20g压力容器制造中的焊接工艺

《20g压力容器制造中的焊接工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《20g压力容器制造中的焊接工艺（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

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：班级：学生：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工艺过程等

2、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。目录摘要?第一章 概述?1.1 压力容器简介?1.2 产品结构分析?1.3 20g 钢概述?1.4 元素对焊接性影响?1.5 20g 钢焊接性分析?2.1第二章 压力容器的结构设计与生产工艺?容器类别的确定?2.2 容器结构设计?2.2.

3、1 圆筒的设计?2.2.2 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?3.1.2 CO2 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

4、 无损检测?4.4 压力试验?4.5 气密性试验? 结 论? 参考文 献? 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

5、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(0.1MPaWpV1.6MPa)、中压力容器(1.6MPaWpV10MPa)、高压容器(10MPaWpV100MPa)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

6、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10MPa2m3)；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0.5MPa2m3）；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0.2MPa2m3）； 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5

7、40MPa）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

8、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、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

9、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态度，以适应将来工作实际的需要1.2 产品结构分析产品的主视图及焊缝布置见图 1.1图 1.1 焊缝布置图设计数据：圆筒壁厚6mm、容器总长度1000mm、圆筒外径u 650mm、接管u 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封头与圆筒焊缝法兰圆筒与接管焊缝接管一一封头圆筒圆筒纵焊缝图 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

10、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。1.3 20g 钢的概述20g 属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6150mm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 钢的化学成分表 1.2 20g 钢的力学性能1.4 元素对焊接性影响20g

11、 钢所含元素见表 1.1，对焊接性影响如下：碳（C）：碳是合金钢不可少的元素，也是使焊接性恶化的元素，焊缝 随着碳的含量增加，其的强度、硬度都会增加，同时，焊缝的结晶裂纹和 焊接接头的冷裂纹倾向（碳当量增加）都要增加，所以选择焊接材料时， 要控制焊缝中过渡的碳含量。硅（Si）：硅会导致焊缝金属脆性降低，从韧性考虑硅有害。从防止焊 缝气孔考虑，焊缝金属至少应含有0.2%的硅，能作为脱氧剂并防止CO气 孔形成，所以焊缝应含有一定的硅，但作为脱氧产物容易形成硅酸而夹渣， 低熔点的硅酸盐还可能导致结晶裂纹。锰（Mn ）:锰含量的增加能改善组织和细化珠光体晶粒，提高焊缝的 强度和淬透性，降低脆性转变温度

12、；锰还可以用来脱硫脱氧，减少低熔点 化合物在晶间的分布，从而降低焊缝金属的结晶裂纹倾向。磷（P）、硫（S）：磷、硫是钢中极易偏析的元素，几乎对各种裂纹都 比较敏感，所以用于焊接结构的钢都要对磷硫严格控制。磷偏聚晶界，形 成低熔共晶，引起晶界脆化；硫以夹杂物存在，降低韧性，提高韧-脆转变 温度。1.5 20g 钢焊接性分析碳素钢的焊接性取决于含碳量，随着含碳量增加而恶化，这是由于含 碳量高的钢从焊接温度快速冷却下来容易被淬硬，其塑性下降，在焊接应 力作用下容易产生裂纹。碳素钢内在质量对焊接性有很大影响，沸腾钢因脱氧不完全，含 P、 S 等杂质较多，分布不均匀，在焊接时有产生热裂纹和气孔的倾向。碳

13、素钢的含碳量增加到 0.15%以上时，对氢致裂纹尤其敏感，所以焊 接含碳量高于 0.15%的碳素钢时，必须注意减少氢的来源。例如，减少焊 条药皮中或埋弧焊焊剂里及母材上或大气中的水分，焊前对待焊部位须清 除油污、铁锈等。 碳素钢在结构的拘束应力和不均衡的热应力作用 下可能产生裂纹，即使是不易淬硬的低碳钢，在受拘束条件下采用不正确 的焊接程序也会因应力过大而产生裂纹。总之，焊接碳素钢，应针对其碳含量不同而采取相应的工艺措施。根 据合金元素成分及屈服强度可知， 20g 属于优质碳素钢，含碳量较低，其 他合金含量也较少， P、 S 杂质均低于 0.035%，故其焊接性比较好，采用 通常的焊接方法焊接后，接头中不会产生淬硬组织或冷裂纹，只有焊接材 料选择适当，便能得到满意的焊接接头。第二章 压力容器的结构设计与生产工艺2.1 容器类别的确定根据产品结构图可以得到，母材的屈服极限强度。s=245Mpa，根据GB150.12011规定的碳素钢、低合金钢许用应力O T =O b /2.7=174 MPa，