专业课程设计(论文)-500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计.doc

《专业课程设计(论文)-500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专业课程设计(论文)-500m3不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计.doc（21页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、专业课程设计专业课程设计(论文论文) 题题 目目：500m3 不锈钢立式圆筒形储罐加工流程及焊接工艺设计 学生姓名学生姓名： 学学 号：号： 院院 （系）：（系）： 材料科学与工程学院 专业班级专业班级： 材料 0802 指导教师指导教师： 完成时间完成时间： 2011 年 月 15 日 西安石油大学专业课程设计（论文） I 目录目录 1 概述1 1.1 压力容器的概述1 1.2 压力容器分类1 1.2.1 按承压方式分类.1 1.2.2 按设计压力（P）分类.1 1.2.3 按设计温度（T）分类 1 1.2.4 按容器制造材料分类.2 1.2.5 按容器制造方法分类.2 1.2.6 按容器使

2、用方法分类.2 1.2.7 按容器外形分类.2 1.2.8 按容器在生产工艺过程中原理分类的作用.2 1.3 焊接接头分类2 1.3.1 A 类焊缝（对接缝或搭接焊缝，不包括角接焊缝） 2 1.3.2 B 类焊缝（对接缝或搭接焊缝，不包括角接焊缝）.2 1.3.3 C 类焊缝（对接缝或搭接焊缝或角接焊缝）.2 1.3.4 D 类焊缝（对接缝或角接焊缝）.2 1.3.5 E 类焊接接头 .3 1.4 焊缝结构的分类及设计与选用3 1.4.1 焊缝结构的分类.3 1.4.2 焊缝结构的设计与选用.3 1.5 焊条的选取原则3 1.5.1 根据工件的机械性能和化学成分.3 1.5.2 根据工作性能.

3、4 1.6 各种焊接方法的优缺点4 1.61 手工电弧焊4 1.6.2 埋弧焊.4 1.6.3 TIG 焊 （钨极氩弧焊）.5 1.6.4 CO2保护焊.5 2 焊接工艺说明6 2.1 焊接方法选择6 2.2 焊接材料6 2.3 坡口设计.8 2.4 坡口加工.9 西安石油大学专业课程设计（论文） II 2.5 焊条、焊丝直径选择. 10 2.6 焊接工艺参数10 2. 6.1 焊接电流.10 2. 6.2 电弧电压.11 2. 6.3 焊接速度.11 2.6.4 焊接线能量11 2. 7 焊接层数和顺序12 2.8 热处理及表面处理12 2.9 焊接质量的检验12 2.10 附录13 3 总

4、结13 参考文献14 附录15 附录 1.15 附录 2.16 附录 3.17 附录 4.18 附录 5.19 西安石油大学专业课程设计（论文） 1 500m3 不锈钢立式圆筒形储罐加工工艺设计不锈钢立式圆筒形储罐加工工艺设计 1 概述概述 1.1 压力容器的概述压力容器的概述 随着经济的发展,工业的进步,压力容器已经广泛用于化工、炼油等工业部门 及日常生活中。在炼化行业中，越来越多的新型、高效节能的设备得到应用， 许多装置对压力容器的要求非常高，其操作介质多为高温（或低温） 、高压、易 燃、易爆、有毒、强腐蚀等，具有相当的危险性。随着世界对海洋资源的开发， 为了适应海洋气候、恶劣的环境以及石

5、油加工的深度不断增加、操作条件越来 越苛刻，对压力容器的要求也越来越高、越来越严。世界能源危机的出现和军 事装备的竞争、核能的开发应用对压力容器提出新的要求。航天事业更是要求 压力容器为其提供坚实的基础。 在压力容器的使用中，小到不足 1m3 的气瓶，大到成千上万甚至几十万、 几百万立方米的大型压力容器，都与人们的生命息息相关，稍有不慎，就有可 能给人民的生命财产带来灾难性的后果。如核泄漏，他不仅使人民色生命受到 威胁，而且对周围环境造成毁灭性的污染，并且危害还会影响到今后几十年、 几百年。这就要求对压力容器的设计、制造、检验、安装、使用、维修、退役 等方面都必须提出严格的要求。于是作为龙头的

6、压力容器设计就显得尤为重要 了。 1.2 压力容器分类压力容器分类 压力容器的应用广泛，用途各异，因而有众多的类型和不同的结构以适应 不同的使用要求。对压力容器可以从不同的角度进行分类，分类的目的在于了 解不同类型压力容器有何特点，基本结构是这样的，适用于何种场合，进而能 对各种容器的设计、制造及管理方面有一个初步的认识。 1.2.1 按按承承压压方方式式分分类类 内压容器、外压容器 1.2.2 按按设设计计压压力力（P）分分类类 （1） 低压容器： （代号 L） 0.1MPaP1.6MPa （2） 中压容器： （代号 M） 1.6MPaP10MPa （3） 高压容器： （代号 H） 10MP

7、aP100MPa （4） 超高压容器：（代号 U） P100MPa 1.2.3 按按设设计计温温度度（T）分分类类 （1） 低温容器： T-20 西安石油大学专业课程设计（论文） 2 （2） 常温容器： -20T150 （3） 中温容器： 150T400 （4） 高温容器： T400 1.2.4 按按容容器器制制造造材材料料分分类类 钢制容器、铸铁容器、有色金属容器、非金属容器 1.2.5 按按容容器器制制造造方方法法分分类类 焊接容器、铆接容器、铸造容器、锻造容器、热套容器、多层包扎容器、 绕带容器 1.2.6 按按容容器器使使用用方方法法分分类类 固定式容器、移动式容器 1.2.7 按按容

8、容器器外外形形分分类类 圆筒形容器、圆柱形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器 1.2.8 按按容容器器在在生生产产工工艺艺过过程程中中原原理理分分类类的的作作用用 反映容器（代号 R） 、换热容器（代号 E） 、分离容器（代号 S） 、存储容器 （代号 C） 、球罐（代号 B） 1.3 焊接接头分类焊接接头分类 根据国标 GB1998钢制压力容器对压力容器主要受压部件焊接接头 主要分为 A，B，C，D，E 五类。 1.3.1 A 类焊缝（对接缝或搭接焊缝，不包括角接焊缝）类焊缝（对接缝或搭接焊缝，不包括角接焊缝） 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焊缝， 不包

9、括角接焊缝。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、或平板、矩形截面容器各侧板等上的任何焊缝，此处所说 的任何焊缝指在上述各部件的任何方向、但属 A 类的任何焊缝结构形式；球 形封头与圆筒、圆锥壳等相连接的环向焊缝。 1.3.2 B 类类焊焊缝缝（对对接接缝缝或或搭搭接接焊焊缝缝，不不包包括括角角接接焊焊缝缝） 根据 ASME 规范的规定，B 类焊缝的结构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、圆锥壳或接管上的环向焊缝；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。 1. 3.3 C 类焊缝（对接缝或搭接焊缝或角接焊缝）

10、类焊缝（对接缝或搭接焊缝或角接焊缝） 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 或角接焊缝。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。 西安石油大学专业课程设计（论文） 3 1. 3.4 D 类焊缝（对接缝或角接焊缝）类焊缝（对接缝或角接焊缝） 根据 ASME 规范的规定，D 类焊缝的结构形式可以是角接焊缝或对接焊缝。 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；接管或各种受压室与矩形截面容器个侧板相连接的焊缝；补强圈、 凸

11、缘等与壳体、封头之间的连接焊。 1. 3.5 E 类焊接接头类焊接接头 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：对接接头通常为：A、B 类，角接接头通常为：C、D 类。 A 类：各类接头中要求最高，也是应力条件最苛刻的接头； 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。 C 类：这类接头受力较小，通常采用较焊缝连接；矩形截面容器各侧板之间 的接头。 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。 1.4 焊缝结构的分类及设计与选用焊缝结构的分类及设计与选用 1.4.1 焊焊缝缝结结构构的的分

12、分类类 （1） 对接焊缝：将两快钢板或一块钢板的两个端面弯转后(如筒体纵焊缝)对 在一起进行焊接的焊缝。 （2） 角接焊缝：将两快板互成直角的连接焊缝,常出现于容器封头与接管 的连接,法兰的连接,夹套与筒体的连接等处。 （3） 搭接焊缝：指一块搭板在另一块板上进行焊接的焊缝,常用于压力容 器中的加强圈与筒体,坐垫板与器壁以及外壁上视孔凸缘与容器本体的连接焊缝。 1.4.2 焊焊缝缝结结构构的的设设计计与与选选用用 （1）作为压力容器的焊接应尽量采用对接焊缝.不仅可以提高焊接质量,而 且便于对焊缝内部进行无损检测。对于接管的焊缝,一般是角焊缝应尽量采用全 焊透的坡口结构。这样既保证了焊缝质量又可

13、以减少应力集中。 采用的焊缝结构,应减小焊缝的应力集中 （2）焊缝处的应力集中,是由焊缝内部和外部两个方面引起的。内部主要 是由于焊缝未焊透,使焊缝的内部造成几何不连续,从而形成很高的焊缝应力,这 往往是导致容器脆性破坏的始裂点.从结构上考虑,对于对接焊缝,当采用 X 型,双 V 型,双 U 型以及 U 型 V 型组合坡口,由于是双面焊,一般不会发生未焊透。饮泣 焊缝应力集中的外部原因,主要是焊缝的外部缺陷,如焊缝咬边,焊缝角变形,接缝 错边等。 西安石油大学专业课程设计（论文） 4 1.5 焊条的选取原则焊条的选取原则 1.5.1 根根据据工工件件的的机机械械性性能能和和化化学学成成分分 （

14、1）低碳钢和低合金钢按等强度原则选取,即按钢的强度等级选取相应的 焊条。注意焊条是按抗拉强度分等级的,而钢材是按屈服强度分等级的。另外,焊 缝与钢材强度应相当,以免影响焊缝的塑性和韧性。 （2）对耐热钢和不锈钢,应按化学成分相近为原则,以保证焊缝的特殊性能。 1.5.2 根根据据工工作作性性能能 （1）承受压力或动载的结构,应保证焊缝有良好的塑性和韧性,一般选用低 氢焊条。 （2）对于形状复杂,钢性大,焊后残余应力大的工件,也应选用抗裂性好的低 氢焊条。 1.6 各种焊接方法的优缺点各种焊接方法的优缺点 压力容器的承压能力和安全可靠性，在很大程度上取决于容器的制造质量。 焊接是现代压力容器制造

15、中最常用的加工方法，也是关键的工艺手段。所以合 格的焊接质量是保证压力容器的强度和安全可靠性的前提和基础。在压力容器 制造过程中常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧焊、TIG 焊、CO2保护焊等方 法。下面分别介绍： 1.6.1 手手工工电电弧弧焊焊 与别的焊接方法相比较，手工电弧焊的设备简单、易于维护、使用灵活方 便 ，便于在室内 、室外和高空作业，并且对材料的适应性广，是压力容器制 造过程中广泛使用的一种焊接方法。它具有以下优点： （1） 要求不高，工艺灵活：适合各种结构形状、各种位置的焊接并且对 焊接接头装置精度要求较低。 （2） 适应性强：设备简单，操作和维修方便，适用于不同厚度的金属材

16、料焊接。 （3） 易于通过工艺的调整（如对称焊等）来控制工件的变形，改善应力 状态。 （4） 与气焊和埋弧焊相比，金相组织较细，热影响区较小。 焊条电弧焊的不足：生产效率低，劳动强度较大，对于焊工的操作技术要 求较高。 1.6.2 埋埋弧弧焊焊 将电弧覆盖的焊剂层下燃烧，底下焊剂熔化蒸发成气体，排开周围熔渣， 西安石油大学专业课程设计（论文） 5 形成一个封闭的空腔，电弧在空腔内燃烧，不断送入焊丝，以熔滴状落入熔池 并与母材金属熔合成焊缝，埋弧焊时，熔化的焊剂对熔池金属起还原、净化和 合金化的作用。埋弧焊分为埋弧自动焊（过程全部由机械来完成）和半自动埋 弧焊（手工完成送丝） 。 埋弧焊的优点是

17、：焊接电流大、熔透深、可减小焊接坡口；焊接速度快、 焊剂保护效果好、劳动条件好、生产率高。 1.6.3 TIG 焊焊 （钨钨极极氩氩弧弧焊焊） 钨极氩弧焊是使钨极、熔池及邻近区域在氩气的保护下，利用钨极与工件 间产生的电弧进行焊接。可以加填充或不加填充丝。用作保护气体的惰性气体 有氦气与氩气。由于氦气的价格较贵，常用氩气作为保护气体，用氩气作为保 护气的钨极惰性气体保护焊称为钨极氩弧焊。 钨极氩弧焊有以下一些特点： 氩气是惰性气体，与熔化金属不反应，不会引起金属元素的氧化烧损。电 弧在气流压缩下燃烧，热力集中，熔池较小，故焊接速度较快，热影响区较窄， 焊件焊后变形小，适用于薄板焊接。由于氩气不

18、易电离，引弧时需较高的电压。 明弧焊接，便于焊工操作及调整工艺参数，焊接质量易于控制。容易实现全位 置自动化焊接。 电弧气氛中的含氢量较容易控制，可减小焊缝冷裂纹倾向。直流反极性钨 极氩弧焊，接负极的熔池表面受到正离子的猛烈撞击，高熔点的金属氧化膜被 打碎清除，此现象称为阴极雾化，可以用来焊接铝、镁等金属。 钨极氩弧焊分为手工及自动焊两种：手工钨极氩弧焊操作灵活，方便，应 用极为广泛：自动钨极氩弧焊主要用于外形规则并成批生产的直缝及环缝的焊 接。 1.6.4 CO2保保护护焊焊 利用 CO2气体在高温下分解为 CO 和 O2，氧分子继续分解为氧原子，原子 氧有强烈的氧化作用，氧化熔池中的 Fe

19、、Si、Mn、C 等元素，形成相应的氧化 物 FeO、SiO2、MnO、CO 等。产生的 SiO2、MnO 以熔渣的形式浮出，CO 逸 出到气相中。 CO2 气体保护的特点： （1） 明弧、可见度好、便于对中、操作方便、可进行全位置焊接。 （2） 电弧在气流的压缩下热量集中，熔池体积小，热影响区窄，焊件变 形小。 （3） 熔深较大，由于电弧穿透能力强，对焊件可减少焊接层数。焊后无 焊接熔渣，所以多层焊时不必中间清渣。 西安石油大学专业课程设计（论文） 6 （4） 成本低，是手工电弧焊成本的 50。适用范围广，适用于各种位置的 焊接，既适合于薄板，又适用于厚板。 CO2保护焊的缺点是：焊缝成型粗

20、糙，飞溅较大，弧光强烈及紫外线强分别为 手工电弧焊的 23 倍和 2040 倍。应加强防护。 2 焊接工艺说明焊接工艺说明 2.1 焊接方法的选择焊接方法的选择 500m3 不锈钢立式圆筒形储罐在焊接过程中，可选择的方法有：手工电弧 焊、埋弧焊、TIG 焊、CO2气体保护焊。 手工电弧焊灵便性好，可全位置焊接，宜于长短及曲线形状的焊接，适用 于低碳钢、低合金钢、耐蚀耐热钢、铝铜及其合金、异类金属的焊接，可焊厚 度范围 1.038mm，但飞溅大，效率低。 埋弧自动焊焊缝质量好，劳动条件好，飞溅小，易于长而规则焊缝的焊接， 适用于低碳钢、低合金钢，可焊厚度范围 4以上，但只能在平焊位置焊接。 TI

21、G 焊焊缝质量高，可全位置焊接，宜于曲线形状焊缝的焊接，适应于低合 金钢、有色金属的焊接，但投资大。对于低合金钢来说，常用于 4mm 以下焊材 的打底焊。钨极氩弧焊电弧稳定，可使用小电流焊接薄工件。容器和管道的环 缝封底焊采用钨极氩弧焊，可以单面焊也可以双面焊成型，焊缝质量好，功效 高。 21 号焊缝为罐壁纵缝，承受一定的内壁压力，属于 A 类焊接接头，由于焊 缝较长并规则，选用手工电弧焊定位焊和单层埋弧焊焊接的方法。 29 号焊缝为法兰和接管的对接接头，受力不大，应为全焊透接头，属于 C 类焊接接头。由于尺寸较小，位置不便，选用 TIG 焊打底和手工电弧焊进行焊 接。 2.2 焊接材料选择焊

22、接材料选择 焊接材料包括焊条、焊丝、钢带、焊剂、气体、电极、衬垫等。焊接材料选 择时应根据母材化学成分、力学性能、焊接性能，并结合压力容器的特点、适 用条件及焊接方法综合考虑选用焊接材料。 500m3 不锈钢立式圆筒形储罐的主体材料是 304L，法兰和接管的材料为 00Cr19Ni10，均为奥氏体不锈钢。 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接材料。 酸性焊条的电弧较软，飞溅少，熔渣的流动性和覆盖性好，焊缝外表美观，焊 波细密，成型平滑，抗气孔性高，对铁锈，油污敏感性小，脱渣性好，但焊缝 塑性，韧性较低。碱性焊条电弧不够稳定，熔渣覆盖性较差，焊缝形状呈凸起， 西安石油

23、大学专业课程设计（论文） 7 外观波纹粗糙，焊缝含氢量少，冲击韧性高。 表表 2.12.1 常用钢号推荐选用的焊接材料（常用钢号推荐选用的焊接材料（JB/T4709-2000JB/T4709-2000） 焊条电弧焊埋弧焊 CO2 气 保 焊 氩弧焊 焊 条焊 剂 钢 号 型号 （标准号） 牌号示 例 焊丝钢号 （标准号）型 号 （ 标 准 号） 牌号示 例 焊 丝 钢 号 （ 标 准 号） 焊丝钢号 （标准号） E347-16 （GB/T983） A13 2 0Cr18Ni10Ti 1Cr18Ni9Ti E347-16 （GB/T983） A13 7 H0Cr21Ni10Ti (YB/T509

24、2) HJ26 0- H0Cr21Ni10Ti (YB/T5091) E316-16 （GB/T983） A2020Cr17Ni12Mo2 E316-15 (GB/T983 ） A207 H0Cr19Ni12Mo2 (YB/T5092) -HJ260-H0Cr19Ni12Mo2 (YB/T5091) E316L-16 （GB/T983） A0220Cr18Ni12Mo2T i E318-16 （GB/T983） A212 H00Cr19Ni12Mo 2 (YB/T5092) -HJ260-H00Cr19Ni12Mo 2 (YB/T5091) 0Cr19Ni13Mo3E317L-16 （GB/T

25、983） - - H00Cr21Ni10Mo 3 (YB/T5091) 00Cr19Ni10E308L-16 （GB/T983） A002H00Cr21Ni10 (YB/T5092) -HJ260-H00Cr21Ni10 (YB/T5091) 00Cr17Ni14Mo2E316L-16 （GB/T983） A022- 西安石油大学专业课程设计（论文） 8 00Cr19Ni13Mo3E317L-16 （GB/T983） A242- 21 号焊缝采用埋弧焊，根据表 2.1，选用的焊丝钢号为 H00Cr21Ni10 (YB/T5092)。 29 号焊缝采用 TIG 焊和手工电弧焊，根据表 2.1，T

26、IG 焊选用的焊丝钢为 H00Cr21Ni10(YB/T5091):手工电弧焊选用的焊条型号为 E308L-16，牌号为 A002，钛钙型药皮的双相钢焊条，由于熔敷金属中含有 40%左右的铁素体，故 具有优良的抗裂性能，为酸性焊条。 表表 2.22.2 00Cr19Ni1000Cr19Ni10 的化学成分的化学成分 钢号标准号 CSiMnSPCrNi 00Cr19N i10 GB/T 1220-1992 0.031.002.000.030.035 18.00 20.00 8.00 12.00 力学性能 抗拉强度 b (MPa)：480 条件屈服强度 0.2 (MPa)：177 伸长率 5 ()

27、：40 断面收缩率 ()：60 硬度 ：187HB;90HRB;200HV 表表 2.32.3 H00Cr21Ni10H00Cr21Ni10 焊丝的化学成分焊丝的化学成分 化学成分 牌号 CMnSiCrNiMoSp H00Cr21Ni10 0.031.002.5 0 0.0619.522. 0 9.011.00.020.020.30 2.3 坡口设计坡口设计 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一下因素： （1）是否能够保证工件焊透和便于操作。 西安

28、石油大学专业课程设计（论文） 9 （2）坡口的形式应 容易加工。 （3）尽可能提高焊接生产率和节省焊条。 （4）调整焊缝金属的化学成分。 常用的坡口形式有 I、V、U、X 型，一般通过板厚来决定坡口。 表表 2.42.4 21 号焊缝坡口形式、尺寸及焊缝形式号焊缝坡口形式、尺寸及焊缝形式 I 型 坡 口 b 0-3mm 6mm 21 号焊缝为罐壁的纵缝对接接头，工件厚度 =6mm，选择的焊接方法为手工电 弧焊定位，单层埋弧焊焊接的方法，所以坡口形式设计为 I 型坡口。 表表 2.52.5 29 号焊缝坡口形式、尺寸及焊缝形式号焊缝坡口形式、尺寸及焊缝形式 V 型 坡口 60 5.6mm 60.

29、3mm 29 号焊缝为接管与法兰的对接接头，工件厚度 =5.6mm，选择的焊接方法为 TIG 焊打底,手工电弧焊填充的方法，所以坡口形式为 V 型坡口，坡口角度 西安石油大学专业课程设计（论文） 10 =60。 2.42.4坡口加工方法及清除坡口加工方法及清除 坡口加工采用机械加工，其加工精度高，也可以采用火焰切割或碳弧气刨。 对强度级别高、厚度较大的钢材，为防止其格式产生裂纹，应按焊接的预热工 艺进行预热。碳弧气刨的坡口应仔细清除余碳，在坡口两侧约 50mm 内，应严 格除去水、油、锈及脏污等。对于不锈钢材料的焊接还需满足下列要求： （1） 不锈钢焊前应将坡口两侧 20mm 范围内的水、油和

30、污垢清除干净，在 100mm 范围内涂白垩或防飞溅材料。 （2） 奥氏体不锈钢在保证焊透及焊合良好的条件下，应选用小线能量，短电 弧和多层多道焊缝工艺，层间温度不宜过高。 （3） 腐蚀性能要求高的双面焊焊缝，与介质接触表面的焊缝应最后施焊。 （4） 不锈钢储罐焊缝表面是否进行酸洗，钝化处理，应按设计文件的要求确 定。如进行酸洗钝化处理，应采取措施防止污染工地建筑物及环境。 21 号、29 号焊缝的坡口加工都采用火焰气割后经机械打磨。 2.5 焊条、焊丝直径选择焊条、焊丝直径选择 焊条、焊丝直径的选择应根据所设计的坡口尺寸来确定，综合考虑焊接 工艺性能和焊接质量。 表表 2.6 埋弧焊工艺参数埋

31、弧焊工艺参数 焊缝厚度 / 焊缝 次序 焊丝直径 / 焊接电 流/A 焊接电 压/V 焊接速度 /mh-1 焊丝牌号 6 正4.0 52555 0 283240.5 H00Cr21Ni10 表表 2.7 手工钨极氩弧焊工艺参数手工钨极氩弧焊工艺参数 焊件厚度 / 钨极直径 / 焊丝直径 / 焊接电流/A焊接电压/V气体流量 /Lmin1 2.02.02.52.011016011156.07.0 21 号焊缝采用了手工电弧焊和埋弧焊。手工电弧焊用于定位焊，埋弧焊为 焊剂垫上单面埋弧焊双面成形焊接的方法。对于埋弧焊，采用汽缸式纵缝 焊剂垫，工件厚度为 6mm,根据表 2.6，焊丝直径为 4.0mm

32、. 表表 2.8 手工电弧焊工艺参数手工电弧焊工艺参数 第一层焊缝第二层焊缝 焊件厚度/mm 焊条直径/mm焊接电流/A焊条直径/mm焊接电流/A 5.62.040704140160 29 号焊缝采用 TIG 焊打底打底，再用手工电弧焊填充的方法。对于底层焊 根据表 2.7，可以选出底层 TIG 焊的焊丝直径为 2mm；对于填充用焊条根 据表 2.8，焊条直径为 4mm. 2.6 焊接工艺参数焊接工艺参数 焊件工艺参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接线能量等。 西安石油大学专业课程设计（论文） 11 2.6.1 焊接电流焊接电流 焊接电流的大小主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、焊缝的

33、空间位置 接头形式、焊道层次等因素选取。焊接电流主要影响熔深。焊接中电流越大， 效率越高，但飞溅大，烟熏大，容易产生咬边、烧穿、焊瘤等缺陷，同时影响 焊缝成形。电流小，熔深就小，电弧不稳定，容易造成未焊透和夹渣等缺陷。 因此，在保证不烧穿和成形良好的情况下，选用较大的焊接电流。电源极性对 焊接质量也有影响，直流电源的电弧稳定，飞溅少，焊缝质量好。在焊接重要 结构件是一般选用直流焊接。交流电源较直流电源成本低，但不稳定。 21 号焊缝焊接，焊接第一层时，采用手工电弧焊，选用直流电源，工件为 负极，根据表 2.8，电流大小为 4070A；焊接第二层时，采用埋弧自动焊，根 据表 2.6，焊接电流大小

34、为 525550A。 29 号焊缝焊接，采用 TIG 焊和手工电弧焊，选用直流电源，根据表 2.7， 底层 TIG 焊时电流大小为 110160A，根据表 2.8，第二层手工电弧焊的电流 大小为 140160A。 2.6.2电弧电压电弧电压 电弧电压主要由弧长决定，弧长越长，电弧电压越高；电弧越短，电弧电压 越低。电弧电压主要影响焊缝的宽窄，电弧电压高时，焊缝较宽，反之较窄。 而焊缝的宽度主要由焊条的横向摆动来控制，因此电弧电压对焊缝的影响不是 很大。电弧拉的太长时，电弧燃烧不稳定，飞溅较大，熔池保护不好，容易引 起咬边、未焊透、气孔等缺陷。焊接时焊接电弧不宜太长，一般电弧长度不超 过焊条直径

35、。操作时碱性焊条的电弧长度比酸性焊条的电弧长度要短。钨极氩 弧焊时通常使弧长近似等于钨极直径。 21 号焊缝焊接，焊接第一层时，采用手工电弧焊定位，根据电源输出特性曲 线得，焊接电压为 2123V；采用埋弧焊时，焊接电压为 2832V。 29 号焊缝焊接，焊接第一层时，采用 TIG 焊，根据电源输出特性曲线得，焊 接电压为 1115V，焊接第二层时，采用手工电弧焊，电弧电压需控制在 2529V。 2.6.3焊接速度焊接速度 焊接速度主要影响焊缝成形。速度太快，成形不好，容易引起未焊透。 速度太慢，容易引起焊瘤等。手工电弧焊时，电弧电压和焊接速度可以灵 活掌握，但必须保证焊缝焊透，并且达到所要求

36、的外形尺寸和强度。自动 焊时，机械化程度高，焊机速度固定。 21 号焊缝焊接采用手工电弧焊定位焊时，焊速应在 10-12cm/min 左右， 单层埋弧焊时，焊速应在 100cm/min 左右。 29 号焊缝焊接采用 TIG 打底时，焊速应在 20cm/min 左右；采用手工电 弧焊时，焊接速度需控制在 10-12cm/min，依具体情况而定。 西安石油大学专业课程设计（论文） 12 2.6.4焊接线能量焊接线能量 焊接线能量是指单位长度焊缝所得到的焊接电弧热能量。 =IU/v 式（2-1） 式中 焊接线能量 I焊接电流 U焊接电压 V焊接速度 热效系数 根据公式,焊接线能量由 I、U、V、等参

37、数决定，改变 I、U、V 参数，可 以改变线能量。I、U 一定时，V 增大，减小，V 减小，增大；V 一定时， I、U 增大，减小，I、U 增大，增大。 2.7 焊接层数和顺序焊接层数和顺序 在焊接厚度较大时，需要采用多层焊，多层焊有利于提高焊缝的塑性和韧性， 但是层数过多会增加变形倾向。对于低碳钢、低合金钢、不锈钢，每层焊缝厚 度对焊缝质量有一定影响，经验认为：每层焊缝厚度等于焊条直径 0.81.2 倍， 最好不大于 45mm。 n=/d 式（2-2） 式中 n层数 工件厚度 d焊条直径 21 号焊缝以手工电弧焊定位，单层埋弧焊焊接。第一层焊缝用手工电弧焊 焊接，焊条 =2.00mm，第二层

38、用 埋弧焊焊接，焊丝 =4.00mm.焊缝层数 2 层。 29 号焊缝以 TIG 焊打底打底，再以手工电弧焊填充， TIG 焊的焊丝直 径 2.00mm；手工电弧焊的焊条直径为 4.00mm,焊缝层数为 2 层。 2.8 热处理说明热处理说明 储罐的主体材料为 00Cr19Ni10，是比 0Cr19Ni9 碳含量更低的 奥氏体不 锈钢，耐晶间腐蚀性优越，可用作焊接后不进行热处理部件类。 但对一 些耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件需要进行焊后稳定化退火处理。 对于焊条使用时应保持干燥，A002 钛钙型应经 150干燥 1 小时 (不能多 次重复烘干，否则药皮容易开裂剥落)，防止焊条药皮粘油及其它脏物

39、，以 免致使焊缝增加含碳量和影响焊件质量。而焊丝在使用前应进行仔细清理 西安石油大学专业课程设计（论文） 13 （去油、去锈等），一般不需要进行烘干处理。 2.9 焊接质量检验焊接质量检验 焊接检验包括焊前、施焊过程、焊后三部分。焊前要检验母材、焊接材料、 焊接坡口及清理，焊条、焊剂按规定烘干和保温，焊丝需去除油锈，保护气体 应干燥。施焊过程中，应按焊接参数、焊接工艺进行焊接。焊后要对焊接接头 进行全面质量检验，其中包括外观、无损探伤、焊接试板和气密性试验等。 压力容器焊接接头的外观质量必须符合下列要求： （1） 形状、尺寸及外观质量应符合技术标准和设计图样的规定。 （2） 不得有表面裂纹，未

40、焊透、未未熔合、气孔、弧坑未填满和肉眼可见的 夹渣缺陷。焊缝的熔渣和两侧的飞溅必须清理干净。 （3） 焊缝和母材应圆滑过渡。 （4） 对于焊缝咬边深度，长度应符合规定。 （5） 角焊缝的焊角高度，应符合标准和设计图样要求，外形应平缓过渡。 无损探伤：压力容器的对焊接头无损检测比例，一般分为全部（100%）和 局部（20%）两种。对其 A 类焊缝接头，进行百分之百的射线或超声检测。对 有无损检测要求的角接接头，t 形接头，不能进行射线或超声波检测时，应做 100%的表面检测。无损检测应在其外观质量检验合格后进行。无损检测的常用 方法有：射线（RT） 、超声（UT） 、磁粉（MT） 、渗透（PT）

41、和涡流（ET） 。 焊接成品的密闭性检验：载水试验，适用于不受压的容器或敞口焊接的密 封性试验。试验时，仔细清理容器焊缝表面，并用压缩空气吹净，吹干。在气 温不低于零摄氏度的条件下，在容器内灌入温度不低于 5 度的净水，然后观察 焊缝，其待续时间不得少于 1 小时。在试验时间内，焊缝不出现水流，水滴状 况渗出，焊缝及热影响区表面无“出汗”现象，即为合格。致密性试验是利用 惰性气体对盛装有毒或易燃介质的压力容器整体密封性能所进行的试验方法。 不锈钢储罐在焊接完成后，应检验其气密性和对焊接接头进行探伤。对 21 号焊缝进行 100%射线探伤，29 号焊缝进行 20%的射线（RT）探伤，对配制罐 进

42、行致密性试验。 2.10附录附录 500m3 不锈钢储罐加工工艺流程图（见附录 1） 500m3 不锈钢储罐焊缝定位编号图（见附录 2） 500m3 不锈钢储罐焊缝接头名称 （见附录 3） 焊接工艺卡（1） （见附录 4） 焊接工艺卡（2） （见附录 5） 3 总结总结 西安石油大学专业课程设计（论文） 14 这是我们第二次做课程设计，不过与第一次做的时候情况有很多不同。第 一次做的是机械设计，要画大图，还要手写的论文。这一次是我们真正接触专 业课程设计，心里有些拿不准，刚开始不知道该如何下手。 从接到任务书到现在已经有两周的时间，在这两周里我从无从下手到了解 掌握，我忽然觉得小有成就，我对不

43、锈钢储罐的加工整个流程有了系统的认识， 并且在整个过程中了解到了许多以前并不在意的东西，加深了对专业知识的掌 握，并对我们专业有了更深的了解，对我今后的学习会起了很好的指导作用。 焊接是一种重要的材料加工工艺。随着人类社会对物质文明的追求、各种 新型材料的不断开发及科学技术的不断发展，焊接技术已成为一门独立的学科。 它广泛的应用于石油化工、电力、航空航天、海洋工程、核动力工程、微电子 技术，桥梁、船舶、潜艇，以及各种金属结构等工业部门。可以预料，在推动 我国的经济建设和发展的经济建设和发展科学的事业上，焊接技术将其重要作 用。 此次设计题目是 500m3 不锈钢圆形立式储罐流程及焊接工艺设计，

44、其中我 重点做两条焊缝的设计，在做整个设计时，我首先感觉到自己学到的东西太少， 这时候才恨自己平时学的太少，肚子里似乎没有墨水，有一种悔恨而又痛心的 感觉;其次是设计的意义，所谓设计，它不同于我们平时的学习，答案是唯一的， 它又太多的选择，抉择很痛苦，确实如此。整个设计我们做的不是没答案，是 太多的答案让我不知道该怎么选择如焊剂、焊丝材料的选择以及坡口的设计； 再次这次设计让我学会了许多以前很难学到，就拿查资料来说，以前我们仅仅 是翻翻课本，及部分资料，太单一，此次设计是我们充分利用了一切可以利用 的东西，尤其是互联网的应用。在这一段时间里我熟练的掌握了 Word，Auto CAD，总之，这次

45、设计对我影响很大，受益匪浅。在整个设计中，不仅是我对 压力容器有了全面的了解，对整个焊接工艺有了充分的了解，更重要的使我慢 慢对工业设计有了整体认识，有了一定的设计思路，尤其是焊接工艺的设计。 我相信此次设计会对我以后的工作和学习都会产生深远的影响。 最后，对在设计当中尽心指导我们的老师及帮助我的同学送上我最真挚的感 谢！ 参考文献参考文献 1 焊接结构及生产设计贾安东编著 天津大学出版社 2 陈裕川. 钢制压力容器焊接工艺 M. 北京：第二版机械工艺出版社，2010. 3 李坤、李志伟. 最新压力容器设计手册. 宁夏大地音像出版社，2007. 4 焊工手册张力应主编 中国电力出版社 5 赵熹

46、华. 焊接检验 M. 北京：机械工业出版社，2011 西安石油大学专业课程设计（论文） 15 6 姜焕中. 电弧焊及电渣焊 M. 上海交通大学出版社，1984. 7 上海焊接技术协会.电焊工实践.上海科学技术出版社 8 李亚江.低合金钢焊接及工程应用M.化学工业出版社.1995 9 焊接工程基础熊腊森主编 机械工业出版社 10 赵品、谢辅洲. 材料科学基础教程 M.哈尔滨工业大学出版社，2009. 附录附录 1 500m3 不锈钢储罐加工工艺流程图: 西安石油大学专业课程设计（论文） 16 筒体下料 温卷 纵缝焊接 纵缝探伤 组装各筒体节 环缝焊接 环缝探伤 配件组装配件焊接 水压实验致密性实

47、验 纵缝组装 入库 顶盖材料检验 顶盖下料 板料搭接 焊接成型 开孔 封头装加强圈 坡口加工 法兰检验 坡口加工 焊接成型 坡口加工 护栏材料检 验 接管外购 接管检验 接管切割 坡口加工 材料检验 筒体分封头组装 环缝焊接 环缝探伤 坡口加工 环缝组装 油漆工装 审核竣工图 审核产品质量证 书 签发合格证 柱体成形 确定顶盖口形 形 法兰外购 罐体成形 顶盖柱体焊接 划筒体开孔 西安石油大学专业课程设计（论文） 17 附录附录 2 500m3 不锈钢储罐的焊缝定位图： 西安石油大学专业课程设计（论文） 18 附录附录 3 500m3 不锈钢储罐的焊缝接头名称： 焊缝编号接头名称焊缝等级焊缝编

48、号接头名称焊缝等级 1接管与筒体角接B18护栏与罐体间的焊接C 2人孔焊缝C19顶盖与筒体对接A 3接管与筒体与加强圈角接B20壁板纵缝对接接头A 4加强圈与罐壁角接D21筒体纵缝A 5承压盖与圆筒壁搭接A22筒体环缝B 6接管组件焊接A23筒体纵缝A 7接管与筒体角接A24补强圈与筒体对接C 8接管组建与项板焊接接A25筒体纵向焊缝A 9接管与壳体角焊缝A26筒体环缝焊接 B 10人孔焊缝A27筒体纵缝A 11接管与平盖的对接A28接管与筒体与加强圈角接C 12顶盖板与板焊接A29法兰与接管的对接C 13顶盖板与板焊接A30备用管与筒体角接B 14顶板与顶板搭接A31筒体纵缝A 15管件焊接接头C32罐底对接焊缝A 16平台支架焊接B33加热盘管和筒体对接C 17碳素钢之间的 T 型接头C34集液槽与罐底搭接D