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1、1吉 林 工 业 职 业 技 术 学 院Jilin Institute of Industry Technology毕 业 论 文(2011-2012 学年第二学期)埋弧焊焊接压力容器的工艺与焊接检测 学生：辛荣键 提交日期： 2012 年 4 月 20 日 系 部 化工机械系 专 业 焊接技术及自动化 学生签名 辛荣键 学 号 30920225指导教师 陈秀萍 职 称教师评语：成绩评定： 分 指导教师签名： 年 月 日2摘 要在满足焊接接头力学性能要求的前提下，提高熔敷速率可以提高生产率。用常规的埋弧焊（SAW）焊接中厚板结构，如果提高熔敷速率，就要加大焊接线能量，其结果是焊接熔池变大，母材
2、熔化量增加，焊缝化学成分变差，焊缝组织粗化，焊接热影响区扩大并且性能变坏。添加合金粉末的埋弧焊(submerged arc welding with alloyed metal powders，SAW-AMP）是一种能够提高熔敷速率，又不使焊接接头性能变差的高效焊接技术。基本做法是在坡口中预先铺放一层金属粉末(或金属细粒、切断的短焊丝等)，然后进行埋弧焊。国外从 60 年代末期至今一直在研究、开发和应用这种技术，已研究了系列合金粉末、焊剂和合金粉末添加装置，广泛用于造船、压力容器、重型机器、桥梁、建筑和海洋石油平台等领域。 采用普通埋弧焊和添加合金粉末埋弧焊技术，焊接了 20G 和 16MnR
3、 钢，结果表明，添加合金粉末埋弧自动焊技术能够采用大线能量(因为添加的合金粉末改善了焊缝组织，焊缝深宽比显著提高，而焊缝及 HAZ 组织晶粒没有粗化)，焊接工艺性能良好，焊接熔敷速率是传统埋弧焊的 2 倍，接头角变形明显减小，焊接接头的力学性能满足要求。关键词：埋弧焊合金粉末低碳钢低合金高强钢3目录 一、埋弧焊.4二、埋弧自动焊.5三、埋弧自动焊的缺点.6四、碳钢、低合金高强钢压力容器的焊接工艺与检测.7五、耐热钢压力容器的焊接工艺与检测. 15六、低温钢压力容器的焊接工艺与检测. .18七、不锈钢压力容器的焊接工艺与检测.22八、结论.31九、致谢.32十、参考文献.334一、埋弧焊1.定义
4、：埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。从各种熔焊方法的熔敷金属重量所占份额的角度来看，埋弧焊约占 10%左右，且多年来一直变化不大。2.埋弧焊优点2.1 生产效率高这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因 此电弧的熔深和焊丝熔 敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次溶深可达 20mm）另一方面由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧上基
5、本没有热的辐射散失,飞溅 也少，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。2.2 焊缝质量高熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高,焊缝成分稳定，机械性能比较好。2.3 劳动条件好除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。3.埋弧焊原理及特点3.1 埋弧焊也是利用电弧作为热源的焊接方法，和电阻焊等焊接技术相似，埋弧焊的时候电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂的覆盖下进行燃烧的，电弧光不会向外泄露。埋弧焊由此而得名。埋弧焊时所用的金属电极是不间断送进的裸焊丝。埋弧焊经常搭配5一些辅机，如点焊机、凸焊机、排焊机、
6、对焊机等，这些焊接设备都是在焊接的时候经常使用的机器，既能作为主操作焊接机器，有能作为辅机。特别是点焊机搭配埋弧焊技术，就像是福尔摩斯搭配华生一样给力。目前主要用于焊接各种钢板结构。可焊接的钢种包括碳素结构钢，不锈钢，耐热钢及其复合钢材等。埋弧焊在造船，锅炉，化工容器，桥梁，起重机械及冶金机械制造业中应用最为广泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蚀合金或用于焊接镍基合金，铜合金也是较理想的。 二、埋弧自动焊1、定义、是指电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的一种自动焊方法， 是目前广泛使用的一种高效的机械化焊接 方法。广泛用于锅炉、压力容器、石油化工、船舶、桥梁、冶金及机械制造工业中。 一、埋弧自动焊原理及特点
7、（1）埋弧焊原理 埋弧焊的焊接过程：先送丝，经导电嘴与焊件轻微接触，焊剂堆敷在待焊处，引弧。随着电弧向前移动， 熔池液态金属冷却凝固形成焊缝，液态熔渣冷却而形成渣壳。焊接时，焊机的启动、引弧、送丝、机头(或 焊件)移动等过程全由焊机机械化控制。 （2）埋弧自动焊的特点 焊接生产率高 埋弧自动焊可采用较大的焊接电流，同时因电弧加热集中，使熔深增加，单丝埋弧焊 可一次焊透 20mm 以下不开坡口的钢板。单丝埋弧焊焊速可达 3050mh。 焊接质量好 因熔池有熔渣和焊剂的保护，使空气中的氮、氧难以侵入，提高了焊缝金属的强度和韧 性，焊接质量好。另外，焊缝表面光洁、平整、成形美观。 劳动条件好 由于实
8、现了焊接过程机械化，操作较简便，而且电弧在焊剂层下燃烧没有弧光的有害影 响，放出烟尘也少，因此焊工的劳动条件得到了改善。 焊接成本较低 由于熔深较大，埋弧自动焊时可不开或少开坡口，减少了焊缝中焊丝的填充量，也节 省因加工坡口而消耗掉的母材。 焊接范围广 埋弧焊不仅能焊接碳6钢、低合金钢、不锈钢，还可以焊接耐热钢及铜合金、镍基合金等 有色金属。此外，还可以进行抗磨损、耐腐蚀材料的堆焊。但不适用于铝、钛等氧化性强的金属及其合金 的焊接。三、埋弧自动焊的缺点 埋弧自动焊主要缺点是：一般只适用于平焊或倾斜度不大的位置及角焊位置焊接；焊接时不能直接观察 电弧与坡口的相对位置，容易产生焊偏及未焊透，不能及
9、时调整工艺参数；焊接设备比较复杂，维修保养 工作量比较大；仅适用于直的长焊缝和环形焊缝焊接。1、焊前准备 埋弧焊在焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的装配以及焊丝 表面的清理、焊剂的烘干等。 坡口加工 坡口加工要求按 GB 9861988 执行，以保证焊缝根部不出现未焊透或夹渣，并减少填充金属量。坡口 的加工可使用刨边机、机械化或半机械化气割机、碳弧气刨等。 待焊部位的清理 焊件清理主要是去除锈蚀、油污及水分，防止气孔的产生。一般用喷砂、喷丸方法或手工清除，必要时 用火焰烘烤待焊部位。在焊前应将坡口及坡口两侧各 20mm 区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮、油
10、污 等清理干净。 焊件的装配 装配焊件时要保证间隙均匀，高低平 整，错边量小，定位焊缝长度一般大于 30mm，并且定位焊缝质量 与主焊缝质量要求一致。必要时采用专用工装、卡具。 对直缝焊件的装配，在焊缝两端要加装引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接头的始端和 末端获得正常尺寸的焊缝截面，而且还可除去引弧和收尾容易出现的缺陷。 焊接材料的清理 埋弧焊用的焊丝和焊剂对焊缝金属的成分、 组织和性能影响极大。 因此焊接前必须7清除焊丝表面的氧化 皮、铁锈及油污等。焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定的温度烘干待用。 2、埋弧焊的工艺参数 埋弧焊的焊接参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度
11、、焊丝直径和伸出长度等。 焊接电流 当其他参数不变时，焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响如图所示。一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比。 随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。同时，焊丝的熔化量也 相应增加，这就使焊缝的余高增加。随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。 电弧电压 电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。但是电弧电压太大时，不仅使熔 深变小，产生未焊透，而且会导致焊缝成形差、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。所以在增加电弧电压的 同时，还应适当增加焊接电流。焊接速度 当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使
12、焊缝的熔深也减小。焊接速度 太大会造成未焊透等缺陷。为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接 速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。 焊丝直径与伸出长度 当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加， 熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。 当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝 熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。 焊丝倾角 焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾。倾角的方向和大小不同，电弧对熔池的力和热作用也不同，从而影响 焊缝
13、成形。当焊丝后倾一定角度时，由于电弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了预热作用，电弧对 熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊缝宽而熔深变浅。反之，焊缝宽度较8小而熔深较大，但易使焊缝 边缘产生未熔合和咬边，并且使焊缝成形变差。 其他 a.坡口形状 b.根部间隙 c.焊件厚度和焊件散热条件。四、碳钢、低合金高强钢压力容器的焊接工艺与检测一、压力容器用碳钢的焊接碳钢以铁为基础， 以碳为合金元素， 含量一般不超过 1.0。 此外， 含锰量不超过 1.2， 含硅量不超过 0.5，Si、Mn 皆不作为合金元素。而其他元素，如 Ni、Cr、Cu 等，控 制在残余量限度内，更不是合金元素。S、P、O、N
14、等作为杂质元素，根据钢材品种和 等级，也都有严格限制。 碳钢根据含碳量的不同，分为低碳钢(C0.30)、中碳钢(C= 0.30 0.60)、高 碳钢(C0.60)。压力容器主要受压元件用碳钢，主要限于低碳钢。在容规中规 定：“用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于 0.25。在特殊条件下，如选用含碳量超过 0.25的钢材，应限定碳当量不大于 0.45，由制造单位征得用户同意，并经制造单位压力容器技术总负责人批准，并按 相关规定办理批准手续”。 常用的压力容器用碳钢牌号有 Q235-B、Q235-C、10、20、20R 等。 （一）低碳钢焊接特点 低碳钢含碳量低，锰
15、、硅含量少，在通常情况下不会因焊接而引起严重组织硬化或出 现淬火组织。这种钢的塑性和冲击韧性优良，其焊接接头的塑性、韧性也极其良好。 焊接时一般不需预热和后热，不需采取特殊的工艺措施，即可获得质量满意的焊接接 头，故低碳钢钢具有优良的焊接性能，是所有钢材中焊接性能最好的钢种。 （二）低碳钢焊接要点 （1）埋弧焊时若焊接线能量过大，会使热影响区粗晶区的晶粒过于粗大，甚至会产生 魏氏组织，从而使该区的冲击韧性和弯曲性能降低，导致冲击韧性和弯曲性能不合格。9故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板时，应严格按经焊接工艺评定合格的焊接线能 量施焊。（2）在现场低温条件下焊接、焊接厚度或刚性较大的焊缝时，由于焊接接头冷却速度 较快，冷裂纹的倾向增大。为避免焊接裂纹，应采取焊前预热等措施。二、 压力容器用低合金高强钢及其焊接特点在钢中除碳外少量加入一种或多种合金元素(合金元素总量在 5
