高壓洗氨塔焊接工藝課程設(shè)計

1、目錄摘要11高壓洗氨塔產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析11.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析12標準22.1標準應(yīng)用23高壓洗氨塔的焊接性分析33.1 Q345R熱軋與正火的焊接性分析33.1.1粗晶區(qū)脆化33.1.2熱應(yīng)變脆化43.1.3熱裂紋43.1.4冷裂紋43.2 20MnMo的焊接性分析63.2.1焊接缺陷74焊接方法與設(shè)備94.1 埋弧焊94.2 焊條電弧焊105焊接工藝評定135.1焊接工藝評定概述135.2 焊接工藝評定的目的135.3 焊接工藝評定條件146焊接工藝規(guī)程156.1焊接工藝規(guī)程的概念156.2焊接工藝規(guī)程的要求156.3 焊接坡口制備166.3.1筒體的環(huán)縱縫坡口加工166.3.2封頭的坡口加工1

2、77檢驗187.1射線探傷187.2焊接返修18參考文獻20摘要本次設(shè)計的產(chǎn)品是筒體容積為1.7m的洗氨裝置，高壓洗氨塔。洗氨過程是日常工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的過程，因此，高壓洗氨塔設(shè)備就會顯得尤為重要。設(shè)計本產(chǎn)品時要嚴格要求各項技術(shù)參數(shù)。對高壓洗氨塔結(jié)構(gòu)做一個簡明的介紹，筒體總長約為9438mm，內(nèi)徑為500mm，筒體內(nèi)層板厚均為16mm，外面包扎三層厚度均為8mm。該產(chǎn)品的主要設(shè)計參數(shù)為：設(shè)計壓力14MPa，設(shè)計溫度80，說明制作構(gòu)件符合的標準。由于各個構(gòu)件所用的鋼材不同，還要對每一種鋼材進行焊接性分析。詳細介紹封頭、筒體的焊接工藝工藝以及封頭和筒體的尺寸計算。裝配過程中，主要介紹筒體的環(huán)

3、縫、縱縫的焊接以及筒體與封頭之間的環(huán)縫焊接。裝配過后需要對焊縫進行無損探傷檢測。關(guān)鍵詞：高壓洗氨塔；主要設(shè)計參數(shù);焊接性；焊接工藝1高壓洗氨塔產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析高壓洗氨塔屬于III類壓力容器。高壓洗氨塔主要由封頭、筒節(jié)、法蘭、裙座、接管組成，高壓洗氨塔內(nèi)徑=500mm，壁厚40mm，高壓洗氨塔筒體長度L=9438mm,筒體兩端配封頭，內(nèi)筒材料16MnR(熱軋)，內(nèi)筒名義厚度16mm。層板或繞帶材料材料16MnR(熱軋)，每層厚度8mm，共三層總厚度24mm。上封頭為靜密封材料為16Mn，厚度140mm。下封頭球形密封材料16MnR(正火)，厚度30mm。如圖1高壓洗氨塔結(jié)構(gòu)圖。圖

4、1 高壓洗氨塔結(jié)構(gòu)圖2標準2.1標準應(yīng)用產(chǎn)品縱、環(huán)對接焊縫按GB/T4730.2-2005-2005鋼熔化焊對接接頭射線照相標準進行100%射線探傷，級為合格。本設(shè)備按GB150-98鋼制壓力容器進行制造、試驗和驗收，并接受壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的監(jiān)察。焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程：GB/T3323-1996GB150-1998 鋼制壓力容器JB/4709-2000 鋼制壓力容器焊接規(guī)程筒體16MnR符合GB66544-1996標準，20MnMo、16Mn等鍛件符合JB4726-2000標準。3高壓洗氨塔的焊接性分析3.1 Q345R熱軋與正火的焊接性分析Q345R低合金高強鋼的化學成分如表1所示，

5、力學性能如表2所示。表1Q345R低合金高強鋼的化學成分Q345R化學成分CSiMnPSGB713-20080.200.551.201.600.0250.015合格證0.140.301.400.0200.010復(fù)驗0.140.301.400.0200.010表2Q345R低合金高強鋼的力學性能Q345R供貨狀態(tài)鋼板厚度mm拉伸試驗沖擊試驗抗拉強度Rm(MPa)屈服強度ReL(MPa）伸長率A(%)溫度（）V型沖擊功Akv/JGB713-2008熱軋1051064034521034合格證1055035024045復(fù)驗10550350240453.1.1粗晶區(qū)脆化焊接時，熱影響區(qū)中被加熱到1100

6、以上的粗晶區(qū)，是焊接接頭的薄弱區(qū)。在焊接時，如焊接線能量過大，粗晶區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織等而降低韌性；焊接線能量過小，由于粗晶區(qū)組織中馬氏體比例的增大而降低韌性，這在焊接含碳偏高的熱軋鋼時比較明顯。采用小線能量焊接或在鋼中加入微量鈦（約0.29%)。3.1.2熱應(yīng)變脆化 焊接接頭熔合區(qū)以及最高加熱溫度低于AC1的亞臨界熱影響區(qū)，有熱應(yīng)變脆化現(xiàn)象。一般認為，這種脆化是由于碳、氮原子聚集在位錯周圍，對位錯造成的釘扎作用造成的。一般易于在200400最高加熱溫度范圍的亞臨界熱影響區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)變脆化。Q345R鋼中不含氮化物形成元素，因此Q345R鋼具有大的熱應(yīng)變脆化傾向。所以可以通過添加V、N等

7、元素形成氮化物，從而降低熱應(yīng)變脆化傾向。此外，還可以通過熱處理使韌性得到很大恢復(fù)。3.1.3熱裂紋熱軋鋼一般碳含量較低、而Mn含量較高，具有較好的抗熱裂性能，焊接過程中的熱裂紋傾向較小，正常情況下焊縫不會出現(xiàn)熱裂紋。當母材成分不合格或C、S、P等元素含量偏高或嚴重偏析時會出現(xiàn)熱裂紋。為防止熱裂紋的產(chǎn)生應(yīng)采取有效措施，如采用預(yù)熱措施，降低冷卻速度，選擇低碳低硅高錳材料進行焊接，降低熔合比等。3.1.4冷裂紋Q345R低合金高強鋼由于含有少量合金元素，這種鋼的淬硬傾向要比低碳鋼要大一些。但由于其碳當量比較低，一般情況下其冷裂紋傾向都不大。Q345R低合金高強鋼在連續(xù)冷卻時，珠光體轉(zhuǎn)變右移較多，使快

8、冷過程中鐵素體析出后剩下的富碳奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楹驾^高的馬氏體和上貝氏體，具有淬硬傾向。Q345R低合金高強鋼焊條電弧焊冷卻速度快時，熱影響區(qū)會出現(xiàn)少量鐵素體、貝氏體和大量馬氏體。焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬的馬氏體或者是高碳馬氏體、上貝氏體和珠光體的混合組織時，對氫致裂紋的傾向敏感；而當產(chǎn)生下貝氏體和低碳馬氏體的組織時，對氫致裂紋的傾向就不敏感?？刂坪附泳€能量，降低含氫量，采用預(yù)熱和及時后熱等措施，可防止冷裂紋的產(chǎn)生。碳當量計算公式為：式中：CE-碳當量。Q345R的碳當量。冷裂紋敏感系數(shù)的計算公式：(%) 式中：Pcm-冷裂紋敏感系數(shù)。Q345R的冷裂紋敏感系數(shù)。預(yù)熱溫度的計算公式： 式中：t0-預(yù)熱

9、溫度（）；H-熔敷金屬擴散氫含量（ml/100g）；b-抗拉強度(MPa)；-板厚(mm)； Q345R的預(yù)熱溫度t0=3240.21+17.73+0.014550+4.7210-214=-44。因為Q345R碳當量為0.373%,冷裂紋敏感系數(shù)Pcm=0.21%，且預(yù)熱溫度為44。所以，可不用預(yù)熱進行焊接,Q345R焊接性能良好。 3.2 20MnMo的焊接性分析20MnMo化學成分如表3所示、力學性能如表4所示。表3 20MnMo的化學成分20MnMoCCrMoMnSiSPGB/T20878-20070.160.230.0350.450.601.201.500.170.370.0350.0

10、35復(fù)檢0.200.0300.501.300.300.0250.030合格證0.200.0300.501.300.300.0250.030表4 20MnMo的力學性能20MnMo供貨狀態(tài)鋼板厚度mm拉伸試驗硬度抗拉強度Rm(MPa)屈服強度Rp0.2(MPa）伸長率A(%)HBWHRCHVGB/T24511-2009調(diào)制166354901520190210復(fù)檢166354901522093225碳當量計算公式為：式中：CE-碳當量。20MnMo的碳當量。冷裂紋敏感系數(shù)的計算公式：(%) 式中：Pcm-冷裂紋敏感系數(shù)。20MnMo的冷裂紋敏感系數(shù)預(yù)熱溫度的計算公式： 式中：t0-預(yù)熱溫度（）；H

11、-熔敷金屬擴散氫含量（ml/100g）；b-抗拉強度(MPa)；-板厚(mm)；20MnMo的預(yù)熱溫度t0=3240.31+17.73+0.014635+4.7310-214=-16。3.2.1焊接缺陷 20MnMo低合金壓力容器用鍛鋼件，用于制造-40470的壓力容器構(gòu)件、重要鍛件等。 含碳量為0.2%，Mn和Mo含量都小于1.5%(1)冷裂紋這類鋼由于淬硬傾向大，在焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向。但熱影響區(qū)淬硬組織為Ms點較高的低碳馬氏體，具有一定韌性，裂紋敏感性小。(2)熱裂紋及消除應(yīng)力裂紋這類鋼C含量較低、Mn含量較高，而且對S、P的控制也較嚴格，因此熱裂紋傾向較小，主

12、要產(chǎn)生熱影響區(qū)液化裂紋。4焊接方法與設(shè)備筒體的縱縫和環(huán)縫、封頭與筒體的焊縫焊接用埋弧焊。接管的縱縫，接管與法蘭的環(huán)縫，整體法蘭與筒體的焊縫及管箱法蘭堆焊的第一層焊接均用焊條電弧焊。4.1 埋弧焊埋弧焊是一種利用位于焊劑層下電極與焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生的熱量，熔化電極、焊劑和母材金屬的焊接方法。電弧和焊接區(qū)域由焊劑覆蓋，焊接熔池由焊劑所形成的渣保護，而不受大氣侵入。埋弧焊所選用的焊接電源型號為MZ-1000，選擇陡降特性的焊接電源，電弧采用弧壓反饋調(diào)節(jié)原理。焊接設(shè)備由焊接電源、控制系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、導(dǎo)電嘴、焊絲盤、伸縮臂、導(dǎo)電嘴、焊劑輸送與回收裝置、焊接夾具等。埋弧自動焊接操作機有固定式、固定帶回

13、轉(zhuǎn)式、行走回轉(zhuǎn)式及全位置式多種形式。橫臂移動采用變頻控制,機械精度高,定位準確,也可為用戶設(shè)計制造專用操作機。本設(shè)備用于鍋爐、化工容器的內(nèi)外環(huán)縫及內(nèi)外縱縫的自動焊接,操作機與滾輪架可同步控制使用。埋弧焊電源與伸縮臂焊接操作機如圖2所示，焊機參數(shù)如表5所示。圖2 埋弧焊電源與伸縮臂焊接操作機表5 焊機參數(shù)焊機型號MZ-1000焊機名稱晶閘管MZ自動埋弧焊機電源電壓（V）380頻率（Hz）50電流調(diào)節(jié)范圍（A）1001000焊絲直徑（mm）36焊接速度(m/h)1570額定輸出電流（A）1000負載持續(xù)率（%)100/40焊接筒體的環(huán)縫、縱縫（Q345R），內(nèi)底層、填充層、面層、外填充層面層都用埋

14、弧焊，焊絲用H10Mn2，直徑5mm，交流電流500-550A,電壓3234V,焊接速度5055cm/min,焊劑用HJ402-H08A，焊劑使用時烘干溫度為350，保溫1h。焊絲與焊劑符合GB/T4709-2003埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑標準。4.2 焊條電弧焊焊條電弧焊是將焊條與工件接觸短路后立即提起焊條，引燃電弧。電弧的高溫將焊條與工件局部熔化，熔化的焊芯以熔滴的形式過渡到局部熔化的工件表面，與之熔合到一起形成熔池。焊條藥品在熔化過程中產(chǎn)生一定量的氣體和液態(tài)熔渣，產(chǎn)生氣體充滿電弧和熔池周圍，起隔絕大氣保護液體金屬的作用。焊條電弧焊的焊接設(shè)備主要有弧焊電源，焊鉗和焊接電纜。此外還有面罩，

15、敲渣錘，鋼絲刷和焊條保溫筒等輔助工具。焊接電源采用下降或陡降外特性。陡降特性的電源具有容易控制熔池，電弧穩(wěn)定性高，短路時電流不會太大等優(yōu)點。焊條電弧焊具有，設(shè)備簡單，維護方便，不需要輔助氣體保護，操作靈活適應(yīng)性強，應(yīng)用范圍廣，使用于大多數(shù)工業(yè)用金屬和合金的焊接，因此焊條電弧焊被廣泛使用。焊條電弧焊焊機如圖3所示，焊機參數(shù)如表6所示。圖3 焊條電弧焊焊機表6 焊機參數(shù)焊機名稱威力特逆變式直流焊條電弧焊機焊機型號ZX7-315空載電壓（V）75額定輸出電流(A)315輸出電流調(diào)節(jié)范圍（A）10315額定輸出電壓（V）45負載持續(xù)率（）60/40適用焊條直徑（mm）1.65.0額定焊接電流（A）50

16、0額定焊接電壓（V）40筒體（Q345R）的環(huán)縫縱縫點固焊，接管的縱縫，接管與法蘭的環(huán)縫均用焊條電弧焊。環(huán)縫縱縫的焊接選用的焊條為E5015，直徑4mm，電流種類和極性采用直流反接，電流150170A,電壓2224V，焊條使用時烘干350，保溫1小時。5焊接工藝評定5.1焊接工藝評定概述按照擬定的焊接工藝，根據(jù)有關(guān)技術(shù)標準規(guī)定焊接試板、檢驗試樣，從焊成試板中取出拉伸、彎曲、沖擊等試樣，測試試樣是否具備所要求的性能。5.2 焊接工藝評定的目的 （1）驗證施焊單位擬定的焊接工藝的正確性,制定符合要求的焊接工藝規(guī)程，以指導(dǎo)焊接生產(chǎn)。 （2）評定施焊單位能力，能否焊接符合要求的焊接接頭。 （3）通過焊

17、接工藝評定來校核焊接接頭是否達到設(shè)計要求或滿足加工工藝的要求。 （4）考核焊接材料的選用是否正確。 （5）評定焊接技術(shù)包括: 焊接方法、焊接規(guī)范參數(shù)及焊后熱處理工藝等的正確性。 （6）為工藝規(guī)程的編制提供依據(jù)。5.3 焊接工藝評定條件(1)施焊單位首次施焊的鋼種，或鋼材類別號改變時。(2)改變焊接方法時。(3)改變焊接材料時，如改變焊條、焊絲的類型；改變焊劑的類型或成分；改變填充材料的化學成分等。 (4)改變焊接坡口形式或焊接程序時。(5)改變焊前預(yù)熱溫度或?qū)娱g溫度時。(6)改變焊后熱處理規(guī)范參數(shù)時。6焊接工藝規(guī)程6.1焊接工藝規(guī)程的概念凡是用文字、圖形和表格等形式，對某個焊件科學的規(guī)定其工藝

18、工程方案和規(guī)范及采用相應(yīng)工藝裝備的技術(shù)文件，稱之為焊接工藝規(guī)程。6.2焊接工藝規(guī)程的要求(1) 坡口選用坡口形式的選擇應(yīng)符合GB/T985.1-2008氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊的推薦坡口。 （2）焊接環(huán)境焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時，應(yīng)采取有效防護措施，否則禁止施焊：風速：氣體保護焊大于2m/s，其他焊接方法大于10m/s；相對濕度大于90%;雨雪環(huán)境；焊件溫度低于-20；當焊件溫度在-200時，需預(yù)熱至15。 （3）焊接返修對于需要焊接返修的缺陷應(yīng)當分析產(chǎn)生原因，提出改進措施。返修時需注意一下問題：焊縫同一部位返修次數(shù)不宜超過二次；返修前需將缺陷清除干凈，必要時可采用表面探傷檢驗

19、確認；返修部位應(yīng)開寬度均勻、表面平整、便于施焊的凹槽，且兩端有一定坡度；返修焊縫性能和質(zhì)量要求與原焊縫相同。6.3 焊接坡口制備焊接坡口應(yīng)根據(jù)圖樣要求或工藝條件選用標準坡口或自行設(shè)計。坡口形式和尺寸應(yīng)考慮下列因素：（1）焊接方法;(2)母材種類與厚度；(3)焊縫填充金屬盡量少；(4)避免產(chǎn)生缺陷；(5)減少焊劑變形與殘余應(yīng)力；(6)有利于焊接防護；(7)焊工操作方便；6.3.1筒體的環(huán)縱縫坡口加工加工坡口型式和尺寸應(yīng)按照設(shè)計圖樣、制造卡的規(guī)定來操作。檢查坡口表面時，不可以有裂紋、分層、夾渣、夾雜等缺陷存在。制造高壓洗氨塔的板材厚度為16mm，根據(jù)GB986-88埋弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸標

20、準，坡口選擇Y型坡口，加工坡口角度為55，坡口間隙2mm，鈍邊尺寸2mm。最后還要依據(jù)檢查線，檢查坡口加工后的筒節(jié)展開尺寸是否正確。坡口加工示意圖如圖4所示。圖4 環(huán)縱縫坡口6.3.2封頭的坡口加工坡口工序是一個封頭各項數(shù)據(jù)達到JB/T4746標準的關(guān)鍵工序。開坡口的目的是為了焊接封頭和筒體焊縫時，焊接程度會更加徹底。開坡口工序和切割下料工序相差不多，都是利用等離子切割機。切割時，嚴格按照流轉(zhuǎn)卡上的工藝要求，確定坡口的類型以及坡口的角度。開坡口前要對封頭涂抹飛濺劑。開坡口時要先進行試坡，然后再用量角器準確量取角度，在公差范圍內(nèi)才算合格，調(diào)整后再進行整坡。在開坡口后，坡口段會出現(xiàn)氧化皮、折皺等缺陷，這時候就需要采用研磨工藝，研磨的作用就是為了使坡口更加光潔。坡口加工示意圖如圖5所示。圖5封頭坡口7檢驗7.1射線探傷X射線損探傷的原理是用X射線穿透被檢驗物件，并在被檢驗的物件中射線有衰減的特性來進行缺陷檢驗的一種無損探傷方法。 X射線檢驗可以檢測出金屬材料制品或非金屬材料制品的內(nèi)部缺陷。檢查焊縫內(nèi)部缺陷最有效的方法是X射線檢驗，X射線檢驗?zāi)軌驒z測出焊縫內(nèi)部的氣孔、夾渣、未焊透、內(nèi)部裂紋的位置等缺陷。但是直徑小于0.2毫米的氣孔、裂紋和很小的未焊透等缺陷用X射線檢驗很難檢測得到。高壓洗氨塔X射線檢驗時，A、B類焊縫及公稱直徑大于250mm的接管要