1、1.6.2 埋弧焊 41.6.3 TIG焊 （钨极氩弧焊） 51.6.4 CO2保护焊 52 焊接工艺说明 62.1 焊接方法选择 62.2 焊接材料 62.3 坡口设计.8 2.4 坡口加工.92.5 焊条、焊丝直径选择. 102.6 焊接工艺参数 102. 6.1 焊接电流 102. 6.2 电弧电压 112. 6.3 焊接速度 112.6.4 焊接线能量.112. 7 焊接层数和顺序 122.8 热处理及表面处理 122.9 焊接质量的检验 122.10 附录 133 总结 13参考文献 14附录 15附录1 15附录2 16附录3 17附录4 18附录5 19500m3不锈钢立式圆筒形
2、储罐加工工艺设计1 概述1.1 压力容器的概述随着经济的发展,工业的进步,压力容器已经广泛用于化工、炼油等工业部门及日常生活中。在炼化行业中，越来越多的新型、高效节能的设备得到应用，许多装置对压力容器的要求非常高，其操作介质多为高温（或低温）、高压、易燃、易爆、有毒、强腐蚀等，具有相当的危险性。随着世界对海洋资源的开发，为了适应海洋气候、恶劣的环境以及石油加工的深度不断增加、操作条件越来越苛刻，对压力容器的要求也越来越高、越来越严。世界能源危机的出现和军事装备的竞争、核能的开发应用对压力容器提出新的要求。航天事业更是要求压力容器为其提供坚实的基础。在压力容器的使用中，小到不足1m3的气瓶，大到
3、成千上万甚至几十万、几百万立方米的大型压力容器，都与人们的生命息息相关，稍有不慎，就有可能给人民的生命财产带来灾难性的后果。如核泄漏，他不仅使人民色生命受到威胁，而且对周围环境造成毁灭性的污染，并且危害还会影响到今后几十年、几百年。这就要求对压力容器的设计、制造、检验、安装、使用、维修、退役等方面都必须提出严格的要求。于是作为龙头的压力容器设计就显得尤为重要了。1.2 压力容器分类压力容器的应用广泛，用途各异，因而有众多的类型和不同的结构以适应不同的使用要求。对压力容器可以从不同的角度进行分类，分类的目的在于了解不同类型压力容器有何特点，基本结构是这样的，适用于何种场合，进而能对各种容器的设计
4、、制造及管理方面有一个初步的认识。1.2.1 按承压方式分类内压容器、外压容器1.2.2 按设计压力（P）分类（1） 低压容器： （代号L） 0.1MPaP1.6MPa（2） 中压容器： （代号M） 1.6MPaP10MPa（3） 高压容器： （代号H） 10MPaP100MPa（4） 超高压容器：（代号U） P100MPa 1.2.3 按设计温度（T）分类（1） 低温容器： T-20（2） 常温容器： -20T150（3） 中温容器： 150T400（4） 高温容器： T4001.2.4 按容器制造材料分类钢制容器、铸铁容器、有色金属容器、非金属容器1.2.5 按容器制造方法分类焊接容器、铆
5、接容器、铸造容器、锻造容器、热套容器、多层包扎容器、绕带容器1.2.6 按容器使用方法分类固定式容器、移动式容器1.2.7 按容器外形分类圆筒形容器、圆柱形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器1.2.8 按容器在生产工艺过程中原理分类的作用反映容器（代号R）、换热容器（代号E）、分离容器（代号S）、存储容器（代号C）、球罐（代号B） 1.3 焊接接头分类根据国标GB1998钢制压力容器对压力容器主要受压部件焊接接头主要分为A，B，C，D，E五类。1.3.1 A类焊缝（对接缝或搭接焊缝，不包括角接焊缝）根据ASME规范的规定，A类焊缝的结构形式可以是对接缝或搭接焊缝，不包括角接焊缝。具体包括：圆
6、筒、管子或圆锥壳上的纵向焊缝；球壳、成型封头、平封头、或平板、矩形截面容器各侧板等上的任何焊缝，此处所说的任何焊缝指在上述各部件的任何方向、但属A类的任何焊缝结构形式；球形封头与圆筒、圆锥壳等相连接的环向焊缝。1.3.2 B类焊缝（对接缝或搭接焊缝，不包括角接焊缝）根据ASME规范的规定，B类焊缝的结构形式可以是对接焊缝或搭接焊缝，但不包括角接焊缝。圆筒、圆锥壳或接管上的环向焊缝；成型封头（半球形封头除外）与圆筒、圆锥壳或管子想连接的环向焊缝。1. 3.3 C类焊缝（对接缝或搭接焊缝或角接焊缝）根据ASME规范的规定，C类焊缝的结构形式可以是对接焊缝、搭接焊缝或角接焊缝。法兰环、翻边搭环、管板
7、、平封头与圆筒或圆锥壳、管子或各类成型封头（此处包括半球形封头）相连接的焊缝；矩形截面容器各侧板之间相连接的焊缝。1. 3.4 D类焊缝（对接缝或角接焊缝）根据ASME规范的规定，D类焊缝的结构形式可以是角接焊缝或对接焊缝。接管或各种受压室与圆筒、球壳、圆锥壳或各类成型封头相连接的焊缝；接管或各种受压室与矩形截面容器个侧板相连接的焊缝；补强圈、凸缘等与壳体、封头之间的连接焊。1. 3.5 E类焊接接头 包括吊耳、支撑、支座及各种内件与筒体或封头内外表面相接的角接接头。注：对接接头通常为：A、B类，角接接头通常为：C、D类。A类：各类接头中要求最高，也是应力条件最苛刻的接头；B类：较A类的应力水
8、平低，工作应力为A类的一半，包括圆筒，圆锥壳体或管子上的环形焊缝。C类：这类接头受力较小，通常采用较焊缝连接；矩形截面容器各侧板之间的接头。D类：接管与壳体的交接接头，存在较高的应力集中，受力条件苛刻。1.4 焊缝结构的分类及设计与选用1.4.1 焊缝结构的分类（1） 对接焊缝：将两快钢板或一块钢板的两个端面弯转后（如筒体纵焊缝）对在一起进行焊接的焊缝。（2） 角接焊缝：将两快板互成直角的连接焊缝,常出现于容器封头与接管的连接,法兰的连接,夹套与筒体的连接等处。（3） 搭接焊缝：指一块搭板在另一块板上进行焊接的焊缝,常用于压力容器中的加强圈与筒体,坐垫板与器壁以及外壁上视孔凸缘与容器本体的连接
9、焊缝。 1.4.2 焊缝结构的设计与选用（1）作为压力容器的焊接应尽量采用对接焊缝.不仅可以提高焊接质量,而且便于对焊缝内部进行无损检测。对于接管的焊缝,一般是角焊缝应尽量采用全焊透的坡口结构。这样既保证了焊缝质量又可以减少应力集中。采用的焊缝结构,应减小焊缝的应力集中（2）焊缝处的应力集中,是由焊缝内部和外部两个方面引起的。内部主要是由于焊缝未焊透,使焊缝的内部造成几何不连续,从而形成很高的焊缝应力,这往往是导致容器脆性破坏的始裂点.从结构上考虑,对于对接焊缝,当采用X型,双V型,双U型以及U型V型组合坡口,由于是双面焊,一般不会发生未焊透。饮泣焊缝应力集中的外部原因,主要是焊缝的外部缺陷,
10、如焊缝咬边,焊缝角变形,接缝错边等。1.5 焊条的选取原则1.5.1 根据工件的机械性能和化学成分（1）低碳钢和低合金钢按等强度原则选取,即按钢的强度等级选取相应的焊条。注意焊条是按抗拉强度分等级的,而钢材是按屈服强度分等级的。另外,焊缝与钢材强度应相当,以免影响焊缝的塑性和韧性。（2）对耐热钢和不锈钢,应按化学成分相近为原则,以保证焊缝的特殊性能。1.5.2 根据工作性能（1）承受压力或动载的结构,应保证焊缝有良好的塑性和韧性,一般选用低氢焊条。（2）对于形状复杂,钢性大,焊后残余应力大的工件,也应选用抗裂性好的低氢焊条。1.6 各种焊接方法的优缺点压力容器的承压能力和安全可靠性，在很大程度
11、上取决于容器的制造质量。焊接是现代压力容器制造中最常用的加工方法，也是关键的工艺手段。所以合格的焊接质量是保证压力容器的强度和安全可靠性的前提和基础。在压力容器制造过程中常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧焊、TIG焊、CO2保护焊等方法。下面分别介绍：1.6.1 手工电弧焊 与别的焊接方法相比较，手工电弧焊的设备简单、易于维护、使用灵活方便 ，便于在室内 、室外和高空作业，并且对材料的适应性广，是压力容器制造过程中广泛使用的一种焊接方法。它具有以下优点：（1） 要求不高，工艺灵活：适合各种结构形状、各种位置的焊接并且对焊接接头装置精度要求较低。（2） 适应性强：设备简单，操作和维修方便，适用于不
12、同厚度的金属材料焊接。（3） 易于通过工艺的调整（如对称焊等）来控制工件的变形，改善应力状态。（4） 与气焊和埋弧焊相比，金相组织较细，热影响区较小。焊条电弧焊的不足：生产效率低，劳动强度较大，对于焊工的操作技术要求较高。1.6.2 埋弧焊将电弧覆盖的焊剂层下燃烧，底下焊剂熔化蒸发成气体，排开周围熔渣，形成一个封闭的空腔，电弧在空腔内燃烧，不断送入焊丝，以熔滴状落入熔池并与母材金属熔合成焊缝，埋弧焊时，熔化的焊剂对熔池金属起还原、净化和合金化的作用。埋弧焊分为埋弧自动焊（过程全部由机械来完成）和半自动埋弧焊（手工完成送丝）。埋弧焊的优点是：焊接电流大、熔透深、可减小焊接坡口；焊接速度快、焊剂保
13、护效果好、劳动条件好、生产率高。1.6.3 TIG焊 （钨极氩弧焊）钨极氩弧焊是使钨极、熔池及邻近区域在氩气的保护下，利用钨极与工件间产生的电弧进行焊接。可以加填充或不加填充丝。用作保护气体的惰性气体有氦气与氩气。由于氦气的价格较贵，常用氩气作为保护气体，用氩气作为保护气的钨极惰性气体保护焊称为钨极氩弧焊。钨极氩弧焊有以下一些特点：氩气是惰性气体，与熔化金属不反应，不会引起金属元素的氧化烧损。电弧在气流压缩下燃烧，热力集中，熔池较小，故焊接速度较快，热影响区较窄，焊件焊后变形小，适用于薄板焊接。由于氩气不易电离，引弧时需较高的电压。明弧焊接，便于焊工操作及调整工艺参数，焊接质量易于控制。容易实
14、现全位置自动化焊接。电弧气氛中的含氢量较容易控制，可减小焊缝冷裂纹倾向。直流反极性钨极氩弧焊，接负极的熔池表面受到正离子的猛烈撞击，高熔点的金属氧化膜被打碎清除，此现象称为阴极雾化，可以用来焊接铝、镁等金属。钨极氩弧焊分为手工及自动焊两种：手工钨极氩弧焊操作灵活，方便，应用极为广泛：自动钨极氩弧焊主要用于外形规则并成批生产的直缝及环缝的焊接。1.6.4 CO2保护焊利用CO2气体在高温下分解为CO和O2，氧分子继续分解为氧原子，原子氧有强烈的氧化作用，氧化熔池中的Fe、Si、Mn、C等元素，形成相应的氧化物FeO、SiO2、MnO、CO等。产生的SiO2、MnO以熔渣的形式浮出，CO逸出到气相
15、中。CO2气体保护的特点：（1） 明弧、可见度好、便于对中、操作方便、可进行全位置焊接。（2） 电弧在气流的压缩下热量集中，熔池体积小，热影响区窄，焊件变形小。（3） 熔深较大，由于电弧穿透能力强，对焊件可减少焊接层数。焊后无焊接熔渣，所以多层焊时不必中间清渣。（4） 成本低，是手工电弧焊成本的50。适用范围广，适用于各种位置的焊接，既适合于薄板，又适用于厚板。CO2保护焊的缺点是：焊缝成型粗糙，飞溅较大，弧光强烈及紫外线强分别为手工电弧焊的23倍和2040倍。应加强防护。2 焊接工艺说明2.1 焊接方法的选择500m3不锈钢立式圆筒形储罐在焊接过程中，可选择的方法有：手工电弧焊、埋弧焊、TI
16、G焊、CO2气体保护焊。手工电弧焊灵便性好，可全位置焊接，宜于长短及曲线形状的焊接，适用于低碳钢、低合金钢、耐蚀耐热钢、铝铜及其合金、异类金属的焊接，可焊厚度范围1.038mm，但飞溅大，效率低。埋弧自动焊焊缝质量好，劳动条件好，飞溅小，易于长而规则焊缝的焊接，适用于低碳钢、低合金钢，可焊厚度范围4以上，但只能在平焊位置焊接。TIG焊焊缝质量高，可全位置焊接，宜于曲线形状焊缝的焊接，适应于低合金钢、有色金属的焊接，但投资大。对于低合金钢来说，常用于4mm以下焊材的打底焊。钨极氩弧焊电弧稳定，可使用小电流焊接薄工件。容器和管道的环缝封底焊采用钨极氩弧焊，可以单面焊也可以双面焊成型，焊缝质量好，功
17、效高。21号焊缝为罐壁纵缝，承受一定的内壁压力，属于A类焊接接头，由于焊缝较长并规则，选用手工电弧焊定位焊和单层埋弧焊焊接的方法。29号焊缝为法兰和接管的对接接头，受力不大，应为全焊透接头，属于C类焊接接头。由于尺寸较小，位置不便，选用TIG焊打底和手工电弧焊进行焊接。2.2 焊接材料选择 焊接材料包括焊条、焊丝、钢带、焊剂、气体、电极、衬垫等。焊接材料选择时应根据母材化学成分、力学性能、焊接性能，并结合压力容器的特点、适用条件及焊接方法综合考虑选用焊接材料。500m3不锈钢立式圆筒形储罐的主体材料是304L，法兰和接管的材料为00Cr19Ni10，均为奥氏体不锈钢。对于焊条、焊丝、焊剂的选择
18、,应从工艺性能、焊接质量方面来选择焊接材料。酸性焊条的电弧较软，飞溅少，熔渣的流动性和覆盖性好，焊缝外表美观，焊波细密，成型平滑，抗气孔性高，对铁锈，油污敏感性小，脱渣性好，但焊缝塑性，韧性较低。碱性焊条电弧不够稳定，熔渣覆盖性较差，焊缝形状呈凸起，外观波纹粗糙，焊缝含氢量少，冲击韧性高。表2.1 常用钢号推荐选用的焊接材料（JB/T4709-2000）钢 号焊条电弧焊埋弧焊CO2气保焊氩弧焊焊 条焊丝钢号（标准号）焊 剂型号牌号示例0Cr18Ni10Ti1Cr18Ni9TiE347-16（GB/T983）A132H0Cr21Ni10Ti（YB/T5092）HJ260-（YB/T5091）A1
19、370Cr17Ni12Mo2E316-16A202H0Cr19Ni12Mo2HJ260-E316-15A2070Cr18Ni12Mo2TiE316L-16A022H00Cr19Ni12Mo2E318-16A2120Cr19Ni13Mo3E317L-16H00Cr21Ni10Mo300Cr19Ni10E308L-16A002H00Cr21Ni1000Cr17Ni14Mo200Cr19Ni13Mo3A24221号焊缝采用埋弧焊，根据表2.1，选用的焊丝钢号为H00Cr21Ni10（YB/T5092）。29号焊缝采用TIG焊和手工电弧焊，根据表2.1，TIG焊选用的焊丝钢为H00Cr21Ni10（Y
20、B/T5091）:手工电弧焊选用的焊条型号为E308L-16，牌号为A002，钛钙型药皮的双相钢焊条，由于熔敷金属中含有40%左右的铁素体，故具有优良的抗裂性能，为酸性焊条。表2.2 00Cr19Ni10的化学成分钢号标准号CSiMnSPCrNiGB/T 1220-19920.031.002.000.03518.0020.008.0012.00力学性能抗拉强度 b （MPa）：480 条件屈服强度 0.2 （MPa）：177 伸长率 5 （）：40 断面收缩率 （）：60 硬度 ：187HB;90HRB;200HV表2.3 H00Cr21Ni10焊丝的化学成分牌号化学成分Mop1.002.50
21、0.0619.522.09.011.00.020.302.3 坡口设计 坡口是用来使电弧沿板厚熔入一定的深度，保证焊接接头的焊透，坡口形式应根据母材的结构形状，板材厚度及对焊接质量要求来设计，条件不同其接头及坡口形式也不同。 在选择坡口形式时主要考虑一下因素：（1） 是否能够保证工件焊透和便于操作。（2） 坡口的形式应 容易加工。（3） 尽可能提高焊接生产率和节省焊条。（4） 调整焊缝金属的化学成分。 常用的坡口形式有I、V、U、X型，一般通过板厚来决定坡口。表2.4 21号焊缝坡口形式、尺寸及焊缝形式I型坡口b 0-3mm6mm21号焊缝为罐壁的纵缝对接接头，工件厚度=6mm，选择的焊接方法
22、为手工电弧焊定位，单层埋弧焊焊接的方法，所以坡口形式设计为I型坡口。表2.5 29号焊缝坡口形式、尺寸及焊缝形式V型605.6mm60.3mm29号焊缝为接管与法兰的对接接头，工件厚度=5.6mm，选择的焊接方法为TIG焊打底,手工电弧焊填充的方法，所以坡口形式为V型坡口，坡口角度=60。2.4 坡口加工方法及清除 坡口加工采用机械加工，其加工精度高，也可以采用火焰切割或碳弧气刨。对强度级别高、厚度较大的钢材，为防止其格式产生裂纹，应按焊接的预热工艺进行预热。碳弧气刨的坡口应仔细清除余碳，在坡口两侧约50mm内，应严格除去水、油、锈及脏污等。对于不锈钢材料的焊接还需满足下列要求：（1） 不锈钢
23、焊前应将坡口两侧20mm范围内的水、油和污垢清除干净，在100mm范围内涂白垩或防飞溅材料。（2） 奥氏体不锈钢在保证焊透及焊合良好的条件下，应选用小线能量，短电弧和多层多道焊缝工艺，层间温度不宜过高。（3） 腐蚀性能要求高的双面焊焊缝，与介质接触表面的焊缝应最后施焊。（4） 不锈钢储罐焊缝表面是否进行酸洗，钝化处理，应按设计文件的要求确定。如进行酸洗钝化处理，应采取措施防止污染工地建筑物及环境。 21号、29号焊缝的坡口加工都采用火焰气割后经机械打磨。2.5 焊条、焊丝直径选择 焊条、焊丝直径的选择应根据所设计的坡口尺寸来确定，综合考虑焊接工艺性能和焊接质量。表2.6 埋弧焊工艺参数焊缝厚度
24、/焊缝次序焊丝直径/焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/mh-1焊丝牌号6正4.0525550283240.5表2.7 手工钨极氩弧焊工艺参数焊件厚度/钨极直径/气体流量/Lmin12.02.02.511016011156.07.021号焊缝采用了手工电弧焊和埋弧焊。手工电弧焊用于定位焊，埋弧焊为焊剂垫上单面埋弧焊双面成形焊接的方法。对于埋弧焊，采用汽缸式纵缝焊剂垫，工件厚度为6mm,根据表2.6，焊丝直径为4.0mm.表2.8 手工电弧焊工艺参数焊件厚度/mm第一层焊缝第二层焊缝焊条直径/mm5.64070414016029号焊缝采用TIG焊打底打底，再用手工电弧焊填充的方法。对于底层焊根据表
25、2.7，可以选出底层TIG焊的焊丝直径为2mm；对于填充用焊条根据表2.8，焊条直径为4mm.2.6 焊接工艺参数 焊件工艺参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接线能量等。2.6.1 焊接电流焊接电流的大小主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、焊缝的空间位置接头形式、焊道层次等因素选取。焊接电流主要影响熔深。焊接中电流越大，效率越高，但飞溅大，烟熏大，容易产生咬边、烧穿、焊瘤等缺陷，同时影响焊缝成形。电流小，熔深就小，电弧不稳定，容易造成未焊透和夹渣等缺陷。因此，在保证不烧穿和成形良好的情况下，选用较大的焊接电流。电源极性对焊接质量也有影响，直流电源的电弧稳定，飞溅少，焊缝质量好。在焊接重
26、要结构件是一般选用直流焊接。交流电源较直流电源成本低，但不稳定。21号焊缝焊接，焊接第一层时，采用手工电弧焊，选用直流电源，工件为负极，根据表2.8，电流大小为4070A；焊接第二层时，采用埋弧自动焊，根据表2.6，焊接电流大小为525550A。29号焊缝焊接，采用TIG焊和手工电弧焊，选用直流电源，根据表2.7，底层TIG焊时电流大小为110160A，根据表2.8，第二层手工电弧焊的电流大小为140160A。2.6.2 电弧电压 电弧电压主要由弧长决定，弧长越长，电弧电压越高；电弧越短，电弧电压越低。电弧电压主要影响焊缝的宽窄，电弧电压高时，焊缝较宽，反之较窄。而焊缝的宽度主要由焊条的横向摆
