焊接工艺课程设计6m3立式储气罐的焊接工艺设计.doc

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1、目录一、 设计的性质、目的及任务.2二、 产品简介.3三、 材料焊接性分析.4四、 立式储气罐的设计.5五、 焊接工艺的设计.85.1焊条电弧焊.95.2埋弧焊. 12六、 备料加工工艺 . 136.1原材料的储备 . 136.2板材的预处.136.3下料，边缘加工以及夹具的选择 .146.4装配的焊接次序 .166.5 焊后热处理.16七、 焊缝的无损检验与耐压气密性检验.16八、参考文献.17一 设计的性质、目的及任务1.1 性质： 焊接工艺课程设计是焊接专业教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试；是对学生在规定的时间内完成指定的

2、焊接工艺操作设计任务的初步训练。1.2目的、任务：（1）通过对压力容器生产线的总体设计，培养学生能综合运用本课程和前修课程的基础知识，进行融会贯通的独立思考能力，巩固和强化焊接原理有关课程的基本理论和基本知识，使同学们了解压力容器生产中的全过程，并培养同学们综合运用专业知识独立进行设计,特别是对工艺的设计，焊接原理焊接材料焊接电源焊接生产和焊接检验等方面的知识能力，让同学们结合自己的设计产品正确的选择焊接方法、焊接工艺参数、焊接设备及检测方法，并对生产车间进行合理的布局。（2）培养学生焊接工艺设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力，了解工艺设计的基本内容，掌握焊接工艺设计的主要程序和方法，

3、在规定的时间内完成指定的焊接工艺设计任务，从而得到焊接工艺设计的初步训练。通过焊接专业课程设计，使学生在机械制图和机械零件课程设计的基础上，进一步学习和提高对各种焊接接头、焊接坡口、焊接结构的设计、焊接工艺以及各种焊接生产用机械装置图纸的看图、识图能力，合理结构形式的判断能力和具体焊接接头、焊接结构机械装置的生产设计能力。（3）培养学生分析和解决工程实际问题的能力，树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风，为学生后续课程及毕业设计打下一定的基础。（4）使学生熟悉查阅并能综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料；进一步掌握识图、制图、运算、编写设计说明书等

4、基本技能；完成作为工程技术人员在工艺设计方面所必备的设计能力的基本训练。焊接工艺已经广泛应用于国民经济的和个领域，但是还有一些领域应用得还不够，主要因为现有的焊接工艺设计得不够合理。为了进一步推广焊接在生产,生活中的应用，我们做为焊接专业的学生更应在这方面上深入的研究，又因为焊接专业课程设计是培养焊接专业技术人才的一个重要教学环节，是一种实践性极强的必不可少的教学环节，是焊接生产实习和各门焊接专业课程的补充，通过课程设计，使同学们了解焊接车间的组成与合理布局，并掌握焊接工艺的设计及其生产用机械装置的设计方法和焊接工艺的编制与审查工作等。我们也可以通过设计了解到焊接专业在实际生产中的应用，更好的

5、将于实践中去，更好的专业知识，是专业知识更牢固。二 产品简介 油品和各种液体化学品的储存设备储罐，是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。一般立式圆筒储罐的容积大于10000m以上，习惯称为大型储罐。以下称为储罐（包括大型卧式圆筒形、球形等储罐）。 按温度划分，可以分为低温储罐、常温储罐（13焊条直径/mm23.23.2-44-54-6根据表得焊件的厚度大于13mm 焊条的直径4-6mm 2 ）焊接电流 焊接电流是电弧焊的主要工艺参数,焊工在操作过程中需要调节的只有焊接电流,而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的.焊接电流的选择直接影响着焊接质量和劳动生产率。焊接电流越大,熔深越大,焊条熔化

6、快,焊接效率也高,但是焊接电流太大时,飞溅和烟雾大,焊条尾部易发红,部分涂层要失效或崩落,而且容易产生咬边,焊瘤,烧穿等缺陷,增大焊接变形,还会使接头热影响区晶粒粗大,焊接接头的韧性降低;焊接电流太小,则引弧困难,焊条容易粘连在工件上,电弧不稳定,易产生未焊透,未熔合,气孔和夹渣等缺陷,且生产率低。因此,选择焊接电流时,应根据焊条类型,焊条直径,焊件厚度,接头形式,焊缝位置及焊接层数来综合考虑.首先应保证焊接质量,其次应尽量采用较大的电流,以提高生产效率.板较厚的,T形接头和搭接接头,在施焊环境温度低时,由于导热较快,所以焊接电流要大一些.但主要考虑焊条直径,焊接位置和焊道层数等因素。考虑焊条

7、直径 焊条直径越粗,熔化焊条所需的热量越大,必须增大焊接电流,每种焊条都有一个最合适电流范围,见表3-3 表3-3 焊接电流经验系数与焊条直径的关系焊条直径/mm1.62.02.53.24.05.05.8焊接电流/A25-4040-6050-80100-130160-210200-270260-300 根据表3-3选择焊条直径5.8mm 焊接电流290A 当使用碳钢焊条焊接时,还可以根据选定的焊条直径,用下面的经验公式计算焊接电流，见式（3.1） 焊接手册1P67 I=dk （3.1）式中I焊接电流(A) D焊条直径(mm)K经验系数(A/cm),见表3.4：焊条直径/mm1.62-2.53.

8、24-6经验系数K20-2525-3030-4040-50 所以I=dK=5.850=290A 考虑焊接位置 在平焊位置焊接时,可选择偏大些的焊接电流,非平焊位置焊接时,为了易于控制焊缝成形,焊接电流比平焊位置小10%20%。 考虑焊接层次 通常焊接打底焊道时,为保证背面焊道的质量,使用的焊接电流较小;焊接填充焊道时,为提高效率,保证熔合好,使用较大的电流;焊接盖面焊道时,防止咬边和保证焊道成形美观,使用的电流稍小些。焊接电流一般可根据焊条直径进行初步选择,焊接电流初步选定后,要经过试焊,检查焊缝成形和缺陷,才可确定.对于有力学性能要求的如锅炉,压力容器等结构,要经过焊接工艺评定合格以后,才能

9、最后确定焊接电流等工艺。 3）电弧电压 当焊接电流调好以后,焊机的外特性曲线就决定了.实际上电弧电压主要是电弧长度来决定的.电弧长,电弧电压就高,反之则低.焊接过程中,电弧不宜过长,否则会出现电弧燃烧不稳定,飞溅大,熔深浅及产生咬边,气孔等缺陷;若电弧太短,容易粘焊条.一般情况下,电弧长度等于焊条直径的0.51倍为好,相应的电弧电压为1625V.碱性焊条的电弧长度不超过焊条的直径,为焊条直径的一半较好,尽可能地选择短弧焊;酸性焊条的电弧长度应等于焊条直径。由于不锈钢使用酸性焊条,所以电弧长度应等于焊条直径,即为电弧长度为5.8mm,电弧电压为40V 4）焊接速度 焊条电弧的焊接速度是指焊接过程

10、中焊条沿焊接方向移动的速度,即单位时间内完成的焊缝长度.焊接速度过快会造成焊缝变窄,严重凸凹不平,容易产生咬边及焊缝波形变尖;焊接速度过慢会使焊缝变宽,余高增加,功效降低.焊接速度还直接决定着热输入量的大小,一般根据钢材的淬硬倾向来选择 5）焊缝层数 厚板的焊接,一般要开坡口并采用多层焊或多层多焊道.多层焊和多层多道焊接头的显微组织较细,热影响区较窄.前一条焊道对后一条焊道起预热作用,而后一条焊道对前一条焊道起热处理作用.因此,接头的延性和韧性都比较好.特别是对于易淬火钢,后焊道对前焊道的回火作用,可改善接头组织和性能。 对于低合金高强钢等钢种,焊缝层数对接头性能有明显影响.焊缝层数少,每层焊

11、缝厚度太大时,由于晶粒粗化,将导致焊接接头的延性和韧性下降 6） 热输入熔焊时,由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量称为热输入,热输入对低碳钢焊接接头性能的影响不大,因此,对于低碳钢焊条电弧焊一般不规定热输入。通过上述分析,在设计当中手工电弧焊所用的焊接参数参见表3-5 表3-5 手工电弧焊焊接的工艺参数焊条型号A002电源交流焊条直径/mm5.8焊接电流/A290负载持续率%60焊缝层数4焊接速度/cm30电弧电压/V40 5.2 埋弧焊5.2.1 埋弧焊是以电弧作为热源的机械化焊接方法。5.2.2 埋弧焊的优点 1）生产效率高 埋弧焊所用焊接电流大，相应电流密度也大，见表3-6。加上焊剂和

12、熔渣的保护，电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度都大大提高，由于埋弧焊热效率高，熔深大，单丝埋弧焊不开坡口一次熔深可达20mm。 焊条（焊丝）直径/mm焊条电弧焊埋弧焊焊接电流/A电流密度/A焊接电流/A电流密度/A25065162520040063125380130111835060050854125200101650080040635190250101870010003050 2）质量好 因为熔渣的保护，熔化金属不与空气接触，焊缝金属中含氮量降低，而且熔池金属凝固较慢，液体金属和熔化焊剂间的冶金反应充分，减少了焊缝中产生气孔、裂纹的可能性。 3）劳动条件好 埋弧焊弧光不外露，没有弧光辐射，机械化

13、的焊接方法减,轻了手工操作强度5.2.3 埋弧焊电源 埋弧焊电源有交流电源和直流电源。直流电源包括硅弧焊整流器、晶闸管弧焊整流器、电动机驱动式弧焊机和内燃机驱动式弧焊机，可提供平特性、缓降特性、陡降特性、垂降特性的输出。交流电源通常是弧焊变压器类型，一般提供陡降特性的输出。埋弧焊通常是高负载持续率、大电流的焊接过程，所以一般埋弧焊焊机电源都具有大电流、100%负载持续率的输出能力。电源种类与比较 （1）直流平特性与缓降特性电源 （2）直流垂降特性与陡降特性电源 （3）多特性电源 （4）交流电源 经过对比，在设计中决定选用交流电源5.24 埋弧焊焊接工艺参数埋弧焊的焊丝和焊剂，铁素体不锈钢的焊丝

14、牌号选择H0Cr14或H1Cr17，焊剂的牌号为HJ260 根据国家标准GB/T149571994、GB/T42411984焊接用钢丝的规定来选择，焊丝直径的选择依用途而定，手工埋弧焊用焊丝时一般使用1.62.4mm，自动埋弧焊时一般使用36mm的焊丝。一定直径的焊丝，使用的电流有一定范围，使用电流越大，熔敷率越高。而同一电流使用较小直径的焊丝，可获得加大焊缝熔深、减小熔宽的效果，当工件装配不良时，宜选用较粗的焊丝 设计中采用自动埋弧焊，所以焊丝直径选用5mm焊丝 1）焊接电流 焊丝直径为5mm，焊接电流选择850A 2）电弧电压 板厚为20mm ， 电弧电压38V 3）焊接速度 焊接速度对熔

15、深和熔宽都有影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽较大，即熔深和熔宽与焊接速度成反比。焊接速度对焊缝断面形状的影响，焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差；焊接速度较大时，熔化金属量不足，容易产生咬边。实际焊接时，为了提高生产率，在增加焊接速度的同时必须加大电弧功率，才能保证焊缝质量。 所以焊接速度选择33.4/cmmin-15.25 焊机焊机选择MZ1000 电源 选择交流六 备料加工工艺6.1原材料的储备根据压力容器的结构，购进材质为00Cr11Ti的不锈钢钢板和焊接材料。入库前对母材及焊接材料进行化学成分和技术性能的检验，检验合格的原材料入库，并对材料分类标记、合理存放和保管，

16、防止混杂、受潮、生锈、损伤。钢板厚度：15mm 数量：2 钢板尺寸:43961800 439615006.2板材的预处理6.2.1板材的矫正：钢材的矫正主要有以下方法：机械矫正：利用各种矫正的机械设备对钢材进行矫正的方法，使钢材的纤维发生变形，达到矫正的目的。火焰矫正：利用气焊和气割的焊，割炬或专用的火焰矫正加热枪，加热被矫正钢材或工件的变形部位。手工矫正：用锤击钢材的变形有关区域，使短纤维部分伸长，从而进行矫正。对于板厚为15mm的钢板，由于厚度较大，采用火焰矫正，火焰矫正方法简单，灵活，快速，效率高，效果好，适用于单件及小批量结构件的二次矫正。1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2

17、版 第3卷.机械工业出版社.2001.P8796.2.2钢材的表面清理：清理方法主要有两类： 机械法：包括喷砂和喷丸，手工风砂轮或钢丝刷，砂布打磨，刮光或抛光等。 化学法：即用溶液进行清理，此法效率高，质量均匀而且稳定，但成本高，对环境也造成污染。常用酸洗方法是将钢板质量分数为2%4%的硫酸槽内一定时间后，取出后置于质量分数为1%2%温石灰液槽内，经石灰液中和钢板上的酸，取出干燥，板上留有一层薄石灰粉，以防止金属再氧化，在切割前和焊前可将其擦去。 0Cr11Ti是不锈钢，比较适合化学法进行表面清理。6.2.3放样，划线与号料在制造金属结构之前，按照设计图样，在放样平台上用1：1的比例尺寸，划出

18、结构的图形和平面展开尺寸，并制作样板，在根据样板来划线。6.3下料，边缘加工以及夹具的选择制造焊接结构的金属材料在划线与号料的基础上，进行机械切割，热切割下料。切割的边缘，特别是装配焊接边缘，通常要进行边缘加工（破口加工）。6.3.1切割机选择：机械切割包括使用剪床，圆盘剪床，冲床，联合冲剪机和锯床等。热切割包括气割，等离子弧切割，电弧切割和激光切割等。对于0Cr11Ti不锈钢的切割，一般采用等离子弧切割下料，切口较窄，比较光洁，变形和热影响区也较小。选择OMNIMAT系列切割机下料，轨距2500mm，切割宽度1900mm，整机宽度3000mm.1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版

19、 第3卷.机械工业出版社.2001.P921 表21-136.3.2卷板机选择选择对称式三辊卷板机CDW11（对称上调式）162000A型，最大卷板宽度2000mm，最小卷板厚度16，电动机功率15kw,外形尺寸长宽高4.51.561.86.3.3坡口加工机选择：坡口加工常用的方法有机械切削和热切割两类，机械切削加工坡口，常采用刨边机，坡口加工机和铣床，刨床，车床等各种通用机床。在此选用型号为HP-10,技术数据为被加工钢板的抗拉强度390750MPa、坡口最大宽度127mm、工件最大厚度30mm、坡口角度调整范围3045、最小钝边高1mm、加工坡口速度2.63.4m/min。1中国机械工程学

20、会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001.P942 表21-456.3.4焊接工装夹具的选择：焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。选择手动加紧机构中的手动螺旋撑圆器，其主要作用是用于筒形工件的对接，矫正其不圆柱度，防止变形消除局部变形。1中国机械工程学会焊接学会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001. P948 表21-486.3.5弯曲成形选择对称式三辊卷板机CDW11（对称上调式）162000A型，最大卷板宽度2000mm，最小卷板厚度16，电动机功率15kw,外形尺寸长宽高4.51.561.8 1中国机械工程学会焊接学

21、会编著.焊接手册 第2版 第3卷.机械工业出版社.2001. P934 表21-326.4装配的焊接次序 选择随装随焊，立式储气罐的装配是先将板材加工成5024X3000的圆筒，用定位焊给予定位。再将封头与筒体进行定位焊。筒体的纵向焊缝用手工电弧焊进行焊接，封头和筒体的焊缝用埋弧焊进行焊接。筒体的装配焊接：清理焊口，在焊剂垫上埋弧自动焊接底板内环缝，尔后焊外环缝；在纵向焊剂垫上埋弧自动焊接罐筒内纵缝，尔后焊外纵缝；装配焊接大小筋板，气切罐筒上各孔（如排油孔，空气包处人孔等），并进行质量检验，装配端板，手工焊接端板内环缝，外部清根；埋弧自动焊接两条外环缝。焊成罐体 将装配焊接好且检验合格的罐筒装

22、配焊接罐体托、排油阀和空气包，以及内外梯、走抬架，经水压试验，合格的罐体。6.5 焊后热处理 焊后应该对工件进行热处理，以减小在焊接过程中产生的局部应力，很应变，从而达到焊件抗压以及各方面力学性能的提高。消除热应变的有效措施是焊后退火处理，经600左右消除应力，退火后，材料的韧性基本能恢复到原来水平。最后对焊道修光，按照标准进行验收七、焊缝的无损检验与耐压气密性检验 容器在制造和运行过程中需要对壳板及焊缝进行严格的无损检测，这是确保容器质量，防止事故发生的重要手段之一。容器的无损检验包括对原材料制造安装最终成品及运行中检验等。目前容器常用无损检测方法有：射线探伤，超声波探伤，磁粉探伤，液体渗透

23、探伤，有条件的地方采用声发射技术。对焊缝热影响区和破口等区域的表面，一般还要进行100%磁粉探伤或100%液体渗透探伤。我的在焊接过成中可能出现如下的缺陷：裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未容透等现象希望在用手弧焊加工时，给予重视。，类焊缝进行射线照透检测，检测长度为每条焊缝长的20%，且不小于250mm，相交焊缝必须检测，合格标准均按JB4730-94中三级。检测方法：检测对象铁素体钢焊缝内部缺陷采用射线探伤、超声波探伤表面缺陷采用磁粉探伤、渗透探伤射线探伤：有利于检出夹渣、气孔等体积形的缺陷超声波探伤：有利于检出裂纹类面积形缺陷磁粉探伤:可检表面与近面缺陷渗透探伤：光洁与清洁工件表面形缺陷 另外容器的压力试验和气密性试验是热处理之后进行，常采用水压试验。设备制造完毕后应在4MPa表进行水压实验10分钟无渗漏，冒汗现象,检查检查容器是否达到设计要求，验证其是否能保证在没计压力下安全运行所必须的承压能力，同时也可以通过局部渗透现象发现其潜在的局部缺陷。八、参考文献1焊接手册焊接方法及设备第二版 1 中国机械工程学会焊接学会 编 机械工业出版社2焊接手册焊接方法及设备第二版 2 中国机械工程学会焊接学会 编 机械工业出版社3焊接手册焊接方法及设备第二版 3 中国机械工程学会焊接学会 编 机械工业出版社4压力容器手册 刘湘秋 机械工业出版社