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压力容器的焊接工艺设计

摘 要

众所周知, 压力容器是在石油化学工业、 能源工业、 科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。而由于密封、 承压及介质等原因, 容易发生爆炸、 燃烧起火而危及人员、 设备和财产的安全及污染环境的事故, 因此世界各国均将其列为重要的监检产品, 由国家指定的专门机构, 按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。同样的, 对于它的生产要求也不能放松。焊接作为压力容器生产的主要环节, 可谓是重中之重。
手工电弧焊机比较简单, 主要组成部分为电源和焊钳, 使用方便灵活。手工电弧焊的应用虽因气体保护电弧焊和其它高效焊接方法的发展而有所减少, 但依然是各个工业部门常见的焊接方法。本文就手工电弧焊在压力容器焊接过程中的工艺, 以锅炉的分气缸为例进行设计, 并对容易发生的几种缺陷进行研究, 找出杜绝方法。

关键词: 压力容器, 手工电弧焊, 工艺, 焊接缺陷

THE WELDING PROCESS DESIGN
OF PRESSURE VESSEL

ABSTRACT

It is well known, the pressure vessel is in national economy and so on photochemistry industry, energy industry, scientific research and war industry each departments is having the influential role equipment. But because seals, reasons and so on bearing pressure and medium, easy to have the detonation, the combustion to be on fire endangers the personnel, the equipment and the property safety and the pollution of the environment accident, therefore various countries list as it the important jail to examine the product, assigns the Specialized agency by the country, according to national stipulation laws and regulations and standard implementation control inspection and technical examination. Similarly, cannot relax regarding its production request. Welding key link which produces as the pressure vessel, it may be said that is the most important.
Manual arc welding machine is simple, the main components for power and soldering tweezers and easy to use. Though the manual electric arc applied electric arc welding and gas protection for the development of other high-effective welding method and decreased, but is still all industrial department of welding methods used for many varieties, small batch of the economy, "in many installation welding and welding repair for other welding methods are not replaced. But the welder operation manual arc welding technology level of quality, therefore must undergo strict training, welder welding work in this can be.

KEY WORDS: Pressure vessel, Manual Arc Welding, Craft, Welding Defects
目　录

摘 要 I
ABSTRACT II
目　录 III
前 言 1
第一章 手工电弧焊简介 3
1.1 电弧焊 3
1.2 手工电弧焊 3
1.3 手工电弧焊的优点极其应用范围 4
1.4 手工电弧焊的安全技术 4
1.4.1 电弧焊机的技术要求 5
1.4.2 电焊钳 5
1.4.3 焊接导线 6
1.5 焊接材料 6
1.5.1 焊条的组成 6
1.5.2 焊条分类 7
1.5.3 焊条的选用原则 7
1.6 焊接工艺 9
1.6.1 焊条直径的选择 9
1.6.2 焊接电流的选择 9
1.6.3 电弧电压的选择 10
1.6.4 焊接速度 11
1.6.5 电源种类和极性的选择 11
1.6.6 焊接层数的选择 11
1.7 焊接接头、 坡口及组对 11
1.7.1 焊接接头、 坡口及组对 12
1.7.2 熔焊接头与坡口 12
1.7.3 管材的坡口与组对 13
第二章 分气缸焊接工艺 15
2.1 分气缸概述及主要接头编号示意图 15
2.2 焊接材料的选择 16
2.2.1 所选材料的质量必须符合国家标准 16
2.2.2 焊条的选择 17
2.3 焊接准备 17
2.3.1 根据焊接接头的不同选择坡口形式 17
2.3.2 焊条烘干 18
2.3.3 焊接环境 18
2.3.4 焊接方法和焊接设备的选择 18
2.4 焊接操作 18
2.4.1 罐体的组对 19
2.4.2 定位焊 19
2.4.3 打底焊 19
2.4.4 过渡层焊接 19
2.4.5 盖面焊接 20
2.5 焊接检验 20
第三章 焊接过程中容易出现的问题及产生原因 21
3.1 尺寸偏差 21
3.2 咬边 21
3.3 气孔 21
3.4 未焊透 22
3.5 夹渣 22
3.6 裂纹 22
3.7 焊瘤 22
结 论 24
谢 辞 25
参考文献 26
外文资料翻译 27

前 言

压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、 能源工业、 科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、 封头、 法兰、 密封元件、 开孔和接管、 支座等六大部分构成容器本体。另外, 还配有安全装置、 表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、 承压及介质等原因, 容易发生爆炸燃烧起火而危及人员、 设备和财产的安全及污染环境的事故。当前, 世界各国均将其列为重要的监检产品, 由国家指定的专门机构, 按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验
压力容器的分类方法很多, 从使用、 制造和监检的角度分类, 有以下几种。
1 按承受压力的等级分为: 低压容器、 中压容器、 高压容器和超高压容器。
2 按盛装介质分为: 非易燃、 无毒; 易燃或有毒; 剧毒。
3 按工艺过程中的作用不同分为:
( 1) 反应容器: 用于完成介质的物理、 化学反应的容器。
( 2) 换热容器: 用于完成介质的热量交换的容器。
( 3) 分离容器: 用于完成介质的质量交换、 气体净化、 固、 液、 气分离的容器。
( 4) 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。
4 为了更有效地实施科学管理和安全监检, 中国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、 介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。并对每个类别的压力容器在设计、 制造过程, 以及检验项目、 内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度, 未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口
内部或外部承受气体或液体压力, 并对安全性有较高要求的密封容器。早期主要用于化学工业, 压力多在10兆帕以下。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后, 要求压力容器的压力达100兆帕以上 。随着化工和石油化工等工业的发展, 压力容器的工作温度范围越来越宽, 容量不断增大, 有些还要求耐介质腐蚀。20世纪60年代开始, 核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和技术要求, 从而促进了压力容器的进一步发展, 广泛应用于各工业部门。压力容器主要为圆柱形, 也有球形或其它形状。根据结构形式, 可分为多层式压力容器, 绕板式压力容器、 型槽绕带式压力容器、 热套式压力容器、 锻焊式压力容器和厚板卷焊式压力容器等。大多数压力容器由钢制成, 也有的用铝、 钛等有色金属和玻璃钢、 预应力混凝土等非金属材料制成。压力容器在使用中如发生爆炸, 会造成灾难性事故。为了使压力容器在确保安全的前提下达到设计先进、 结构合理、 易于制造、 使用可靠和造价经济等目的, 各国都根据本国具体情况制定了有关压力容器的标准、 规范和技术条件, 对压力容器的设计、 制造、 检验和使用等提出具体和必须遵守的规定。
手工电弧焊的最大特点是灵活, 它的施焊范围十分广泛。因此很多时候选择焊接方法的时候只能用电弧焊, 如锅炉的分气缸。可是手工电弧焊有很多地方不如自动焊。
本文就分气缸为例, 对手工电弧焊进行压力容器焊接时的工艺进行设计, 最后, 对压力容器焊接方法自动化的前景进行分析, 这也是以后我们工作中要逐步解决的问题。
第一章 手工电弧焊简介

1.1 电弧焊

电弧焊可分为手工电弧焊、 半自动( 电弧) 焊、 自动( 电弧) 焊。自动( 电弧) 焊一般是指埋弧自动焊-在焊接部位覆有起保护作用的焊剂层, 由填充金属制成的光焊丝插入焊剂层, 与焊接金属产生电弧, 电弧埋藏在焊剂层下, 电弧产生的热量熔化焊丝、 焊剂和母材金属形成焊缝, 其焊接过程是自动化进行的。最普遍使用的是手工电弧焊。

1.2 手工电弧焊

1888年, 俄罗斯创造了手工电弧焊接技术, 使用无药皮的裸露金属棒来产生保护气体。直到20世纪初, 在瑞典创造卡尔伯格过程( Kjellberg process) 和Quasi-arc方法传入英国后, 药皮焊条才开始发展起来。值得注意的是, 由于成本较高, 刚开始人们不怎么使用药皮焊条。可是随着人们对好的焊缝质量需求的日益增长, 手工电弧也开始使用药皮焊条。金属棒( 焊条) 和工件之间形成的电弧会熔化金属棒和工件的表面, 形成焊接熔池。同时, 金属棒上熔化的药皮会形成气体和熔渣, 保护焊接熔池不受周围空气的影响。因为熔渣会冷却、 凝固, 因此一旦焊缝焊完( 或在熔敷下个焊道前) 就必须从焊道上清除熔渣。在焊钳更换新的焊条前, 手工电弧焊过程只能完成短焊缝的焊接。焊缝熔深浅, 熔敷质量取决于焊工的技能
这种焊接技术使用不同的方法保护焊接熔池, 防止和大气接触。热能也是由电弧提供。和MIG焊一样, 电极为自耗电极。金属电极外由矿物质熔剂包覆, 熔剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池。另外, 包覆的熔剂还释放出气体保护焊接熔池, 而且, 还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。在有些情况下, 包覆的熔剂内含有所有合金元素, 中部的焊条仅是碳钢。然而, 在采用这些类型的焊条时, 需要特别小心, 因为所有飞溅都具有软钢性质, 在使用过程中焊缝会锈蚀。

1.3 手工电弧焊的优点极其应用范围

在电焊条与工件间的气体介质形成一种持续强烈的放电弧柱, 弧柱中心温度可达6000～7000℃。电弧焊就是用电弧热使焊条和母材熔化。焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣, 在气渣的共同保护下有效地排除了周围空气的不利影响, 经过高温下熔池间的冶金反应, 还原与净化金属, 获得优质焊缝。
手工电弧焊的优点是设备简单, 方法也较灵活, 适应性强; 缺点是生产效率低, 劳动强度高, 对焊工的操作技能要求较高。手工电弧焊适用于平、 仰、 立各种位置的焊接。使用不同的焊条能够焊接各类碳钢、 低合金钢、 不锈钢、 铸铁、 镍和镍合金、 铜和铜合金、 铝和铝合金等材料。焊条直径有2～6mm的一系列规格。小直径焊条适用于薄板( 1～3mm) 和各种位置的焊接; 大直径焊条适用于厚板的平焊和横焊位置。

1.4 手工电弧焊的安全技术

由于手工电弧焊( 俗称电焊) 具有使用简单, 操作灵活, 适用性强, 成本低等优点, 使得手工电弧焊技术广泛应用于各工业领域。手工电弧焊是用电弧产生的热对金属进行热加工的一种工艺方法。在手工电弧焊接过程中, 所使用的电焊机、 电焊钳、 导线以及工件均是带电体。电焊机的空载电压一般在60~90V左右, 高于安全电压。若电焊设备有故障, 电焊工违反安全操作规程或穿戴的防护用品有缺陷, 都有可能发生触电事故。特别是在狭小的容器内进行焊接操作时, 四周都是金属导电体, 触电的危险性更大。手工电弧焊操作简便、 灵活, 适用范围十分广泛。因此, 有些作业现场可能会存在易燃易爆物品或其它不安全因素。另外, 在焊接过程中, 焊条、 焊件及其周围的空气在焊接电弧高温和强烈弧光的作用下, 会产生大量影响人体健康的有害烟尘和臭氧、 氮氧化物等有毒气体。而且, 强烈的弧光辐射还会损伤人的眼睛和皮肤。由于上述一些不安全、 不卫生因素的存在, 使得在手工电弧焊焊接作业的过程中, 有可能发生触电、 火灾、 爆炸、 中毒、 灼烫和高处坠落等事故。正确的操作方法和安全措施: 由于电焊机的电源电压较高( 220/380V) , 因此其长度越短越好。必须严格遵守安全规程的规定, 电焊机电源线不得超过2~3m, 严禁将电焊机电源线拖于地面。确需延长时, 必须离地面2.5m沿墙或立柱用瓷瓶布设。同时, 还应避免电缆受到机械性损伤, 防止电缆绝缘损坏而漏电。电焊作业安全事项必须牢记

1.4.1 电弧焊机的技术要求
电弧焊机必须符合有关标准规定的安全要求。焊接作业中必须选用合格的电弧焊机。
1 电焊机各导电部分之间要有良好的绝缘。初级与次级回路之间的绝缘电阻值不得小于5MΩ, 带电部分与机壳、 机架之间的绝缘电阻不得低于2.5MΩ。
2 电焊机的电源输入线及二次输出线的接线柱必须要有完好的隔离防护罩, 且接线柱应牢固不松动。
3 电焊机外壳应设有良好的保护接地( 接零) 装置, 其螺钉不得小于M8( Φmm) , 并有明显的接地( 接零) 标志。
4 调节焊接电流、 电压表的手柄或旋钮等, 必须与焊机的带电体的可靠绝缘, 且调节方便、 灵活。

1.4.2 电焊钳
电焊钳的作用是夹持焊条和传导电流, 是手工焊接的主要工具, 而且直接关系到焊工的操作安全, 因此必须符合以下安全要求。
1 电焊钳应在所设置的任一角度都能夹紧焊条, 并保证更换焊条时安全、 方便。
2 电焊钳的手柄等应有良好的绝缘和隔热性能。
3 电焊钳与焊接电缆的连接应简便可靠, 接触良好。
4 电焊钳应轻便( 质量不超过0.6KG) , 易于操作。
5 焊接过程中, 禁止将过热的电焊钳放入水中冷却和继续使用。
6 禁止使用绝缘损坏或没有绝缘的电焊钳。

1.4.3 焊接导线
焊接的电源线及焊接电缆等导线的作用是传导电流, 对焊接安全作业至关重要, 许多事故都是使用导线不当所致, 因此必须符合下列安全要求。
1 电源线是焊机与电网的连接导线, 电压较高, 危险较大, 因此其长度一般不得超过2~3m。确需使用长导线时, 必须将其架高距离地面2.5m以上并尽可能沿墙布设, 并在焊机近旁加设专用开关。不许将导线随意拖于地面。
2 连接焊机、 焊钳和工件的焊接回路导线, 其长度以20~30m为宜, 过长则会增大电压降并使导线发热。
3 导线应有良好的导电性和绝缘层, 而且要轻便、 柔软、 便于操作。
4 所用导线要有足够的截面积, 以防止焊接过程中因过热而烧坏绝缘层。导线的戴面积应根据焊接电流和所用长度确定。
5 尽可能使用无接头的导线。确需接长时接头不得多于2个, 并要保证接头的接触良好和外绝缘良好且牢固可靠。
6 所用导线的外表均应完好, 其绝缘电阻不得小于1MΩ。

1.5 焊接材料

1.5.1 焊条的组成
焊条就是涂有药皮的供电弧焊使用的熔化电极。它是由药皮和焊芯两部分组成。
1焊芯 焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊接时, 焊芯本身熔化为填充金属与母材金属熔合形成焊缝。
2药皮 压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。药皮是由各种矿物类、 铁合金有机物和化工产品( 水玻璃类) 原料组成。药皮在焊接过程中起着极为重要的作用。若采用无药皮的光杆焊条焊接, 则在焊接过程中, 空气中的氧和氮会大量侵入熔化金属, 将金属铁和有益元素碳、 硅、 锰等氧化和氮化, 并形成各种氧化物和氮化物残留在焊缝中, 造成焊缝夹渣或裂纹。而熔入熔池中的气体可能使焊缝产生大量气孔, 这些因素都能使焊缝的机械性能( 强度、 冲击值等) 大大降低, 同时使焊缝变脆。另外采用光杆焊条焊接, 电弧很不稳定, 飞溅严重, 焊缝成形很差。
药皮除具有机械保护作用, 还要加入一些还原剂, 使电弧燃烧中产生的氧化物还原, 以保证焊缝质量。 经过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素, 使之随着药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去, 以弥补合金元素烧损和提高焊缝金属的机械性能。 总之药皮的作用改进了焊接工艺性能, 使电弧稳定燃烧、 飞溅少、 焊缝成形好、 易脱渣和熔敷效率高。同时也保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能。

1.5.2 焊条分类
1按焊条的用途分类
2按药皮的主要成分分类。
3按药皮熔化后的熔渣碱度分类。
熔渣成分主要是酸性氧化物( SiO2、 TiO2、 Fe2O3) 的为酸性焊条; 熔渣主要成分是碱性氧化物( 如大理石、 萤石等) 的为碱性焊条。
酸性焊条具有较强的氧化性, 对铁锈、 水分不敏感, 焊缝中很少有由氢气引起的气孔, 但酸性熔渣脱氧不完全, 也不能完全清除焊缝中的硫、 磷等杂质, 故焊缝金属力学性能较低。
碱性焊条由于脱氧性能好, 能有效除焊缝中的硫, 合金元素烧损少, 焊缝金属合金化效果好, 焊缝力学性能和抗裂性均较好, 但当焊件和焊条存在水分时, 焊缝中容易出现氢气孔。
4按特殊性能分类。

1.5.3 焊条的选用原则
电弧焊时, 一般应根据组成焊接结构钢材的化学成分、 力学性能、 焊接性和工作环境等要求, 以及焊接结构的形状、 受力情况和焊接设备类型等方面综合考虑, 以决定选用哪种焊条。
1 焊接材料的机械性能、 化学成分
( 1) 对于低碳钢、 中碳钢和低合金钢, 可选用与母材强度等级相应的焊条, 其抗拉强度等于或稍高于母材。当受力情况复杂时, 应选用比母材强度低一级的焊条, 以保证焊缝既有一定的强度, 又能有满意的塑性。
( 2) 对于合金结构钢, 一般要求焊缝金属的合金成分与母材金属相同或相近。
( 3) 在对焊接结构受力复杂、 刚性大、 接头应力高、 焊缝易产生裂纹的情况下, 能够考虑选用比母材强度低一级别的焊条。以保证焊缝既有一定的强度, 又能有良好的塑性。
( 4) 在母材中C、 P、 S等元素含量偏高时, 焊缝易产生裂纹的情况下, 应选用抗裂性能好的低氢型焊条。
( 5) 在焊条的强度确定之后, 对于塑性、 冲击性和抗裂性能要求较高( 结构形状复杂、 钢材厚、 焊件受动荷载) , 低温条件下工作的焊缝应选用碱性焊条。
( 6) 当焊件焊口处有较多的铁锈、 油污和氧化皮、 水分等脏物, 且又无法清理时, 应选用对铁锈、 油污和氧化皮、 水分敏性小和抗气孔性能较强的酸性焊条。
( 7) 低碳钢与低合金钢、 不同强度等级的低合金钢等异种钢间的焊接, 一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。
2 焊件的工作条件与使用性能
( 1) 对承受动荷载和冲击荷载的焊件, 除满足强度要求, 还要保证焊缝具有较高的韧性和塑性, 应选用塑性和韧性较高的低氢焊条;
( 2) 接触腐蚀介质的焊件, 根据介质性质, 应选用相应的不锈钢焊条, 或选用其它耐腐蚀焊条;
( 3) 在在高温或低温条件下工作的焊件, 应选用相应的耐热钢或低温钢焊条。对珠光体的耐热钢一般选用与钢材化学成分相近的焊条, 或根据焊件的工作温度来选取;
( 4) 结构复杂, 刚性大及厚度大的焊件, 应选用抗裂性能好的低氢焊条;
( 5) 对受条件限制不能翻转的焊件, 应选全位置焊接焊条。

1.6 焊接工艺

手工电弧焊的工艺参数有焊条直径、 焊接电流、 电弧电压、 焊接速度、 焊道层数、 电源种类和极性等。

1.6.1 焊条直径的选择
焊条是根据被焊工件的厚度、 接头形状、 焊接位置和预热条件来确定的。焊条直径规格为: 1．6mm, 2．5mm, 3．2mm, 5．0mm、 5．8mm等。
根据被焊工件的厚度, 焊条直径按下表进行选择。

表1-1 焊条直径选择
板厚/mm
1-2
2-2.5
2.5-4
4-6
6-10
>10
焊条直径/mm
1.6;2.0
2.0;2.5
2.5;3.2
3.2;4.0
4.0;5.0
5.0;5.8

带坡口多层焊时, 首层用Φ3．2mm焊条, 其它各层用直径较大的焊条。立、 仰或横焊, 使用焊条直径不宜大于Φ4．0mm, 以便形成较小的熔池, 减少熔化金属下淌的可能性。焊接中碳钢或普通低合金钢时, 焊条直径应适当比焊接低碳钢时要小一些。

1.6.2 焊接电流的选择
焊接电流对焊接过程焊接质量和生产率的影响见表。

表1-2 焊接电流的影响
电流太小
电流过大
熔渣、 铁水分不开
电弧不稳定
焊道成形窄而高
容易产生焊瘤、 夹渣、 未熔合
熔深浅
焊条融化速度慢、 生产率低
飞溅小
渣的覆盖与焊道外观成形不良
焊条过热发红或药皮脱落
焊缝区易过热变脆
容易产生咬边、 裂纹、 气孔
熔深过大、 易烧穿

焊接电流的选择, 主要决定于焊条的类型、 焊件材质、 焊条直径、 焊件厚度、 接头形式、 焊接位置以及焊接层数等。在使用一般碳钢焊条时, 焊接电流大小和焊条直径的关系为

I=(35~55)d ( 1-1)

式中 I——焊接电流, A;
　　 d——焊条直径, mm。

根据以上公式所求得的焊接电流, 只是一个大概数值。对于同样直径的焊条焊接不同材质和厚度的工件, 焊接电流亦不同。一般板越厚, 焊接热量散失的越快, 应取电流值的上限值; 对焊接输入热要求严格控制的材质, 应在保证焊接过程稳定的前提下, 取下限值。对于横、 立、 仰焊时所用的焊接电流, 应比平均的数值小10％～20％左右。焊接中碳钢或普通低合金钢时, 其焊接电流应比焊低碳钢时小10％～20％, 碱性焊条比酸性焊条小20％。而在锅炉和压力容器的实际焊接生产中, 焊工应按照焊接工艺文件规定的参数施焊。

1.6.3 电弧电压的选择
电弧电压是由电弧的长度来决定的, 焊接过程中, 要求电弧长度不宜过长, 否则出现电弧燃烧不稳定的现象。电弧电压对焊缝质量的影响以及防止措施见表。

表1-3 电弧电压对焊缝质量的影响以及防止措施
电弧长度的影响
防止措施
长电弧热量不集中, 飞溅增多; 弧长过短, 易短路
熔深浅, 容易产生咬边、 未焊透、 夹渣等缺陷
焊缝表面高低不平, 宽容不一致, 焊波不均匀
熔池保护差, 空气中氧和氮的侵入使焊缝产生气孔及焊缝金属变脆
保持一定的弧长, 一般为2~4mm
将电流调节适当
将各自导线连接好
清理焊接区
按规定烘干焊条

1.6.4 焊接速度
就是焊条沿焊接方向移动的速度。较大的焊接速度能够获得较高的焊接生产率, 可是, 焊接速度过大, 会造成咬边、 未焊透、 气孔等缺陷; 而过慢的焊接速度, 又会造成熔池满溢、 夹渣、 未熔合等缺陷。对于不同的钢材, 焊接速度还应与焊接电流和电弧电压有合适的匹配, 以便有一个合适的线能量。

1.6.5 电源种类和极性的选择
电源的种类和极性主要取决于焊条的类型。直流电源的电弧燃烧稳定, 焊接接头的质量容易保证; 交流电源的电弧稳定性差, 接头质量也较难保证。
利用不同的极性, 可焊接不同要求的焊件, 如采用酸性焊条焊接厚度较大的焊件时, 可采用直流正接法(即焊条接负极, 焊件接正极), 以获得较大的熔深, 而在焊接薄板焊件时, 则采用直流反接, 可防止烧穿。若酸性焊条采用交流电源焊接时, 其熔深介于直流正接和反接之间。

1.6.6 焊接层数的选择
多层多道焊有利于提高焊接接头的塑性和韧性, 除了低碳钢对焊接层数不敏感外, 其它钢种都希望采用多层多道无摆动法焊接, 每层增高不得大于4mm。

1.7 焊接接头、 坡口及组对

1.7.1 焊接接头、 坡口及组对
焊接连接形成的焊接接头是焊接结构最基本要素, 在许多情况下, 它又是焊接结构上的薄弱环节。其突出问题是形成应力集中、 劣质区、 变形及残余应力的存在。
焊接接头的分类及基本类型
1 焊接接头的分类。
2 焊接接头的基本类型。
按焊接方法不同, 焊接接头能够分为熔焊接头、 压焊接头和钎焊接头三大类( 三大类下还可细分) ; 根据接头构造形式不同, 焊接接头能够分为对接接头、 T形接头、 十字接头、 搭接接头、 盖板接头、 套管接头、 塞焊( 槽焊) 接头、 角焊接头、 卷边接头和端接接头等10种类型。如再考虑接头传力特点, T形与十字接头可归为一类; 盖板接头、 套管接头、 塞焊( 槽焊) 接头实质上是搭接接头的变形, 而不同的卷边接头可分属于对接接头、 角接接头和端接接头。因此焊接接头的基本类型可归纳为5种, 即对接接头、 T形( 十字) 接头、 搭接接头、 角接接头和端接接头,
上述五类接头基本类型都适用于熔焊, 一般压焊( 高频电阻焊除外) , 都采用搭接接头, 个别情况才采用对接接头; 高频电阻焊一般采用对接接头, 个别情况才采用搭接接头。钎焊连接的接头也有多种形式, 一种分类方法将其分为四种, 即搭接接头, T形接头, 套接接头, 舌形与槽形接头。

1.7.2 熔焊接头与坡口
熔焊接头的坡口根据其形状的不同, 可分为基本型、 混合型和特殊型三类。
1 基本型坡口是一种形状简单、 加工容易、 应用普遍的坡口。按照中国标准规定, 主要有以下几种: Ⅰ型坡口; Ⅴ型坡口; 单边Ⅴ型坡口; U型坡口; J型坡口等。
2 组合型坡口由两种和两种以上的基本型坡口组合而成。按照中国标准规定, 主要有以下几种( 如图2.1.3所示) 。有Y形坡口; VY形坡口; 带钝边U形坡口; 双Y形坡口; 双V形坡口; 2/3双V形坡口; 带钝边双U形坡口; UY形坡口; 带钝边J 型坡口; 带钝边双J形坡口;双单边V形坡口; 带钝边单边V形坡口; 带钝边双单边V形坡口; 带钝边J形单边V形坡口等。
3 特殊形坡口是不属于上述基本型又不同于上述组合型的形状特殊的坡口。按照中国标准规定, 主要有卷边坡口; 带垫板坡口; 锁边坡口; 塞、 槽焊坡口等。见图2.1.4所示。

1.7.3 管材的坡口与组对
1 管材的坡口 管材的坡口有以下几种形式: I型坡口、 V型坡口和U型坡口。
(1) I型坡口适用于管壁厚度在3.5mm以下的管口焊接。这种坡口管壁不需要倒角, 实际上是不需要加工的坡口, 只要管材切口的垂直度能够保证对口的间隙要求, 就能够对口焊接;
(2) V型坡口 V型坡口适用于中低压钢管焊接, 坡口的角度为600～700, 坡口根部有钝边, 其厚度为2mm左右;
(3) U型坡口 U型坡口适用于高压钢管焊接, 管壁厚度在20~60mm之间。坡口根部有钝边, 其厚度为2mm左右;
2 坡口的加工方法
坡口的加工方法一般有以下几种:
(1) 低压碳素钢管公称直径等于或小于50mm的, 采用手提砂轮磨坡口; 直径大于50mm的, 用氧乙炔切割坡口, 然后用手提砂轮机打掉氧化层并打磨平整;
(2) 中压碳素钢管、 中低压不锈耐酸钢管和低合金钢管以及各种高压钢管, 用车床加工坡口;
(3) 有色金属管, 用手工锉坡口。
3 接头组对
(1) 管子、 管件组对时, 应检查坡口质量, 坡口表面不得有裂纹、 重皮等缺陷。并对其内外侧进行清理, 清理合格后应及时组对施焊;
(2) 管口处理
焊接前手工清理坡口毛刺, 管件坡口用破布打光。不锈钢管焊缝两侧分别涂100mm长白垩粉, 并用丙酮洗净油污。铬钼钢管管壁厚≥6mm时, 焊前应当预热。铜、 铝管用砂布打去坡口内外氧化膜, 用丙酮清洗。氧乙炔预热;
(3)管段组对能够在专用的胎具上进行, 也可采用组对机。施工现场常在平台或平地上进焊接
第二章 分气缸焊接工艺

2.1 分气缸概述及主要接头编号示意图

图2-1 分气缸

分汽缸也叫分汽包, 也有叫蒸汽分配台的。它是蒸汽锅炉必不可少的附属设备。分汽缸的主要功能是分配蒸汽, 分汽缸上有多个阀座连接锅炉主汽阀及配汽阀门, 以便将分汽缸中蒸汽分至各需要之处。分汽缸还有储存蒸汽、 多台锅炉蒸汽并用的作用, 另外还有一定的汽水分离能力。
常见的分汽缸是圆筒形的, 两端有椭球形封头。
分汽缸不是锅炉本体的一部分, 而是一件单独的压力容器, 因此有一些与锅炉不同的要求, 现说明如下:
1 分汽缸应符合压力容器的要求 它应由具有《压力容器设计单位批准书》(省级主管部门批准, 同级劳动部门备案)的单位设计, 应由具有省级劳动部门签署的《压力容器制造许可证》的单位制造。分汽缸出厂应具备齐全的资料。
2 原有使用的分汽缸应按省级锅炉压力容器监察机构的要求进行登记和领取《使用登记证》。
3 分汽缸的材料并不一定按锅炉简体材质的要求去选择, 能够选用比锅炉筒体材质要求低一些的材料。如设计压力不大于0.6兆帕(Mpa的分汽缸能够用A3F和AY3F钢板制造; 设计压力不大于1兆帕(Mpa的分汽缸能够用A3、 AY3钢板制造。
4 分汽缸封头能够采用平端盖(只要强度足够、 结构符合要求)。内径不大于400毫米(mm)的, 平端盖和筒体能够用打坡口的角焊。
5 分汽缸设计压力高于锅炉设计压力的可不装设安全阀, 但设计压力低于锅炉设计压力的必须装设安全阀。
6 分汽缸上应装设压力表。
7 分汽缸底部应有疏水阀座, 以连接疏水阀; 疏水阀的前后应有截止阀, 而且有与疏水阀并连的检修管路。

2.2 焊接材料的选择

2.2.1 所选材料的质量必须符合国家标准

表2-1所用材料成分表
母材或焊材
规格
化学成分
备注
C
Mn
Si
Cr
P
S
Ni
20
δ=10mm
0.17-0.23
0.35-0.65
0.17-0.37
≤0.15
≤0.035
≤0.035
≤0.30
-
Q245R
-
≤0.20
-
≤0.35
-
≤0.025
≤0.015
-
-
E4303
Φ3.2
4.0
≤0.12
0.40
0.20
≤0.60
≤0.040
≤0.035
≤0.50
手工焊

2.2.2 焊条的选择
我们选择了E4303焊条

2.3 焊接准备

2.3.1 根据焊接接头的不同选择坡口形式

表2-2 焊接接头材料及坡口
焊缝代号
材料牌号及规格
接头及坡口形式
B1,B2
Q245R,Φ325×10;
20#,Φ325×10

C1,C4
Q245R,δ20;
20#,Φ57×3.5

C2
Q245R,δ24;
20#,Φ89×6

C3
Q245R,δ28;
20#,Φ108×6

C5
Q245R,δ14;
20#,Φ22×3

C6
Q245R,δ16;
20#,Φ32×3

D1,D4
20#,Φ57×3.5;
20#,Φ325×10

D2
20#,Φ89×6;
20#,Φ325×10

D3
20#,Φ108×6;
20#,Φ325×10

D5
20#,Φ22×3;
20#,Φ325×10

D6
20#,Φ32×3;
20#,Φ325×10

D7,D8
20#,G88×102;
Q245R,Φ325×10

D9,D10
Q235-A,δ6;
20#,Φ325x10

2.3.2 焊条烘干
为了排除药皮中的水分, 防止焊缝中产生气孔, 保证焊缝质量, 一般采用先低温40℃, 保温3个小时烘干, 再高温烘焙, 由于焊条选用E347-16, 则选择烘焙温度为250℃, 时间1小时, 焊条烘干后应放在100-150℃的保温桶内, 随用随取, 焊条取出后在常温下超过4小时应重新烘干。

2.3.3 焊接环境
当施焊环境出现下列一种情况时, 应采取有效防护措施, 否则不能焊接:
1 手工焊时风速大于10m/s( 风速过大易引起熔滴飞溅, 熔滴过渡受到影响) , 应采取防风措施;
2 氩弧焊时风速大于1m/s( 氩气的保护性较差, 容易产生气孔等缺陷) , 操作者应注意换气以免造成伤害;
3 相对湿度大于90%( 湿度大, H20的含量过高, 在焊接的高温情况下会发生H20=2[H]+[O]反应, 产生H2气孔和CO气孔) ;

2.3.4 焊接方法和焊接设备的选择
分气缸的壁厚为10mm, 为了保证焊透, 需要采用热量较为集中的方法焊接。结合我公司的实际情况, 采用手工多层焊方法。手弧焊设备选用WS7-400手工焊焊机, 直流反接。

2.4 焊接操作

2.4.1 罐体的组对
罐体焊接前, 应将坡口及内壁两侧各20mm以内的油漆、 铁锈等杂物清除干净。由于焊接表面上的氧化皮和铁锈对金属有氧化作用使焊缝中增氧, 导致气孔的产生, 而且降低焊缝的力学性能, 对接接头的错边量要求最大不能超过2mm。

2.4.2 定位焊
点固焊时, 应使用与产品焊接时相同牌号的焊接材料, 并遵守相同的工艺条件。点焊焊缝有裂纹或者其它缺陷时, 必须重新打磨焊接。

2.4.3 打底焊
打底焊采用手工电弧焊, 焊条选用Φ3.2。

表2-3 手工电弧焊焊接参数
焊接方法
焊条牌号
直径
( mm)