壓力容器焊接(畢業(yè)設(shè)計(jì))

1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）壓力容器的焊接摘 要眾所周知，壓力容器是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。而由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故，因此世界各國(guó)均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國(guó)家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國(guó)家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。同樣的，對(duì)于它的生產(chǎn)要求也不能放松。焊接作為壓力容器生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，可謂是重中之重。本文從壓力容器焊接接頭設(shè)計(jì)、壓力容器焊接材料的選擇及常用的焊接方法等方面簡(jiǎn)單地介紹了壓力容器焊接方面的基礎(chǔ)知識(shí)?；谑止る娀『冈O(shè)備簡(jiǎn)單、工藝靈活及對(duì)各種剛適應(yīng)性強(qiáng)等

2、特點(diǎn)，手工電弧焊成為壓力容器最主要的焊接方法，本文詳細(xì)的介紹了手工電弧焊在壓力容器焊接中的應(yīng)用及常見的焊接缺陷和預(yù)防方法。關(guān)鍵詞：壓力容器，手工電弧焊，石油化工，焊接方法 PRESSURE VESSEL OF WELDINGABSTRACTWith the high-speed development of national economy, oil chemical industry and products by the extensive use of air, large capacity pressure container storage tank of low temperatu

3、re low pressure liquid is regarded as the priority development of production important products. The use of pressure vessel is very extensive. It is in the oil industry, the energy industry, scientific research and military industry and so on the economy in each department plays an important role in

4、 the equipment. According to the pressure of pressure vessels are rated: low pressure containers, medium voltage containers, high pressure vessel and ultrahigh pressure container.I do this topic discussion is medium voltage containers (code M 1.6 MPa than p 10.0 MPa) welding process design.Based on

5、manual arc welding equipment simple, flexible and to all sorts of technology just strong adaptability and other characteristics, this paper I used manual electric arc welding and Choose model ZGX-300 rotary dc machines. The welding structure, from bottles of welding joint structure design, welding m

6、aterials selection principle of all-round expounded on medium voltage vessel welding process design and introduces mainly the manual arc welding range of knowledgeKEY WORDS: Medium pressure vessure，Manual arc welding，Pressure vessel，Bongding technolgy3目錄摘 要IABSTRACTII前言1第1章壓力容器及其焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31.1 壓力容器簡(jiǎn)介

7、31.2 壓力容器焊接接頭分類41.3 壓力容器焊接坡口51.3.1 選擇坡口形式和尺寸應(yīng)考慮下列因素：51.3.2 焊接接頭和坡口的設(shè)計(jì)5第2章 壓力容器焊接材料的選擇原則62.1 壓力容器焊接材料的選擇原則62.1.1 選擇焊接材料等強(qiáng)性原則62.1.2 對(duì)工藝因素的考慮62.1.2 按不同焊接方法的特點(diǎn)選擇材料62.1.3 合理的經(jīng)濟(jì)性62.2 電焊條的選擇72.2.1 16MnR鋼焊條選用的焊條牌號(hào)及直徑72.2.2 焊絲和焊劑的選擇7第3章 壓力容器焊接方法及特點(diǎn)83.1 埋弧自動(dòng)焊83.2 氬弧焊93.3 手工電弧焊9第4章 壓力容器手工電弧焊工藝114.1 手工電弧焊的工作原理1

8、14.1.1 手工電弧焊的形成過程114.1.2 影響焊接電弧穩(wěn)定的因素124.2 弧焊電源的選用124.2.1 電源134.2.2 旋轉(zhuǎn)式直流電弧機(jī)134.3 手工電弧焊的焊接工藝144.3.1 焊接工藝參數(shù)的選擇144.3.2 焊接操作技術(shù)174.4 準(zhǔn)備工作184.5 焊接工藝參數(shù)19結(jié) 論20謝 辭21參考文獻(xiàn)22前言壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表針及完全不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)

9、等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國(guó)均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國(guó)家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國(guó)家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。壓力容器按照設(shè)計(jì)壓力（P）劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個(gè)壓力等級(jí)。按盛裝介質(zhì)分為：非易燃、無毒、易燃或有毒、劇毒。按工藝過程中的作用不同分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和貯運(yùn)容器。為了更有效地實(shí)施科學(xué)管理和安全監(jiān)檢，我國(guó)壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程中根據(jù)工作壓力、介質(zhì)危害性及其在生產(chǎn)中的作用將壓力容器分為三類。并對(duì)每個(gè)類別的壓力容器在設(shè)計(jì)、制造過程，以及檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容和方式做出了不同的規(guī)定。同時(shí)壓力容器已實(shí)施進(jìn)口商

10、品安全質(zhì)量許可制度，未取得進(jìn)口安全質(zhì)量許可證書的商品不準(zhǔn)進(jìn)口內(nèi)部或外部承受氣體或液體壓力，并對(duì)安全性有較高要求的密封容器，早期主要用于化學(xué)工業(yè)，壓力多在10兆帕以下。合成氨和高壓聚乙烯等高壓生產(chǎn)工藝出現(xiàn)后，要求壓力容器的壓力達(dá)100兆帕以上。隨著化工和石油化工等工業(yè)的發(fā)展，壓力容器的工作溫度范圍越來越寬，容量不斷增大，有些還要求耐介質(zhì)腐蝕。20世紀(jì)60年代開始，核電站的發(fā)展對(duì)反應(yīng)堆壓力容器提出了更高的安全和技術(shù)要求，從而促進(jìn)了壓力容器的進(jìn)一步發(fā)展。壓力容器主要為圓柱形，也有球形或其他形狀。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，可分為多層式壓力容器，繞板式壓力容器、型槽繞帶式壓力容器、熱套式壓力容器、鍛焊式壓力容器和厚

11、板卷焊式壓力容器等。大多數(shù)壓力容器由鋼制成，也有的用鋁、鈦等有色金屬和玻璃鋼、預(yù)應(yīng)力混凝土等非金屬材料制成。壓力容器在使用中如果發(fā)生爆炸，會(huì)造成災(zāi)難性事故。為了使壓力容器在確保安全的前提下達(dá)到設(shè)計(jì)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、易于制造、使用可靠和造價(jià)經(jīng)濟(jì)等目的，各國(guó)都根據(jù)本國(guó)具體情況制定了有關(guān)壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件，對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和使用等提出具體和必須遵守的規(guī)定。本文從焊接方面全面闡述了關(guān)于壓力容器的焊接，并著重介紹了手工電弧焊在壓力容器焊接中的應(yīng)用。最后，對(duì)壓力容器焊接方法自動(dòng)化的前景進(jìn)行分析，這也是以后我們工作中要逐步解決的問題。第1章 壓力容器及其焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 壓力容

12、器簡(jiǎn)介壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計(jì)及完全不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國(guó)均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國(guó)家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國(guó)家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。壓力容器的分類方法很多按承受壓力的等級(jí)分為低壓容器、壓力容器、高壓容器和超高壓容器。為了更有效地實(shí)施科學(xué)管理和安全監(jiān)檢，我國(guó)壓力容器安全

13、監(jiān)察規(guī)程中根據(jù)工作壓力、介質(zhì)危害性及其在生產(chǎn)中的作用將壓力容器分為三類。并對(duì)每個(gè)類別的壓力容器在設(shè)計(jì)、制造過程，以及檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容和方式做出了不同的規(guī)定。壓力容器已實(shí)施進(jìn)口商品安全質(zhì)量許可制度，未取得進(jìn)口安全質(zhì)量許可證書的商品不準(zhǔn)進(jìn)口。應(yīng)該按照最新TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中劃分，先按介質(zhì)劃分為第一組介質(zhì)和第二組介質(zhì)，然后再按照壓力和容積劃分類別類，類，類，老容規(guī)的所謂第一類、第二類、第三類已經(jīng)不適用啦。不同的焊接方法有不同的焊接工藝。焊接工藝主要根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號(hào)、化學(xué)成分，焊件結(jié)構(gòu)類型，焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、鎢極氬

14、弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等等，焊接方法的種類非常多，只能根據(jù)具體情況選擇。確定焊接方法后，再制定焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)的種類各不相同，如手弧焊主要包括：焊條型號(hào)（或牌號(hào)）、直徑、電流、電壓、焊接電源種類、極性接法、焊接層數(shù)、道數(shù)、檢驗(yàn)方法等等。1.2 壓力容器焊接接頭分類壓力容器的焊接接頭分成四類，目的是在設(shè)計(jì)、制造、維修、管理時(shí)可以分別對(duì)待，從而保證焊接質(zhì)量1. 1 容器圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外），球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭，各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對(duì)接連接的接頭，均屬類焊接接頭。 2 殼體部分的環(huán)向焊縫接頭，錐形封頭小端與接管連接的接頭

15、，長(zhǎng)頸法蘭與接管連接的接頭，均屬類焊接接頭，但已規(guī)定為、類的焊接接頭除外。 3 平蓋、管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬類焊接接頭。 4 接管、人孔、凸緣等與殼體連接的接頭，均屬類焊接接頭，但已規(guī)定為、類的焊接接頭除外。 類焊縫是壓力容器中受力最大的接頭，因此一般要求采用雙面焊或保證全焊透的單面焊縫；類焊縫的工作應(yīng)力一般為類的一半。除了可采用雙面焊的對(duì)接焊縫以外，也可采用帶襯墊的單面焊；在中壓焊縫中，類接頭的受力較小，通常采用角焊縫聯(lián)接。類焊縫是接管與容器的交叉焊縫。受力條件較差，且存在較高的應(yīng)力集中。這種焊縫的拘

16、束度相當(dāng)大，殘余應(yīng)力亦較大，易產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此在這種容器中類焊縫應(yīng)采取全焊透的焊接接頭。鋼制壓力容器焊接接頭的基本形式：有對(duì)接接頭、T形（十字形）接頭、角接頭和搭接接頭。對(duì)接接頭是最基本的一種接頭形式，其強(qiáng)度可以達(dá)到與材相同，受力均勻，筒體與封頭等重要部件的連接均采用對(duì)接接頭。厚度小時(shí)不開坡口，當(dāng)厚度超過8mm是要有坡口。對(duì)接接頭中的應(yīng)力分布比較復(fù)雜，焊縫與母材交界處有應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中系數(shù)的大小和焊縫的幾何尺寸相關(guān)，如果通過打磨將余高磨平，應(yīng)力的分配情況就有明顯改善。以前叫余高為加強(qiáng)高是從受力橫斷面面積增大角度考慮的1。1.3 壓力容器焊接坡口 1.3.1 選擇坡口形式和尺寸應(yīng)考慮下

17、列因素： 1 焊接方法2 焊縫填充金屬盡量少3 避免產(chǎn)生缺陷4 減少殘存焊接變形與應(yīng)力5 有利于焊接防護(hù)6 焊工操作方便1.3.2 焊接接頭和坡口的設(shè)計(jì)對(duì)于手工電弧焊，由于熔深較淺，6mm以上的鋼板就需要開V形坡口，由于手工電弧焊焊接時(shí)焊條直徑較粗，焊縫表面覆蓋較厚的熔渣層，較大的坡口角能使焊條伸入坡口底部，便于脫渣，因此V形坡口角度必須大于60如圖1-1圖1-1 v型坡口示意圖5洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 壓力容器焊接材料的選擇原則2.1 壓力容器焊接材料的選擇原則2.1.1 選擇焊接材料等強(qiáng)性原則對(duì)于低合金壓力容器用焊接材料，一般都是按與母材等強(qiáng)的原則來選用.這里所說的等強(qiáng)性應(yīng)理解

18、為焊接金屬的強(qiáng)度不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，同時(shí)應(yīng)注意焊接材料熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不能大大高于母材的抗拉強(qiáng)度，而導(dǎo)致焊縫塑性性能降低，硬度增大，不利于隨后的制造成型。盡管強(qiáng)度計(jì)算僅考慮材料的抗拉強(qiáng)度，各種工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫的屈服強(qiáng)度均無要求，但選擇焊接材料時(shí)也應(yīng)考慮焊接材料熔敷金屬的屈服強(qiáng)度不應(yīng)低于母材的屈服強(qiáng)度，并注意保證一定的屈強(qiáng)比2。2.1.2 對(duì)工藝因素的考慮在薄壁容器的制造中，筒節(jié)大都采用冷卷成型，組焊成的整臺(tái)容器，由于壁薄，應(yīng)力容易松弛，不必做消除應(yīng)力處理，只要焊縫在焊后狀態(tài)能滿足設(shè)計(jì)要求就可以了. 滿足焊接接頭制造工藝性能和焊接工藝性能的要求。焊接接頭組成的構(gòu)件，在制造過程中不可避

19、免要進(jìn)行各種成型和切削加工，例如沖壓、車、刨等，要求焊接接頭具有一定的塑性變形能力和切削性能、高溫綜合性能等2.1.2 按不同焊接方法的特點(diǎn)選擇材料由于是小批量生產(chǎn)，屬于薄壁焊接，從經(jīng)濟(jì)性和焊接工藝特點(diǎn)方面分析選擇手工電弧焊比較適合，因此要求選用低氫性的堿性焊條（與酸性焊條相比，脫氧，脫硫比較完全，合金元素的過渡較多，氫含量較低）.另外，用堿性藥皮焊條焊制的焊縫金屬，其機(jī)械性能，尤其是低溫韌性要比酸性藥皮焊縫的焊縫金屬高得多2.1.3 合理的經(jīng)濟(jì)性在滿足上述性能外，應(yīng)選擇價(jià)格便宜的焊接材料，降低制造成本。2.2 電焊條的選擇2.2.1 16MnR鋼焊條選用的焊條牌號(hào)及直徑主要取決于材料性質(zhì)，焊

20、件的厚度，接頭形式和焊接位置。主要依據(jù)熔敷金屬化學(xué)成分和母材相同或相近的原則，以滿足焊縫的耐腐蝕性能。選擇直流反接法焊接，采用低氫堿性焊條J427，其熔敷金屬具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗裂性能，低溫沖擊韌性好，熔渣流動(dòng)性，其工藝性較好，能全位置焊，焊縫金屬抗裂性能和機(jī)械性能較好，適用于焊接重要結(jié)構(gòu)件，受壓容量16MnR及中碳鋼及低合金鋼重要構(gòu)件。低氫鈉型藥皮，直流焊縫金屬抗拉強(qiáng)度不低于420Mpa。堿性焊條，藥皮中含有較多的大理石、螢石，并有較多的鐵合金作為脫氧劑和合金劑。這種藥皮有足夠的脫氧性。堿性焊條與酸性焊條相比，保護(hù)氣體中含氫很少，因此又稱為低氫型焊條，主要用于重要結(jié)構(gòu)的焊接。 目前廣泛應(yīng)用

21、的電焊條是一根外表涂有藥皮的鋼絲。鋼絲的作用：一是傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生電弧;二是本身熔化形成焊縫中的填充金屬。焊條藥皮的作用是提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，保護(hù)焊接熔池，使焊縫金屬脫氧、去硫、去磷，改善焊接工藝性能等3。2.2.2 焊絲和焊劑的選擇16MnR鋼焊條焊劑一般選用HJ350，焊絲一般選用HJ101，直徑 3.2mm7 第3章 壓力容器焊接方法及特點(diǎn)壓力容器常用的焊接方法有：埋弧焊、手工電弧焊、氬弧焊等，而手工電弧焊是其中最常用的方法，本文將著重介紹手工電弧焊在壓力容器制造中的應(yīng)用。3.1 埋弧自動(dòng)焊簡(jiǎn)稱埋弧焊，是電弧在焊劑層下燃燒，用機(jī)械自動(dòng)引燃電弧并進(jìn)行控制，自動(dòng)完成焊絲的送進(jìn)和電弧移動(dòng)的一種

22、電弧焊方法工作原理：焊絲與焊件之間燃燒的電弧是埋在顆粒狀焊劑下面的電弧熱將焊絲端部及電弧直接作用的母材和焊劑熔化并使部分蒸發(fā)，金屬和焊劑所蒸發(fā)的氣體在電弧周圍形成一個(gè)封閉空腔，電弧在這個(gè)空腔中燃燒?？涨槐灰粚佑扇墼鶚?gòu)成的渣膜所包圍，這層渣膜不僅很好的隔絕了空氣和電弧與熔池的接觸，而且使弧光不能輻射出來。被電弧加熱熔化的焊絲以熔滴的形式落下，與熔融母材金屬混合形成熔池。密度較小的熔渣浮在熔池之上，熔渣除了對(duì)熔池金屬的機(jī)械保護(hù)作用外，焊接過程中還與熔池金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，從而影響焊縫金屬的化學(xué)成分。電弧向前移動(dòng)，熔池金屬逐漸冷卻后結(jié)晶形成焊縫。浮在熔池上的熔渣冷卻后，形成渣殼可繼續(xù)對(duì)高溫下的焊縫起

23、保護(hù)作用，避免被氧化4。主要優(yōu)點(diǎn)：1 生產(chǎn)效率高 用大電流，溶深大，生產(chǎn)效率較高。2 焊縫質(zhì)量高 保護(hù)完善，雜質(zhì)較少，以獲得穩(wěn)定高質(zhì)量的焊縫。3 勞動(dòng)條件好 沒有弧光輻射，勞動(dòng)條件較好。不足：1 不及手工電弧焊靈活，一般只適用于水平位置或傾斜度不大的焊縫。2 工件邊緣準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求較高，費(fèi)工時(shí)。3 由于埋弧操作，看不到焊縫和熔池形成過程，必須嚴(yán)格控制焊接范。綜上所示埋弧焊適用于批量大較厚較長(zhǎng)的直線及較大直徑環(huán)形焊焊接。3.2 氬弧焊氬弧焊技術(shù)是在普通電弧焊的原理的基礎(chǔ)上，利用氬氣對(duì)金屬焊材的保護(hù)，通過高電流使焊材在被焊基材上融化成液態(tài)形成溶池，使被焊金屬和焊材達(dá)到冶金結(jié)合的一種焊接技術(shù)，由

24、于在高溫熔融焊接中不斷送上氬氣，使焊材不能和空氣中的氧氣接觸，從而防止了焊材的氧化，因此可以焊接銅、鋁、合金鋼等有色金屬。氬弧焊按照電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種5。1 非熔化極氬弧焊工作原理及特點(diǎn)：非熔化極氬弧焊是電弧在非熔化極（通常是鎢極）和工件之間燃燒，在焊接電弧周圍流過一種不和金屬起化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體（常用氬氣），形成一個(gè)保護(hù)氣罩，使鎢極端頭，電弧和熔池及已處于高溫的金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體。從而形成致密的焊接接頭，其力學(xué)性能非常好。 2 熔化極氬弧焊工作原理及特點(diǎn) ：焊絲通過絲輪送進(jìn)，導(dǎo)電嘴導(dǎo)電，在母材與焊絲之間產(chǎn)生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣

25、體氬氣保護(hù)電弧和熔融金屬來進(jìn)行焊接的。它和鎢極氬弧焊的區(qū)別：一個(gè)是焊絲作電極，并被不斷熔化填入熔池，冷凝后形成焊縫；另一個(gè)是采用保護(hù)氣體，隨著熔化極氬弧焊的技術(shù)應(yīng)用，保護(hù)氣體已由單一的氬氣發(fā)展出多種混合氣體的廣泛應(yīng)用，如以氬氣或氦氣為保護(hù)氣時(shí) 稱為熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（在國(guó)際上簡(jiǎn)稱為MIG焊）；以惰性氣體與氧化性氣體混合氣為保護(hù)氣體時(shí)，或以二氧化碳?xì)怏w或二氧化碳和氧氣混合氣為保護(hù)氣時(shí)，統(tǒng)稱為熔化極活性氣 體保護(hù)電弧焊（在國(guó)際上簡(jiǎn)稱為MAG焊）。從其操作方式看，目前應(yīng)用最廣的是半自動(dòng)熔化極氬弧焊和富氬混合氣保護(hù)焊，其次是自動(dòng)熔化極氬弧焊6。特點(diǎn)：氬氣的散熱能力較低，一旦引燃能夠較穩(wěn)定的燃燒，

26、但其電離勢(shì)能較高，引弧較困難，需要借用高頻震蕩器產(chǎn)生高頻高壓電引弧，焊接成本高，因此常用于易氧化金屬、稀有金屬、高強(qiáng)度合金鋼及一些特殊用途的高合金鋼（不銹鋼、耐熱鋼）的焊接15。3.3 手工電弧焊手工電弧焊通常指采用藥皮焊條的手工焊接法. 手工電弧焊是利用產(chǎn)生于焊條和工件之間的電弧熱來熔化焊條和母材，形成連接被焊工件的焊接接頭.這種焊接方法具有如下工藝特點(diǎn)7：1 設(shè)備簡(jiǎn)單2 工藝靈活3 對(duì)工作場(chǎng)地?zé)o特殊要求4 在任何位置都可以進(jìn)行焊接5 對(duì)各種鋼材的適應(yīng)性強(qiáng)6 焊縫金屬的性能優(yōu)良，特別是低溫沖擊韌性相當(dāng)高7藥皮焊條的品種齊全，可按技術(shù)條件規(guī)定的要求選擇與母材性能相配的焊接變形8 容易控制形狀復(fù)

27、雜工件的焊接變形缺點(diǎn)：實(shí)用的電流范圍較窄，焊條熔敷速度較低，加之焊條長(zhǎng)度是固定的（450mm以下），焊接長(zhǎng)焊縫時(shí)需不斷的更換焊條，這就增加了焊接輔助時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率。第4章 壓力容器手工電弧焊工藝4.1 手工電弧焊的工作原理4.1.1 手工電弧焊的形成過程手工電弧焊亦稱焊條電弧焊是利用焊條和焊件之間的電弧熱使金屬和母材熔化形成焊縫的一種焊接方法。在兩個(gè)電極之間的氣體介質(zhì)中，強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象稱為電弧。而發(fā)生在焊接電極與工件間隙電離后放電稱之為焊接電弧。焊接電弧從實(shí)質(zhì)上看是氣體導(dǎo)電，把電能轉(zhuǎn)化成熱能、機(jī)械能和光能。其中熱能和機(jī)械能被用來熔化金屬，形成焊接接頭。光能就得靠勞動(dòng)保護(hù)來加以防

28、護(hù)。焊接過程中，在電弧高熱作用下，焊條和被焊金屬局部熔化。由于電弧的吹力作用，在被焊金屬上形成了一個(gè)橢圓形充滿液體金屬的凹坑，這個(gè)凹坑稱為熔池。同時(shí)熔化了的焊條金屬向熔池過渡。焊條藥皮熔化過程中產(chǎn)生一定量的保護(hù)氣體和液態(tài)熔渣。產(chǎn)生的氣體充滿在電弧和熔池周圍起隔絕大氣的作用。液態(tài)熔渣浮起蓋在液體金屬上面，也起著保護(hù)液體金屬的作用。熔池中液態(tài)金屬、液態(tài)熔渣和氣體間進(jìn)行著復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，稱之為冶金反應(yīng)，這種反應(yīng)起著精煉焊縫金屬的作用，能夠提高焊縫的質(zhì)量。隨著電弧的前移，熔池后方的液體金屬溫度逐漸下降，漸次冷凝形成焊縫。手工電弧焊的主回路如圖4-1所示。1電焊機(jī) 2軟電纜 3焊鉗 4焊條圖5電弧

29、 6工件 7地線圖4-1 手工電弧焊主回路示意圖4.1.2 影響焊接電弧穩(wěn)定的因素實(shí)際生產(chǎn)中，焊接電弧可能由于各種原因而發(fā)生燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象，如電弧經(jīng)常間斷，不能連續(xù)燃燒，電弧偏離焊條軸線方向或電弧搖擺不穩(wěn)等。而焊接電弧能否穩(wěn)定，直接影響到焊接質(zhì)量的優(yōu)劣和焊接過程的正常進(jìn)行8。影響電弧穩(wěn)定的因素，除操作者技術(shù)不熟練外，大致可歸為以下幾個(gè)方面。1. 焊接電源的種類、極性及性能的影響。一般來說，用直流焊機(jī)比用交流焊機(jī)電弧穩(wěn)定，反接比正接電弧穩(wěn)定，空載電壓較高的焊機(jī)較之空載電壓較低的焊機(jī)電弧穩(wěn)定。2. 焊條藥皮的影響。藥皮中含有易電離的元素，如鉀、鈉、鈣和它們的化合物越多，電弧穩(wěn)定性越好。含有難于電

30、離的物質(zhì)，如氟的化合物越多，電弧穩(wěn)定性就越差。此外，焊條藥皮偏心，熔點(diǎn)過高和焊條保存不好，造成藥皮局部脫落等都會(huì)造成電弧不穩(wěn)。3. 焊接區(qū)清潔度和氣流影響。焊接區(qū)若油漆、油脂、水分及污物過多時(shí)，會(huì)影響電弧的穩(wěn)定性。在風(fēng)較大的情況下露天作業(yè)，或在氣流速度大的管道中焊接，氣流能把電弧吹偏而拉長(zhǎng)，也會(huì)降低電弧的穩(wěn)定性。4. 磁偏吹的影響。在焊接時(shí)，會(huì)發(fā)生電弧不能保持在焊條軸線方向，而偏向一邊，這種現(xiàn)象稱為電弧的偏吹。引起電弧偏吹原因除焊條偏心，電弧周圍氣流影響外，在采用直流電焊接時(shí)，還會(huì)發(fā)生因焊接電流磁場(chǎng)所引起的磁偏吹。磁偏吹使焊工難以掌握，電弧對(duì)接縫處的集中加熱，使焊縫焊偏，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電弧熄滅。引

31、起磁偏吹的根本原因是由于電磁周圍磁場(chǎng)分布不均勻所致。造成磁場(chǎng)不均勻有兩方面：一種是焊接電纜接在焊件的一側(cè)，焊接電流只從焊件的一邊流過；另一種是在靠近直流電弧的地方有較大的鐵磁物體存在時(shí)，引起電弧兩側(cè)磁場(chǎng)分布不均勻。在焊接過程中，可采用短弧、調(diào)整焊條傾角(將焊條朝著偏吹方向傾斜)或選擇恰當(dāng)?shù)慕泳€部位等措施來克服磁偏吹。4.2 弧焊電源的選用焊接電源的特性對(duì)焊接質(zhì)量起著相當(dāng)重要的作用，同時(shí)它也關(guān)系到焊接工程的生產(chǎn)成本。因此，必須合理的選擇焊接電源，并應(yīng)考慮下列因素：1 所焊產(chǎn)品的質(zhì)量要求；2 所焊鋼材的特性；3 所使用要的類型；4 可能采用的焊接電流范圍5 所要求的生產(chǎn)效率6 焊接電源的價(jià)格4.2

32、.1 電源在壓力容器制造中，對(duì)受壓部件焊縫的質(zhì)量和性能提出了較高要求.一般均采用低氫堿性藥皮焊條，在這種情況下，就必須選用直流電源。為了引燃電弧和保持電弧穩(wěn)定，保證正常地焊接，電源必須滿足以下基本要求9：1空載電壓值應(yīng)保證順利地引燃電弧。2 焊接電流應(yīng)可調(diào)以滿足焊接不同材料厚度工件所需要電流大小。3保證工作安全。4.2.2 旋轉(zhuǎn)式直流電弧機(jī)如圖4-2所示，是常用的ZGX-300型旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)。它是由一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)和一個(gè)結(jié)構(gòu)特殊的直流發(fā)電機(jī)組成。由交流電路供電，使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)發(fā)出直流電，供焊接使用。這種直流焊接發(fā)電機(jī)按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為裂極式和差復(fù)極式及極間去磁式等形式。它是利用磁通

33、和電樞反應(yīng)的相互作用，獲得下降式的外特性，使電焊電流可在較大范圍內(nèi)均勻調(diào)節(jié)，以滿足焊接工藝的要求10。圖4-2 ZXG-300型旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)a)外形圖 b)原理圖4.3 手工電弧焊的焊接工藝4.3.1 焊接工藝參數(shù)的選擇手工電弧焊的焊接工藝參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。其中最準(zhǔn)要的參數(shù)是焊接電流和焊接速度，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)決定了焊接過程的線能量，也決定了焊縫金屬的性能。1焊條直徑 焊條直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置和焊接層數(shù)及容許的輸入熱量等因素。當(dāng)然，焊接效率也是選擇焊條直徑的主要依據(jù)，因?yàn)槿魏我环N實(shí)用的焊接工藝總是力求在保證焊縫質(zhì)量的前提下，

34、盡可能的提高焊接速度以獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。在一般情況下，開坡口多層焊時(shí)，為了防止產(chǎn)生未焊透的缺陷，首層用32mm焊條，其他各層用直徑較大的焊條。立、仰或橫焊，使用焊條直徑不宜大于40mm，以便形成較小的熔池，減少熔化金屬下淌的可能性。焊接中碳鋼或普通低合金鋼時(shí)，焊條直徑應(yīng)適當(dāng)比焊接低碳鋼時(shí)要小一些。焊條直徑規(guī)格為：1.6mm，2.5mm，3.2mm，5.0mm、5.8mm等。根據(jù)被焊工件的厚度，焊條直徑按表4-1進(jìn)行選擇。表4-1 焊條直徑的選擇如下鋼板厚度/mm1.52.034781213焊條直徑/mm1.61.62.02.53.23.24.04.04.54.05.82焊接電流選擇由于使用低

35、氫堿性焊條，必須以直流反接法焊接，其特點(diǎn)是電弧的熱量集中與母材，故熔深大，不易產(chǎn)生熔合區(qū)的缺陷其優(yōu)點(diǎn)是焊接電弧較穩(wěn)定，飛濺較小。焊接電流是手工電弧焊中最主要的規(guī)范參數(shù)之一。焊接電流的過大或過小都會(huì)影響焊接質(zhì)量和效率，所以其選擇應(yīng)根據(jù)焊條的類型、直徑、焊件的厚度、接頭形式、焊縫空間位置等因素來考慮，其中焊條直徑和焊縫空間位置最為關(guān)鍵。在一般鋼結(jié)構(gòu)的焊接中，焊接電流大小與焊條直徑關(guān)系可用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行試選11： I=（3050）d (4-1)式中：I 焊接電流(A)；d 焊條直徑(mm)式中3050為系數(shù)。它由焊條性質(zhì)決定，如不銹鋼焊條電阻較大，易過熱發(fā)紅應(yīng)取較低的系數(shù)。其次也應(yīng)考慮焊接位置，立

36、焊時(shí)，電流應(yīng)比平焊時(shí)小1520；橫焊和仰焊時(shí)，電流應(yīng)比平焊電流小1015。焊條直徑與焊接電流的關(guān)系如下：表4-2 焊接電流的選擇 焊條直徑/mm電流直徑/A1.640-702.570-905.0200-2705.8260-3003電弧電壓根據(jù)電源特性，由焊接電流決定相應(yīng)的電弧電壓。此外，電弧電壓還與電弧長(zhǎng)有關(guān)?；￠L(zhǎng)是指從熔化的焊條端部到熔池表面的距離。手工電弧焊時(shí)掌握合適的弧長(zhǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)的焊縫是相當(dāng)重要的?？s短電弧長(zhǎng)度，可提高焊接電流，增加熔敷速度。拉長(zhǎng)電弧長(zhǎng)度會(huì)減小電弧的挺度，增大電弧熱量的散失，加劇熔化金屬的飛濺，降低熔敷率，且容易引起咬邊，未焊透等缺陷。在某些情況下，甚至?xí)驗(yàn)楸Ｗo(hù)不良而形成

37、氣孔。因此，在焊接時(shí)，在保證不短路的情況下，力求采用短弧。通常，弧長(zhǎng)應(yīng)略小于焊條芯直徑，在使用低氫堿性焊條時(shí)，應(yīng)盡量縮短電弧.當(dāng)電弧出現(xiàn)偏吹時(shí)，也可以用壓低電弧的辦法來減少偏吹。焊接過程中，要求電弧長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，否則出現(xiàn)電弧燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象。一般要求電弧長(zhǎng)小于或等于焊條直徑，即短弧焊。使用低氫堿性焊條時(shí)，電弧電壓應(yīng)控制在20-22V。4.焊接速度 就是焊條沿焊接方向移動(dòng)的速度。合適的焊接速度主要取決于焊條的熔化速度、所要求的焊縫尺寸、接縫的裝配質(zhì)量和焊接位置等。焊接速度對(duì)焊縫的外觀有直接的影響。較大的焊接速度可以獲得較高的焊接生產(chǎn)率，但是，焊接速度過大，會(huì)造成咬邊、未焊透、氣孔等缺陷；而過慢的

38、焊接速度，又會(huì)造成熔池滿溢、夾渣、未熔合等缺陷。此外，焊接速度對(duì)焊縫及熱影響區(qū)的組織和性能有一定的影響。對(duì)于不同的鋼材，焊接速度還應(yīng)與焊接電流和電弧電壓有合適的匹配，以便有一個(gè)合適的線能量。對(duì)于16MnR鋼焊接時(shí)，為避免焊接熱影響區(qū)性能的惡化，通常采用焊速較高的窄焊道技術(shù)。在這種情況下，焊接速度應(yīng)保證熔池直徑約等于所用焊條直徑的2-3倍14。5焊接層數(shù)多層多道焊有利于提高焊接接頭的塑性和韌性，焊接層數(shù)應(yīng)視焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多層焊。焊接層數(shù)過少，每層焊縫的厚度過大，對(duì)焊縫金屬的塑性有不利的影響。除了低碳鋼對(duì)焊接層數(shù)不敏感外，其他鋼種都希望采用多層多道無擺動(dòng)法焊接，每層增高不得大

39、于4mm。6電源種類及極性直流電源由于電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊接質(zhì)量好，一般用在重要的焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)上。其他情況下，應(yīng)首先考慮交流電焊機(jī).根據(jù)焊條的形式和焊接特點(diǎn)的不同，利用電弧中的陽極溫度比陰極高的特點(diǎn)，選用不同的極性來焊接各種不同的構(gòu)件。極性選擇原則：堿性焊條常采用直流反接（工件接負(fù)極），否則，電弧燃燒不穩(wěn)定，飛濺嚴(yán)重，噪聲大鋼材的可焊性。各種鋼材焊接性能的差異是用可焊性來表示的。鋼材的可焊性是指在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和工作條件下，材料易于焊接和滿足結(jié)構(gòu)性能的程度。一般可焊性具體表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面： （1） 焊接作業(yè)要容易； （2）焊接時(shí)不發(fā)生裂紋和其他有害缺陷； （3）母材和焊接接頭的機(jī)械、

40、化學(xué)和物理性能好； （4）母材的缺口韌性優(yōu)良； （5）焊接接頭有足夠的塑性和韌性。7. 熱輸入 熔焊時(shí),由焊接能源輸入給單位長(zhǎng)度焊縫上的熱量稱為熱輸入。其計(jì)算公式如下： Q=NLU/u (4-2) 式中： Q單位長(zhǎng)度焊縫的熱輸入 (Jcm) I焊接電流 (A) ； U電弧電壓 (V) ； u焊接速度 (cms) n熱效率系數(shù)，焊條電弧焊為 0.70.8。 熱輸入對(duì)低碳鋼焊接接頭性能的影響不大，因此，對(duì)于低碳鋼焊條電弧焊一般不規(guī)定熱輸入。對(duì)于低合金鋼和不銹鋼等鋼種，熱輸入太大時(shí)，接頭性能可能降低：熱輸入太小時(shí)，有的鋼種焊接時(shí)可能產(chǎn)生裂紋。因此，焊接工藝規(guī)定熱輸入。焊接電流和熱輸入規(guī)定之后，焊條電

41、弧焊的電弧電壓和焊接速度就間接地大致確定了。一般要通過試驗(yàn)來確定既可不產(chǎn)生焊接裂紋、又能保證接頭性能合格的熱輸入范圍。允許的熱輸入范圍越大，越便于焊接操作。4.3.2 焊接操作技術(shù)手工電弧焊的操作技術(shù)對(duì)焊縫的質(zhì)量起決定性的作用。其內(nèi)容包括引弧、收弧、運(yùn)條方式、焊條傾角和焊道接頭方法等18。1引弧方法 有劃擦法和碰擊法兩種。劃擦法比較容易掌握，但會(huì)經(jīng)常擦傷坡口以外的殼體表面。因此在壓力容器焊接中，對(duì)引弧部位都有嚴(yán)格的要求，決不能在任意的殼體非焊接部位引弧，特別是低合金鋼，引弧坑是殼體表面微裂紋的起源地，引弧必須在坡口內(nèi)壁或前層焊道上引弧，引弧點(diǎn)必須被電弧完全重熔。碰擊引弧法難掌握，但容易滿足以上

42、要求。2收弧方法 焊接末端收弧時(shí)，不應(yīng)突然熄滅電弧，應(yīng)將焊條停止前移維持一段時(shí)間，以填滿弧坑。3運(yùn)條方式 最常用的運(yùn)條方式是以焊縫軸線為中心的對(duì)稱橫向擺動(dòng)。擺動(dòng)速度和寬度取決于所要求的焊縫形狀和尺寸，而運(yùn)條方式采用不擺動(dòng)或擺幅較小的運(yùn)行方式。4焊條傾角 分為前傾角（焊條相對(duì)于焊接方向的傾角）和側(cè)傾角（焊條相對(duì)于焊件平面的傾角）。本次要用的焊條傾角如表4-3。表4-3 焊條傾角接頭形式焊接位置側(cè)傾角（度）前傾角（度）對(duì)接平焊80-9010-15對(duì)接橫焊70-8510-15對(duì)接立焊9010-20對(duì)接仰焊9010-15角接橫焊4515-20角接立焊35-5515-20角接仰焊30-4510-154.

43、4 準(zhǔn)備工作1 熟悉構(gòu)件的焊接工藝、焊縫尺寸要求，選擇施焊方法。2 準(zhǔn)備好工具及防護(hù)用品，檢查調(diào)整設(shè)備，使其導(dǎo)線、電纜接觸良好，如有漏電之處，應(yīng)立即拉下電源開關(guān)，通知電工修理。焊鉗應(yīng)絕緣可靠，禁止私自觸動(dòng)。3 檢查施焊工地零件堆放是否安全，施焊件支撐是否可靠平穩(wěn)。4 焊縫組對(duì)間隙和坡口形式尺寸應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣要求，若圖樣無要求，在板厚小于或等于6mm時(shí)，焊縫間隙不大于2mm，板厚大于6mm，焊縫間隙不大于3mm。5 清除焊縫邊緣左右10mm范圍內(nèi)油、銹、水分等污物。對(duì)于鑄鋼件，應(yīng)將焊接處的砂子、氧化物清理干凈，露出金屬光澤。6 調(diào)整好焊接規(guī)范，盡量采用水平和船形位置施焊。7 電焊機(jī)禁止放置在高溫場(chǎng)所和潮濕地方。8 工作地點(diǎn)周圍不得有易燃易爆物品，并要離開乙炔瓶和氧氣瓶5m以上。9 焊機(jī)要求有可靠而牢固的接地或接零。10連續(xù)焊接超過1h，應(yīng)檢查焊機(jī)電纜，如發(fā)熱溫度達(dá)到80，必須切斷電源。4.5 焊接工藝參數(shù)1 預(yù)熱、中間熱處理及焊后熱處理：無（厚30mm以下的16MnR鋼焊接時(shí)，焊前不需預(yù)熱，焊后亦不做熱處理）2 消氫處理，不需要 （所謂消氫處理是指焊后立即將焊縫加熱250350溫保26小時(shí),其目的是使焊縫中的擴(kuò)散氫逸出,減少含氫量,防止氫脆和氫裂.為防止接頭裂紋的產(chǎn)生一般采取在焊后立