課程設(shè)計(jì)---防膠劑配制罐加工工藝設(shè)計(jì)

1、<p>　　防膠劑配制罐加工工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.壓力容器</b></p><p>　　1.1 壓力容器綜述</p><p>　　壓力容器廣泛地用于化工、煉油、機(jī)械、動力、輕工、紡織、冶金、核能及運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門，是生產(chǎn)過程中必不可少的重要設(shè)備。如化工生產(chǎn)中的反應(yīng)裝置、換熱裝置、分離裝置的外殼，流體貯罐，核壓力反應(yīng)堆

2、的壓力殼，電廠鍋爐系統(tǒng)中的汽包等，都是壓力容器。本課題所涉及防膠劑配制罐就屬于壓力容器的一種。不僅如此，在人們的家庭中，也要用壓力容器，如民用液化石油氣瓶等。因此，壓力容器和工業(yè)生產(chǎn)和人民生活有著十分密切的關(guān)系。設(shè)計(jì)好、制造好、使用好、管理好壓力容器就顯得十分重要。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，壓力容器的尺寸越來越大，操作壓力越來越高，操作溫度也越來越高（或低），結(jié)構(gòu)形式也越來越復(fù)

3、雜。同時(shí)，生產(chǎn)中壓力容器所處理的介質(zhì)往往是易燃易爆或有毒的，這些條件很自然地對壓力容器的安全可靠性提出了更嚴(yán)格的要求?？梢韵胂螅?dāng)壓力容器一旦發(fā)生破壞事故，將對國家財(cái)產(chǎn)和人民的生命帶來不可估量的損失。因此，要求壓力容器的監(jiān)察管理、設(shè)計(jì)、制造、和檢驗(yàn)人員，必須十分重視壓力容器的質(zhì)量和安全問題，確保容器安全運(yùn)行。</p><p>　　1.2 壓力容器定義</p><p>　　廣義地講，凡承裝壓

4、力介質(zhì)、承受壓力載荷的密閉容器統(tǒng)稱為壓力容器，壓力容器廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　據(jù)原國家技術(shù)監(jiān)督局1999年頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定：“為了與一般容器(常壓容器)相區(qū)別，只有同時(shí)滿足下列三個(gè)條件的容器，才稱之為壓力容器?！?lt;/p><p>　　最高工作壓力大于或者等于0.1MPa(工作壓力是指壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能

5、達(dá)到的最高壓力（不含液體靜壓力）)；</p><p>　?。?）內(nèi)直徑（非圓形截面指斷面最大尺寸）大于等于0.15m且容積大于等于0.025立方米；</p><p>　　（3）介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。</p><p>　　1.3 壓力容器的分類</p><p>　　據(jù)原國家技術(shù)監(jiān)督局1999年頒發(fā)的《壓力容器

6、安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行必須加以監(jiān)督管理的壓力容器，是指最高工作壓力大于或者等于0.1Mpa，內(nèi)直徑大于等于0.15m且容積大于等于0.025立方米，工作介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的容器。</p><p>　　1.3.1按容器外形分類</p><p>　　壓力容器按外形可分為：圓筒形容器、圓柱形容器、球形容器、矩形容器、組合式容器。</p&g

7、t;<p>　　1.3.2 按制造方法分類</p><p>　　壓力容器按制造方法可分為：焊接容器、鑄造容器、熱套容器、多層包扎容器、繞帶容器。</p><p>　　1.3.3 按承壓方式分類</p><p>　　壓力容器按承壓方式可分為內(nèi)壓容器和外壓容器。 </p><p>　　1.3.4按工作壓力分類</p>

8、<p>　　壓力容器按工作壓力一般可分為低壓、中壓、高壓和超高壓四類。壓力容器的等級原則可按以下規(guī)定劃分： 1） 低壓0.1MPAP<1.6MPa 2）中壓1.6MPAP<10MPa

9、 3）高壓10MPAP<100MPa 4）超高壓P≥100MPa</p><p>　　1.3.5按容器的設(shè)計(jì)溫度分類</p><p>　　按照容器的設(shè)計(jì)溫度，壓力容器可分為低溫容器、常溫容器和高溫容器。</p&

10、gt;<p>　　低溫容器：設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20°C</p><p>　　常溫容器：-20°C設(shè)計(jì)溫度<350°C</p><p>　　高溫容器：設(shè)計(jì)溫度等于或高于350°C</p><p>　　1.3.6按容器的用途分類</p><p>　　按壓力容器在生產(chǎn)工藝過程中所起的作用

11、，即其用途，可將壓力容器分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器和儲運(yùn)壓力容器等四類。每一類所屬各種壓力容器的名稱見表1</p><p>　　1.3.7按質(zhì)量等級分類</p><p>　　為了合理控制壓力容器的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量、便于安全技術(shù)的監(jiān)督和管理。壓力容器又可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類。具體規(guī)定見表2</p><p>　　表1 壓力容器按用途的分類</p>

12、;<p>　　表2 壓力容器按質(zhì)量等級分類</p><p>　　1.4 壓力容器的組成和結(jié)構(gòu)</p><p>　　焊接壓力容器的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣的，其中以單層鍛焊式和鋼板卷焊式常見，其基本組成如下：筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計(jì)及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。</p><p>　　1-法

13、蘭；2-支座；3-封頭拼接焊縫；4-封頭；5-環(huán)焊縫；6-補(bǔ)強(qiáng)圈；7-人孔；8-縱焊縫；</p><p>　　9-筒體；10-壓力表；11-安全閥；12-液面計(jì)</p><p><b>　　1.4.1 筒體</b></p><p>　　筒體是儲存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間。它的主要形式：圓柱筒體、球形筒體。</p>

14、<p>　　圓筒體制造方法：（1）直徑較小的無縫鋼管（無縱焊縫）（2）直徑較大的采用卷焊（有縱環(huán)焊縫）（3）高壓容器采用整體鍛造（可能有環(huán)焊縫）（4）高壓容器采用整體鑄造（無縱環(huán)焊縫）</p><p>　　圓筒體的結(jié)構(gòu)有單層式、組合式（多層式、纏繞式）。</p><p><b>　　1.4.2封頭</b></p><p>　　封頭是壓

15、力容器的重要組成部分，與筒體等部件形成封閉空間。</p><p>　　封頭形式有：凸形封頭（球形、橢圓形、蝶形和球冠形封頭）錐殼、平蓋。</p><p>　　封頭與筒體的連接方式有：不可拆式（焊接）、可拆式（螺栓連接）。</p><p><b>　　1.4.3密封裝置</b></p><p>　　密封裝置的可靠性關(guān)系到壓

16、力容器能否正常、安全地運(yùn)行。最常見的密封裝置：螺栓法蘭連接（簡稱法蘭連接）</p><p>　　法蘭是通過螺栓連接筒體和外接的各種管道，并通過擰緊螺栓是墊片壓緊而保證容器密封。</p><p><b>　　法蘭連接的分類：</b></p><p>　　容器法蘭：用于筒體與封頭或兩筒體間的連接；</p><p>　　管道法

17、蘭：用于管道連接；</p><p>　　筒體端部：高壓容器中，用于頂蓋和筒體連接并與筒體焊接在一起的容器法蘭。</p><p>　　1.4.4開孔與接管</p><p>　　開孔與接管是由于工藝要求和檢修需要，常在筒體或封頭上開孔或安裝接管，如物料進(jìn)出接管等。</p><p>　　開孔分為：人孔、手孔、視鏡孔、物料進(jìn)出口接管，以及安裝壓力表、

18、液面計(jì)、安全閥、測溫儀表等接管開孔。</p><p>　　開孔大小：手孔≥150 mm、人孔≥400 mm （橢圓人孔一般350x450）、物料進(jìn)出口（根據(jù)工藝計(jì)算確定）儀表接口（根據(jù)儀表確定）</p><p>　　開孔對殼體的影響：開孔部位的強(qiáng)度被削弱，故應(yīng)少開孔并考慮作開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.4.5支座</b><

19、;/p><p>　　支座是支承并固定壓力容器，有立式和臥式兩種形式。</p><p>　　圓筒形容器支座類型：臥式容器支座（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）。</p><p>　　球形容器支座類型：柱式支座、裙式支座。</p><p>　　1.4.6 安全附件</p><p>　　安全附件主

20、要包括：安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥、安全聯(lián)鎖裝置。壓力表、液面計(jì)、測溫儀表等</p><p>　　1.5 壓力容器焊接接頭的分類</p><p>　　在壓力容器中，焊接接頭的主要形式有對接接頭、角接接頭和搭接接頭。在不銹鋼襯里容器中還有塞接接頭。筒體與封頭等重要受壓部件的連接，均采用對接接頭。這種接頭的強(qiáng)度可以達(dá)到與母材相等，受力也比較均勻。角接接頭多用于管接頭與殼體的連接，搭接接頭主

21、要用于非受壓部件與受壓殼體的連接，如支座、附件與殼體的連接。</p><p>　　根據(jù)國標(biāo)GB150—1998《鋼制壓力容器》，壓力容器的焊接接頭分成A、B、C、D、E五類，目的是在設(shè)計(jì)、制造、維修、管理時(shí)可以分別對待，從而保證質(zhì)量。見圖1。</p><p>　　1.5.1 A類焊縫</p><p>　　A類焊縫的結(jié)構(gòu)形式可以是對接焊縫或搭接焊縫，具體包括：<

22、/p><p>　　圓柱形殼體筒節(jié)和卷制成形的大直徑接管的縱縫對接接頭；</p><p>　　球形容器和凸形封頭瓜片之間的對接接頭；</p><p>　　球形容器的環(huán)向?qū)咏宇^；</p><p>　　鑲嵌式鍛制接管與筒體或封頭間的對接接頭；</p><p>　　大直徑焊接三通支管與母管相連接的對接接頭。</p>

23、<p>　　1.5.2 B類焊縫</p><p>　　B類焊縫的結(jié)構(gòu)形式可以是對接或搭接焊縫，但不包括角接焊縫。具體包括：</p><p>　　圓柱形、錐形筒節(jié)間的環(huán)向?qū)咏宇^；</p><p>　　接管與筒節(jié)間及其法蘭相接的環(huán)向?qū)咏宇^；</p><p>　　除球形封頭外的各種凸形封頭與筒體相接的環(huán)向?qū)咏宇^。</p>

24、;<p>　　1.5.3 C類焊縫</p><p>　　C類焊縫結(jié)構(gòu)形式可以是對對接焊縫、搭接焊縫或角接焊縫。具體包括：</p><p>　　法蘭環(huán)、翻邊搭環(huán)、管板、平封頭與圓筒或圓錐殼、管子或各類成型封頭（此處包括半球形封頭）相連接的焊縫；</p><p>　　2）矩形截面容器各側(cè)板之間相連接的焊縫。</p><p>　　1.

25、5.4 D類焊縫</p><p>　　D類焊縫的結(jié)構(gòu)形式可以是角接焊縫或?qū)雍缚p。具體包括：</p><p>　　接管或各種受壓室與圓筒、球殼、圓錐殼或各類成型封頭相連接的焊縫；2)接頭或各種受壓室與矩形截面容器各側(cè)板相連接的焊縫；</p><p>　　3)補(bǔ)強(qiáng)圈、凸緣等與殼體、封頭之間的連接焊。</p><p>　　1.5.5 E類焊縫&

26、lt;/p><p>　　包括吊耳、支撐、支座及各種內(nèi)件與筒體或封頭內(nèi)外表面相接的角接接頭。</p><p>　　注：（1）對接接頭通常為：A、B類，角接接頭通常為：C、D類。</p><p>　?。?）A類：各類接頭中要求最高，也是應(yīng)力條件最苛刻的接頭；</p><p>　　（3）B類：較A類的應(yīng)力水平低，工作應(yīng)力為A類的一半，包括圓筒，圓錐殼體

27、或管子上的環(huán)形焊縫。</p><p>　　（4）C類：這類接頭受力較小，通常采用角焊縫連接；矩形截面容器各側(cè)板之間的接頭。</p><p>　　（5）D類：接管與殼體的交接接頭，存在較高的應(yīng)力集中，受力條件苛刻。</p><p>　　圖1 壓力容器典型焊接接頭的類別</p><p>　　1.6 壓力容器常用的焊接方法</p>

28、<p>　　防膠劑配制罐在焊接過程中，可選擇的焊接方法有：手工電弧焊、埋弧焊、TIG焊、CO2氣體保護(hù)焊。</p><p>　　1.6.1 手工電弧焊</p><p>　　用手工操縱焊接器具和焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，稱為手工電弧焊。手工電弧焊是利用電弧的熱能作熱源，在電弧的熱作用下，焊條與母材金屬局部熔化，使被焊處達(dá)到原子結(jié)合的目的。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p>&l

29、t;p>　　操作方便，使用靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。適用于各種鋼種、各種厚度、各種位置和各種結(jié)構(gòu)的焊接。特別是對不規(guī)則的焊縫、短弧縫、仰焊縫、高空和位置狹窄的焊縫，均能靈活運(yùn)用，操作自如。</p><p>　　焊接質(zhì)量好。因電弧溫度高，焊接速度較快，熱影響區(qū)小，焊接接頭的機(jī)械性能較為理想。另外，由于焊條和電焊機(jī)的不斷改進(jìn)，在常用的低碳鋼和低合金鋼的焊接結(jié)構(gòu)中，焊縫的機(jī)械性能能夠有效地控制，達(dá)到與母材等強(qiáng)的要求。對于焊

30、縫缺陷，在一定范圍內(nèi)可以通過提高焊工水平、改進(jìn)工藝措施得到克服。</p><p>　?。?）手工電弧焊易于分散應(yīng)力和控制變形。所有焊接結(jié)構(gòu)中，因受熱應(yīng)力的作用，都存在著焊接殘余應(yīng)力和變形，外形復(fù)雜的焊縫、長焊縫和大工件上的焊縫，共殘余應(yīng)力和變形問題更為突出。采用手工電弧焊，可以通過工藝調(diào)整，如跳焊、逆向分段焊、對稱焊等方法，來減少變形和改善應(yīng)力分布。</p><p>　?。?）設(shè)備簡單，使

31、用維護(hù)方便。無論交流電焊機(jī)還是直流電焊機(jī)，焊工都容易掌握，使用可靠，維護(hù)方便。不像埋弧焊、電渣焊設(shè)備那樣復(fù)雜。</p><p><b>　　應(yīng)用時(shí)的局限：</b></p><p>　?。?）由于手工操作，生產(chǎn)效率低，焊工的勞動強(qiáng)度也比較大。</p><p>　?。?）焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。手工電弧焊的焊接質(zhì)量，與焊工的技能有關(guān)，培訓(xùn)焊工技能的難度較大

32、，也由于手工操作的隨意性比較大，使焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，這是手工電弧焊的最大缺點(diǎn)。</p><p><b>　　1.6.2 埋弧焊</b></p><p>　　埋弧焊是以顆粒狀焊劑作為保護(hù)介質(zhì)，用焊絲作為熔化極送入焊接區(qū)形成電弧，電弧在焊劑下燃燒，熔化被焊金屬，填充金屬和焊劑形成永久性接頭的焊接方法。如果將焊接過程中的引弧、送絲、移絲和滅弧四個(gè)動作全部由機(jī)械來完成，通常稱為

33、自動埋弧焊。如果將四個(gè)動作中的移絲由手工來完成，則稱為半自動埋弧焊。具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）埋弧焊的生產(chǎn)效率高，一方面因?yàn)楹附z導(dǎo)電長度縮短，電流和電流密度提高，因此電弧的熔深能力和熔敷效率都大大提高；另一方面由于焊劑和熔渣隔熱作用，電弧是基本沒有熱的輻射散失，飛濺也小，因而使埋弧焊的焊接速度大大提高</p><p>　　（2）埋弧焊焊出的焊縫質(zhì)量好</p>

34、<p>　?。?）勞動條件好，冶金反應(yīng)比較充實(shí)，組織穩(wěn)定</p><p>　　埋弧焊應(yīng)用時(shí)的局限性：</p><p>　　（1）焊接位置的局限 由于焊劑保持的原因，如果不采取特殊措施，埋弧焊主要應(yīng)用于水平俯位置焊縫焊接，而不能用于橫焊、立焊、仰焊</p><p>　?。?）焊接材料的局限 由于埋弧焊焊劑及電弧氣氛的氧化性，此法難以用于鋁、鈦等氧化性強(qiáng)的

35、金屬及其合金的焊接。</p><p>　　1.6.3 TIG焊</p><p>　　TIG焊是以難熔金屬鎢或其合金棒作為電源一級，采用惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體，利用鎢極與工件之間產(chǎn)生的電弧熱作為熱源，加熱并熔化工件和填充金屬的一種電弧焊方法。</p><p>　　焊接時(shí)，電極和電弧區(qū)及熔化金屬都處在氬氣保護(hù)之中，使之與空氣隔絕。</p><p&g

36、t;　　鎢極氬弧焊有以下一些優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）由于采用了惰性氣體氬氣保護(hù)，可以用來焊接各類合金鋼，易氧化的有色金屬及稀有金屬，焊接質(zhì)量好；</p><p>　　（2）電弧在氣流壓縮下燃燒，熱力集中，容池較小，故焊接速度較快，熱影響區(qū)較窄，焊件焊后變形小；</p><p>　　（3）氬弧焊電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，表面無熔渣，故成形美觀；</p

37、><p>　　（4）電弧和熔池區(qū)用氣流保護(hù)，明弧可見，便于操作，容易實(shí)現(xiàn)全位置自動化焊接；</p><p>　?。?）電弧氣氛中的含氫量較容易控制，可減少焊縫的冷裂紋傾向；</p><p>　　（6）采用交流電源氬弧焊使產(chǎn)生的“陰極破碎作用”可以清除鋁，鎂板材表面的氧化膜。</p><p>　　TIG焊的應(yīng)用局限：</p><

38、p>　　焊縫厚度淺，熔敷速度小，生產(chǎn)率較低。</p><p>　?。?）鎢極承載電流的能力較差，過大的電流會引起鎢極熔化和蒸發(fā)，其微粒有可能進(jìn)入熔池，造成污染（夾鎢）。</p><p>　?。?）惰性氣體（氬氣、氦氣）較貴，和其它電弧焊方法（如手弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等）相比，生產(chǎn)成本較高。</p><p>　　1.6.4 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊</

39、p><p>　　二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是焊接方法中的一種，是以二氧化碳?xì)鉃楸Ｗo(hù)氣體，進(jìn)行焊接的方法。利用CO氣體在高溫下分解為CO和O，氧分子繼續(xù)分解為氧原子，原子氧有強(qiáng)烈的氧化作用，氧化熔池中的Fe、Si、Mn、C等元素，形成相應(yīng)的氧化物FeO、 SiO、MnO、CO等。產(chǎn)生的SiO、MnO以熔渣的形式浮出，CO逸出到氣相中。具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）在焊接電弧高溫作用下的CO氣

40、體會發(fā)生吸熱分解反應(yīng)，對電弧具有較強(qiáng)熱壓縮作用，從而導(dǎo)致了該方法的電弧形態(tài)具有弧柱直徑小，弧根面積小且往往難于覆蓋焊絲端部全部熔滴的特點(diǎn)，因此熔滴受到的過渡阻力較大而使熔滴粗化，過渡路徑軸向性變差，飛濺率大。</p><p>　?。?）對焊接區(qū)保護(hù)效果良好，因CO氣體的密度是常用焊接保護(hù)氣體中最大的，加上CO氣體受熱分解后，體積增打了0.5倍，因此，CO氣體能有效地排除焊接區(qū)的空氣，并把焊接區(qū)與空氣氣氛有效地隔離

41、開來，從而起到良好的保護(hù)作用。</p><p>　　（3）CO電弧的能量相對集中，熔透能力較大；焊絲許用電流密度大，而焊絲熔化系數(shù)大；其無需層間清渣，使其焊接生產(chǎn)率提高。</p><p>　?。?）焊接生產(chǎn)成本低，節(jié)約電能。</p><p>　?。?）在工藝和技術(shù)方面還具有焊接區(qū)可見度好，便于觀察、操作；焊接熱影響區(qū)和焊接變形較??；熔池體積較小結(jié)晶速度較快，全位置焊

42、接性能良好；對銹污敏感性低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　CO2電弧焊由于有氧化性，合金元素易燒損。主要用于低碳鋼和低合金鋼等有色金屬的焊接，對于不銹鋼，由于對焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，影響耐晶間腐蝕性能，因此只能用于對焊縫性能要求不高的不銹鋼焊件。與埋弧焊、焊條電弧焊和藥芯焊絲電弧焊相比，CO焊接方法有焊縫外觀欠美觀；焊接飛濺較大；抗風(fēng)能力較差等缺點(diǎn)。</p><p>　　1.7 焊縫結(jié)構(gòu)的分類

43、及設(shè)計(jì)與選用</p><p>　　1.7.1 焊縫結(jié)構(gòu)的分類</p><p>　?。?）對接焊縫：將兩塊鋼板或一塊鋼板的兩端面彎轉(zhuǎn)后（如筒體縱焊縫）對在一起進(jìn)行焊接的焊縫。</p><p>　?。?）角接焊縫：將互成直角的兩塊鋼板焊接形成的焊縫，常出現(xiàn)容器封頭與接管的連接，法蘭的連接，夾套與筒體的連接等處。</p><p>　?。?）搭接焊縫

44、：指一塊搭板在另一塊板上進(jìn)行焊接形成的焊縫，常用于壓力容器中的加強(qiáng)圈與筒體，坐墊板與器壁上視孔凸緣與容器本體的連接焊縫。</p><p>　　1.7.2 焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選用</p><p>　　在焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選用時(shí)，為保證焊縫的質(zhì)量、減少應(yīng)力集中，應(yīng)注意：</p><p>　?。?）為保證焊縫的內(nèi)在質(zhì)量，作為壓力容器的焊接應(yīng)盡量采用對接焊縫，不僅可以提高焊接質(zhì)

45、量，而且便于對焊縫內(nèi)部進(jìn)行無損檢測。對于接管的焊縫，一般是角接焊縫應(yīng)盡量采用全焊透的坡口結(jié)構(gòu)。這樣既保證了焊縫質(zhì)量又可以減少應(yīng)力集中。</p><p>　?。?）采用的焊縫結(jié)構(gòu)，應(yīng)減小焊縫的應(yīng)力集中。焊縫處的應(yīng)力集中，是由焊縫內(nèi)部和外部兩方面引起的。內(nèi)部主要是由于焊縫未焊透，使焊縫的內(nèi)部造成幾何不連續(xù)，從而形成很高的焊縫應(yīng)力，這往往是導(dǎo)致容器脆性破壞的始裂點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上考慮，對于對接焊縫，當(dāng)采用X型，雙V型，雙U

46、型以及U型和V型組合坡口，由于是雙面焊，一般不會發(fā)生未焊透。而焊縫應(yīng)力集中的外部原因，主要是焊縫的外部缺陷，如焊縫的咬邊，焊縫角變形，焊縫錯邊等。</p><p>　　1.8 焊條的選取原則</p><p>　　1.8.1 等強(qiáng)度匹配的原則</p><p>　　即所選用焊條，熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度相等或相近于被焊母材金屬的抗拉強(qiáng)度，此法主要適用于對結(jié)構(gòu)鋼焊條的選用，理論

47、上認(rèn)為：焊縫強(qiáng)度不宜過高于母材的強(qiáng)度，否則往往由于焊縫抗裂性差或應(yīng)力集中原因而使焊接接頭質(zhì)量下降。</p><p>　　1.8.2 等韌性匹配原則即所選用焊條熔敷金屬的韌性相等或相近于被焊母材金屬的韌性，此法主要適用于對低合金高強(qiáng)度鋼焊條的選用。這樣，當(dāng)母材結(jié)構(gòu)剛性大，受力復(fù)雜時(shí)，不致于因接頭的塑性或韌性不足而引起接頭受力破壞。</p><p>　　1.8.3 等成分匹配的原則即所

48、選用焊條熔敷金屬的化學(xué)成分符合或接近被焊母材。此法主要適用對不銹鋼，耐候鋼，耐熱鋼焊條的選用，這樣就能保證焊縫金屬具有同母材一樣的抗腐蝕性，熱強(qiáng)性等性能以及與母材有良好的熔合與匹配。</p><p>　　1.8.4 根據(jù)特殊要求選用的原則（1）選用堆焊焊條應(yīng)根據(jù)堆焊層要求是抗一般磨損還是沖擊磨損；是金屬間磨損還是磨粒磨損或者腐蝕介質(zhì)磨損；是高溫磨損還是常溫磨損；是單一磨損還是綜合性磨損等不同情況來選用堆焊焊條

49、。（2）根據(jù)焊縫金屬是否需要再進(jìn)行機(jī)械加工或進(jìn)行熱處理以及對焊條的經(jīng)濟(jì)接受能力來選用焊條。此法主要適用于對鑄鐵焊條、堆焊焊條、耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條的選用。（3）凡要求焊縫金屬具有高塑性，高韌性，并有相應(yīng)強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，宜優(yōu)先選用堿性低氫型焊條。</p><p>　　1.8.5 根據(jù)工作性能</p><p>　?。?）承受壓力或動載的結(jié)構(gòu)，應(yīng)保證焊縫有良好的塑性和韌性，一般選用低氫焊條。

50、</p><p>　?。?）對于形狀復(fù)雜，剛性大，焊后殘余應(yīng)力大的工件，也應(yīng)選用抗裂性好的低氫焊條。</p><p><b>　　2.焊接工藝說明</b></p><p>　　2.1 焊接方法的選擇</p><p>　　16MnR是普通低合金鋼,是壓力容器的專用鋼。它的強(qiáng)度較高、塑性韌性良好。常見狀態(tài)為熱軋或正火，屬于低

51、合金高強(qiáng)鋼，含Mn量較低。性能與20G（412-540）近似，抗拉強(qiáng)度為（450-655）稍強(qiáng)，伸長率為19-21%。標(biāo)準(zhǔn)來源于GB6654，2010年該鋼號逐漸被Q345R所取代。它的屈服強(qiáng)度為340MPa，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。磷、硫含量略低于普16Mn鋼，除抗拉強(qiáng)度、延伸率要求比普通16Mn鋼有所提高外，還要求保證沖擊韌性。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。</p><p>　

52、　20鋼強(qiáng)度比15號鋼稍高，很少淬火，無回火脆性。冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，電弧焊和接觸焊的焊接性能好，氣焊時(shí)厚度小，外形要求嚴(yán)格或形狀復(fù)雜的制件上易發(fā)生裂紋。切削加工性冷拔或正火狀態(tài)較退火狀態(tài)好、一般用于制造受力不大而韌性要求高的。</p><p>　　防膠劑配置罐用16MnR為低合金高強(qiáng)度鋼，法蘭材料用20鋼，接管材料用20鋼。</p><p>　　表3 16

53、MnR低合金高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分</p><p>　　表4 16MnR低合金高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能</p><p>　　表5 20g鋼的化學(xué)成分</p><p>　　表6 20g鋼力學(xué)性能</p><p>　　表7 焊條的化學(xué)成分</p><p>　　表8 焊條的機(jī)械性能</p><p>　

54、　在這次的課程設(shè)計(jì)中，我的任務(wù)是設(shè)計(jì)3號、36號共兩條焊縫。其中3號焊縫接管與法蘭對接，屬于對接焊縫，厚5毫米，屬于A類焊縫，定位為C1。36號焊縫是接管與法蘭角接焊縫，接管厚3.5毫米，屬于C類焊縫，定位為D12。</p><p>　　壓力容器的A類接頭均應(yīng)采用單面或雙面全焊透對接接頭，為提高效率，保證焊縫質(zhì)量，選用埋弧自動焊為宜，并用TIG焊打底，保證單面焊背面成形。</p><p>

55、　　壓力容器的B類接頭均應(yīng)采用單面或雙面全焊透對接接頭，對于不等厚B類接頭，應(yīng)將較厚殼壁邊緣采用機(jī)械加工方法以一定斜度削薄。</p><p>　　在中低壓焊縫中，C類接頭的受力較小，通常采用角焊縫連接。對于高壓容器，盛有劇毒介質(zhì)的容器和低溫容器應(yīng)采用全焊透的接頭。</p><p>　　D類焊縫是接管與容器的交叉焊縫。受力條件較差，且存在較高的應(yīng)力集中。在厚壁容器中這種焊縫的拘束度相當(dāng)大，殘

56、余應(yīng)力也較大，容易產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此在這種容器中D類焊縫應(yīng)采取全焊透的焊接接頭。</p><p>　　E類焊縫中支架等承載部位與殼體的連接應(yīng)采用雙面開坡口全焊透角焊縫，且單側(cè)角焊縫的厚度應(yīng)為承載件連接處厚度的0.7倍，但不得小于6mm。</p><p>　　防膠劑配置罐在焊接過程中，可選擇的方法有：手工電弧焊、埋弧焊、TIG焊、CO2氣體保護(hù)焊。</p><p>

57、　　手工電弧焊靈便性好，可全位置焊接，宜于長短及曲線形狀的焊接，適用于低碳鋼、低合金鋼、耐蝕耐熱鋼、鋁銅及其合金、異類金屬的焊接，可焊厚度范圍1.0～38mm，但飛濺大，效率低。</p><p>　　埋弧自動焊焊縫質(zhì)量好，勞動條件好，飛濺小，易于長而規(guī)則焊縫的焊接，適用于低碳鋼、低合金鋼，可焊厚度范圍4ｍｍ以上，但只能在平焊位置焊接。</p><p>　　鎢極氬弧焊焊縫質(zhì)量高，可全位置焊接

58、，宜于曲線形狀焊縫的焊接，適應(yīng)于低合金鋼、有色金屬的焊接，但投資大。對于低合金鋼來說，常用于4mm以下焊材的打底焊。</p><p>　　3號焊縫是接管與法蘭對接焊縫，，屬于A類焊縫。筒體內(nèi)壁承受壓力，需滿足設(shè)計(jì)的壓力要求。為提高生產(chǎn)效率，保證焊縫質(zhì)量，選用手工電弧焊為宜，并用TIG焊打底，保證單面焊背面成形。</p><p>　　36號焊縫是接管與法蘭角接焊縫，屬于D類焊縫。根據(jù)上述理論

59、，選用TIG焊打底，并用手工電弧焊焊接，保證單面焊背面成形。</p><p>　　2.2焊接材料的選擇</p><p>　　焊接材料包括焊條、焊絲、焊劑、氣體、電極、襯墊等。焊接材料選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能，并結(jié)合壓力容器的特點(diǎn)、適用條件及焊接方法綜合考慮選用焊接材料。</p><p>　　表9 常用鋼號分類分組</p><

60、;p>　　表10 焊接材料的選用表</p><p>　　20g為低碳鋼，屬于I類鋼，16MnR為低合金鋼，屬于II類鋼，焊接性能均較好。對于焊條、焊絲、焊劑的選擇，應(yīng)從工藝性能、焊接質(zhì)量方面來選擇焊接材料。酸性焊條工藝性能好，焊縫外表成型美觀，波紋細(xì)密；堿性焊條焊接焊縫含氫量低于酸性焊條，質(zhì)量較高。在焊接過程中，3號焊縫采用手工電弧焊和TIG焊，36號應(yīng)采用TIG焊和手工電弧焊。根據(jù)表得TIG焊選用的焊絲

61、鋼號為H08A；手工電弧焊選用的焊條型號為E4303(牌號J422)，為酸性焊條。</p><p>　　2.3.焊接工藝參數(shù)的選擇</p><p>　　焊接工藝參數(shù)又稱焊接規(guī)范，是保證焊接質(zhì)量的物理量。其包括焊接電流、焊接電壓、焊接速度、焊接線能量等。</p><p>　　2.3.1 焊條、焊絲直徑的選擇</p><p>　　焊接直徑的選擇不

62、但要根據(jù)焊件的厚度，還要根據(jù)焊縫位置、焊接接頭形式和焊接層數(shù)等因素。焊件厚度越厚，焊條直徑應(yīng)越粗；平焊位置選用的焊條直徑可大于立焊和仰焊；搭接和T形接頭焊縫的焊條直徑應(yīng)大于對接；打的焊的焊條直徑可小于蓋面焊條的直徑等等。</p><p>　　表11 焊件厚度與焊條直徑的關(guān)系</p><p>　　表12 鎢極氬弧焊工藝參數(shù)</p><p>　　表13 手工電弧焊

63、工藝參數(shù)</p><p>　　表14 埋弧焊工藝參數(shù)</p><p>　　3號焊縫選用鎢極氬弧焊打底，焊絲直徑為Φ3.2mm，再采用手工電弧焊，焊條直徑Φ4mm。36號焊縫也選用鎢極氬弧焊打底，焊絲直徑為Φ3.2mm，手工電弧焊焊接時(shí)，第一層焊時(shí)，選用的焊條直徑3.2mm，第二層焊時(shí)，選用的焊條直徑4mm， </p><p>　　2.3.2 焊接電流的選擇<

64、/p><p>　　焊接電流的選擇主要依據(jù)焊條直徑和焊件厚度，其次還要考慮接頭形式和焊接位置等因素。一般情況下，增加電流，可以增加熔深，提高生產(chǎn)效率，但是電流過大會造成咬邊、燒穿和嚴(yán)重飛濺，焊條藥皮發(fā)紅脫落等；而電流過小焊接電弧不穩(wěn)，焊件不易焊透，焊條黏鋼板，焊縫成形差，易產(chǎn)生焊接缺陷等。</p><p>　　表15 焊條直徑與焊接電流的關(guān)系</p><p>　　3號焊

65、縫采用手工電弧焊，電流大小為90～120A，鎢極氬弧焊時(shí)，電流大小為110～160A。36號焊縫手工電弧焊焊接，根據(jù)表13，焊接第一層時(shí)，電流大小為90～120A；焊接第二層時(shí)，電流大小為140～160A。</p><p>　　2.3.3 焊接電壓的選擇</p><p>　　焊接電壓的大小主要取決于電弧的長短。電弧長時(shí)電壓高，反之則低。電弧過長，電弧燃燒不穩(wěn)定，飛濺增加，易產(chǎn)生未焊透、咬

66、邊，焊縫成形差，容易產(chǎn)生氣孔。經(jīng)驗(yàn)證明，電弧長度在1～4 mm范圍，電弧電壓控制在16～25v之間，焊接時(shí)產(chǎn)生缺陷的傾向大大降低?？s短電弧長度可提高焊接電流，拉長電弧會減小電弧的挺度，增大電弧熱量的散失，降低熔敷速度，出現(xiàn)未焊透等缺陷。因此焊接時(shí)，應(yīng)在保證不短路時(shí)，力求采用短弧。一般立焊、仰焊的電弧要比平焊短，堿性焊條電弧長度必須小于焊條直徑，而酸性焊條電弧長度等于焊條直徑，采用短弧的目的是防止空氣中有害氣體的傾入，同時(shí)保證電弧的穩(wěn)定性

67、。</p><p>　　3號焊縫焊接時(shí)，采用手工電弧焊，根據(jù)表14，焊接電壓為34～36V；鎢極氬弧焊時(shí)，焊接電壓為11～15V。36號焊縫焊接時(shí)，焊接第一層時(shí)，電壓大小為16～25V.后幾層焊視情況而定。</p><p>　　2.3.4 焊接速度的選擇</p><p>　　焊接速度由操作者在焊接中根據(jù)具體情況靈活掌握。高質(zhì)量的焊縫要求焊接速度均勻，既保證焊縫厚度

68、適當(dāng)，又保證打底焊焊透和不燒穿。手工電弧焊接的速度通常都不超過10m/h，工件越薄，焊接速度越大。</p><p>　　3號焊縫焊接時(shí)，手工電弧焊的焊接速度需要控制在20～30m/h.</p><p>　　36號焊縫焊接時(shí)，手工電弧焊的焊接速度需要控制在10～20m/小時(shí)。</p><p>　　2.3.5 焊接線能量</p><p>　　焊

69、接線能量是焊接能源署給單位長度焊縫的能量。</p><p><b>　?。?ｎI(lǐng)U/v</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　?。瘢附泳€能量</b></p><p><b>　　I－焊接電流</b></p&g

70、t;<p><b>　　U－焊接電壓</b></p><p><b>　　V－焊接速度</b></p><p><b>　?。睿瓱嵝禂?shù)</b></p><p>　　根據(jù)公式,焊接線能量由I、U、V、ｎ等參數(shù)決定，改變I、U、V參數(shù)，可以改變線能量。I、U一定時(shí)，V增大，ｑ減小，V減小，

71、ｑ增大；V一定時(shí)，I、U增大，ｑ減小，I、U增大，ｑ增大。</p><p>　　2.4 坡口的設(shè)計(jì)、加工及清根方法</p><p>　　2.4.1 坡口的設(shè)計(jì)</p><p>　　坡口是用來使電弧沿板厚熔入一定的深度，保證焊接接頭的焊透，坡口形式應(yīng)根據(jù)母材的結(jié)構(gòu)形狀、板材厚度及對焊接質(zhì)量要求來設(shè)計(jì)，條件不同其接頭及坡口形式也不同。</p><p&

72、gt;　　在選擇坡口形式時(shí)主要考慮以下因素：</p><p>　　(1)是否能夠保證工件焊透（手弧焊熔深一般為2～4mm）和便于操作。</p><p>　　(2)坡口的形狀應(yīng)容易加工。</p><p>　　(3)盡可能提高焊接生產(chǎn)率和節(jié)省焊條。</p><p>　　(4)焊后工件的變形量應(yīng)盡可能小。</p><p>　

73、　(5)調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分。</p><p>　　表16 常見坡口比較</p><p>　　3號焊縫是接管與法蘭的對接接頭，工件厚度δ＝5mm，擇的焊接方法為手工電弧焊和TIG焊,。</p><p>　　36號焊縫是接管與法蘭角接焊縫，接管與法蘭的坡口應(yīng)采用單面開坡口全焊透角焊縫，坡口角度β＝50°；接管與加強(qiáng)圈的坡口應(yīng)采用單面開坡口全焊透角焊縫，坡

74、口角度β＝20°。</p><p><b>　　2.4.2坡口加工</b></p><p>　　采取的方法，根據(jù)焊件的尺寸、形狀及加工條件確定。有以下方法：</p><p>　　(1)剪邊：以剪板機(jī)剪切加工，常用于I形坡口。</p><p>　　(2)刨邊：用刨床或刨邊機(jī)加工，常用于板件加工。</p>

75、;<p>　　(3)車削：用車床或車管機(jī)加工，適用于管子加工。</p><p>　　(4)切割：用氧一乙快火焰手工切割或自動切割機(jī)切割加工成I形、V形、X形和K形坡口。</p><p>　　(5)碳弧氣刨：主要用于清理焊根時(shí)的開槽，效率較高、勞動條件較差。</p><p>　　鏟削或磨削：用手工或風(fēng)動、電動工具鏟削或使用砂輪機(jī)(或角向磨光機(jī))</

76、p><p>　　由上可知：3、36號焊縫都采用氣割加機(jī)械打磨的辦法。</p><p>　　2.4.3坡口的清根</p><p>　　3、36號焊縫采用坡口碳弧氣刨砂輪打磨來清根，且坡口應(yīng)仔細(xì)清除余碳，坡口表面及兩側(cè)（以離坡口邊緣的距離計(jì)焊條電弧焊各10mm，）應(yīng)將水、鐵銹、油污、積渣和其它有害雜質(zhì)清理干凈。</p><p>　　2.5 焊接層數(shù)及

77、焊接順序的設(shè)計(jì)</p><p>　　在焊件厚度較大時(shí)，需要采用多層焊，對于低碳鋼、低合金鋼，每層焊縫厚度對焊縫質(zhì)量有一定影響，經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：每層焊縫厚度等于焊條直徑的0.8～1.2倍，最好不大于4～5mm。</p><p><b>　　n=δ/d</b></p><p><b>　　式中：</b></p><

78、;p><b>　　n—層數(shù)</b></p><p><b>　　δ—工件厚度</b></p><p><b>　　d—焊條直徑</b></p><p>　　3號焊縫選用一層鎢極氬弧焊打底，并采用焊縫次序?yàn)榉吹氖止る娀『负附印?lt;/p><p>　　36號焊縫選用一層鎢極氬弧

79、焊打底，焊接厚度大概小于3mm,并采用手工電弧焊焊接，焊條直徑為4mm，n=7/4≈2,即焊接層數(shù)為兩層，都采用手工電弧焊。</p><p>　　2.6 熱處理的選擇</p><p>　　壓力容器板材在焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，在焊接后應(yīng)進(jìn)行后熱和熱處理，預(yù)熱是為了減少焊接裂紋的發(fā)生，后熱和熱處理可以減少殘余應(yīng)力。預(yù)熱溫度根據(jù)板材厚度選擇，后熱應(yīng)在焊后立即進(jìn)行，焊后熱處理則不做后熱。</p&

80、gt;<p>　　表17 常用鋼號推薦的預(yù)熱溫度</p><p>　　表18 常用鋼號焊后熱處理規(guī)范</p><p>　　表19 焊后熱處理溫度低于規(guī)定值的保溫時(shí)間</p><p>　　焊條、焊劑在焊接前需保溫，J422在150攝氏度保溫1小時(shí)。</p><p>　　配制罐的設(shè)計(jì)厚度δ＝14mm，小于30mm，根據(jù)表16焊

81、前不需要進(jìn)行預(yù)熱。</p><p>　　配制罐的設(shè)計(jì)厚度δ＝14mm，主體材質(zhì)為16MnR（低合金鋼）,由于低合金鋼有較大冷裂紋敏感性和拘束度，根據(jù)表17，配制罐在焊后立即進(jìn)行回火，回火溫度為600～640℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)。焊條、焊絲在焊接前需保溫保溫1小時(shí)，，H08A在150℃保溫1小時(shí)。</p><p><b>　　2.7焊接質(zhì)量檢驗(yàn)</b></p>

82、;<p>　　焊接檢驗(yàn)過程，基本上由焊前檢驗(yàn)、焊接過程檢驗(yàn)、焊后檢驗(yàn)、安裝調(diào)試質(zhì)量檢驗(yàn)和產(chǎn)品服役質(zhì)量檢驗(yàn)等五個(gè)環(huán)節(jié)。</p><p>　　焊前檢驗(yàn)主要是對焊前準(zhǔn)備的檢查，包括檢驗(yàn)?zāi)覆?、焊接材料、焊接坡口及清理，焊條、焊劑按規(guī)定烘干和保溫，焊絲需去除油銹，保護(hù)氣體應(yīng)干燥等，是以預(yù)防為主，最大限度避免和減少焊接缺陷的產(chǎn)生。焊接過程檢驗(yàn)，不僅包括按焊接參數(shù)、焊接工藝進(jìn)行焊接，還包括后熱和焊接熱處理過程。焊

83、后焊接接頭缺陷，通過無損檢測、壓力試驗(yàn)和致密性試驗(yàn)等方法來檢測。安裝調(diào)試質(zhì)量檢驗(yàn)主要包括對現(xiàn)場組裝的焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)和對產(chǎn)品制造時(shí)的焊接質(zhì)量進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)查。產(chǎn)品服役質(zhì)量檢驗(yàn)主要包括產(chǎn)品運(yùn)行期間的質(zhì)量監(jiān)控和產(chǎn)品檢修質(zhì)量的復(fù)查等。</p><p>　　無損探傷：壓力容器的對焊接頭無損檢測比例，一般分為全部（100%）和局部（20%）兩種。對A類焊縫接頭，進(jìn)行百分之百的射線或超聲檢測。對有無損檢測要求的角接接頭，T形接頭

84、，不能進(jìn)行射線或超聲波檢測時(shí)，應(yīng)做100%的表面檢測。無損檢測應(yīng)在其外觀質(zhì)量檢驗(yàn)合格后進(jìn)行。無損檢測的常用方法有：射線（RT）、超聲（UT）、磁粉（MT）、滲透（PT）和渦流（ET）。</p><p>　　焊縫外觀形狀檢驗(yàn)：焊縫外觀形狀尺寸檢驗(yàn)是用肉眼或者借助樣板，或用低倍放大鏡觀察焊件的外形尺寸的檢驗(yàn)方法。在測量焊縫外形尺寸時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)樣板和量規(guī)。</p><p>　　焊接成品的密閉性

85、檢驗(yàn)：載水試驗(yàn)，適用于不受壓的容器或敞口焊接的密封性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，仔細(xì)清理容器焊縫表面，并用壓縮空氣吹凈，吹干。在氣溫不低于0度的條件下，在容器內(nèi)灌入溫度不低于5度的凈水，然后觀察焊縫，其待續(xù)時(shí)間不得少于1小時(shí)。在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，焊縫不出現(xiàn)水流，水滴狀況滲出，焊縫及熱影響區(qū)表面無“出汗”現(xiàn)象，即為合格。致密性試驗(yàn)是利用惰性氣體對盛裝有毒或易燃介質(zhì)的壓力容器整體密封性能所進(jìn)行的試驗(yàn)方法。</p><p>　　防膠劑配制