1、沈阳理工大学课程设计论文1目录1 绪论 .21.1 材料的焊接性 .21.3 焊接材料的选择 .52 工艺参数的选择 .62.1 板厚的计算 .62.2 焊接工艺参数的选择 .62.2.1 焊丝焊条直径 .72.2.2 焊接电流的选择 .82.2.3 焊接电压 .92.2.4 焊接层数 .102.2.5 焊接速度的选择 .102.3 焊缝的布置及焊接接头坡口选择 .112.3.1 焊缝布置 .112.3.2 焊接接头坡口的选择 .122.3.3 焊接耗材与生产设备 .143 焊后热处理和焊接检验 .183.1 焊后热处理 .183.2 焊接检验 .183.3 钢制立式储罐的安装、验收 .204
2、 焊接工艺卡 .22沈阳理工大学课程设计论文21 绪论钢制立式固定顶储罐的工艺设计部分包括材料的焊接性分析，焊接方法的选择，焊接材料的选择，焊接参数的选择，焊缝位置的布置、焊接坡口的选择，焊接耗材的计算，焊接设备以及其它使用设备的选择，装配工序的选择，以及焊前预热、焊后热处理及焊后检验等，根据以上部分制作焊接工艺卡以便实际生产使用。1.1 材料的焊接性焊接性是金属材料是否能适应焊接加工而形成完整的、具有一定使用性能的焊接接头的特性。其主要依据两个方面来判别：一是金属在进行焊接加工中是否容易产生缺陷；二是所形成的焊接接头在一定使用条件下的可靠运行的能力。所以焊接性就分为了工艺焊接性和使用焊接性。
3、工艺焊接性就是在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力；使用焊接性焊接接头满足某种使用性能的能力，通常包括常规的力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度以及抗腐蚀性和耐磨性等指标 7。前者是关于材料能不能焊接的问题，后者是关于焊后能不能使用的问题。本立式固定顶储罐选用的材料为 16MnR 为钢材属于低碳钢的碳素钢种类。16MnR 是普通低合金钢，它的强度较高、塑性韧性良好，常见交货状态为热轧或正火。属低合金高强度钢，含 Mn 量低。它是屈服强度为 340MPa 级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。下表 1.1 给出了碳素钢的化学成分。表 1
4、.1 16MnR 的化学成分碳当量（CE）计算公式：化学成分（质量分数）牌号C Si Mn Ni Mo Cr Nb Al V P S16MnR 0.20 0.200.55 1.201.60 0.030 0.035沈阳理工大学课程设计论文315)(5)(6)() CuNiwVMoCrwncCE将 16MnR 所含化学成分的相应数值代入上式，计算其碳当量。通过计算得出，16MnR 的碳当量 CE=0.40%0.47%。当 CE=0.40%0.60%，钢的淬硬倾向逐渐增加，所以 16MnR 属于有淬硬倾向的钢。但是，当 CE 不超过 0.5%时，淬硬倾向尚不严重，焊接性较好，但随板厚增加需要采取一定
5、的预热措施。16MnR 钢碳当量不高，淬硬倾向小，室温下焊接一般不易产生冷裂纹。钢在轧制中，硫、磷含量控制较低，所以也不易产生热裂纹。16MnR 钢在焊接时，不需要采取特殊的工艺措施，当钢板厚度较大，焊接接头刚性拘束较大或环境温度过低时，可在焊接前进行合理的预热。在焊接过程中通过细化晶粒，合金化和提高纯净度等措施来对其焊接接头的组织和性能加以改善。特别是以铁素体为基的 16MnR 钢，铁素体晶粒尺寸越细小，钢的脆性转变温度将越向低温方向移动，一定低温下的韧性值相应提高。通过上述分析，可以清楚地认识到：通过细化晶粒来保证 16MnR 钢焊接接头的低温韧性，这是制定 16MnR 钢焊接工艺的一个根
6、本出发点。1.2 焊接方法的选择 焊接方法有三大类：即熔焊、压焊、钎焊。具体每类又分为很多小类，如熔焊方法又分为电弧焊、气焊、铝热焊、电渣焊、电子束焊和激光焊等。实际常用的焊接方法有手工电弧焊、TIG 焊、MAG 焊、埋弧焊等。本设计主要选择的焊接方法是焊条电弧焊、CO 2 气体保护焊和埋弧焊。 1.焊条电弧焊 焊条电弧焊作为焊接应用中最广泛的焊接方法，其操作简单，能够对空间不同位、不同接头形式的焊缝进行焊接，所以此方法主要用在需要现场焊接的焊缝。同时焊条电弧焊接由于手工操作故生产率低，劳动强度大，所以应该尽量避免使用。焊条电弧焊的优点：使用的设备比较简单、不需要辅助气体保护、操作灵活适应性强
7、、适用范围广。焊条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，选择时应考虑以下因素：所要求的焊接电流的种类、所要求的焊接沈阳理工大学课程设计论文4电流调节范围、弧焊电源的功率、工作条件和节能要求。焊条电弧焊可以采用交流也可以是直流焊接，而选用交流电源还是直流电源主要是根据所使用的焊条类型和所要的焊接焊缝形式进行选择：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，但是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要的焊接电流范围和实际负载保持率；来选择弧焊电源容量，即弧焊电源的额定电流 1。本储罐设计选用低氢型焊条可
8、以使焊接质量更好，所以选择的电源类型是直流弧焊电源。主要用来焊罐体的环焊缝，罐壁与罐顶的角接焊缝，以及开孔法兰接管等焊缝的焊接。2.埋弧焊 埋弧焊是在焊剂下燃烧进行的熔焊方法，现在主要有自动焊和半自动焊两种。主要优点是：生产效率高，埋弧焊所采用的焊接电流大，相电流密度也大，由于焊剂和熔渣的保护，电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度都大大提高，所以埋弧焊焊接可以不开坡口一次熔深达到 20mm；焊接质量高，由于熔渣焊剂的保护作用，是空气不与熔敷金属接触，焊缝金属含氮量降低，而且熔池金属凝固较慢，液体金属和融化焊剂的冶金反应更充分，减少焊缝中的气孔产生，裂纹的可能性；劳动条件好，埋弧焊弧光不外露，没有弧光
9、辐射，机械化的操作方法减轻手工操作强度。其缺点是焊接位置受限，适合大多数平焊、角焊、少数立焊、侧倒焊。不适合焊接厚度小于 1mm 的薄板。埋弧焊的电源种类有直流和交流电源，直流电源包括硅弧焊整流器、晶闸管弧焊整流器。也即电驱动机械式弧焊机和内燃机驱动式弧焊机，可以提供平特性、缓降特性、陡降特性、垂降特性的输出。交流电源是弧焊变压器，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。有100%负载持续率。所以埋弧焊主要用于本储罐底的边缘板对焊、中腹板的对焊以及筒壁和罐底 T 型焊缝的焊接，罐顶的扇形板对接焊缝。本储罐设计埋弧焊的焊缝要求焊缝质量较高，所以采用可以提供更多特性曲线
10、的直流电源。埋弧焊适合对平焊位置的焊缝进行高效的生产，也是本论文选择的主要原因。沈阳理工大学课程设计论文51.3 焊接材料的选择 焊接材料是焊接焊缝的填充材料，选择不当会使焊缝的使用性能和工艺性能下降，影响储罐的安全使用。下表是给出了不同的焊接方法和焊接材料与母材的搭配关系。 表 1.2 不同的焊接方法和焊接材料与母材的搭配关系 焊条电弧焊 埋弧焊钢号 焊条型号 牌号示例 牌号 焊剂16MnRE5015 E5016 J507 J506H08MnA H10Mn2 HJ430 SJ3011.焊条电弧焊 选择焊条的时候要考虑：(1)对普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等
11、于或稍高于母材的焊条；(2)对受到动载荷和冲击载荷的焊件，焊条除了满足强度要求外，还应保证熔敷金属具有较高的冲击韧性和塑性，可选用塑、韧性较高的低氢焊条；(3)对结构形状复杂、刚性大的厚大焊件，由于焊接过程中产生很大的内应力，易是焊缝产生裂纹，应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条；对受力不大、焊件部位难易清理干净的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的碱性焊条；对受条件限制不能翻转的焊件，应选用适于全位置焊接的焊条；(4)在满足焊件性能要求的情况下，应选用工艺性能好的碱性焊条；在狭小或通风条件差的场合，应选用碱性焊条或低尘焊条；对焊接工作量大的结构，有条件时应尽量采用高效焊条，或选用底层焊条、立向
12、下焊条之类的专用焊条，以提高焊接生产效率。本次设计选择能够得到良好的焊缝的低氢焊条，焊条型号为 E5015（低氢钠型碱性焊条）或 E5016（低氢钾型） ，焊条直径为 4mm。 2 埋弧焊埋弧焊用的焊接材料是焊剂和焊丝。焊剂应具有良好的冶金性能和焊接工艺性能，同时焊剂颗粒大小满足所要求的尺寸。焊丝和焊剂的匹配是获得高质量焊缝的关键，低碳钢应按等强原则选用与母材相匹配的焊接材料。本次设计选用的焊丝为 H08MnA ，焊剂为 HJ430。焊丝直径为 4.0mm。沈阳理工大学课程设计论文62 工艺参数的选择2.1 板厚的计算由于所给体积大于 1000m3，所以按照不等壁厚计算，选择钢板宽度为2m。所
13、以 =2m， =4m， =6m1H23H21101)0.(. CtDgp（2.1） 21202)3.(.t（2.2）213032)0.(1. CtDHgp（2.3） 式中： 设计压力：0.2（Mpa） ；P罐的内径：16000mm） ；iD设计温度下材料的许用应力 230（Mpa ） ；t焊缝系数：查表得 0.9；钢板的负偏差 0.8（mm） ；1C腐蚀裕度 .0；212所以罐壁厚度从上到下一次为 10.0mm，11.0mm,12.0mmm108.9.0316)8.(80.1 .2).4(1.2 128.09.0316)86(801.3 沈阳理工大学课程设计论文72.2 焊接工艺参数的选择焊接
14、工艺参数主要包括焊接电流，焊接电压，焊丝焊条直径，焊接速度，焊接层数等参数，其中焊接电流最为中要，其直接影响焊接热输入的，焊条焊丝直径影响焊接电流的密度，也影响焊接速度和焊接层数。2.2.1 焊丝焊条直径根据焊接材料、工艺及设备手册查得焊条焊丝直径的选择如下表 2.1。表 2.1 不同空间位置、不同焊接坡口形式的焊接工艺参数第一层焊缝 其他各层焊缝 封底焊缝焊缝的空间位置焊件厚度或焊角尺寸/mm焊条直径 /mm焊接电流/A焊条直径/mm焊接电流/A焊条直径/mm焊接电流/A3.2 901207.0104.0 120160 4.0 120160 3.2 901203.2 90120 4.0 12
15、016011.04.0 120160 5.0 1602003.2 901203.2 90120立对接焊缝1218 4.0 120160 4.0 120160 3.2 90120 3.2 90120横对接焊缝 0.94.0 140160 4.0 140160 4.0 120160从上表可以选择焊条电弧焊的焊条直径为 4mm。焊丝是气焊、气体保护焊和埋弧焊时使用的焊接材料，其选择参照表 2.2 所示。表 2.2 焊丝直径的选择方法选择条件参数参数选择范围工件厚度 5 6 7 10 11 124 4 4 4 4 4焊件厚度选择 焊丝直径焊接厚板时，为了高效，一般选用 45 的焊丝从上表可以选择埋弧焊
16、的焊丝直径为 4 mm。沈阳理工大学课程设计论文82.2.2 焊接电流的选择焊接电流值的大小直接关系到焊接质量和生产效率。在实际生产中，焊接电流主要根据焊条直径和焊接位置来选择。焊接电流与焊条直径大致存在下列经验关系：I=（3050 ）d (2.4)式中 I焊接电流D焊条直径根据焊接材料、工艺及设备手册查得表 2.3 给出了焊条电弧焊焊接电流与焊条直径的关系表 2.3 焊条直径与焊接电流的关系参数 选择原则焊件板厚/mm 48 812焊条直径焊条直径/mm 板厚 34 45 56平焊焊接电流可按式 I=Kd 计算，立焊、横焊的焊接电流应比平焊小 10%20%焊条直径 d/mm 12 24 46
17、焊接电流经验系数 K 2530 3040 4060焊接层数焊接层数根据焊件厚度制订，原则上每层焊缝的厚度为焊条直径的 0.81.2 倍，但一般不大于 45mm焊接位置不同，则焊接电流也应该不同，进行相应的变化。表 2.4 给出了不同焊接位置的焊接电流和焊接直径的关系。表 2.4 不同焊接位置的焊接电流和焊接直径的关系焊条直径 3.2 4 5平焊电流 90120 160200 220260立焊电流 80110 120160 160200从上表可以的出，焊条电弧焊在平焊时电流选择：160200A；在立焊时焊接电流选择 120160A。 埋弧焊时主要采用平焊，因此其焊接电流影响的因素主要是焊丝直径，
18、焊丝直径不变，电流变化也不大，焊接电流与熔透深度之间的关系：H=Km I (2.5)沈阳理工大学课程设计论文9H熔透深度（mm） ；Km熔透系数；I焊接电流（A） 。I 形坡口焊接时的焊接电流应该大于其实形式坡口的焊接电流以保证熔透。焊接方式：I 形坡口双面埋弧焊时，先焊侧的焊接电流要小于后焊侧的焊接电流:先焊侧的焊接电流= 10%)540(后焊侧的焊接电流= （2.6）76根据具体板厚适当选择，在工艺卡中体现。 （大约为 600800A）2.2.3 焊接电压焊接电压即电弧电压: 提供焊接能量。 电弧电压越高，焊接能量越大，焊丝熔化速度就越快，焊接电流也就越大。电弧电压等于焊机输出电压减去焊接
19、回路的损耗电压。对于焊条电弧焊，使用低氢型碱性药皮焊条时，电弧电压应控制在2022V。对于埋弧焊，为获得成形良好的焊缝，电弧电压与焊接电流应相互匹配。当焊接电流调高时，应适当提高电弧电压。随着焊接电流的提高，电弧电压大致以 100:1.3 的比例相应的增高。根据焊接技术手册（上） 查得表 2.5 埋弧焊板厚与焊接电流与焊接电压的关系。 表 2.5 不开坡口对接接头悬空双面焊的焊接条件工件厚度/mm焊丝直径/mm焊接顺序焊接电流/A 电弧电压/V焊接速度/cm.min-1正 380420 30 586 4反 430470 30 55沈阳理工大学课程设计论文102.2.4 焊接层数焊接层数是根据焊
20、接板材的厚度和焊接方法的不同，相应的焊接层数也不同，对于焊条电弧焊来说，焊接层数可以根据计算公式来计算焊接层数 n。(2.7)dSn)2.180/(1式中 n 焊接层数d 焊条直径S1 坡口深度 根据上式可以计算的本次焊接采用焊接层数为：3 层。对于埋弧焊来讲，埋弧焊是在焊剂覆盖的作用下进行焊接，若果采用多层焊，焊接就会很费功夫，一般都是调节电压和电流来满足一次焊道成型。因此焊接层数就只有一层。但是也可以进行双面焊接，这样对工件能够操作的要求就要相对高些。选择合适的焊接工艺参数，对提高焊接质量和提高生产效率是很重要.焊接工艺参数( 焊接规范) 是指焊接时,为保证焊接质量而选定的诸多物理量. 典
21、型的有焊接电流、焊接电压（通常用电弧长） 、焊接速度、电源种类极性、坡口形式等等。对于不同的焊接方法，又有着不同的焊接参数，如焊条电弧焊焊条直径，钨极氩弧焊中钨极直径，埋弧焊中焊丝直径等等。此外焊接参数还有焊接速度，负载持续率等。2.2.5 焊接速度的选择焊条电弧焊时，焊接速度是指焊条相对于焊件的直线运动速度，由焊工手工操作掌握。合适的焊接速度主要取决于焊条的熔化速度、所要求的焊缝尺寸、接缝的装配间隙和焊接位置等。焊接速度对焊缝的外观有直接的影响。焊接速度太快，可能使焊道成型不良，容易引起未焊透和夹渣等缺陷。焊接速度太慢，会导致焊瘤、溢流、甚至烧穿等缺陷的形成。此外，焊接速度对焊缝及热影响区的金相组织和性能也有一定的影响。在高强钢和不锈钢的焊接时，为了避免焊接热影响区性能的恶化或耐蚀性的降低，通常都要采用焊速较高的窄焊道技术。在这个情况下，焊接速度应保证熔池直径约为所用焊条直径的 23 倍。埋弧焊焊接速度，焊接速度决定了每单位焊缝长度上的热输入。在其他参数不变的条件下，提高焊接速度，单位长度焊缝上的热输入和填充金属量减少，
