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1、loadingloading2021/6/161201不不锈钢罐罐焊接工接工艺研究研究姓姓姓姓 名：名：名：名： 指指指指导导老老老老师师： 刘刘刘刘晓晓波波波波 学学学学 院：院：院：院： 材料学院材料学院材料学院材料学院2021/6/162内容提要内容提要1 1、课题课题背景背景背景背景2 2、焊焊接材料接材料接材料接材料介介介介绍绍5 5、焊焊接缺陷接缺陷接缺陷接缺陷及及及及焊焊后后后后处处理理理理3 3、球罐、球罐、球罐、球罐设计设计思路思路思路思路3 3、焊焊接工接工接工接工艺艺介介介介绍绍2021/6/163全国各地球罐全国各地球罐2021/6/164课题背景球罐是在19世纪末被发
2、明的一种贮存容器，自从它问世以来，就一直受到各国重视。早期用铆接结构制作的球罐只能用来贮存低压气态介质， 因此，实用性不强，发展速度缓慢。但是，二战后，由于焊接技术的飞速发展，由低压、常温等气体贮藏慢慢发展到对中、高压甚至低温液化气体的贮藏与运输，并且在向大型化方向发展。因为球罐的尺寸加大，造成焊接难度上升。2021/6/165现在广泛采用的自动焊技术，可以大幅度地提高球罐组焊效率和产品质量，非常显著降低焊生产成本和劳动强度。日本便采取了不同形式的坡口和MIG焊接等方法。我国大型球罐自动焊研究开始于20世纪80年代并且逐渐运用于工业制造当中，并且取得了智能型全位置球罐焊接机器人等研究成果。20
3、21/6/166压力容器介绍按承受压力的等级分为：低压力 容器 、中压 容器 、高压力容器以及超高压 容器按承装介质分为：非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。根据工艺过程中不同的作用可将容器分为：反应容器：可以在容器中进行物理化学反应换热容器：用可以在中间进行热量交换的容器。分离容器：可以让其中的介质进行质量交换、气体净化，三态分离。贮运容器：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。2021/6/167焊接材料介绍201不锈钢是一种具有一定耐酸、耐碱性能，密度高、抛光无气泡、无针孔等特点，是生产各种表壳、表带底盖优质材料等。主要用于做装饰 管、工业管道、以及某些浅拉伸的制品等
4、。2021/6/168抗拉强度:100,000 to 180,000 psi 折合为：700MPa至1260MPa屈服强度:50,000 to 150,000 psi 折合为：350MPa至1050MPa伸长率 :55 to 60%弹性模量:29,000,000 psi 折合为：203000MPa硬度要求（布氏硬度）HRB183N/mm2(MPa)。密度 :.280lbs/cubic inch(密度7.93g/cm3)201不锈钢管密度2021/6/169球罐设计思路球罐的壳体是由数块压制成型的球形曲面的球瓣压制而成，因为要考虑到球壳板焊接是的要求，故应该对称布置。 应采用偶数数目的支柱，支柱
5、也应该对称布置，且应当位于赤道板中心，一般不宜采用赤道板与支柱偏心的结构。对于球壳的设计，主要是对球壳的分带分角块设计以及单块球瓣的尺寸计算设计。 橘瓣式球罐因为焊缝拼接而成，焊接比较容易，错开的焊缝让应力分布比较均匀，故本次201不锈钢罐的结构采用桔瓣正切式，采用丁字接头。采用五帯八柱式2021/6/1610五带八柱桔瓣式球罐分带形式及焊缝分布2021/6/1611球罐效果图2021/6/1612球瓣压制成型本设计采用球瓣冷加工方法。此方法避免了热加工成型造成球瓣精度比较差，钢板的附加量大，不得不大量的去除氧化皮，造成板材机械强度较低但是劳动强度却比较大，资源消耗较多等缺点。各各带球瓣球瓣压
6、制成型后示意制成型后示意图2021/6/1613球罐球罐单片散装法工片散装法工艺流程流程图2021/6/1614钢制球罐的焊接工艺介绍选择施焊环境焊前准前准备 1）焊接坡口 2）预热 3）焊条的干燥和保温本次焊接使用埋弧焊，并且使用散装法，在组装完球罐后再使用埋弧焊。这种方法的优点是产生的焊接变形比较小，比较容易保持球体的尺寸和形状2021/6/1615施焊环境假如在施焊过程中出现了恶劣天气比如出现雨雪、大风、低温或者湿度过高的环境，应当采用适当的防护措施或者暂停焊接。在球罐表面5001000mm处应测量环境的温度以及相对湿度。2021/6/1616埋弧焊弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种电
7、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。2021/6/1617选择原因1）生产率高 埋弧焊的焊丝伸出长度（从导电嘴末端到电弧端部的焊丝长度）远较手工电弧焊的焊条短，一般在50mm左右，而且是光焊丝，不会因提高电流而造成焊条药皮发红问题，即可使用较大的电流（比手工焊大510倍），因此，熔深大，生产率较高。对于20mm以下的对接焊可以不开坡口，不留间隙，这就减少了填充金属的数量。 （2）焊缝质量高 对焊接熔池保护较完善，焊缝金属中杂质较少，只要焊接工艺选择恰当，较易获得稳定高质
8、量的焊缝。 （3）劳动条件好 除了减轻手工操作的劳动强度外，电弧弧光埋在焊剂层下，没有弧光辐射，劳动条件较好。 埋弧自动焊至今仍然是工业生产中最常用的一种焊接方法。适于批量较大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接。广泛应用于化工容器、锅炉、造船、桥梁等金属结构的制造。 2021/6/1618焊丝选择1、等强度原则 一般用于焊接低碳钢和低合金钢。2、同成分原则 一般用于焊接耐热钢、不锈钢等金属材料。2021/6/16193、等条件原则 根据工件或焊接结构的工作条件和特点选择最多。4、抗裂纹原则 选用抗裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。2021/6/1620本次焊接采用国
9、标GB型号H08A 美标AWS型号 EL12，此焊条H08A是镀铜碳素结构钢焊丝，配合相应焊剂HJ431进行埋弧焊，焊接金属有着较好的热力学性能，它可以配合相应焊剂用于碳钢（如：Q235、Q195）、强度级别较低的合金钢如09Mn2,16Mn，16MnCu等埋弧焊。2021/6/1621制造过程中缺陷氢裂裂纹是球罐制造中最主要的“先天性”裂纹，其主要原因有以下几个方面：材料的焊接性组装时的拘束应力焊接工艺：水中的氢元素会造成氢致裂纹焊接应力也会造成裂纹，过高或者过低的焊接线能量，都会降低焊接接头的性能，从而造成焊接裂纹；预热、后热、层间温热的不合理都可能会导致裂纹2021/6/1622 热裂纹
10、形成及防止热裂纹形成及防止 常见的热裂纹有两种：结晶裂纹、液化裂纹 结晶裂纹是焊接熔池初次结晶过程中形成的裂纹，是焊缝金属沿初次结晶界的开裂。 而液化裂纹是紧靠熔合线的母材晶界被局部重熔，在收缩力的作用下而产生的裂纹。 低熔点共晶物的多少取决于焊缝金属中C、S、L等元素的含量。 2021/6/1623冷裂纹是一种最危险的缺陷，具有延迟性。有的甚至在焊缝无损探伤后才形成，而造成不可弥补的漏检。 冷裂纹形成及防止冷裂纹形成及防止焊接接头的冷裂纹主要在屈服极限大于300MPa的低合金钢中产生。钢材的强度越高，焊接产生冷裂纹的可能性越大，在低碳钢的焊接接头中一般不出现冷裂纹。防止的措施a控制近缝区的冷
11、却速度，使之不易形成淬硬组织；b将工件预热（降低冷却速度）；c建立低氢的焊接条件。 2021/6/16242021/6/16252021/6/1626球罐焊接要点整体焊接顺序：先纵后横，即先焊接纵向的焊缝，然后再焊接横向的焊缝。赤道带板优先焊接，随后是温带板，最后焊接极带板外侧大坡口面焊缝优先焊接而表面层不焊，之后再焊接内侧小坡口 ，最后焊接表面层直至成型。以上步骤可以减小焊接应力，并使其均匀分布，这样可以将焊接变形控制在最小的范围之内，也可以防止冷裂纹的产生2021/6/1627双面焊优点是成型好，焊缝质量高，减少焊接变形，一般可用于比较厚的容器，钢结构，钢板的焊接。2021/6/1628焊
12、后检测外外观检测 检查前应将外表面污染物擦除干净，焊缝表面不能出现气孔，裂纹 、夹渣、 未焊透等缺陷。球罐密封性球罐密封性检验 升压应采取逐级升压方式，以10-20%为一级，这样可方便观察有无异常现象。当达到试验压力是，在检测完没有泄漏等异常显现后，保持至少30min即为合格。球罐无球罐无损探探伤 本次我们采用X射线检测法，在球罐组焊完毕24h后，对球壳上所有受压对接接头，所有的人口凸缘与课题，开口 与法兰间焊接接头以及人孔凸缘和人孔法兰接头进行检测。2021/6/1629（1）人员有相应的资格证书（2）无损检测RT、UT、MT、PT按 JB4730进行 （3）合格等级按JB4730标准 2021/6/1630焊接工艺卡2021/6/16312021/6/16322021/6/16332021/6/1634再再 见2021/6/1635 结束束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
