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1、20g压力容器制造中的焊接工艺焊接综合课程实践压力容器制造中的焊接工艺制定学院：专业：班级：学牛：学号：指导老师：摘要压力容器是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门 都起着重要作用的设备。而由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧 起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故， 因此世界各国均将其列 为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监 督检查和技术检验。同样的，对于它的生产要求也不能放松。焊接作为压力容器 生产的主要环节，可谓是重中之重。本文从压力容器焊接接头设计、压力容器母材的焊接性分析、焊接材料的选 择及常用的焊接方法及基本

2、工艺过程等方面简单地介绍了压力容器焊接方面的 基础知识。基于手工电弧焊设备简单、工艺灵活及对各种刚适应性强等特点，手 工电弧焊成为压力容器最主要的焊接方法， 本文详细的介绍了手工电弧焊和埋弧 焊在压力容器焊接中的应用及常见的焊接缺陷和预防方法及焊后检测处理方法。当然编者水平有限，文中的错误或不足之处在所难免，望批评指正。关键词：压力容器，手工电弧焊，埋弧焊，焊接性。摘要 第一章 概述 1.1压力容器简介 1.2产品结构分析 1.320g钢概述 1.4元素对焊接性影响 1.520g钢焊接性分析 第二章压力容器的结构设计与生产工艺 2.1容器类别的确定 2.2容器结构设计 2.2.1圆筒的设计 2

3、.2.2封头形状及尺寸设计2.2.3接管尺寸设计 2.3水压试验应力校核 2.4容器的生产工艺 2.4.1圆筒的生产 2.4.2封头的生产 2.5容器整体装配工艺 第三章压力容器的焊接工艺设计 3.1焊接方法的特点 3.1.1焊条电弧焊 3.1.2C02 气体保护焊 3.2圆筒纵缝的焊接材料及工艺参数 3.3 封头与圆筒焊缝的焊接材料及工艺参数 3.4圆筒与接管焊缝的焊接材料及工艺参数 3.5焊前准备 3.5.1坡口的选择 3.5.2坡口清理和焊材的使用 3.6焊接顺序 第四章 压力容器焊后检验 4.1焊后热处理 4.2焊后检查 4.3无损检测 4.4压力试验 4.5气密性试验 结论 参考文献

4、 附录A 附录B 附录C 第一章概述1.1压力容器简介压力容器是内部或外部承受气体或液体压力的密封型结构件，用途十分广 泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着 重要作用的设备，要求的运行寿命也比较长，以前一般要求寿命为 10年，现在通常要求2030年，甚至有的要求5060年。压力容器在工作状态下承受一定介 质的压力，其介质可能是静止可能是流动的， 介质的状态也是多种多样，可能是 液体、气体或气液并存。其工作温度可能是常温、中温或高温，有的则是在低温 环境下运行。按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。压力容器按照设计压 力（P）划分为低压、中压、高压和超

5、高压四个压力等级。按盛装介质分为：非 易燃、无毒、易燃或有毒、剧毒。按工艺过程中的作用不同分为反应容器、换热 容器、分离容器和贮运容器。压力容器的分类方法很多：按承受压力的等级分为 低压容器（0.1MPa pv 1.6MPa、中压力容器（1.6MPa pv 10MPa、高压容器 （10MPaC pv 100MPa和超高压容器（100MPa；按照主体部分的厚度分类， 一 般认为板厚0.55mm为薄壁容器；板厚632mm为中厚壁容器；板厚大于 40mm 为厚壁容器。压力容器安全技术监察规程采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考 虑介质危险性以及容器在生产过程中的作用的综合分类方法， 以有利于安全技

6、术 监督和管理。该方法将压力容器分为三类：第三类压力容器，具有下列情况之一的，为第三类压力容器：高压容器；中 压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）中压储存容器（仅限易燃或毒性程 度为中度危害介质，且PV乘积大于等于10MPa m3）;中压反应容器（仅限易燃 或毒性程度为中度危害介质，且 PV乘积大于等于0.5MPa m3）;低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且乘积大于等于 0.2MPa m3）; 高压、中压管壳式余热锅炉；中压搪玻璃压力容器；使用强度级别较高 （指相应 标准中抗拉强度规定值下限大于等于 540MPa的材料制造的压力容器；移动式压 力容器，包括铁路罐车（介质为液化

7、气体、低温液体）、罐式汽车液化气体运输 （半挂）车、低温液体运输（半挂、车、永久气体运输（半挂、车 和罐式集装箱 （介质为液化气体、低温液体）等；球形储罐（容积大于等于50m3；低温液体储 存容器（容积大于5m3。低温液体储存容器（容积大于5m3）。第二类压力容器，具有下列情况之一的，为第二类压力容器：中压容器； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；低压反应容器和低压储存容 器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；低压管壳式余热锅炉；低压搪 玻璃压力容器。第一类压力容器，除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。可见，国 内压力容器分类方法综合考虑了设计压力、几何容积、材料强度、

8、应用场 合和介质危害程度等影响因素对于压力容器不同部位，选择不同的焊接方法，制定相应的焊接工艺。焊接 工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求 来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊等。确定焊接方 法后，再制定焊接工艺参数，如手弧焊主要包括：焊条型号、直径、电流、电压、 焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。本次的焊接综合课程设计的目的在于让我们焊接专业学生综合运用专业课程中所学到的理论知识去独立完成一个综合课程设计与实践课题， 并通过查阅手册和文献资料，以工程视角独立分析问题和解决实际问题， 培养严肃认真的工作 作风和严谨的科学

9、态度，以适应将来工作实际的需要。1.2产品结构分析设计数据：圆筒壁厚6mm、容器总长度1000mm、圆筒外径 650mm、接管20mm、母材：20g钢通过对设计图纸的分析，结合常见压力容器的结构及生产过程中的焊接工 艺，分析得到图1.2图1.2容器结构分析简图在实际生产中，最主要考虑的是压力容器圆筒、封头的制造工艺及整体的装 配，圆筒纵缝、封头与筒体的焊缝、容器附件的焊接工艺。根据压力容器的分类 标准可知，厚度6mm属于中厚压力容器，因此本次设计的内容就是压力容器圆 筒和封头的制造工艺，以及上图中三种类型焊缝：圆筒纵焊缝、圆筒与封头焊缝 和圆筒与接管焊缝的焊接工艺。1.320g钢的概述20g属

10、于钢材中的一种材质，按照含碳量为优质碳素钢，属于锅炉用钢， g为锅炉用钢中“锅”的第一个字母，适用6 150mm的钢板，它除了具有较好的 弯曲、冲击和抗拉性能，还含有一些微量元素更适合用作锅炉压力容器使用的特 性，因此广泛用于制造各种锅炉受压元件，在 2008年钢号标准改为Q245R。表1.1 20g钢的化学成分牌号化学成分（%）CSiMnPS20g 0.240.150.300.350.65 0.035 2Do/1000=1.3，而算得 S h=5mr S min，满足要求。所以 S = S h+C=5+1.8=6.8mm整圆后取7,即椭圆形封头壁厚7mm根据封头的最大许用工作压力的计算公式：

11、式中：S eh为封头的有效厚度；K 为椭圆形封头形状系数，K=1;代入数据可得最大许用工作压力Pw=3.80MPa通过查标准JB/T47462002钢制压力容器用封头表 B.1h和B.2，可得 EHB椭圆形封头参数见表2.1 :表2.1 EHB椭圆形封头参数公称直径总深度曲面咼度直边高度内表面积容积V质量m/mmH/mmh1/mmh/mm/ m2/m3/kg650188161270.50900.044223.82.2.3接管尺寸设计已知法兰公称直径 20mm,查HGT205922009钢制管法兰和常见压力 容器手册，可以得到配合使用的接管尺寸如表 2.2表2.2 接管参数公称直径/mm接管外径

12、/mm公称压力/MPa壁厚/mm50574.03.52.3水压试验应力校核根据压力容器安全技术检查规程 2009选择试验方法为水压试验，水压试验时的压力：Pt=1.25P=1.25 X 2.26=2.825MPa圆筒的薄膜应力为：.2.825 X (638+6) / 12=151.6MPa 丁 2&即 - 9 00；萨 X 1 X 245=220.5MPa 151.6MPa所以水压试验合格。2.4容器的生产工艺2.4.1圆筒的生产当圆筒的外径在800mm以下时，可以采用单张钢板卷制圆筒体，筒体上只 有一条纵焊缝。其制造工艺流程如下：1下料：内筒总长800mm内径 538mm板厚6mm内筒的展开

13、按中性层内 径展开，由周长公式 L=n d=3.14 X 650=2042mm所以筒体展开尺寸为 2042m材 624mm 6mm2边缘加工：下料后的钢板，由于边缘受到气割的热影响，需要刨去热影响 区及切割时产生的缺陷，同时考虑歪料加工到规定尺寸和开设坡口， 采用刨边机 进行边缘加工，也可以采取在筒体滚圆后再进行边缘加工的方法。3钢板的卷制：一般是在卷板机上冷卷制作，卷制过程中要经常用样板检查 曲率，卷制后保证其纵焊缝处的棱角、径纵向错边量均符合规范中的技术要求。4纵缝装配与焊接：纵缝组对要求比环缝高得多，但纵缝的组对比环缝简单。对薄壁小直径筒体，可在卷板后直接在卷板机上组对焊接， 对厚壁大直

14、径筒体要 在滚轮架上进行，组对时需要一些装配夹具或机械化装置， 如螺钉拉紧器、杠杆螺旋拉紧器等，利用它们来校正两边的偏移、 对口错边量和对口间隙，以保证对 口错边量和棱角度的要求。5矫圆：纵向焊缝焊接后，筒体的圆形可能产生变形或偏差， 对此需要用卷板 机进行滚扎矫形以满足圆度要求。 滚扎矫形可以采用热滚矫形或冷滚矫形， 对于 壁厚较小的筒体一般采用冷滚矫形。2.4.2封头的生产压力容器的封头可以是球形、椭圆形，碟形，一般是用板材冲压成形，在某 些情况也采用锻件的，以法兰的形式，用高强度螺栓连接形成封头。其制造工艺 流程如下：封头制造工艺济程图钢板的复检T预处理卩并接焊缝装死必缘加工卜聞视I +

15、j十次切割l1下料：标准椭圆形圭寸头坯料尺寸计算可根据下式:Dp 二 k(Dn S) 2h 100式中D p毛坯料直径（mr）D n 封头内径（mr）S 圭寸头壁厚（mr）h 直边量（mr）100二次切割余量及防止压偏量（mrj）;由公式计算得：封头坯料尺寸 Dp=1.2 X 650+100+100=980mmU割加工后的坯料 直径为980mm钢板的下料采用数控火焰切割机进行切割。2边缘加工：下料后的钢料，由于边缘受到气割的热影响，需要刨去热影响 区及切割时产生的缺陷，同时考虑歪料加工到规定尺寸和开设坡口， 采用刨边机 进行边缘加工。3拼接焊缝装配：封头一般多用整块板料冲压，但当钢板宽度不够时

16、，可采用锡板拼接，有一种方法是用两块或左右对称的三块板材拼焊， 其焊缝必须布置在直径或弦的方向上。拼焊后，焊缝不能太高，否则冲压时模具与焊缝间将产生 很大的摩擦，阻碍金属流动，同时可能因变形不均匀产生鼓现象，加上冲压时边 缘部分增厚，摩擦和压力都很大，为此，靠边缘部分的焊缝也应打磨平整。4加热压制：在封头冲压过程中，为避免加热时变形太大和氧化损失过大，以及冲压时坯料失去稳定性，除了薄板坯料采用冷冲压外，绝大多数封头是利用 金属坯料塑性变形大的特点，多选择热冲压成形。热冲压时，为保证成形质量， 对坯料采用快速加热，并控制加热的起始温度，对低碳钢加热温度为 9001050C，终止温度约为700E

17、,。由于冲压变形量大，一般应取上限值，而且坯料 加热时，为防止脱碳及产生过多的氧化皮等， 可在坯料表面涂抹一层加热保护剂。 整体封头的冲压过程为先将工件加热到 1100C。然后将其放在下模上，并对准中心，放下压边圈，将坯料压紧到合适程度，以保证冲压时使坯料各处能均匀变形，防止封头产生波纹和起皱， 开动压力机加压，使坯料逐渐变形并落入下模。最后上提凸模使封头与上模脱离。5二次切割：由于封头压延变形量很大，坯料尺寸很难确定，因而在压制前坯料必然放有余量，同时为了与筒体装配，对已经成形的封头还要正确切削其边 缘，一般应先在平台上划出保证封头直边高度的加工位置线， 然后用氧气切割或等离子切割割去加工余

18、量。6封头的机械加工：如果封头的断面坡口精度要求较高或其他形式坡口需机 加工，可以在立式车床上车削，以适合筒体焊接，如果封头上开设有人孔密封面 也可一并加工，封头加工完成后，要对主要尺寸进行检验，以保证能与筒体装配 焊接。2.5容器的整装配工艺容器总装包括圆筒与封头、圆筒与接管、法兰、人孔、支座等附件的装配。 其工艺流程如下：薛配焊接工艺I简节间或筒节与封买棗丽畸体开孔円附件装配弹帥1封头与筒体的装配：在小批量生产时，封头与筒体一般采用手工的卧式装配方法，即在滚轮支架上旋转筒体，并使筒体端部伸出支架 400500mm以上，在封头上焊一个吊环，用起重机吊起封头，移至筒体端部，相互对准后横跨焊缝

19、焊一些刚性不大的小板，用于固定封头与筒体间的相互位置， 移去起重机后，用 螺栓压板等将环向焊缝逐段对准到适合于焊接的位置， 再用“U”形马横跨焊缝并用点固焊固定。2筒体开孔：容器的附件主要是设备上的各种接管、人孔及支座等，附件装焊前要在筒体上按图样要求确定开孔中心，划出中心线和圆周开孔线，打上冲眼， 然后切出孔和坡口，按照规定要求，开孔中心位置允许偏差为土 10mm.开孔可 用手工气割开孔机开孔。3附件装配焊接：附近主要是接管和支座，接管与筒体的组对时，先把接管 插入筒体开孔内，然后用点焊在短管上的支板或用磁性装配手定位好，接下来按 筒体内表面形状在短管上划相贯线，将接管多余部分切除，再把接管

20、插入筒体内 用磁性装配手或支板定位好，先从内部焊满，而后从外面挑焊根后焊满。支座需 要将弯制好的托板与腹板和纵向立肋组焊，焊在筒体预先划好的支座位置线上。4容器的焊接：容器的环缝焊接，可用采用各种焊接操作机进行双面焊，但 在焊接容器最后一道环焊缝时，应采用手工封底的或带热板的单面自动埋弧焊， 其他附件与筒体的焊接，一般采用焊条电弧焊。为保证焊接接头质量，对已编制 的将用生产的每项焊接工艺，需要进行焊接工艺评定。容器焊接完成后，必须严 格按照GB150 1998中的压力容器制造与验收要求，用各种方法进行检验， 以确定焊缝质量是否合格。第三章压力容器的焊接工艺设计3.1焊接方法的特点3.1.1焊条

21、电弧焊对于壁厚不大的压力容器，纵缝和接管焊缝都可以采用焊条电弧焊。 手工电 弧焊通常指采用药皮焊条的手工焊接法，利用产生于焊条和工件之间的电弧热来 熔化焊条和母材，形成连接被焊工件的焊接接头.主要的优缺点：优点在于设备简单、工艺灵活；对工作场地无特殊要求；在 任何位置都可以进行焊接；对各种钢材的适应性强；焊缝金属的性能优良，特别 是低温冲击韧性相当高；药皮焊条的品种齐全，可按技术条件规定的要求选择与 母材性能相配的焊接变形；容易控制形状复杂工件的焊接变形。当生产效率很低。3.1.2 CO2气体保护焊CO2气体保护焊是利用CO2作为保护气体，使用焊丝作为熔化电极的电弧 焊方法，分为自动焊和半自动

22、焊，对较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝， 采用自 动焊，这里封头与圆筒的焊缝可以采用自动 CO2气体保护焊。主要的优缺点：优点在于焊接熔池与大气隔绝，电弧在气流的压缩下使热量 集中，熔池的体积较小，热影响区窄，焊件焊后的变形小， CO2气体价格便宜， 电能消耗少，成本低，生产效率高；但焊接过程金属飞溅多，焊缝外观较为粗糙， 不能焊接易氧化的金属，焊接过程弧光较强，要特别注意重视对操作人员的劳动 保护。3.2圆筒纵缝的焊接材料及工艺参数圆筒纵缝采用焊条电弧焊，用于焊接结构的20g钢，其抗拉强度 400540MPa,按等强度原则可以选择E43XX系列焊条，它的熔敷金属抗拉强度 不小于420MPa,在

23、力学性能上能与母材恰好相匹配，对于壁厚不大的结构，选 用工艺性能较好的E4303焊条，其成分如下：表3.1 E4303焊条熔敷金属化学成分:牌号化学成分（%）CMnSiPSE4303 0.120.30.6 0.35 0.040 0.035焊条电弧焊的焊接工艺参数主要有焊条直径、 焊接电流、焊接层数、电源种类及极性等。其中最重要的参数是焊接电流和焊接速度，因为这两个参数决定了 焊接过程的线能量，也决定了焊缝金属的性能。(1)焊条直径：焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置和 焊接层数及容许的输入热量等因素。当然，焊接效率也是选择焊条直径的主要依 据，因为任何一种实用的焊接工艺总是力求在保证焊缝质量的前提下， 尽可能的提高焊接速度以获得最好的经济效益。 在一般情况下，开坡口多层焊时，为了防 止产生未焊透的缺陷，首