焊接專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)中壓容器加工工藝設(shè)計(jì)一.綜述. 2二.確定瓶體的焊接結(jié)構(gòu). 2三.焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 3（一）.壓力容器焊接接頭分類. 2（二）.焊接坡口. 4四.焊接材料的選擇原則. 4（一）焊接材料的選擇原則. 4（1）.選擇焊接材料等強(qiáng)行原則 . 4（2）.對(duì)工藝因素的考慮. 4（3）.按各種焊接方法的冶金特點(diǎn)選擇焊接材料. 4（二）電焊條的選擇. 5五.在制造過程中所選用的焊接方法. 5（一）. 手工電弧焊的優(yōu)缺點(diǎn). 5（二）手工電弧焊的工作原理. 6（三）.對(duì)焊接設(shè)備的基本要求. 8（四）.弧焊電源的選用. 9（五）. 手工電弧焊的焊接工藝. 111.焊接工藝參數(shù)的選擇. 112. 焊接操

2、作技術(shù). 15六.手工電弧焊操作規(guī)程. 161準(zhǔn)備工作. 162安全技術(shù). 16七.焊前準(zhǔn)備. 17八.焊接工藝參數(shù). 17九.焊接工藝評(píng)定. 171課程設(shè)計(jì)中壓容器加工工藝設(shè)計(jì)【摘要】隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石油化工及空分產(chǎn)品被大規(guī)模使用，大容量貯存低溫低壓液體的貯罐被視為優(yōu)先開發(fā)生產(chǎn)的重要產(chǎn)品。結(jié)合實(shí)際，論述了貯罐工藝設(shè)計(jì)中的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及焊接制造焊接工藝焊后熱處理等方面的問題。一.綜述結(jié)構(gòu)名稱：中壓容器主要組成：筒身、封頭、管接頭、入孔圈材壁料：16MnR厚：筒身 12mm、封頭14mm、管接頭7mm、人孔圈20mm生產(chǎn)類型：小批量生產(chǎn)二.確定瓶體的焊接結(jié)構(gòu)2圖 1 焊接結(jié)構(gòu)如上

3、圖所示注：筒身直徑為824mm、長(zhǎng)為3000mm、為保證焊接質(zhì)量，分割成均長(zhǎng)為1000mm的三段鋼制壓力容器是典型的焊接結(jié)構(gòu)，主要的制造方法就是焊接，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到壓力容器的質(zhì)量。有必要在這里了解一下基本的焊接知識(shí)。三.焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）.壓力容器焊接接頭分類壓力容器的焊接接頭分成四類，目的是在設(shè)計(jì)、制造、維修、管理時(shí)可以分別對(duì)待，從而保證焊接質(zhì)量。容器圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外），球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭，各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對(duì)接連接的接頭，均屬類焊接接頭。殼體部分的環(huán)向焊縫接頭，錐形封頭小端與接管連接的接頭，長(zhǎng)頸法蘭與接管連

4、接的接頭，均屬類焊接接頭，但已規(guī)定為、類的焊接接頭除外。平蓋、管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬類焊接接頭。接管、人孔、凸緣等與殼體連接的接頭，均屬類焊接接頭，但已規(guī)定為、類的焊接接頭除外。類焊縫是壓力容器中受力最大的接頭，因此一般要求采用雙面焊或保證全焊透的單面焊縫；類焊縫的工作應(yīng)力一般為類的一半。除了可采用雙面焊的對(duì)接焊縫以外，也可采用帶襯墊的單面焊；在中壓焊縫中，類接頭的受力較小，通常采用角焊縫聯(lián)接。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。這種焊縫的拘束度相當(dāng)大，殘余應(yīng)力亦較大，易產(chǎn)

5、生裂紋等缺陷。因此在這種容器中類焊縫應(yīng)采取全焊透的焊接接頭。鋼制壓力容器焊接接頭的基本形式：有對(duì)接接頭、T形（十字形）接頭、角接頭和搭接接頭。對(duì)接接頭是最基本的一種接頭形式，其強(qiáng)度可以達(dá)到與材相同，受力均勻，筒體與封頭等重要部件的連接均采用對(duì)接接頭。厚度小時(shí)不開坡口，當(dāng)厚度超過8mm是要有坡口。對(duì)接接頭中的應(yīng)力分布比較復(fù)雜，焊縫與母材交界處有應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中系數(shù)的大小和焊縫的幾何尺寸相關(guān)，如果通過打磨將余高磨平，應(yīng)力的分3配情況就有明顯改善。以前叫余高為加強(qiáng)高是從受力橫斷面面積增大角度考慮的。（二）.焊接坡口（1）.焊接坡口應(yīng)根據(jù)圖樣要求或工藝條件選用標(biāo)準(zhǔn)坡口或自行設(shè)計(jì)。 選擇坡口形式和

6、尺寸應(yīng)考慮下列因素：a)焊接方法；b)焊縫填充金屬盡量少；c)避免產(chǎn)生缺陷；d)減少殘余焊接變形與應(yīng)力；e)有利于焊接防護(hù)；f)焊工操作方便；（2）.焊接接頭和坡口的設(shè)計(jì)a）對(duì)于手工電弧焊，由于熔深較淺，6mm以上的鋼板就需要開V形坡口，由于手工電弧焊焊接時(shí)焊條直徑較粗，焊縫表面覆蓋較厚的熔渣層，較大的坡口角能使焊條伸入坡口底部，便于脫渣，因此V形坡口角度必須大于60四.焊接材料的選擇原則（一）焊接材料的選擇原則（1）.選擇焊接材料等強(qiáng)行原則對(duì)于低合金中壓容器用焊接材料，一般都是按與母材等強(qiáng)的原則來選用.這里所說的等強(qiáng)性應(yīng)理解為焊接金屬的強(qiáng)度不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，同時(shí)應(yīng)注意焊接材料熔敷金

7、屬的抗拉強(qiáng)度不能大大高于母材的抗拉強(qiáng)度，而導(dǎo)致焊縫塑性性能降低，硬度增大，不利于隨后的制造成型。盡管強(qiáng)度計(jì)算僅考慮材料的抗拉強(qiáng)度，各種工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫的屈服強(qiáng)度均無要求，但選擇焊接材料時(shí)也應(yīng)考慮焊接材料熔敷金屬的屈服強(qiáng)度不應(yīng)低于母材的屈服強(qiáng)度，并注意保證一定的屈強(qiáng)比。（2）.對(duì)工藝因素的考慮在薄壁容器的制造中，筒節(jié)大都采用冷卷成型，組焊成的整臺(tái)容器，由于壁薄，應(yīng)力容易松弛，不必做消除應(yīng)力處理，只要焊縫在焊后狀態(tài)能滿足設(shè)計(jì)要求就可以了. 滿足焊接接頭制造工藝性能和焊接工藝性能的要求。焊接接頭組成的構(gòu)件，在制造過程中不可避免要進(jìn)行各種成型和切削加工，例如沖壓、車、刨等，要求焊接接頭具有一定的塑性

8、變形能力和切削性能、高溫綜合性能等。（3）.按各種焊接方法的冶金特點(diǎn)選擇焊接材料4由于是小批量生產(chǎn)，屬于薄壁焊接，從經(jīng)濟(jì)性和焊接工藝特點(diǎn)方面分析選擇手工電弧焊比較適合，因此要求選用低氫性的堿性焊條（與酸性焊條相比，脫氧，脫硫比較完全，合金元素的過渡較多，氫含量較低）.另外，用堿性藥皮焊條焊制的焊縫金屬，其機(jī)械性能，尤其是低溫韌性要比酸性藥皮焊縫的焊縫金屬高得多（4）合理的經(jīng)濟(jì)性。在滿足上述性能外，應(yīng)選擇價(jià)格便宜的焊接材料，降低制造成本。（二）電焊條的選擇（1）.16MnR鋼焊條選用的焊條牌號(hào)及直徑。主要取決于材料性質(zhì)，焊件的厚度，接頭形式和焊接位置。主要依據(jù)熔敷金屬化學(xué)成分和母材相同或相近的原

9、則，以滿足焊縫的耐腐蝕性能。選擇直流反接法焊接，采用低氫堿性焊條J427，其熔敷金屬具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗裂性能，低溫沖擊韌性好，熔渣流動(dòng)性，其工藝性較好，能全位置焊，焊縫金屬抗裂性能和機(jī)械性能較好，適用于焊接重要結(jié)構(gòu)件，受壓容量16MnR及中碳鋼及低合金鋼重要構(gòu)件。低氫鈉型藥皮，直流焊縫金屬抗拉強(qiáng)度不低于420Mpa。堿性焊條 藥皮中含有較多的大理石、螢石，并有較多的鐵合金作為脫氧劑和合金劑。這種藥皮有足夠的脫氧性。堿性焊條與酸性焊條相比，保護(hù)氣體中含氫很少，因此又稱為低氫型焊條，主要用于重要結(jié)構(gòu)的焊接。 目前廣泛應(yīng)用的電焊條是一根外表涂有藥皮的鋼絲。鋼絲的作用：一是傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生電弧;二是

10、本身熔化形成焊縫中的填充金屬。焊條藥皮的作用是提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，保護(hù)焊接熔池，使焊縫金屬脫氧、去硫、去磷，改善焊接工藝性能等。（2）.焊絲和焊劑的選擇焊劑一般選用HJ350，焊絲一般選用HJ101五.在制造過程中所選用的焊接方法直徑 3.2mm選擇原則：根據(jù)被焊材料、接頭厚度、焊縫位置、坡口形式和經(jīng)濟(jì)性，選擇手工電弧焊（一）.手工電弧焊的優(yōu)缺點(diǎn)5c）.對(duì)工作場(chǎng)地?zé)o特殊要求d)在任何位置都可以進(jìn)行焊接e）對(duì)各種鋼材的適應(yīng)性強(qiáng)f)焊縫金屬的性能優(yōu)良，特別是低溫沖擊韌性相當(dāng)高手工電弧焊主回路示意圖（2）對(duì)電源動(dòng)特性要求電源對(duì)負(fù)載狀態(tài)突然變化的反應(yīng)能力，即焊接電源適應(yīng)焊接電弧變化的特性稱為電源的動(dòng)

11、特性。電弧的引燃和燃燒看起來很簡(jiǎn)單，實(shí)際上在引弧和電弧燃燒的過程中發(fā)生了許多眼睛看不出的變化。例如，焊條電弧焊時(shí)，焊條與工件相碰，焊接電源要迅速提供合適的短路電流；焊條抬起時(shí)，焊接電源要很快達(dá)到空載電壓。焊接時(shí)，熔滴從焊條過渡到熔池，也頻繁地發(fā)生上述的短路和重新引弧的過程。如果焊接電源輸出的電流和電壓不能很快地適應(yīng)電弧焊這些過程中的變化，電弧就不能穩(wěn)定燃燒甚至熄滅。因此說，動(dòng)特性好的電源，按弧長(zhǎng)的變化能很快地提供所需要的電流與電壓，使電弧從一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)；電源的動(dòng)特性好時(shí)，引弧容易，即使弧長(zhǎng)有變化，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，焊接飛濺小，焊縫成形好。（3）對(duì)電源空載電壓的要求為保證

12、順利引弧和電弧穩(wěn)定，要求電源有較高的空載電壓，一般選 U 空(1524)U 工。但為保障焊工和焊機(jī)容量設(shè)計(jì)不太大，希望 U 盡量低，一空般不超過 100V（4）.寬的調(diào)節(jié)范圍為滿足各種形狀和不同厚度焊件焊接的工藝要求，焊接電源必須具有較寬的焊接電流調(diào)節(jié)范圍.在手工電弧焊電源中，焊接電流是以改變外特性曲線的形狀來調(diào)節(jié)的.各種不同形狀的外特性曲線與電弧靜特性曲線相交，得到一系列穩(wěn)定的工作點(diǎn)，即獲得了數(shù)值不同的焊接電流。在直流弧焊電源中，焊接電流一般通過改變勵(lì)磁繞組的電流大小來調(diào)節(jié)。（四）.弧焊電源的選用焊接電源的特性對(duì)焊接質(zhì)量起著相當(dāng)重要的作用，同時(shí)它也關(guān)系到焊接工程的生產(chǎn)成本。因此，必須合理的選

13、擇焊接電源，并應(yīng)考慮下列因素：.所焊產(chǎn)品的質(zhì)量要求；.所焊鋼材的特性；.所使用要的類型；.可能采用的焊接電流范圍.所要求的生產(chǎn)效率.焊接電源的價(jià)格（1）. 電源 在壓力容器制造中，對(duì)受壓部件焊縫的質(zhì)量和性能提出了較高要求.一般均采用低氫堿性藥皮焊條，在這種情況下，就必須選用直流電源。為了引燃電弧和保持電弧穩(wěn)定，保證正常地焊接，電源必須滿足以下基本要求：9.空載電壓值應(yīng)保證順利地引燃電弧。.焊接電流應(yīng)可調(diào)，以滿足焊接不同材料、厚度的工件所需要電流的大圖4 ZXG-300型旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)a)外形圖 b)原理圖這種電焊機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：電弧穩(wěn)定性較高，觸電危險(xiǎn)性?。ㄎ澹?手工電弧焊的焊接工藝1.焊接

14、工藝參數(shù)的選擇手工電弧焊的焊接工藝參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。其中最準(zhǔn)要的參數(shù)是焊接電流和焊接速度，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)決定了焊接過程的線能量，也決定了焊縫金屬的性能。（1）焊條直徑焊條直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置和焊接層數(shù)及容許的輸入熱量等因素。當(dāng)然，焊接效率也是選擇焊條直徑的主要依據(jù)，因?yàn)槿魏我环N實(shí)用的焊接工藝總是力求在保證焊縫質(zhì)量的前提下，盡可能的提高焊接速度以獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。在一般情況下，開坡口多層焊時(shí)，為了防止產(chǎn)生未焊透的缺陷，首層用32mm焊條，其他各層用直徑較大的焊條。立、仰或橫焊，使用焊條直徑不宜大于40mm，以便形成較小的熔池，

15、減少熔化金屬下淌的可能性。焊接中碳鋼或普通低合金鋼時(shí)，焊條直徑應(yīng)適當(dāng)比焊接低碳鋼時(shí)要小一些。焊條直徑規(guī)格為：16mm，25mm，32mm，50mm、58mm等。根據(jù)被焊工件的厚度，焊條直徑按表1-1進(jìn)行選擇。焊條直徑的選擇如下表/mm焊條直徑/mm1.62.0 （2）焊接電流選擇由于使用低氫堿性焊條，必須以直流反接法焊接，其特點(diǎn)是電弧的熱量集中與母材，故熔深大，不易產(chǎn)生熔合區(qū)的缺陷其優(yōu)點(diǎn)是焊接電弧較穩(wěn)定，飛濺較小。11焊接電流對(duì)焊接過程焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率的影響見表1-2。d 焊條直徑(mm)。1.6（5）焊接層數(shù)多層多道焊有利于提高焊接接頭的塑性和韌性，焊接層數(shù)應(yīng)視焊件的厚度而定。除薄板外，一般

16、都采用多層焊。焊接層數(shù)過少，每層焊縫的厚度過大，對(duì)焊縫金屬的塑性有不利的影響。除了低碳鋼對(duì)焊接層數(shù)不敏感外，其他鋼種都希望采用多層多道無擺動(dòng)法焊接，每層增高不得大于4mm。（6）電源種類及極性直流電源由于電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊接質(zhì)量好，一般用在重要的焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)上。其他情況下，應(yīng)首先考慮交流電焊機(jī)。根據(jù)焊條的形式和焊接特點(diǎn)的不同，利用電弧中的陽(yáng)極溫度比陰極高的特點(diǎn)，選用不同的極性來焊接各種不同的構(gòu)件。極性選擇原則：堿性焊條常采用直流反接(工件接負(fù)極)，否則，電弧燃燒不穩(wěn)定， 飛濺嚴(yán)重，噪聲大鋼材的可焊性。各種鋼材焊接性能的差異是用可焊性來表示的。鋼材的可焊性是指在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和工作條件

17、下，材料易于焊接和滿足結(jié)構(gòu)性能的程度。一般可焊性具體表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：焊接作業(yè)要容易；焊接時(shí)不發(fā)生裂紋和其他有害缺陷；母材和焊接接頭的機(jī)械、化學(xué)和物理性能好；母材的缺口韌性優(yōu)良；焊接接頭有足夠的塑性和韌性。（7）. 熱輸入熔焊時(shí),由焊接能源輸入給單位長(zhǎng)度焊縫上的熱量稱為熱輸入。其計(jì)算公式如下：u焊接速度 (cms)n熱效率系數(shù)，焊條電弧焊為 0.70.8。14熱輸入對(duì)低碳鋼焊接接頭性能的影響不大，因此，對(duì)于低碳鋼焊條電弧焊一般不規(guī)定熱輸入。對(duì)于低合金鋼和不銹鋼等鋼種，熱輸入太大時(shí)，接頭性能可能降低：熱輸入太小時(shí)，有的鋼種焊接時(shí)可能產(chǎn)生裂紋。因此，焊接工藝規(guī)定熱輸入。焊接電流和熱輸入規(guī)定之后，

18、焊條電弧焊的電弧電壓和焊接速度就間接地大致確定了。一般要通過試驗(yàn)來確定既可不產(chǎn)生焊接裂紋、又能保證接頭性能合格的熱輸入范圍。允許的熱輸入范圍越大，越便于焊接操作。2. 焊接操作技術(shù)手工電弧焊的操作技術(shù)對(duì)焊縫的質(zhì)量起決定性的作用。其內(nèi)容包括引弧、收弧、運(yùn)條方式、焊條傾角和焊道接頭方法等。（1） 引弧方法有劃擦法和碰擊法兩種。劃擦法比較容易掌握，但會(huì)經(jīng)常擦傷坡口以外的殼體表面。因此在壓力容器焊接中，對(duì)引弧部位都有嚴(yán)格的要求，決不能在任意的殼體非焊接部位引弧，特別是低合金鋼，引弧坑是殼體表面微裂紋的起源地，引弧必須在坡口內(nèi)壁或前層焊道上引弧，引弧點(diǎn)必須被電弧完全重熔。碰擊引弧法難掌握，但容易滿足以上

19、要求。（2） 收弧方法焊接末端收弧時(shí)，不應(yīng)突然熄滅電弧，應(yīng)將焊條停止前移維持一段時(shí)間，以填滿弧坑。（3） 運(yùn)條方式最常用的運(yùn)條方式是以焊縫軸線為中心的對(duì)稱橫向擺動(dòng)。擺動(dòng)速度和寬度取決于所要求的焊縫形狀和尺寸，而運(yùn)條方式采用不擺動(dòng)或擺幅較小的運(yùn)行方式。（4） 焊條傾角分為前傾角（焊條相對(duì)于焊接方向的傾角）和側(cè)傾角（焊條相對(duì)于焊件平面的傾角）。本次要用的焊條傾角如表 1-5側(cè)傾角（度）80-9070-859035-5530-45角接仰焊10-15表 1-5焊條傾角15六.手工電弧焊操作規(guī)程分析研究焊接發(fā)生事故的原因表明，焊接設(shè)備和工具的缺陷以及操作失誤是兩大主要原因，因此，建立和執(zhí)行必要的安全操作

20、規(guī)程是保障焊工安全與健康、促進(jìn)安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施。考慮到操作過程的連續(xù)性以及安全問題也就是技術(shù)問題的原則，故將焊接安全與技術(shù)操作規(guī)程集中在一起講述。1準(zhǔn)備工作(1)熟悉構(gòu)件的焊接工藝、焊縫尺寸要求，選擇施焊方法。(2)準(zhǔn)備好工具及防護(hù)用品，檢查調(diào)整設(shè)備，使其導(dǎo)線、電纜接觸良好，如有漏電之處，應(yīng)立即拉下電源開關(guān)，通知電工修理。焊鉗應(yīng)絕緣可靠，禁止私自觸動(dòng)。(3)檢查施焊工地零件堆放是否安全，施焊件支撐是否可靠平穩(wěn)。(4)焊縫組對(duì)間隙和坡口形式尺寸應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣要求，若圖樣無要求，在板厚小于或等于 6mm 時(shí)，焊縫間隙不大于 2mm，板厚大于 6mm，焊縫間隙不大于3mm。(5)清除焊縫邊緣左

21、右 10mm 范圍內(nèi)油、銹、水分等污物。對(duì)于鑄鋼件，應(yīng)將焊接處的砂子、氧化物清理干凈，露出金屬光澤。(6)調(diào)整好焊接規(guī)范，盡量采用水平和船形位置施焊。(7)電焊機(jī)禁止放置在高溫場(chǎng)所和潮濕地方。(8)工作地點(diǎn)周圍不得有易燃易爆物品，并要離開乙炔瓶和氧氣瓶 5m 以上。(9)焊機(jī)要求有可靠而牢固的接地或接零。2安全技術(shù)(1)在下雨、下雪時(shí)，不得露天施焊。(2)在高處作業(yè)時(shí)，焊接電纜不準(zhǔn)放在電焊機(jī)上，橫跨道路的焊接電纜必須裝在鐵管內(nèi)防止被壓破漏電。事先檢查周圍有無易燃易爆物品，操作者必須系好安全帶。(3)嚴(yán)禁將焊接電纜與氣焊的膠管混在一起。(4)二次電纜不易過長(zhǎng)，一般應(yīng)根據(jù)工作時(shí)的具體情況而定。焊接電纜截面積和允許焊接電流見表 3-6。(5)在施焊過程中，當(dāng)電焊機(jī)發(fā)生故障而需要檢查電焊機(jī)時(shí)，必須切斷電源后才能進(jìn)行，禁止在通電情況下用手觸動(dòng)電焊機(jī)的任何部位，以免發(fā)生事故。16(6)在船艙內(nèi)焊接時(shí)，應(yīng)設(shè)法通風(fēng)或兩個(gè)人輪換工作。(7)在容器內(nèi)焊接時(shí)，應(yīng)使用膠皮絕緣防護(hù)用具，并在附近安設(shè)一個(gè)