淺談鋁錳球罐制作中焊接變形的防止措施方案

1、. . . . 技師學(xué)院10屆焊接預(yù)備技師班畢業(yè)論文淺談鋁錳球罐制作中焊接變形的防止措施姓 名：專 業(yè)： 焊接技術(shù)與自動化學(xué) 號： 10JHJ110 指導(dǎo)老師： weeeeeeee 時(shí) 間： 2010.04.15 目錄容摘要2前言3一 . 鋁錳球罐制作材料結(jié)構(gòu)分析31.1 焊接材料31.1.1母材材料31.1.2焊絲材料41.1.3焊接方法41.2 球罐結(jié)構(gòu)形式4二 . 鋁錳球罐變形產(chǎn)生原因52.1瓣片的制作52.2球體的裝配焊接62.2.1裝配62.2.2焊接6三 . 球罐制作防止措施73.1 瓣片制作變形控制73.2 裝配焊接變形控制73.3 球罐焊接變形控制83.3.1 部加支撐83.3

2、.2 裝配方法83.3.3 順序焊接9四. 檢測10五.結(jié)論10參考文獻(xiàn)11淺談鋁錳球罐制作中變形的防止措施容摘要球罐是一種特殊壓力容器，國外球罐制造業(yè)發(fā)展很快，我國的球罐制造在70年代才得到了高速發(fā)展通常球罐作為大容量，有壓貯存容器在各工業(yè)部門中被用于貯存液化石油氣、液化天然氣液氧、液氮、液氫、液氨與其它中間介質(zhì)；也被用于貯存壓縮空氣，壓縮氣體(氧氣、氮?dú)狻⒊鞘忻簹?隨著工業(yè)的發(fā)展球罐的使用圍將越來越廣，同時(shí)對球罐制造技術(shù)要求更高、更苛刻 這就必然對球罐的制造帶來更多，更大的困難和問題我們學(xué)校為了讓學(xué)生能夠熟練的掌握學(xué)習(xí)的東西，加強(qiáng)我們的動手能力，通過簡單的典型結(jié)構(gòu)件的制作 如：鋁錳球罐的制

3、作，通過在焊接時(shí)出現(xiàn)的問題讓我們進(jìn)行合理的分析，提出自己的解決方法。以此提高我們對一些典型結(jié)構(gòu)件的制作中問題的分析能力，在制作過程中也是對自己學(xué)習(xí)知識的總結(jié)。本文主要介紹了直徑為400mm的鋁錳球罐在制作中變形的防止方法。關(guān)鍵詞鋁錳球罐 焊接變形 防止措施前言從單位容積消耗材料量來看，球罐是最經(jīng)濟(jì)的容器形式。此外，球罐還具有耐壓較高，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在石化行業(yè)中被普遍采用。但球罐組裝焊接的難度較大，要求較高，幾何尺寸難以控制。在我們預(yù)備技師班典型結(jié)構(gòu)件的制作中，我們對直徑為400mm的球罐采用板厚為4mm的鋁錳材料(3A21)進(jìn)行了制作。下面就制作過程中焊接變形的防止方法作以簡要介紹。一 .

4、 鋁錳球罐制作材料結(jié)構(gòu)分析1.1 焊接材料焊接材料采用4mm厚的鋁錳合金3A21板，所用的焊絲為鋁硅合金焊絲HS311或鋁錳合金焊絲HS321。 1.1.1母材材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%牌號舊牌號SiFeCuMnMgZnTi其他Al3A21LF210.60.70.21.01.60.050.10.150.1余量物理性能牌號密度/g.cm-3比熱容(100)/J.Kg-1-1.熱導(dǎo)率25/W.m-1.-1線膨脹系數(shù)20100×1006/-1電阻率×10-6/.cm3A212.73100918023.23.45鋁錳合金3A21的熱導(dǎo)率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱

5、導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接鋁與鋁合金時(shí)，能量除用于熔化金屬熔池外，還將有更多的熱量無謂消耗于金屬其他部位，這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著，為了獲得高質(zhì)量的焊接接頭，應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的電源，有時(shí)也可采用預(yù)熱等工藝措施。鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應(yīng)力較大，因此，需采取預(yù)防焊接變形的措施。在耐蝕性允許的情況下，可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5時(shí)熱裂傾向較大，隨著硅含量增加，合金結(jié)晶溫度圍變小，流動性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應(yīng)減小。1.1.2焊絲材料鋁合金焊絲牌號、成分與

6、用途 名稱型號主要化學(xué)成分W(%)牌號用途與特性鋁硅合金焊絲SAlSi-1Si4.56.0Al余量HS311焊接除鋁鎂合金以外的鋁合金，特別對易產(chǎn)生熱裂紋的熱處理強(qiáng)化鋁合金更合適，抗裂鋁錳合金焊絲SAlMnMn1.01.6Al余量HS321焊接鋁錳與其他鋁合金，耐腐，抗裂1.1.3焊接方法 采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊，保護(hù)氣體采用大于999純氬氣。1.2 球罐結(jié)構(gòu)形式球體采用的結(jié)構(gòu)形式如圖1為橘瓣式，大體分為四部分上下極、上下溫帶。球體徑392mm、外徑400mm。球體由18片組成（2極板 16個(gè)溫帶瓣）.瓣片如圖2.圖1 圖2二 . 鋁錳球罐變形產(chǎn)生原因在球罐制作過程中，每個(gè)瓣片的的

7、幾何尺寸（如弧度、環(huán)縫組對直徑等）以與焊接過程中產(chǎn)生的變形，是影響球罐成形質(zhì)量的主要因素。在制作中這些部分也就是球罐成型好壞的關(guān)鍵因素。2.1瓣片的制作球體的瓣片是由一對模具壓型而成的。鋁錳合金的塑韌性非常好，但在在壓型過程中，還會出現(xiàn)一定的回彈,使瓣片的弧度變大。在壓型時(shí)由于壓力過大使整個(gè)表面產(chǎn)生一定程度的延展。球瓣采用近似展開下料，展開成近似平面，球體瓣片的壓型前，板的尺寸大小不易確定。2.2球體的裝配焊接在球罐整體焊接時(shí)，由于需要采用比較大的焊接電源，并且沒有工裝夾具，因此就使得球體極易發(fā)生變形，極易使球體外形尺寸發(fā)生變化。2.2.1裝配若直接將1/16瓣片進(jìn)行組焊就會出現(xiàn)如上所示的變形

8、，焊接完后焊縫處下榻，兩側(cè)上翹，這樣的變形會對下一步的裝配焊接產(chǎn)生很大影響，下一步將使1/8瓣兩兩焊接時(shí)產(chǎn)生焊縫間隙過大，最終使得球體尺寸變大達(dá)不到要求。在球瓣拼裝時(shí)當(dāng)半球尺寸達(dá)不到要求，就使得的球罐外形尺寸尺寸發(fā)生變化。2.2.2焊接 在焊接時(shí)鋁錳合金的熱導(dǎo)率和比熱容約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導(dǎo)到除焊縫金屬外的其他部分，因而焊接鋁錳合金時(shí)，能量除消耗于熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無謂消耗。為了獲得高質(zhì)量的焊接接頭，應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源，有時(shí)也需要采用預(yù)熱等工藝措施。凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應(yīng)力較大。在焊接時(shí)若未采用合理的焊接

9、順序，也會產(chǎn)生很大變形。問起疊加就會使球體發(fā)生很大的變形。三 . 球罐制作防止措施3.1 瓣片制作變形控制板料在彎曲成形前，展開料長都是先確定中性層，再通過作圖和計(jì)算得出曲線長度。鋁錳合金塑韌性較好，回彈量比較小，因此將回彈余量留的小些，減小凹凸?；《龋⒃趬盒屯旰笥眉庸ず玫臉?biāo)準(zhǔn)樣板進(jìn)行測量，若不合格進(jìn)行校正。校正方法：將壓完后的瓣片墊在模具上用木錘校正，弧度過大墊在凹模上進(jìn)行校正，弧度太小墊在凸模上校正。用木錘敲時(shí)要在模上墊實(shí)。也可在一遍壓完后，再用模具壓一次。3.2 裝配焊接變形控制焊縫下榻，尺寸減小。收縮變形，采用留余量法，在下料時(shí)將瓣片的尺寸適當(dāng)加大，以補(bǔ)償焊接的收縮。單道焊縫的橫向收

10、縮量B值比縱向收縮量要大得多。其計(jì)算方法如下圖。B=A·q·c··B-焊縫橫向收縮量 A -經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 電弧焊1.0-1.2 q -焊接線能量 材料線能量系數(shù)c材料比熱容 材料密度 板厚上翹。無外力作用下，采用反變形法，根據(jù)變形的規(guī)律，焊接前預(yù)先將兩球瓣向著與焊接變形的相反方向進(jìn)行人為的變形（反變形量與焊接變形量相等）,使之達(dá)到抵消焊接變形的目的。這樣的方法很有效，但必須準(zhǔn)確的估計(jì)焊后可能產(chǎn)生的變形方向和大小，并且根據(jù)我們在制作中球瓣為曲面，且要采用較大的焊接電源，所以更要靈活的運(yùn)用。3.3 球罐焊接變形控制3.3.1部加支撐球罐的外形尺寸控制在制作時(shí)，主

11、要依靠在裝配時(shí)用制作好的樣板，在裝配時(shí)進(jìn)行卡位，利用這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的卡具在定位焊時(shí)將球體表面各處的弧度保持一致，我們在制作中基本將其個(gè)個(gè)面的弧度差值差控制在1-2mm .然后就是在整體裝配前在球罐加支撐條如圖。這樣基本上使人在眼睛直觀看時(shí)球面弧度保持一致。3.3.2 裝配方法裝配采用樣板定位和對稱點(diǎn)固焊的方法。具體步驟如下：縱焊縫點(diǎn)固焊A.用樣板調(diào)節(jié)焊縫間隙至12mm，錯(cuò)邊量1mm。B.在焊縫外側(cè)進(jìn)行點(diǎn)固焊，點(diǎn)固焊縫長度為1015mm，點(diǎn)固焊焊道間距為40mm。C.每條焊縫點(diǎn)固焊完畢后，測焊縫兩側(cè)的弧度，若不正確進(jìn)行校正。D.點(diǎn)焊順序?yàn)橄赛c(diǎn)固焊縫兩端，然后點(diǎn)固中間，再向兩頭逐個(gè)對稱加密。E.

12、點(diǎn)固焊由兩組人員以球罐中心軸線對稱同時(shí)施焊，并按同方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行。F.點(diǎn)固焊引弧熄弧均應(yīng)在側(cè)坡口，嚴(yán)禁在球殼板上引熄弧.H.點(diǎn)固焊過程中，隨時(shí)對焊縫間隙和錯(cuò)邊量進(jìn)行測量和調(diào)整。環(huán)縫點(diǎn)固焊環(huán)縫點(diǎn)固也采取樣板定位與點(diǎn)固相結(jié)合的方案，具體如下：A.環(huán)縫接頭兩側(cè)用一對卡具固定。B.環(huán)縫側(cè)坡口點(diǎn)固焊焊道的長度，相鄰焊道距離均與縱縫點(diǎn)固焊一樣。C.環(huán)縫側(cè)坡口點(diǎn)固焊工藝方案與要求均與縱縫點(diǎn)固焊一樣。D點(diǎn)固焊過程中，隨時(shí)對焊縫間隙和錯(cuò)邊量進(jìn)行測量和調(diào)整。3.3.3 順序焊接焊接時(shí)變形的控制，在制作中主要是采用順序焊接焊接順序的原則是先縱縫，后環(huán)縫。為了使焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力分布均勻，要做到對稱焊接，力求焊速一致

13、。順序?yàn)椋荷蠝貛Эv縫焊接下溫帶縱縫焊接赤道環(huán)縫焊接上下級環(huán)縫焊接焊接環(huán)縫時(shí)應(yīng)控制線能量不小于最低極限，即在焊接電流、焊接電壓一定時(shí)，焊接速度不能超過允許的最大值。環(huán)縫焊接時(shí)，先點(diǎn)固兩端，再分段焊中間，逐漸向兩邊加密，后連接成一條。每層焊縫高度要基本相等，高出的地方用磨光機(jī)去除，低洼處應(yīng)補(bǔ)焊平齊。具體焊接順序?yàn)椋合群? 5 再焊15 然后3 7 再焊37其他縱縫以此類推。焊完縱縫后焊赤道環(huán)縫H2 ，H2可平均分為多個(gè)部分，然后也采用對稱焊接。最后焊接上下極板的環(huán)縫H1 H3。注:在焊接時(shí)由于材料熱導(dǎo)率高，因此在焊接幾條焊縫后等冷卻一段時(shí)間后再繼續(xù)進(jìn)行焊接，以防溫度過高球面發(fā)生變形，同時(shí)也影響焊工操作。四. 檢測在焊接完后，進(jìn)行檢測。先用目測觀察球體表面是否發(fā)生變形，對不合適處進(jìn)行打磨修復(fù)。最后用樣板進(jìn)行測量，表面弧度差應(yīng)在1-2mm之間。經(jīng)檢測球體基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。五.