 3.4: 焊条直径/mm 经验系数 K 1.6 20-25 2-2.5 25-30 3.2 30-40 4-6 40-50 所以 I=dK=5.8×50=290A 考虑焊接位置 在平焊位置焊接时,可选择偏大些的焊接电流,非平焊位置 焊接时,为了易于控制焊缝成形,焊接电流比平焊位置小 10%~20%。 考虑焊接层次 通常焊接打底焊道时,为保证背面焊道的质量,使用的焊接 电流较小;焊接填充焊道时,为提高效率,保证熔合好,使用较大的电流;焊接盖面 焊道时,防止咬边和保证焊道成形美观,使用的电流稍小些。 焊接电流一般可根据焊条直径进行初步选择,焊接电流初步选定后,要经过 试焊,检查焊缝成形和缺陷,才可确定.对于有力学性能要求的如锅炉,压力容器 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 等结构,要经过焊接工艺评定合格以后,才能最后确定焊接电流等工艺。 3)电弧电压 当焊接电流调好以后,焊机的外特性曲线就决定了.实际上电弧电压主要是 电弧长度来决定的.电弧长,电弧电压就高,反之则低.焊接过程中,电弧不宜过长, 否则会出现电弧燃烧不稳定,飞溅大,熔深浅及产生咬边,气孔等缺陷;若电弧太 短,容易粘焊条.一般情况下,电弧长度等于焊条直径的 0.5~1 倍为好,相应的电 弧电压为 16~25V.碱性焊条的电弧长度不超过焊条的直径,为焊条直径的一半较 好,尽可能地选择短弧焊;酸性焊条的电弧长度应等于焊条直径。 由于不锈钢使用酸性焊条,所以电弧长度应等于焊条直径,即为电弧长度为 5.8mm,电弧电压为 40V 4)焊接速度 焊条电弧的焊接速度是指焊接过程中焊条沿焊接方向移动的速度,即单位 时间内完成的焊缝长度.焊接速度过快会造成焊缝变窄,严重凸凹不平,容易产生 咬边及焊缝波形变尖;焊接速度过慢会使焊缝变宽,余高增加,功效降低.焊接速 度还直接决定着热输入量的大小,一般根据钢材的淬硬倾向来选择 5)焊缝层数 厚板的焊接,一般要开坡口并采用多层焊或多层多焊道.多层焊和多层多道 焊接头的显微组织较细,热影响区较窄.前一条焊道对后一条焊道起预热作用,而 后一条焊道对前一条焊道起热处理作用.因此,接头的延性和韧性都比较好.特别 是对于易淬火钢,后焊道对前焊道的回火作用,可改善接头组织和性能。 对于低合金高强钢等钢种,焊缝层数对接头性能有明显影响.焊缝层数少,每层 焊缝厚度太大时,由于晶粒粗化,将导致焊接接头的延性和韧性下降 6) 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,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。 通过上述分析,在设计当中手工电弧焊所用的焊接参数参见表 3-5 表 3-5 手工电弧焊焊接的工艺参数 焊条型号 电源 焊条直径/mm 焊接电流/A 负载持续率% 焊缝层数 焊接速度/cm ? min ?1 电弧电压/V A002 交流 5.8 290 60 4 30 40 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 5.2 埋弧焊 5.2.1 埋弧焊是以电弧作为热源的机械化焊接方法。 5.2.2 埋弧焊的优点 1)生产效率高 埋弧焊所用焊接电流大,相应电流密度也大,见表 3-6。加 上焊剂和熔渣的保护,电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度都大大提高,由于埋弧 焊热效率高,熔深大,单丝埋弧焊不开坡口一次熔深可达 20mm。 焊条 (焊丝) 直径/mm 2 3 4 5 焊条电弧焊 焊接电流 /A 50~65 80~130 125~200 190~250 电流密度 /A mm?2 16~25 11~18 10~16 10~18 埋弧焊 焊接电流 /A 200~400 350~600 500~800 700~1000 电流密度 /A mm?2 63~125 50~85 40~63 30~50 2)质量好 因为熔渣的保护,熔化金属不与空气接触,焊缝金属中含氮量降 低,而且熔池金属凝固较慢,液体金属和熔化焊剂间的冶金反应充分,减少了焊 缝中产生气孔、裂纹的可能性。 3)劳动条件好 埋弧焊弧光不外露,没有弧光辐射,机械化的焊接方法减, 轻了手工操作强度 5.2.3 埋弧焊电源 埋弧焊电源有交流电源和直流电源。直流电源包括硅弧焊整流器、晶闸管弧 焊整流器、电动机驱动式弧焊机和内燃机驱动式弧焊机,可提供平特性、缓降特 性、陡降特性、垂降特性的输出。交流电源通常是弧焊变压器类型,一般提供陡 降特性的输出。埋弧焊通常是高负载持续率、大电流的焊接过程,所以一般埋弧 焊焊机电源都具有大电流、100%负载持续率的输出能力。 电源种类与比较 (1)直流平特性与缓降特性电源 (2)直流垂降特性与陡降特性电源 (3)多特性电源 (4)交流电源 经过对比,在设计中决定选用交流电源 5.24 埋弧焊焊接工艺参数 埋弧焊的焊丝和焊剂,铁素体不锈钢的焊丝牌号选择 H0Cr14 或 H1Cr17,焊 剂的牌号为 HJ260 根据国家标准 GB/T14957—1994、 GB/T4241—1984 焊接用钢丝的规定来选择, 焊丝直径的选择依用途而定,手工埋弧焊用焊丝时一般使用Φ1.6~2.4mm,自动 埋弧焊时一般使用Φ3~6mm 的焊丝。一定直径的焊丝,使用的电流有一定范围, 使用电流越大,熔敷率越高。而同一电流使用较小直径的焊丝,可获得加大焊缝 熔深、减小熔宽的效果,当工件装配不良时,宜选用较粗的焊丝 设计中采用自动埋弧焊,所以焊丝直径选用Φ5mm 焊丝 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 1)焊接电流 焊丝直径为 5mm,焊接电流选择 850A 2)电弧电压 板厚为 20mm , 电弧电压 38V 3)焊接速度 焊接速度对熔深和熔宽都有影响,通常焊接速度小,焊接熔池大,焊缝熔深 和熔宽较大, 即熔深和熔宽与焊接速度成反比。 焊接速度对焊缝断面形状的影响, 焊接速度过小, 熔化金属量多, 焊缝成形差; 焊接速度较大时, 熔化金属量不足, 容易产生咬边。实际焊接时,为了提高生产率,在增加焊接速度的同时必须加大 电弧功率,才能保证焊缝质量。 所以焊接速度选择 33.4/cm?min-1 5.25 焊机 焊机选择 MZ—1000 电源 选择交流 六 备料加工工艺 6.1 原材料的储备 根据压力容器的结构,购进材质为 00Cr11Ti 的不锈钢钢板和焊接材料。入 库前对母材及焊接材料进行化学成分和技术性能的检验,检验合格的原材料入 库,并对材料分类标记、合理存放和保管,防止混杂、受潮、生锈、损伤。 钢板厚度:15mm 6.2 板材的预处理 6.2.1 板材的矫正: 钢材的矫正主要有以下方法: 机械矫正:利用各种矫正的机械设备对钢材进行矫正的方法,使钢材的纤维 发生变形,达到矫正的目的。 火焰矫正:利用气焊和气割的焊,割炬或专用的火焰矫正加热枪,k8加热被矫 正钢材或工件的变形部位。 手工矫正:用锤击钢材的变形有关区域,使短纤维部分伸长,从而进行矫正。 对于板厚为 15mm 的钢板,由于厚度较大,采用火焰矫正,火焰矫正方法简单, 灵活,快速,效率高,效果好,适用于单件及小批量结构件的二次矫正。 [1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第 2 版 第 3 卷.机械工业出版 社.2001.P879 6.2.2 钢材的表面清理: 数量:2 钢板尺寸:4396×1800 4396×1500 沈阳理工大学课程设计专用纸 清理方法主要有两类: No 机械法:包括喷砂和喷丸,手工风砂轮或钢丝刷,砂布打磨,刮光或抛光等。 化学法:即用溶液进行清理,此法效率高,质量均匀而且稳定,但成本高, 对环境也造成污染。常用酸洗方法是将钢板质量分数为 2%~4%的硫 酸槽内一定时间后,取出后置于质量分数为 1%~2%温石灰液槽内, 经石灰液中和钢板上的酸,取出干燥,板上留有一层薄石灰粉,以 防止金属再氧化,在切割前和焊前可将其擦去。 0Cr11Ti 是不锈钢,比较适合化学法进行表面清理。 6.2.3 放样,划线与号料 在制造金属结构之前,按照设计图样,在放样平台上用 1:1 的比例尺寸,划出 结构的图形和平面展开尺寸,并制作样板,在根据样板来划线 下料,边缘加工以及夹具的选择 制造焊接结构的金属材料在划线与号料的基础上,进行机械切割,热切割下料。 切割的边缘,特别是装配焊接边缘,通常要进行边缘加工(破口加工) 。 6.3.1 切割机选择: 机械切割包括使用剪床,圆盘剪床,冲床,联合冲剪机和锯床等。 热切割包括气割,等离子弧切割,电弧切割和激光切割等。 对于 0Cr11Ti 不锈钢的切割, 一般采用等离子弧切割下料, 切口较窄, 比较光洁, 变形和热影响区也较小。选择 OMNIMAT 系列切割机下料,轨距 2500mm,切割宽 度 1900mm,整机宽度 3000mm. [1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第 2 版 第 3 卷.机械工业出版 社.2001.P921 表 21-13 6.3.2 卷板机选择 选择对称式三辊卷板机 CDW11――(对称上调式)16×2000A 型,最大卷板宽度 2000mm,最小卷板厚度 16,电动机功率 15kw,外形尺寸长×宽×高 4.5×1.56× 1.8 6.3.3 坡口加工机选择: 坡口加工常用的方法有机械切削和热切割两类,机械切削加工坡口,常采用刨边 机,坡口加工机和铣床,刨床,车床等各种通用机床。在此选用型号为 HP-10, 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 技术数据为被加工钢板的抗拉强度 390~750MPa、坡口最大宽度 12~7mm、工件 最大厚度 30mm、坡口角度调整范围 30°~45°、最小钝边高 1mm、加工坡口速 度 2.6~3.4m/min。 [1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第 2 版 第 3 卷.机械工业出版 社.2001.P942 表 21-45 6.3.4 焊接工装夹具的选择: 焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧,用于装配和焊接的工艺装备。选择手动 加紧机构中的手动螺旋撑圆器,其主要作用是用于筒形工件的对接,矫正其不圆 柱度,防止变形消除局部变形。 [1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第 2 版 第 3 卷.机械工业出版 社.2001. P948 表 21-48 6.3.5 弯曲成形 选择对称式三辊卷板机 CDW11――(对称上调式)16×2000A 型,最大卷板宽度 2000mm,最小卷板厚度 16,电动机功率 15kw,外形尺寸长×宽×高 4.5×1.56× 1.8 [1]中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第 2 版 第 3 卷.机械工业出版 社.2001. P934 表 21-32 6.4 6.4 装配的焊接次序 选择随装随焊,立式储气罐的装配是先将板材加工成 5024X3000 的圆筒, 用定位焊给予定位。再将封头与筒体进行定位焊。 筒体的纵向焊缝用手工电弧焊进行焊接, 封头和筒体的焊缝用埋弧焊进行焊 接。筒体的装配焊接:清理焊口,在焊剂垫上埋弧自动焊接底板内环缝,尔后焊 外环缝;在纵向焊剂垫上埋弧自动焊接罐筒内纵缝,尔后焊外纵缝;装配焊接大 小筋板,气切罐筒上各孔(如排油孔,空气包处人孔等) ,并进行质量检验,装 配端板,手工焊接端板内环缝,外部清根;埋弧自动焊接两条外环缝。 焊成罐体 将装配焊接好且检验合格的罐筒装配焊接罐体托、 排油阀和空气 包,以及内外梯、走抬架,经水压试验,合格的罐体。 6.5 6.5 焊后热处理 焊后应该对工件进行热处理,以减小在焊接过程中产生的局部应力,很应变, 从而达到焊件抗压以及各方面力学性能的提高。 消除热应变的有效措施是焊后退 火处理,经 600℃左右消除应力,退火后,材料的韧性基本能恢复到原来水平。 最后对焊道修光,按照标准进行验收 七、焊缝的无损检验与耐压气密性检验 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 容器在制造和运行过程中需要对壳板及焊缝进行严格的无损检测,这是确保 容器质量,防止事故发生的重要手段之一。容器的无损检验包括对原材料﹑制造 安装﹑最终成品及运行中检验等。目前容器常用无损检测方法有:射线探伤,超 声波探伤,磁粉探伤,液体渗透探伤,有条件的地方采用声发射技术。对焊缝热 影响区和破口等区域的表面, 一般还要进行 100%磁粉探伤或 100%液体渗透探伤。 我的在焊接过成中可能出现如下的缺陷:裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未容透等 现象希望在用手弧焊加工时,给予重视。Ⅰ,Ⅱ类焊缝进行射线照透检测,检测 长度为每条焊缝长的 20%,且不小于 250mm,相交焊缝必须检测,合格标准均按 JB4730-94 中三级。 检测方法:检测对象铁素体钢焊缝 内部缺陷采用射线探伤、超声波探伤 表面缺陷采用磁粉探伤、渗透探伤 射线探伤:有利于检出夹渣、气孔等体积形的缺陷 超声波探伤:有利于检出裂纹类面积形缺陷 磁粉探伤:可检表面与近面缺陷 渗透探伤:光洁与清洁工件表面形缺陷 另外容器的压力试验和气密性试验是热处理之后进行,常采用水压试验。设 备制造完毕后应在 4MPa 表进行水压实验 10 分钟无渗漏,冒汗现象,检查检查容 器是否达到设计要求, 验证其是否能保证在没计压力下安全运行所必须的承压能 力,同时也可以通过局部渗透现象发现其潜在的局部缺陷。 八、参考文献 [1]焊接手册-焊接方法及设备第二版 1 中国机械工程学会焊接学 会 编 机械工业出版社 [2]焊接手册-焊接方法及设备第二版 2 中国机械工程学会焊接学 会 编 机械工业出版社 [3]焊接手册-焊接方法及设备第二版 3 中国机械工程学会焊接学 会 编 机械工业出版社 [4]压力容器手册 刘湘秋 机械工业出版社

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