2022年防胶剂配制罐加工工艺设计 .pdf

专业课程设计（论文）题目：防胶剂配制罐加工工艺设计学生姓名：方涛院（系）：材料科学与工程学院专业班级：材料 1003班指导老师：刘静完成时间： 2013年 9 月 15日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 29 页 - - - - - - - - - 材料成型及控制工程课程设计任务书题 目防胶剂配制罐工艺流程及焊接工艺设计学生姓名方涛学号201012010307 专业班级材料 1003 班设计内容与要求包括：原始数据，技术参数，设计要求，说明书、图纸、实物样品的要求等1设计参数：（设计原始资料见附件）（1）产品主体尺寸：14005104mm （2）主体板厚： 14mm ；（3）容器类别：（4）工作压力： 1.6MPa （5）主体材质： 16MnR （6）焊接方法：手工电弧焊；埋弧焊；TIG 焊； CO2气体保护焊；2依据标准（1）GB150-1998钢制压力容器；（2）JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程；（3）GB985-88气焊、手弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式尺寸；（4）GB986-88埋弧焊焊缝坡口的基本型式；等3课程设计内容及要求（1）编写防胶剂配制罐的加工工艺流程图；（2）绘制防胶剂配制罐的焊缝定位编号图；（3）编写防胶剂配制罐 31 、 4 号焊缝的焊接工艺卡；（4）撰写报告。课程设计报告应用A4规格纸打印，也可用蓝色或黑色墨水手写；具体格式参照西安石油大学本科毕业设计（论文）撰写规范。设计报告文字说明部分主要有以下内容：资料综述； 设计思路； 相应的国家或行业标准；焊接工艺的说明，如：焊接方法的选择、焊接材料的选择、坡口型式的设计、 焊缝层数和焊接顺序的设计，以及焊前焊后热处理工艺的说明；在设计中遇到的问题、解决方法、体会等；参考文献不少于5 篇。4时间安排根据本专业的培养计划，本专业课程设计共三周。自 9 月 2 日起至 9 月 20 日止，第一周查阅资料和熟悉课题设计任务；第二周拟定设计方案；第三周撰写课程设计报告并进行答辩，设计内容及报告应在9 月 18 日之前完成， 9 月 19-20 日答辩。起止时间2013 年 9 月 2 日至2013 年 9 月 20 日指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名方涛2013 年9 月15 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计 ( 论文 ) 目录1 压力容器简介 . 1 2 压力容器焊接 . 6 2.1焊接方法 . 6 2.1.1 手工电弧焊 . 6 2.1.2 钨极氩弧焊 . 6 2.1.3 CO2气体保护焊 . 6 2.1.4 埋弧焊 . 6 2.2焊接接头分类 . 6 2.2.1 A 类焊缝 . 6 2.2.2 B 类焊缝 . 7 2.2.3 C 类焊缝 . 7 2.2.4 D 类焊缝 . 72.2.4 E 类焊缝 . 72.3压力容器用碳钢的焊接. 7 2.3.1 低碳钢焊接特点 . 8 2.3.2 低碳钢焊接要点 . 8 2.4压力容器用低合金高强钢及其焊接. 8 2.4.1 低合金高强钢的焊接特点 . 8 2.4.2 压力容器用低合金高强钢焊材选用 . 9 2.4.3 压力容器用低合金高强钢焊接要点 . 9 3 压力容器加强圈与筒体角接，筒体纵缝焊缝工艺设计 . 11 3.1焊接方法的选择 . 11 3.2焊接材料选择 . 12 3.3焊缝坡口的设计 . 13 3.3.1 尺寸设计 . 13 3.3.2 坡口加工及清根 . 14 3.4焊接工艺参数选择 . 14 3.4.1 筒体纵缝打底 TIG 焊、埋弧焊工艺 . 14 3.4.2 手工电弧焊 . 16 3.5焊前准备与焊后热处理. 18 3.6焊接质量的检验 . 19 4 设计总结 . 20 5 参考文献 . 21 附录 1：防胶剂配制罐生产流程图. 22 附录 2：防胶剂配制罐接头名称. 23附录 3：防胶剂配制罐及焊缝编号. 24附录 4：焊接工艺卡 1 . 25 附录 5：焊接工艺卡 2 . 26 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）1 1 压力容器简介1.1 压力容器综述压力容器广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门， 是生产过程中必不可少的重要设备。如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳，流体贮罐，核压力反应堆的压力壳，电厂锅炉系统中的汽包等，都是压力容器。本课题所涉及防胶剂配制罐就属于压力容器的一种。不仅如此，在人们的家庭中，也要用压力容器，如民用液化石油气瓶等。因此，压力容器和工业生产和人民生活有着十分密切的关系。设计好、制造好、使用好、管理好压力容器就显得十分重要。 随着科学技术的发展和工业生产规模的扩大，压力容器的尺寸越来越大，操作压力越来越高，操作温度也越来越高（或低），结构形式也越来越复杂。 同时，生产中压力容器所处理的介质往往是易燃易爆或有毒的，这些条件很自然地对压力容器的安全可靠性提出了更严格的要求。可以想象，当压力容器一旦发生破坏事故，将对国家财产和人民的生命带来不可估量的损失。因此，要求压力容器的监察管理、设计、制造、和检验人员，必须十分重视压力容器的质量和安全问题，确保容器安全运行。1.2 压力容器定义广义地讲， 凡承装压力介质、 承受压力载荷的密闭容器统称为压力容器，压力容器广泛应用于国民经济工农业生产和人民生活的各个领域。据原国家技术监督局1999年颁发的压力容器安全技术监察规程的规定：“为了与一般容器 (常压容器 )相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器。”(1) 最高工作压力大于或者等于0.1MPa(工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（不含液体静压力）) ；（2）内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于等于0.15m且容积大于等于0.025立方米；（3）介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。1.3 压力容器的分类名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）2 据原国家技术监督局1999 年颁发的压力容器安全技术监察规程的规定，设计、制造和运行必须加以监督管理的压力容器，是指最高工作压力大于或者等于0.1Mpa，内直径大于等于 0.15m 且容积大于等于 0.025 立方米，工作介质为气体、 液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的容器。1.3.1 按容器外形分类压力容器按外形可分为：圆筒形容器、圆柱形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器。1.3.2 按制造方法分类压力容器按制造方法可分为：焊接容器、铸造容器、热套容器、多层包扎容器、绕带容器。1.3.3 按承压方式分类压力容器按承压方式可分为内压容器和外压容器。1.3.4 按工作压力分类压力容器按工作压力一般可分为低压、中压、高压和超高压四类。 压力容器的等级原则可按以下规定划分：1) 低压 0.1MPA P1.6MPa 2）中压 1.6MPA P10MPa 3）高压 10MPA P100MPa 4）超高压 P 100MPa 1.3.5 按容器的设计温度分类按照容器的设计温度，压力容器可分为低温容器、常温容器和高温容器。低温容器：设计温度低于或等于-20 C 常温容器： -20 C 设计温度 350 C 高温容器：设计温度等于或高于350 C 1.3.6 按容器的用途分类按压力容器在生产工艺过程中所起的作用，即其用途，可将压力容器分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器和储运压力容器等四类。每一类所属各种压力容器的名称见表 1. 1.3.7 按质量等级分类为了合理控制压力容器的设计和制造质量、便于安全技术的监督和管理。 压力容器又可分为、类。具体规定见表2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）3 表 1 压力容器按用途的分类类别类 别 名称主要用途容器名称1 反应压力容器完成介质的物理化学反应如反应器、 反应釜、分压锅、分压塔硫化罐、反解塔、聚合釜、高压釜、合成塔、蒸球、蒸压釜和煤气发生炉等2 换 热 压力 容 器完成介质的热量交换如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、蒸发器、消毒锅、预热器、电热蒸汽发生器和煤气发生器水夹套等3 分 离 压力 容 器介质的流体压力平衡缓冲和气体的净化分离等如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分气缸和除氧器等4 储 运 压力 容 器盛装生产用原料或成品气体、液体和液化气体等如各种形式的储罐和气瓶等表 2 压力容器按质量等级分类类容器类容器类容器低压容器1）中压容器2）易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器3）毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器4）低压管壳式余热锅炉5）低压搪玻璃压力容器1）毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和 PV 0.2MPa 的低压容器2）易燃或介质毒性程度为中毒危害且PV 0.5MPa 的中压反应容器及易燃或介 质 毒 性 程 度 为 中 毒 危 害 且PV 10MPa 的中压储存容器3）中压搪玻璃压力容器4）中、高压管壳式余热锅炉5）高压容器6）使用抗拉强度规定值下限570MPa材料制造的压力容器7）移动式压力容器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）4 1.4压力容器的组成和结构焊接压力容器的结构形式有多种多样的，其中以单层锻焊式和钢板卷焊式常见，其基本组成如下：筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。1-法兰； 2-支座； 3-封头拼接焊缝； 4-封头； 5-环焊缝； 6-补强圈； 7-人孔； 8-纵焊缝； 9-筒 体；10-压力表； 11-安全阀； 12-液面计1.4.1 筒体筒体是储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。它的主要形式：圆柱筒体、球形筒体。圆筒体制造方法：（ 1）直径较小的无缝钢管（无纵焊缝）（2）直径较大的采用卷焊（有纵环焊缝）（ 3）高压容器采用整体锻造（可能有环焊缝）（4）高压容器采用整体铸造（无纵环焊缝）圆筒体的结构有单层式、组合式（多层式、缠绕式）。1.4.2 封头封头是压力容器的重要组成部分，与筒体等部件形成封闭空间。封头形式有：凸形封头（球形、椭圆形、蝶形和球冠形封头）锥壳、平盖。封头与筒体的连接方式有：不可拆式（焊接）、可拆式（螺栓连接）。1.4.3 密封装置密封装置的可靠性关系到压力容器能否正常、安全地运行。最常见的密封装置：螺栓法兰连接（简称法兰连接）法兰是通过螺栓连接筒体和外接的各种管道，并通过拧紧螺栓是垫片压紧而保证容器密封。法兰连接的分类：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）5 （1）容器法兰：用于筒体与封头或两筒体间的连接；（2）管道法兰：用于管道连接；（3）筒体端部：高压容器中，用于顶盖和筒体连接并与筒体焊接在一起的容器法兰。1.4.4 开孔与接管开孔与接管是由于工艺要求和检修需要，常在筒体或封头上开孔或安装接管，如物料进出接管等。开孔分为：人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。开孔大小：手孔 150 mm、人孔 400 mm （椭圆人孔一般 350 x450）、物料进出口（根据工艺计算确定）仪表接口（根据仪表确定）开孔对壳体的影响： 开孔部位的强度被削弱， 故应少开孔并考虑作开孔补强设计。1.4.5 支座支座是支承并固定压力容器，有立式和卧式两种形式。圆筒形容器支座类型：卧式容器支座（鞍座）、立式容器支座（腿式支座、支承式支座、耳式支座、裙式支座）。球形容器支座类型：柱式支座、裙式支座。1.4.6 安全附件安全附件主要包括： 安全阀、爆破片装置、紧急切断阀、安全联锁装置。压力表、液面计、测温仪表等名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）6 2 压力容器焊接2.1 焊接方法应根据被焊金属的焊接性，压力容器的结构形式以及焊接生产效率等因素选择与之相适应的焊接方法。2.1.1 手工电弧焊它是利用电弧产生的热量来熔化被焊金属的一种手工操作的焊接方法。它所需要的设备简单， 操作灵活， 对空间不同位置采用不同接头形式，各种焊缝均能方便的进行焊接。手工电弧焊焊接质量好、焊接变形小、生产率高、设备简单、使用性强，可焊各种位置和短、曲焊缝。但它生产效率低，劳动强度大。2.1.2 钨极氩弧焊钨极氩弧焊（ TIG 焊）是气体保护焊的一种，它的电极是用难熔金属钨或钨的合金棒。电弧燃烧过程中，电极是不熔化的，故易维持恒定的电弧长度，焊接过程稳定、焊接质量优良、小电流时，电弧也很稳定，容易控制背面成行、能全位置焊接。焊接时，电极和电弧区及熔化金属都处在氩气保护之中，使之与空气隔绝。 钨极氩弧焊广泛应用于飞机制造、原子能、化工、纺织等工业中。但是氩气成本高且由于钨电极的载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低，所以钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于6mm 的工件，也常用于压力容器。2.1.3 CO2气体保护焊CO2电弧的穿透力强，熔深大而且焊丝的熔化率高，所以熔敷速度快，生产率可比手工焊高 13 倍。它的焊接成本低，能耗低并且它的适用范围广，不论何种位置都可以进行焊接。薄板可焊到1mm 左右，最厚几乎不受限制（采用多层焊）。而且焊接厚板时较之气焊速度快、变形小，并且CO2焊抗锈能力强，抗裂性好，焊后也不需清渣，有利于实现焊接过程的机械化和自动化，但是CO2气体保护焊具有氧化性，合金元素易烧损，主要用于对焊缝性能要求不高的不锈钢。2.1.4 埋弧焊埋弧焊的生产率高且成本低廉，焊出的焊缝质量也高， 而且易于实现自动化， 对焊工的操作要求也不高。因为熔渣隔绝空气的保护效果好。再次，它的劳动条件好，冶金反应比较充分， 组织稳定。 但是，其适用性差， 只能实现平焊， 焊接设备较复杂。2.2 焊接接头分类根据 GB-1998钢制压力容器对压力容器主要受压部件焊接接头分为A、B、C 和 D 四类。2.2.1 A类焊缝名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）7 根据 ASME 规范的规定， A 类焊缝的结构形式可以是对接缝或搭接缝，不包括角接缝。具体包括：圆筒、管子或圆锥壳上的纵向焊缝；球壳、成型封头、平封头、平板矩形截面容器个侧板等上的任何焊缝；球形封头与圆筒、 圆锥壳上等相连接的环向焊缝。2.2.2 B类焊缝根据 ASME 规范的规定， B 类焊缝的健康形式可以是对接焊缝或搭接焊缝，但不包括角接焊缝。具体包括：圆筒、圆锥壳或接管的环向焊缝；成型封头（半球形封头除外）与圆筒、圆锥壳或管子想连接的环向焊缝。2.2.3 C类焊缝根据 ASME 规范的规定， C 类焊缝的结构形式可以是对接焊缝、搭接焊缝或角焊缝。具体包括：法兰环、翻边搭环、管板、平封头与圆筒或圆锥壳、管子或各类成型封头（此处包括半球形封头） 相连接的焊缝； 矩形截面容器各侧板之间相连接的焊缝。2.2.4 D类焊缝根据 ASME规范的规定， D类焊缝的结构形式可以是对接焊缝或角接焊缝。具体包括：接管或各种受压室与圆筒、球壳、圆锥壳或各类成型封头相连接的焊缝；补强圈、凸缘等于壳体、封头之间的连接焊。2.2.5E类焊缝包括吊耳、支撑、支座及各种内件与筒体或封头内外表面相接的角接接头。注：（ 1）对接接头通常为： A、B类，角接接头通常为： C、D类。（2）A类：各类接头中要求最高，也是应力条件最苛刻的接头；（3）B类：较 A类的应力水平低，工作应力为A类的一半，包括圆筒，圆锥壳体或管子上的环形焊缝。（4）C类：这类接头受力较小，通常采用角焊缝连接；矩形截面容器各侧板之间的接头。（5）D类：接管与壳体的交接接头，存在较高的应力集中，受力条件苛刻。2.3 压力容器用碳钢的焊接碳钢以铁为基础，以碳为合金元素，含量一般不超过1.0。此外，含锰量不超过 1.2，含硅量不超过 0.5，Si、Mn 皆不作为合金元素。而其他元素，如Ni、Cr、Cu 等，控制在残余量限度内，更不是合金元素。S、P、O、N 等作为杂质元素，根据钢材品种和等级，也都有严格限制。碳钢根据含碳量的不同，分为低碳钢(C0.30)、中碳钢 (C= 0.30 0.60)、高碳钢 (C0.60)。压力容器主要受压元件用碳钢，主要限于低碳钢。在容规中规定：“用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25。在特殊条件下，如选用含碳量超名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）8 过 0.25的钢材，应限定碳当量不大于0.45，由制造单位征得用户同意，并经制造单位压力容器技术总负责人批准，并按相关规定办理批准手续” 。常用的压力容器用碳钢牌号有 Q235-B、Q235-C、10、20、20g 等。2.3.1 低碳钢焊接特点低碳钢含碳量低，锰、硅含量少，在通常情况下不会因焊接而引起严重组织硬化或出现淬火组织。 这种钢的塑性和冲击韧性优良，其焊接接头的塑性、 韧性也极其良好。 焊接时一般不需预热和后热， 不需采取特殊的工艺措施， 即可获得质量满意的焊接接头，故低碳钢钢具有优良的焊接性能， 是所有钢材中焊接性能最好的钢种。2.3.2 低碳钢焊接要点埋弧焊时若焊接线能量过大， 会使热影响区粗晶区的晶粒过于粗大，甚至会产生魏氏组织，从而使该区的冲击韧性和弯曲性能降低，导致冲击韧性和弯曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接， 尤其是焊接厚板时， 应严格按经焊接工艺评定合格的焊接线能量施焊。在现场低温条件下焊接、 焊接厚度或刚性较大的焊缝时， 由于焊接接头冷却速度较快，冷裂纹的倾向增大。为避免焊接裂纹，应采取焊前预热等措施。2.4 压力容器用低合金高强钢及其焊接在钢中除碳外少量加入一种或多种合金元素(合金元素总量在 5以下 )，以提高钢的力学性能，使其屈服强度在275 MPa 以上，并具有良好的综合性能，这类钢称之为低合金高强钢， 其主要特点是强度高、 塑性和韧性也较好。 按钢的屈服强度级别及热处理状态，压力容器用低合金高强钢可分为二类：（1）热轧、正火钢屈服强度在 294Mpa 490MPa之间，其使用状态为热轧、正火或控轧状态，属于非热处理强化钢，这类钢应用最为广泛。（2）低碳调质钢屈服强度在 490Mpa 980Mpa之间，在调质状态下使用，属于热处理强化钢。 其特点是既有高的强度， 且塑性和韧性也较好， 可以直接在调质状态下焊接。 近年来，这类低碳调质钢应用日益广泛。目前应用于压力容器的低合金高强钢。钢板牌号有： 16MnR、15MnVR、13MnNiMoNbR 、18MnMoNbR 等。锻件牌号有 16Mn、15MnV、20MnMo、20MnMoNb 等。2.4.1 低合金高强钢的焊接特点低合金高强钢的含碳量一般不超过0.20，合金元素总量一般不超过5。正是由于低合金高强钢含有一定量的合金元素，使其焊接性能与碳钢有一定差别，其焊接有不同的特点。（1）焊接接头会产生冷裂纹、再热（SR）裂纹等焊接裂纹。再热裂纹是焊接接头在焊后消除应力热处理过程或长期处于高温运行中发生在靠近熔合线粗晶区的沿晶开裂。低合金高强钢焊接接头一般不易产生再热裂纹，如16MnR、15MnVR 等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）9 但对于 Mn-Mo-Nb 和 Mn-Mo-V 系低合金高强钢，如07MnCrMoVR ，由于 Nb、V 、Mo 是促使再热裂纹敏感性较强的元素，因此这一类钢在焊后热处理时应注意避开再热裂纹的敏感温度区，防止再热裂纹的发生。（2）焊接接头会出现脆化和软化现象。焊接接头在焊接前需经受各种冷加工(下料剪切、筒体卷圆等 )，钢材会产生塑性变形， 如果该区再经 200 450的热作用就会引起应变时效脆化； 此外，焊接是不均匀的加热和冷却过程，从而形成不均匀组织，也会引起焊缝和热影响区脆化。由于焊接热作用，低碳调质钢的热影响区(HAZ)外侧加热到回火温度以上特别是Ac1附近的区域，会产生强度下降的软化带。2.4.2 压力容器用低合金高强钢焊材选用（1）根据钢材不同的强度级别选择与母材强度相当的焊缝金属是这类钢焊材选用的基本原则， 当然，与此同时还要根据产品的使用条件、产品结构和板材厚度等因素，综合考虑焊缝金属的韧性、塑性和焊接接头的抗裂性。（2）由于这类钢都具有不同程度的冷裂纹倾向，所以，在等强度原则的前提下，严格控制焊材中的氢含量是非常重要的，应尽量选用低氢型的焊材。 对于强度较高的低碳调质钢焊接时， 更是如此，甚至要选择超低氢型的焊材，并严格控制焊材的存放和使用。（3）考虑焊后加工工艺的影响。对焊后需经热处理、热卷（热弯）的焊件，应考虑焊缝金属经受高温处理作用对其力学性能的影响，应保证焊缝金属经热处理后仍具有要求的强度、 塑性和韧性等。 例如，对于压力容器常见的16MnR 钢的埋弧焊，一般情况下选用 H10Mn2 焊丝和 HJ431焊剂即可。但对于焊后需经正火温度下冲压的封头拼板焊缝，其焊材选用应适当提高一档，使用H08MnMo 焊丝加 HJ431焊剂，可弥补其强度损失。2.4.3 压力容器用低合金高强钢焊接要点（1）选用低氢或超低氢高韧性的焊材，且重视烘干、保存以及坡口的清理，以减少焊缝中的扩散氢。（2）为了避免热影响区粗晶区的脆化，一般应注意不要使用过大的线能量。对于含碳量偏下限的16MnR 钢焊接时，焊接线能量没有严格的限制，因为这种钢焊接热影响区脆化倾向较小，但对于含钒、铌、钛等微合金化元素的钢，则应选用较小的焊接线能量。（3）对于碳及合金元素含量较高、屈服强度也较高的低合金高强钢，如18MnMoNbR，由于这种钢淬硬倾向较大，又要考虑其热影响区的过热倾向，则在选用较小线能量的同时，还要增加焊前预热、焊后及时后热等措施。（4）焊接低碳调质钢时，为了使热影响区保持良好的韧性，同时使焊缝金属既有较高的强度又有良好的韧性，这就要求焊缝金属得到针状铁素体组织，而这种组织只有在较快的冷却条件下才能获得，为此要严格控制焊接线能量， 不推荐采用大直名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）10 径的焊条和焊丝， 且要采用多道多层的窄焊道焊，尽量不作横向摆动的运条方式。为防止冷裂纹的产生，焊前需要预热，但应严格控制预热温度，预热温度过高，会使热影响区冷却速度过于缓慢，从而在该区内产生马氏体+奥氏体混合组织和粗大的贝氏体，使强度下降， 韧性变坏。 一般要求最高预热温度不得高于推荐的最低预热温度加50。采用低温预热加后热的方法既可防止低碳调质钢产生冷裂纹，又可减轻或消除预热温度过高带来的不利影响。（5）加强对焊接接头的无损检测，对再热裂纹敏感的钢种，应在PWHT 前后都要做射线或超声检测。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）11 3 压力容器加强圈与筒体角接焊缝, 筒体纵缝焊缝设计3.1 焊接方法的选择16MnR 是普通低合金钢 , 是压力容器的专用钢。 它的强度较高、 塑性韧性良好。 常见状态为热轧或正火，属于低合金高强钢，含Mn量较低。性能与 20G （412-540）近似，抗拉强度为（ 450-655）稍强，伸长率为19-21% 。标准来源于 GB6654 ，2010 年该钢号逐渐被 Q345R 所取代。它的屈服强度为340MPa ，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。磷、硫含量略低于普16Mn钢，除抗拉强度、延伸率要求比普通16Mn钢有所提高外， 还要求保证冲击韧性。 它是目前我国用途最广、 用量最大的压力容器专用钢板。20 钢强度比 15 号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。防胶剂配置罐用 16MnR 为低合金高强度钢，筒体与加强圈材料均为16MnR 。它们的一些标准如下：表 3.116MnR低合金高强度钢的化学成分钢号化学成分 (%) C Si Mn P S 16MnR0.20 0.22-0.55 1.20-1.60 0.035 0.030 表 3.216MnR低合金高强度钢的力学性能钢种板厚（ mm ）机械性能抗 拉 强 度（b）MPa抗 拉 强 度（b）MPa伸长率 s（%）冲击韧性akv(J/c) 16MnR6-165106403452131表 3.3 16MnR 低合金结构钢化学成分钢种化学成分（ %）C Si Mn S P Al Ni V 20g0. 200.150.501.201.600.0 12 0.0 250. 02_名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）12 表 3.416MnR低合金结构钢的力学性能钢种板厚（ mm ）机械性能抗拉强度Rm/Mpa(N/mm2)屈服强度Rm/Mpa(N/mm2)伸长率A（%）冲击吸收能量KV2/J16MnR6-164906203 15213 4在这次的课程设计中，我的任务是设计4 号、31 号共两条焊缝。其中4 号焊缝为加强圈与筒体角接，加强圈厚14 mm ，筒体厚 14mm ，属于 D类焊缝，定位为D2 。31 号焊缝是筒体纵缝，属于对接焊缝，厚14mm ，属于 A类焊缝，定位为 A5。4 号焊缝，受力条件较差，且存在较高的应力集中。在厚壁容器中这种焊缝的拘束度相当大，残余应力亦较大， 易产生裂纹等缺陷。 因此，应采取全焊透的焊接接头。考虑到该处角缝焊接，采用手工电弧焊，操作方便，使用灵活，适应性强，手工电弧焊易于分散应力和控制变形，设备简单，使用维护方便。31 号焊缝为筒体纵缝，长而规则，筒体内内壁承受压力，需满足设计的压力要求。为提高生产效率，保证焊缝质量，选用埋弧自动焊为宜，并用TIG焊打底，保证单面焊背面成型。在此之前，为了保证焊透且焊缝质量较好，先用TIG 焊进行打底。打底可以让焊缝在容器内表面成型更好。3.2 焊接材料选择焊接材料的包括TIG 所用的焊丝、手工电弧焊的焊条等。焊接材料的选择按照等强原则选取， 即是按照钢的强度等级来选取焊条。需要注意的是， 焊条是按照抗拉强度分等级的， 而钢材是按照屈服强度分等级的。异种钢焊接时， 应该以强度较低的钢种为准， 以保证焊缝的塑性与韧性。 另外，焊缝与刚材强度也应相当以免影响焊缝的塑性和韧性。参照行业标准 JB/T 4709-2000钢制压力容器焊接规程的标准，16MnR 为低合金高强钢，属于 -2 类钢，焊接性能均较好。对于焊条、焊丝、焊剂的选择，应从工艺性能、焊接质量方面来选择焊剂材料。表 4 常用钢号分类分组类别号组别号钢号16MnR 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）13 表 5 不同钢号相焊接推荐选用焊接材料表被焊钢材类别接头母材类别号或组别号焊条电弧焊埋弧焊氩弧焊焊条焊丝钢号（标准号）焊剂焊丝钢号（标准号）型号（标准号）牌号示例型号（标准号）牌号示例强度型低合金钢焊接+E5003 (GB/T5117) J502 H08MnA H10Mnsi (GB/T14957) HJ401-H08A (GB/T5293) HJ431 H10MnSi (GB/T14957) E5515 (GB/T5118) J557 HJ402-H 08 A (GB/T5293) HJ350 表 6 国产焊丝标准化学成分 （GB/T14957 1994）焊丝牌号化学成分（质量分数，%）C Mn Si Cr Ni S P H08MniA 0.11 0.801.10 0.07 0.20 0.30 0.030 0.030 H08Mn2Si 0.11 1.802.10 0.650.95 0.20 0.30 0.040 0.040 筒体、加强圈材料均为16MnR ，为低合金钢，属于II类钢，焊接性能均较好。对于焊条、焊丝的选择，应从工艺性能、焊接质量方面来选择焊接材料。酸性焊条工艺性能好，焊缝外表成型美观，波纹细密；碱性焊条焊接焊缝含氢量低于酸性焊条，质量较高。在焊接过程中， 4 号焊缝采用手工电弧焊， 31 号应采用 TIG 焊和埋弧焊。 根据表得4 号手工电弧焊选用的焊条型号为E5003、牌号为 J502，为低氢型焊条； 31 号 TIG焊选用的焊丝牌号为H10MnSi ，埋弧焊选用的焊丝牌号为H08MnA ，焊剂型号为 HJ401H08A ，牌号为 HJ431。3.3 焊缝坡口的设计1 尺寸设计坡口是用来使电弧沿板厚熔入一定的深度，保证焊接接头的焊透， 坡口形式应根据母材的结构形状、 板材厚度及对焊接质量要求来设计，条件不同其接头及坡口形式也不同。在选择坡口形式时主要考虑以下因素：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）14 (1)是否能够保证工件焊透（手弧焊熔深一般为24mm）和便于操作。(2)坡口的形状应容易加工。(3)尽可能提高焊接生产率和节省焊条。(4)焊后工件的变形量应尽可能小。(5)调整焊缝金属的化学成分。表 7 常见坡口比较型坡口带钝边型坡口双 Y 形坡口坡口面加工简单， 可单面焊接, 焊件不用翻身，焊接坡口空间面积大 , 填充料多, 焊件厚度大时 , 生产率底，焊接变形大可单面焊接, 焊件不用翻身，焊接坡口大, 填充料少, 焊件厚度较大时生产率比 Y 型高，变形较大，坡口面根部加工困难, 因此限制了坡口的推广应用双面焊 , 因此焊接焊件须翻身, 变形小，坡口面加工比Y型复杂 , 但比带钝边的 U 型坡口简单，坡口面积介于 Y 与 U型之间 , 因此生产率高于 Y型, 填料比 Y 型少31 号焊缝是筒体纵缝，属于对接接头，工件厚度 14mm，选择的焊接方法为TIG焊和埋弧焊 ,所以设计坡口形式为Y形坡口，坡口角度 70 。2 坡口加工及清根采取的方法，根据焊件的尺寸、形状及加工条件确定。有以下方法：(1) 剪边：以剪板机剪切加工，常用于I 形坡口。(2) 刨边：用刨床或刨边机加工，常用于板件加工。(3) 车削：用车床或车管机加工，适用于管子加工。(4) 切割：用氧一乙快火焰手工切割或自动切割机切割加工成I 形、V形、X形和K形坡口。(5) 碳弧气刨：主要用于清理焊根时的开槽，效率较高、劳动条件较差。(6) 铲削或磨削：用手工或风动、电动工具铲削或使用砂轮机(或角向磨光机 ) 由上可知： 31号焊缝采用气割加机械打磨的办法。坡口的清根： 4,31 号焊缝采用坡口碳弧气刨砂轮打磨来清根，且坡口应仔细清除余碳，坡口表面及两侧（以离坡口边缘的距离计焊条电弧焊各10mm，）应将水、铁锈、油污、积渣和其它有害杂质清理干净。3.4 焊接工艺参数选择3.4.1筒体纵缝焊接参数TIG 焊打底工艺工艺参数主要有焊接电流种类和极性、钨极的选择、保护气体选择、焊丝直径和钨极伸长等。（1）焊接电流种类和极性由于没有加衬板，为了电弧稳定让焊缝更好的成形，采用直流正接。电压在1015V 之间，弧长越长，电压越高。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 29 页 - - - - - - - - - 西安石油大学专业课程设计（论文）15 （2）钨极直径与钨极尖端形状焊接电流为 90A 时，参考下表，钨极棒倾角角度为35，钨极直径 2.4mm，尖端直径 0.8mm。表 8 钨极氩弧焊建议采用的钨极末端形状及许用电流钨极直径 /mm 尖端直径 /mm 尖端角度（ ）电流/A 恒定电流脉冲电流1.6 0.5 25 8 50 8 100 1.6 0.8 30 10 70 10 140 2.4 0.8 35 12 90 12 180 2.4 1.1 45 15 150 15 250 （3）保护气体流量和喷嘴孔径喷嘴直径越大，保护区范围越大，保护气体的流量也越大。可按式（3-1）选择喷嘴直径，按（ 3-2）计算得到保护气体的流量。D=(2.53.5)dw(3-1) Q=(0.81.2)D (3-2) 其中， D 为喷嘴的直径（ mm），dw 为钨极直径（ mm），Q 代表保护气体的流量。计算得到喷嘴孔径取8mm，气体流量控制在10L/min。（4）焊丝直径焊丝直径取 3.2mm。（5）钨极伸出长度为了防止电弧热烧坏喷嘴， 钨极端部应突出喷嘴以外。 钨极端头到喷嘴断面的距离叫钨极伸出长度。筒体纵缝是对接缝，钨极伸长取5mm。（6）喷嘴与工件间的距离这个距离越小，保护效果越好，但能观察的范围和保护区都小；反之亦然。所以取 3mm 左右。（7）