全焊接球阀工艺及焊接架设计说明书Word格式.docx

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2、全焊接式结构

球阀阀体由6部分锻造的壳休装配后焊接而成，结构紧凑、整个球阀挥然一体．目前日内生产使用的大口径球阀多为分体三片式构造，各部分之间采用螺栓连接。

与三片式球阀相比，在强度相同的情况下全焊接式球阀锻件的壁厚可做得很薄。

阀门重量可减轻四分之一，而日对管道弯曲和挤压的抵抗力增强；

由于取消了阀体法兰和螺栓。

外形尺寸电减小。

同叫还消除了潜在的外漏通道。

另外，闹体焊接结构内部曲线流畅．保持了与管道的润滑连接无死角，介质流动性好。

3、阀体与焊接材料分析

1.阀体材料成分分析

全焊接球阀阀体材料通常采用碳素钢或低合金钢，如ASTMA105、A694、A350、A516等，其化学成分对焊接时结晶裂纹的形成有着重要影响。

焊接时，焊缝中的S、P等杂质在结晶过程中形成低熔点共晶。

其中硫对形成结晶裂纹影响最大，但其影响又与钢中其他元素含最有关，如Mn与S结合成MnS而除硫，从而对S的有害作用起抑制作用。

Mn还能改善硫化物的性能、形态及其分布等。

因此，为了防止产生结晶裂纹，对焊缝金属中的Mn/S值有一定要求。

Mn/sS值多大才有利干防止结晶裂纹，还与含碳量有关。

含C量愈高，要求Mn/S值也愈高。

Si、Ni及杂质的过多存在也会增加S的有害作用。

严格控制阀体材料采购时的化学成分，制定相关的材料采购标准，是有效避免阀门焊接时产生结晶裂纹的有效途径之一。

2.焊丝与焊剂选择

（1）焊丝材料选择：

焊丝主要作为填充金属，向焊缝添加合金元素，直接参与焊接过程中的冶金反应，其化学成分和物理性能不仅影响焊接过程中的稳定性、焊接接头性能和质量，同时还影响着焊接生产率。

焊丝材料的选择主要根据阀体材料来进行。

对常用阀体材料，通常所选用的焊丝材料有碳素钢焊丝如H08MnA、低合金钢焊丝如H10Mn2。

同时，焊丝直径的选择对焊缝形状也有着较大影响，在焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时，焊缝熔深与焊丝直径成反比，熔宽与焊丝直径成正比。

对于全焊接球阀常采用的埋弧自动焊，其焊丝直径一般为2.5~6mm。

（2）焊剂材料选：

择焊剂在焊接过程中起隔离空气、保护焊缝金属不受空气浸害和参与熔池金属冶金反应的作用。

当焊丝确定后，配套用的焊剂则成为关键材料，它直接影响焊缝金属的力学性能（特别是塑性及低温韧性）、抗裂性能、焊接缺陷发生率及焊接生产率等。

这就要求焊剂必须具有良好的冶金性能和工艺性能；

颗粒度符合要求（普通焊剂颗粒度为0.45~2.50mm，0.45mm以下的细粒不得大于5%，2.50mm以上的粗粒不得大于2%；

细颗粒度焊剂粒度为0.28~1.425mm，0.28mm以下的细粒不得大于5%，1.425mm以上的粗粒不得大于2%）；

含水量w（H2O）≤0.10%；

机械夹杂物的含量不得大于0.30%（质量分数）；

含硫磷量w（S）≤0.060%，w（P）≤0.080%。

根据所选用焊丝材料，及阀体材料化学成分，焊剂多选用高硅型熔炼焊剂或高碱度烧结型焊剂。

3.影响焊缝形状、性能的因素

（1）焊接艺参数的影响

1）焊接电流。

当其他条件不变时，熔深与焊接电流变化成正比，电流小，熔深浅，余高和宽度不足；

电流过大，熔深大，余高过大，易产生高温裂纹。

2）电弧电压。

电弧电压与电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的焊剂不同，电弧空间电场强度不同，则电弧长度不同。

当其他条件不变时，电弧电压低，熔深大，焊缝宽度窄，易产生热裂纹；

电弧电压高时，焊缝宽度增加，余高不够。

埋弧焊的电弧电压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧，所以电弧电压的变化范围是有限的。

3）焊接速度。

焊接速度对熔深和熔宽都有影响，通常情况下熔深和熔宽与焊接速度成反比。

焊接速度对焊缝断面形状也有影响，一般焊接速度过小，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，在提高焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证焊缝质量。

4）焊丝直径。

焊接电流、电弧电压和焊接速度一定时，熔深与焊丝直径成反比关系，但这种反比关系随电流密度的增加而减弱。

（2）工艺条件对焊缝成形的影响

1）焊缝坡口形状、间隙的影响。

在其它条件相同时，增加坡口深度和宽度，焊缝熔深增加，熔宽略有减小，余高显著减小。

2）焊剂堆高的影响。

焊剂堆高应保证在丝极周围埋住电弧，一般在25~40mm。

当使用黏结焊剂或烧结焊剂时，由干密度小，焊剂堆高比熔炼焊剂高出20%~50%。

焊剂堆高越大，焊缝余高越大，熔深越浅。

3）焊丝、焊嘴与工件倾角对焊缝成形也有较大的影响。

在全焊接球阀焊接过程中，应尽量保证焊嘴、焊丝垂直干工件表面。

（4）　焊缝截面积的影响

　　焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。

焊缝面积越大,冷却时收缩引起的塑性变形量越大,焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的,而且是起主要的影响,因此,在板厚相同时,坡口尺寸越大,收缩变形越大。

（5）　焊接热输入的影响

　一般情况下,热输入大时,加热的高温区范围大,冷却速度慢,使接头塑性变形区增大。

（6）　焊接方法的影响

　　多种焊接方法的热输入差别较大,在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中,除电渣以外,埋弧焊热输入最大,在其他条件如焊缝断面积等相同情况下,收缩变形最大,手工电弧焊居中,ＣＯ2气体保护焊最小。

（7）　接头形式的影响

　　在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时,不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。

常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。

　　1）表面堆焊时,焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束,而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束,因此,变形相对较小。

　　2）Ｔ形角接接头和搭接接头时,其焊缝横向收缩情况与堆焊相似,其横向收缩值与角焊缝面积成正比,与板厚成反比。

　　3）对接接头在单道（层）焊的情况下,其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大,在单面焊时坡口角度大,板厚上、下收缩量差别大,因而角变形较大。

双面焊时情况有所不同,随着坡口角度和间隙的减小,横向收缩减小,同时角变形也减小。

全焊接球阀采用埋弧自动焊，配合以空冷或风冷方式进行焊接。

（8）　焊接层数的影响

　　1）横向收缩:

在对接接头多层焊接时,第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律,第一层以后相当于无间隙对接焊,接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似,因此,收缩变形相对较小。

　　2）纵向收缩:

多层焊接时,每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多,加热范围窄,冷却快,产生的收缩变形小得多,而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束,因此,多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多,而且焊的层数越多,纵向变形越小

4、焊接过程及分析

1.焊接及分析

焊接试验采用圆筒进行，材料A105。

其主要目的是试验验证和确定阀体原材料、焊丝直径、焊剂牌号，优化焊接坡口结构及焊接参数，预测和控制焊接时温度变化、变形量和焊接残留应力，为全焊接球阀的生产设计提供参考依据。

焊接试验系统由电流电压测量系统、位移变形测量系统、温度测量系统三部分组成。

1）焊接时温度侧定。

根据温度测定的结果（如图1所示），在球阀焊接时，控制层间温度不超过阀座密封圈的安全使用温度150℃，不会对阀门密封性能造成影响。

图1距离焊缝中心25mm处的温度变化曲线图

2）焊接变形的测定。

圆筒焊接采用内径为600mm，厚度50mm左右的圆简进行。

焊接时圆筒两端无束缚，焊接完成后，测得的圆筒变形轴向方向约为2.5mm，径向方向约为1.5mm。

在全焊接球阀设计过程中，需考虑此焊接变形对球阀密封性能的影响，适当调整阀座与阀体之间的配合间隙。

焊接时可采用不同的辅助方式如风冷、振动，改善焊接时工件的变形。

通常情况下，振动焊接时变形较小，风冷其次。

3）焊接残留应力的测定。

焊后通过不通孔法测量焊接残留应力。

焊接残留应力分布曲线如图2所示。

图2残留应力分布图

侧定结果表明，距离焊缝中心位置越远，残留应力越小。

对球阀阀体焊缝结构进行合理的设计，可有效降低阀体焊接后因变形而产生的残留应力。

同时，焊接时采用不同的辅助方式如振动、风冷，可不同程度上降低焊接后残余应力。

通常情况下，振动焊接可有效释放焊接后的残留应力。

焊接完成后，X射线探伤和超声波探伤完全合格；

力学性能评定，拉伸试验、冲击试验和侧弯试验合格；

焊缝热影响区按JB4708测定合格。

5、全焊接球阀的焊接工艺参数选择。

全焊接球阀锻钢阀体壁厚通常在40~50mm以上，宜采用窄间隙坡口埋弧焊，坡口底层间隙为8~35mm，坡口角度为1°

~7°

，每层焊缝道数为1~3，常采用工艺垫板打底焊。

为使焊丝送达窄坡底层，需设计能插人坡口内的专用窄焊嘴，焊丝向下伸长度常取45~75mm，以获得较高熔敷速率。

焊接时采用专用焊剂，其颗粒度一般较细，脱渣性应特好，并满足高强韧性焊缝金属性能。

为保证焊丝和电弧在深而窄坡口内的正确位置，必要时须采用自动跟踪控制。

二、滚轮架的选取

1、滚轮架的定义

滚轮架借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形（或圆锥形）焊件旋转的装置

自调式滚轮架适用于圆形筒体的焊接，可根据筒体大小自行调节。

可调式滚轮架可调式滚轮架有手动丝杆可调式、手动螺栓移位式和电动滑板移位式三种。

通过调整滚轮的中心距，适用不同直径筒体。

滚轮架系列由自调式、可调式、平车式、可倾斜式、防轴向窜动等多种形式。

用于圆柱形筒体的焊接、抛光、衬胶及装配等，自调节式滚轮架可根据筒体大小自行调节，可调式滚轮架可采用丝杆调节，螺钉分档调节等，采用交流变频器控制，线速度为数字显示，先进可靠

1）自调式滚轮架　　

自调式滚轮架以主付机两组为一套，即主动滚轮架和被动滚轮架自调型系列主被动架各组为四个滚轮，滚轮采用内铁芯，外橡胶的结构制成。

经久耐用，使用时无震动。

主动滚轮架的运转由调速电机通过二个蜗轮减速箱同步传动运转，采用调速控制器实现无级变速。

机械传动噪声低，工件回转稳定，工件回转线速度为5-70m/h（为无极变速）各组钳形架在工件直径达一定范围内进行自动调节，在最小直径时，各组钳形架的下轮在同一水平线上（不同吨位的滚轮架，工作范围各不相同）。

各吨位的滚轮架工作范围不得超过最大直径尺寸。

自调式滚轮架

2）可调式滚轮架　　

可调式滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩擦力，带动焊件旋转的变位机械。

可调式滚轮架只有一个滚轮部件是主动滚