《m3容积18MnMoNbR钢制球形储罐的焊接工艺课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《m3容积18MnMoNbR钢制球形储罐的焊接工艺课程设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2000m3容积18MnMoNbR钢制球形储罐的焊接工艺2000m3容积18MnMoNbR钢制球形储罐的焊接工艺1. 设计任务书 1.1 课程设计题目2000m3容积18MnMoNbR钢制球形储罐的焊接工艺1.2 本次设计应达到的目的 通过本次的设计：1. 熟悉18MnMoNb低合金钢的力学性能和焊接性能。2. 掌握低合金钢的焊接性以及焊接参数的选择。3. 掌握球罐的设计方法和设计过程。4. 掌握球罐的焊接工艺及其焊后检验和热处理方式。1.3 本次设计的主要内容及要求要主内容：2000m3容积18MnMoNbR钢制球形储罐的焊接工艺的设计要求：对所用18MnMoNbR低合金钢的力学性能分析和焊
2、接性分析；焊接工艺设计过程中焊接参数的选择说明以及焊接过程中所用到的辅助设施的说明；焊接检验。1.4 进度安排第一周：对题目和要求的熟悉，相关资料的查阅以及对资料的梳理。第二周：对资料进行整合，数据的计算，整体设计第三周：设计进行检查纠错的到最终的设计结果，答辩上交设计报告册。2. 被焊材料的性能、可焊性分析2.1 18MnMoNb低合金钢的化学成分和机械性能18MnMoNb钢是在20MnMo钢基础上发展起来的,屈服点为50kgf/mm的压力容器用钢。YB536一69规定了18MnMoNb钢的化学成份和机械性能,数值列于表1和表2表1 18MnMoNb钢的化学成分（%）CSiMnMoNbpS0
3、.170.230.170.371.351.650.450.650.0250.0500.0400.040表2 18MnMoNb钢的机械性能板 厚（mm）s(Kgf/mm)b(Kgf/mm)s(%)aK(Kgf/cm)冷 弯(180)163840951001155250456565601616167.0d=3a2.2 可焊性分析18MnMoNb钢是压力容器用的级别较高的低合金钢,焊接时有一定的淬硬倾向及过热敏感性,热影响区有可能产生各种焊接缺陷,焊接有一定难度。该钢焊接时最易出现的是冷裂缝；在产品的电渣焊缝中还发现过“八字裂缝”；层状撕裂虽未有报导,但压力容器的实际结构存在着产生层状撕裂的接头形式
4、,须加注意。试验表明18MnMoNb钢具有轻微的再热裂缝敏感性,在拘束大的焊接接头中应予重视。2.2.1 18MnMONb钢在焊接热循环下组织和性能的变化低合金高强度钢的焊接热影响区分为粗晶区、细晶区、不完全重结晶区和回火区,其中粗晶区的塑性和韧性较母材有明显下降,是最薄弱的部位,为可焊性试验研究的重点。粗晶区的组织和性能与焊接热过程有关,当焊接热输人量低,冷却速度快时,容易得到淬硬的马氏体组织。当焊接热输入量增大,近缝区金属在高温停留时间加长,晶粒长大,同时因冷却速度减缓,可以得到贝氏体组织,如果冷却速度足够慢,还可获得珠光体组织。热影响区中略高于Ac3的部位为细晶区(或称正火区),此处金属
5、的各项性能都较好。Ac1和Ac3之间称为不完全重结晶区,由于部分组织发生转变,塑性和韧性有所下降,但此区窄小,对整个焊接接头来说,影响不明显回火区内高于母材的回火温度,会形成一个软化区,这对于调质钢来说更为明显,软化区的温度和硬度有所降低,而塑性和韧性则趋近于母材。上述系指一次焊接热循环作用的结果。在多层焊的情况下,后一道焊缝会在紧邻的前道焊缝的热影响区上叠加各种不同的二次热循环,使热影响区局部的组织和性能发生变化。如二道焊缝熔合线交界处的热影响区,原来的粗晶区又经受了高温完全重结晶转变,使晶粒更加粗大,而其它部位的粗晶区经受稍低温度的二次热循环,使晶粒细化或回火,冲击韧性会有某些改善。多层焊
6、热影响区的组织状态比较复杂,但总的看来其性能比单层焊的要好。焊接热影响区的组织和性能,除了取决于焊接过程的加热温度外,还取决于冷却条件。在不同的冷却速度下,热影响区的组织可以通过模拟焊接热影响区连续冷却转变图(SH-CCT图)来确定。根据有关资料,18MnMoNb钢在焊后连续冷却过程中,主要发生马氏体转变和贝氏体转变。如果焊接冷却速度快并超过临界冷却速度时,则发生马氏体转变。冷却速度稍低,则发生贝氏体转变。18MnMoNb等一类钢的贝氏体转变区域较宽,通常在焊接冷却条件下都发生贝氏体转变。因此,从钢的淬硬倾向来说,要求采用较高的焊接热输入量。18MnMoNb钢还具有一定的过热敏感性,热影响区晶
7、粒粗大,易导致韧性变坏,所以选择焊接规范时应采用较小的焊接线能量。此外,对调质的18MnMoNb钢而言,线能量高会扩大热影响区中的软化区,也要求降低焊接热输人量。另外,预热温度和层间温度对焊后冷却速度起重要作用。在调节焊接热循环时,既要防止淬硬又要减少过热,这就倾向于采用预热,而不希望过高的焊接热输人量。对预热和层间温度也要适当加以限制,以防接头韧性降低。2.2.2 热裂缝问题热裂缝产生的原因主要是由于焊缝在凝固结晶过程中低熔点杂质留在柱状晶或对生晶之间形成薄膜,在焊接应力作用下而开裂。热影响区的热裂缝又称液化裂缝,它在含镍量较高的钢种中易出现。实践表明,18MnMoNb钢对热影响区热裂缝并不
8、敏感。在手工焊和埋弧自动焊时,只要焊接工艺和规范适当,并在生产中认真执行,一般不会产生焊缝金属热裂缝。但是,与手工焊和埋弧自动焊相比,电渣焊中热裂缝却容易发生。例如,在制造尿素合成塔及670吨/时锅炉汽包(厚90mm)中,纵缝电渣焊时,除发现有焊缝中心部位的典型的热裂缝外,还发现有呈“八”字形分布的微小裂缝。这种裂缝一般分布在焊缝中心线两侧,距中心线约3一10mm左右,裂缝大多较小,一般的无损探伤方法不易发现。裂缝有时是单个的,有时呈密集状,且沿枝晶间产生与延伸。如何防止这种裂缝,目前重点是放在焊接工艺规范参数的选择上,主要采用较小的焊接规范,较为有效的措施是焊丝横向摆动,且摆动幅度要足够大。
9、在双丝焊时,两根焊丝的摆动位置要达到重合,有利于改善熔池形状系数,并使杂质易于上浮,另外也有利于溶池热量分布和改善金属结晶方向。实践证明,采用上述措施后,即使有时焊接电流较大,也不产生“八”字裂缝。值得指出,目前对“八”字裂缝的形成机理看法不一。许多问题尚未得到证实,如氢的影响、裂缝形成的温度范围、焊丝,焊剂及熔渣成份的影响等,有待进一步探讨。2.2.3 冷裂缝问题冷裂缝是18MnMONb钢焊接的主要问题,它通常出现在结构刚性大或应力集中的部位如焊接大接管和深厚坡口打底焊接时易发生焊趾或根部裂缝。冷裂缝处于焊接接头的焊缝和热影响区内,而以热影响区更为常见。冷裂缝是在较低温度下产生的,因它与氢关
10、系密切,有时呈现延迟破坏的特征,称为“延迟裂缝”或“氢致裂缝”。热影响区冷裂缝一般为穿晶型,也可能沿晶界发展,这种裂缝一般呈劈裂型,很少分枝。影响冷裂缝的主要因素影响冷裂缝的主要因素是:对冷裂缝敏感的显微组织、焊缝中有足够的氢含量以及接头中存在着高的拘束应力和残余应力。冷裂缝是在这三个基本因素的综合作用下产生的。第一,对冷裂缝敏感的显微组织按照IIW推荐的公式计算,18MnMoNb钢的碳当量为0.57%,属较高者。如果钢中合金元素偏上限或含有一定数量的铜时,碳当量就更高,淬硬倾向亦更大。然而,碳当量值的高低,还不足以确定热影响区的组织状态。还可采用最高临界硬度值判断钢种热影响区的冷裂敏感性。1
11、8MnMoNb钢按最高硬度法试验,不预热进行手工电弧焊,过热区的最高硬度在HV44O以上,只有当预热温度在15000以上时,过热区的硬度才降至HV350以下。生产实际中,往往由于工艺控制不严,预热温度不够,容易产生淬硬组织而导致冷裂缝,这都说明了18MnMoNb钢具有一定的冷裂敏感性。第二,焊缝中的氢含量焊接时氢的主要来源是:焊接材料、工件和大气中的水、油、锈等在电弧作用下,分解成氢原子或氢离子溶解在溶池内,在焊接冷却过程中,这些溶解的氢一部份逸出,另一部份则向热影响区扩散,并在熔合线附近形成一个富氢带,当氢浓度足够高时,加上拘束应力和残余应力的作用就发生裂缝。因此,降低焊缝中氢的含量,保证焊
12、接材料的清洁及干燥是极重要的。焊缝中氢含量的测定方法有多种,目前我国基本上采用的是甘油法。第三,结构的拘束应力和残余应力焊件在拘束条件下,焊接后在接头上作用着拘束应力和焊接残余应力,这些应力与焊件的结构形状、坡口型式,板厚及施焊工艺有很大关系,在接头的缺口和不连续处会形成很高的应力集中,是产生冷裂缝的一个重要原因。18MnMoNb钢压力容器的制造,常用“Y”型小铁研、巴东刚性拘束、环形镶块等自拘束的抗裂试验定性地评定冷裂缝的敏感性。其中“Y”型坡口试样的拘束度较大,可以用来选择焊接材料,焊接规范、预热温度等。18MnMoNb钢的小铁研试验表明,手工焊用结707焊条,预热温度为150一180可避
13、免产生冷裂缝,近年来,还发展了多种定量的抗裂试验法,如焊接热模拟试验、插销试验、刚性拘束裂缝试验、拉伸拘束裂缝试验等。通过这些试验确定焊接接头的临界断裂应力,并据此评定材料在各种焊接工艺条件下施焊的抗冷裂性能。例如对32mm厚的18MnMoNb钢板进行拉伸拘束裂缝试验表明:焊条经过严格烘干,经150预热,焊后立即作250小时的去氢处理,接头的临界断裂应力可达母材的屈服强度。这表明, 18MnMoNb钢的焊接,只要采取一定的工艺措施,就可避免冷裂缝。2.2.3.2防止18MnMoNb钢焊接冷裂缝的措施第一,减少焊缝金属中的含氢量首先要控制焊接材料中的含氢量,18MnMoNb钢手工焊用结707焊条
14、,必须按规定烘干,并在100150下保温,随用随取以防再受潮。目前正在研制超低氢焊条,是防止冷裂缝的重要措施。埋弧焊焊剂也应严格按规定烘干,并选择碱度较高的焊剂,如焊剂250。采用熔化极气体保护焊或钨极氢弧焊是防止冷裂缝(尤其是根部裂缝)的有效措施之一,但必须注意保护气体的纯度。焊前,必须认真去除焊丝和钢板坡口表面的水份、油污、铁锈等胜物。应注意焊接的环境,尤其在雨雪天,空气相对湿度大于90%时,不采取防护措施不能焊接。第二,冷却速度的控制控制焊后冷却速度的目的是:改善热影响区的组织,利于焊缝中氢的逸出。在一定的焊接热输人下,可以通过预热,控制层间温度来达到。预热是降低焊后冷却速度的有效措施,
15、它既延长奥氏体转变温度范围内的冷却时间,防止出现淬硬组织,又延长最高温度至100Oc的冷却时间,有利于氢的逸出。在某些情况下,还可以降低残余应力的水平。预热温度的选择主要取决于工件厚度,结构拘束度和焊接材料中的氢含量。焊接18MnMoNb钢压力容器,预热温度一般为150180,当焊接刚性接头或点固焊时,预热温度要适当提高。但是,过高的预热温度会恶化操作条件,并使焊缝和热影响区性能变坏。多层焊时,层间温度不能低于预热温度,在厚板和短焊缝时更应注意。但为保证接头综合性能,也不宜过高,实践表明,以控制在不高于300为好。第三,后热的应用后热,是焊后立即加热作去氢处理,通过加热,使焊缝中的扩散氢尽快逸出,以防止冷裂缝。18MnMoNb钢焊接生产实际表明,采用150预热,焊后立即进行25035024小时的后热处理,可获得满意的结果。采取后热还可适当降低预热温度,某种程度上改善了焊接操作条件,对某些复杂结构,这是十分重要的。第四,结构构束应力和残余应力的控制在产品设计中,应尽量将焊缝安排在应力水平较低的部位,接头形式、坡口类型及焊接程序尽量减小应力集中和拘束
