压力容器焊接实用工艺卡

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焊接工艺课程设计任务书

题 目：ZY-1型反响釜的焊接工艺制定

材料：16MnR

焊接方法：CO2气体保护焊

要求：

1、看懂图纸

2、根据相关标准画出焊缝布置图，并标注焊缝类别

3、制定焊接工艺总如此

4、设计焊接工艺卡 word

2 / 41 5、重要的焊缝制定相应的焊接工艺卡

6、工艺卡中应标明焊接检验的方法与标准

学生： 班级： 指导教师：

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16MnR的焊接性分析：

16MnR的成分：

名称 C Si Mn P S Ai Ni Cr

含量 -

热裂纹：16MnR是普通低合金钢，是锅炉压力容器专用钢，锅炉压力容器的常用材料。它的强度较高、塑韧性零号。常见交货状态为热轧或正火。属低合金高强度钢，含Mn量较低。16MNR作为压力容器用钢，S，P含量比16Mn要少一些。含碳量比拟低，且Mn/S比拟高，正常情况下不会出现热裂纹，但材质成分不合格或者因严重偏析使局部C、S含量偏高时，可能会出现热裂纹。

解决措施是：工艺上尽量减小熔合比，选择焊材是采用低碳焊丝H03MnTi和含Si02较低的焊剂〔本次CO2保护焊不需要焊剂〕，以此降低焊缝中的含碳量，从而解决热裂纹的问题。

冷裂纹：钢种的淬硬倾向、含氢量和拘束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。下面也从这三方面分析16MnR的冷裂纹倾向。

1、 淬硬倾向：

16MnR的碳当量计算：

CE=C+1/6Mn+1/15Cu+1/15Ni+1/5Cr+1/5Mo+1/5V

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碳当量可以看出其根本么有淬硬倾向

其含碳量低，在淬火时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体珠光体组织，这些组织的硬度不高，故其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，如此有一定的淬硬倾向。

2、含氢量：焊缝中的氢主要来源于焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以与环境湿度等。对16MnR来说，只要板厚不太大且冷却速度控制得当，由于焊接温度高，增强了氢的活动能力，大局部氢从焊缝中扩散逸出。同时，当焊缝冷却时，其组织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有局部氢逸出。最后，焊缝中的剩余氢量就不足以形成冷裂纹。

3、拘束应力：焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于白身拘束条件所造成的应力。目前，普遍采用拘束度〔R〕综合表示这三种应力的大小，拘束度的计算可采用如下公式：R=K*δ

式中K为板厚拘束度系数，δ为板厚。

由上式可见，拘束度与材料板厚有很大关系，板厚越大，所造成的拘束度也越大，如此拘束应力也就越大。本次课程设计用的钢板内壁为12mm，外壁为6mm，属于较薄的板，其拘束度较小。

综上以上几点可以得出以下结论：16MnR钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下不会出现冷裂纹，只有在板厚〔40mm以上〕太大，冷速较快的情况下，才有出现冷裂纹的倾向，我们可以通过采用较小线能量+焊前适当预热等措施来预防。

热影响区脆化、软化问题：

1、过热区脆化

过热区脆化主要产生在被加热到1100℃以上直至熔点以下的区域。该区温度很高接近熔点，因此发生了奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔指点的溶入，这些难熔质点往往在冷却过程中来不与析出而使材料变脆。对16MnR钢来说，当碳含量偏于下限〔％％〕时，由于其本身含碳量少，又是通过固溶强化方式来获得较好的强度和韧性的，因而其脆化倾向小。只有当焊接线能量过大时，会导致过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时生成魏氏组织，这时才会出现脆化现象。我们通过控制高温区停留时间、冷却速度和很焊接线能量来防止过热区脆化。 word

6 / 41 2、热应变脆化

热应变脆化是由固溶氮引起的，在热和应变同时作用下产生的一种动态应变时效，一般认为在200℃~400℃时最为明显。容易发生于一些固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中，主要是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用引起的，如焊前已经存在缺口时，这种脆化就变得更为严重。对于16MnR来说，其本身含有一定的固溶氮，化学成分中又没有强氮化合物形成元素可与氮结合为氮化物，因而具有一定的热应变脆化倾向。

解决方法：可以通过焊后600℃、1h的退火处理来恢复16MnR的韧性。

综合以上分析，我们知道在裂纹方面，16MnR对热裂纹、再热裂纹和层状撕裂不敏感，只有当板材厚度过大，且冷却过快时对冷裂纹有一定的敏感性。在脆化方面，16MnR有一定的热应变脆化现象，对过热区脆化不敏感。在生产实际中，我们只要通过一些简单的焊接工艺就可以解决16MnR中由于局部原因对焊接性带来的不利影响。因而，总的来说，16MnR具有优良的焊接性，这正是它广泛用于各种焊接结构中的一个重要原因。

焊接工艺总如此

1、 引用的标准

〔1〕各部位焊缝的焊接和检验均严格按照国家标准GB150-1998钢制压力容器和«压力容器安全技术监察规程»的规定执行。

〔2〕容器施焊前的焊接工艺评定，应按4708进展。

〔3〕焊接工艺评定报告、焊接工艺规程、施焊记录与焊工的识别标记，其保存期不少于7年。

〔4〕焊接材料全部按GB/T8110-1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》和TZL911－2000《常用气体保护电弧焊用碳钢焊丝》标准进展。

〔5〕钢板应符合《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚板钢和钢带》GB3274-88的要求。〔6〕超声探伤应符合1152-81，射线探伤的方法应符合相应国家标准GB3323 word

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〔7〕法兰锻件应符合《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》4726-2000的要求。

〔8〕管法兰、垫片、紧固件根据《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592-97选用欧洲体系，因釜内介质易燃、中等毒性，故法兰型式选用带颈平焊，密封面型式选用凹凸面，压力等级为。

〔9〕支座：因设备置于平台上，根据《容器支座》/T4725-92，选用A5型。

2、 焊接所用的材料

16MnR可以用的焊接材料有以下几种：ER49-1、、GHS-50、YJ502-1、YJ502R-1、YJ507-1、YJ507Ni-1、YJ507TiB-1。本次设计采用ER49-1焊丝，即传统的H08Mn2SiA焊丝，其主要成分如下表

代号 C Si Mn Cr Ni S P

ER49-1 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤

这类焊丝对杂质元素要求很严格，S、P含量较低。该焊丝目前应用较为广泛。

焊剂用HJ431

3、 下料：筒体内壁用厚度12mm、宽1500mm、长4712mm的钢板卷成桶状焊接而成，下部用两个厚12mm宽为1500mm的钢板拼接后裁下直径1825mm的圆板，然后冲压而成。

内壁：筒体外壁上部用厚度６mm、宽1332mm、长4712mm的钢板卷成桶状焊接而成，下部用两个厚6mm宽为1500mm的钢板拼接后裁下直径1918mm的圆板，冲压而成。

4、 焊接工艺评定与焊工要求 word

8 / 41 1、 焊缝外表不得有裂纹、气孔、弧坑与飞溅物

2、 C、D接头焊缝与母材呈圆滑过渡

3、 用标准抗拉强度下限值>540 MPa的钢材，其焊缝外表不得有咬边

焊工要求：电焊工一级(高级技师)

5、 焊前准备

〔1〕焊丝、焊剂与其他焊接材料的贮存库应保持枯燥，相对湿度不得大于60

〔2〕由于CO2气体保护焊时对风速比拟敏感，施焊时应注意风速，假如大于2 m /s，如此应该采取相应的保护措施。

〔3〕注意焊接时环境的温度，假如焊件温度低于0℃，应在始焊处100 mmX围内预热到15℃左右

6、焊接过程中的具体要求

〔1〕在严寒环境中施焊时要根据不同温度选择预热温度。

〔2〕在坡口内引弧，防止擦伤母材，注意熄弧时填满弧坑。

〔3〕不在低温下进展成形、矫正和装配。

〔4〕焊工应在施焊前调整好工艺参数与规X，严禁在正式产品上调试工艺参数与规X。

〔5〕焊前要对焊剂进展烘干，防止带入焊缝过多的氢。

〔6〕每焊一层要彻底清渣，检查无缺陷时再焊接下一层焊缝。外表焊道宽度比坡口宽度单面增宽2mm-4mm，焊缝宽窄差小于2mm。

〔7〕受压元件的焊接严格按焊接工艺卡中规定的工艺参数进展施焊。与受压元件相焊的附件(吊耳、支耳、垫板等)应参照焊接工word

9 / 41 艺卡中规定的工艺参数进展施焊。

〔8〕所有焊接坡口外表与两侧20mmX围内，不得有铁锈、油污、氧化皮、积渣与其它污物。

〔9〕焊接附件、工装卡具等必须使用与壳体一样的焊接材料和焊接工艺，由合格的正式焊工施焊，焊道长度不得小于50mm。

〔10〕在施焊过程中，应把焊接线能量严格控制在焊接工艺评定确定的线能量X围内使用，尤其注意不要超过焊接工艺评定线能量上限值。

7、 缺陷分析与返修要求

缺陷分析：

〔1〕气孔和夹渣。解决措施主要有以下几种：选择适宜的焊接电流和焊接速度；确保焊接坡口附近不存在水分、油垢和锈迹；严格按照规定保管、清理和焙烘焊接材料。防止焊接夹渣的方法主要包括：对坡口尺度进展适宜的选择，认真清洁坡口的边缘局部，并选用适宜的焊接电流和焊接的速度。在多层焊接时，要仔细观察坡口局部的熔合情况，对每一层焊道做到认真清理。

〔2〕未焊透和未熔合。解决措施采取适宜的方法进展补焊处理，选择适宜的坡口和适合焊接的电流，稳定焊接速度，对坡口外表的氧化皮和油污进展彻底清洁，此外还要密切注意焊接坡口两侧的熔合情况。

〔4〕裂纹。存在很多的不稳定因素影响焊接裂纹的行成，因此在对待裂纹的处理时要严格的控制焊接的工艺参数和减慢冷却的时间；在允许的情况下采用小电流多层多道焊，从而防止焊缝中心产生裂纹；必要时进展预热；根据焊件材质、焊接工艺评定结果合理调整焊接顺序、认真执行焊接工艺，也可减少裂纹的产生。

返修要求：

〔1〕焊缝的返修应由合格的焊工担任。返修工艺措施应得到焊接技术负责人的同意。压力容器上同一部位的返修次数不应超过2次。对经过2次返修仍不合格的焊缝，如再进展返修，应经制造单位技术负责人批准。返修的次数、部位和无损探伤结果等，应记入压力容器质量证明书中。锅炉同一位置上的返修不得超过3次。

〔2〕压力试验后，一般不应进展焊缝返修。确需返修的，返修部位必须按原要求经无损探伤检验合格。由于焊缝或接收泄漏