焊接课程设计说明书

1、1刖言本次课程设计主要是尾气回收塔外壳的焊接生产工艺设计，包括材料的焊接 性分析、焊接工艺方案分析及工艺评定、确定焊接结构生产工艺流程、确定产品外 壳主要零件的加工工艺及检验、绘制焊接结构简图、确定部件的装焊工艺等。通过设计，初步掌握根据产品图样及技术要求制定焊接工艺规程的方法、焊 接工艺设计的步骤，提高分析焊接生产实际问题、解决问题的能力。2焊接生产工艺性分析2.1焊接结构工艺性审查2.1.1产品图样结构审查此次设计的设备为尾气回收塔壳体，筒体直径800mm，容器总长9292mm，壁厚 8mm。由图2-1可知：筒体之间通过容器法兰螺栓连接，筒体左端接椭圆形封头， 筒体上有接管，筒体右端连接件整体参与固定。图2-1硫化仓结构图主要加工手段为焊接，此外还采用冲压、卷弯、机加工等辅助工艺。焊接方法 采用CO2气体保护焊，接头形式为对接、角接。2.1.2产品技术特性及检验要求尾气回收塔壳体技术特性如表2-1所示：设计压力设计温度物料名称物料特性焊缝系数试验压力容量/m 36200橡胶化学性1.0盛水试4MPaC水质稳定漏2.2母材的焊接工艺性分析2.115CrMoR钢焊接性分析甲烷化炉主体的

2、材质为15CrMoR钢，15CrMoR钢属于珠光体耐热钢中的Cr-M o合金系 列。该钢具有良好的抗氧化性能、热强性能和较强的耐腐蚀性能。15CrMoR钢的力学性能如表 1所示、化学成分如表2所示。经计算，15CrMoR钢的碳当量C =0.61%其碳当量较大, 且含有某些热裂倾向较大的元素如S,P,Cr,Mo等，焊接时若采用较大的线能量输入 以及焊后冷却速度过快，容易在焊缝处形成树枝状的热裂纹，因而该钢具有较大的 热裂倾向,同时，当焊件刚性较大而且冷却速度较快时，在焊接接头近缝区和焊接 热影响区容易产生淬硬组织，当热输入量较大时，在热影响区的Ac1附近，容易出现 硬度降低的软化现象。此外，15CrMoR钢焊后的再热裂敏感性也较大，在焊后热处理过程中或长期高温使 用中容易形 成碳化物夹杂，从而易产生再热裂纹。，此时若在拘束应力和扩散氢的共同作用下， 容易在焊接热影响区和近缝区产生冷裂纹。其化学成分和力学性能见表2-2和表2-3 所示：表2-2 15CrMoR的化学成分（质量分数）（）CMnSiCrMoSP0.12-0.180.40-0.700.17-0.370.80-1.100.40-0

3、.55纟 0.035S 0.035表2-315CrMoR的力学性能厚度o b/MPao s/MPa6/(%)ak/(J/cm2)4402252049(20C)2.3.1 焊接方法和焊接材料的选择3.1 焊接方法的选择硫化仓质为15CrMoR珠光体耐热钢，其焊接性较差。打底焊采用传统的埋弧自动焊 工艺，焊接时若焊接工艺设计不当，会造成焊接热影响区宽、晶粒粗大、焊缝脆化、 韧性降低，过大的热输入量还将扩大焊接接头的软化区，使接头的抗拉强度降低。 同时，因筒体纵缝接头装配误差较大，选用埋弧自动焊打底不能保证打底焊焊缝坡 口两侧接头的焊缝质量，容易引起坡口两侧焊缝金属产生未熔合、咬边和热裂等缺 陷。而填充盖面焊采用手工电弧焊，焊接生产率较低，焊缝层间清渣不完全，容易 造成夹渣和冷裂纹等焊接缺陷。签于上述原因，对筒体间纵、环焊缝以及筒体和封 头间的环焊缝，打底焊采用手工电弧焊（SMAW）的焊接方法，填充盖面采用埋弧自动焊（SAW） 工艺。根据上述15CrMoR的焊接性分析，硫化仓与加厚接管间的焊接需要选用熔合比 较小的焊接方法，考虑到两侧材料的厚度差异，选用TIG焊打底和手工电弧焊填充 盖面的焊

4、接方法。3.2焊接材料的选择根据15CrMoR钢的焊接性分析，SMAW焊接材料选择碱性低氢耐热钢焊条R307，焊条直径为05.0mm ； SAW焊接材料选用H13CrMoA焊丝，焊丝直径为04.0mm，焊剂采用HJ250G。根据15CrMoR焊接性分 析，为减少焊缝稀释，防止碳的迁移及产生残余应力，弥补焊接过程中合金元素的 烧损，改善焊接接头组织和性能，TIG焊选用焊丝，手工电弧焊选用A302焊条。R307及A302焊条使用前须HlCr24Nil3在350-400C条件下进行烘焙，烘焙时间为 1.5小时，然后放入150C保温筒保温，随用随取，两种焊条间不得混合烘焙。所 用焊丝H13CrMoA及H1Cr24Ni13使用前清除表面油、垢、锈等污物，直至露出金属 光泽。焊剂使用前于200C经过2小时烘干。2.3.2接头与坡口型式设计3.3坡口形式对于筒体的对接焊缝、筒体与筒体的环焊缝、筒体与椭圆封头的环焊缝，设计的坡口如图2。根据板厚状况、焊接方法特点和要求，15CrMoR与0Crl8Ni9环的焊缝坡口设计为单 边K型坡口，由于筒体一侧较厚，为减小拘束应力，应在筒体壁厚方向上两侧开较 大角度

5、的坡口。具体的坡口参数设计如图3所示。石 iel所有坡口采用氧乙炔中性焰切割，然后使用磨光机平整坡口 50mm范围内的表面。焊 前把焊接坡口两侧30mm范围内水、锈、油污等杂质清除干净。35焊前预热、焊接层间温度、焊后热处理（1）主体焊缝点固和焊接焊前均需要预热，预热方法采用局部天然气焰，对于材质厚度为22mm的15CrMoR钢预热温度确定为180 C，预热的位置范围为距离坡口边缘50mm以内。(2)焊接过程中层间温度不得低于180C,对每条焊缝应尽可能一次性连续施焊完 成，以避免间断焊接过程中产生热裂现象。( 3)硫化仓整体焊缝焊后进行整体热处理,以消除焊接应力,改善焊接接头性能, 提高高温性能和防止变形，整体退火热处理温度为650 Co3 焊接工艺性评定按JB4708-2000标准，选用厚16mm的15CrMoR板状对接焊接头进行焊接工艺评 定。接头坡口形式如图所示，该坡口由机械加工方法得到，相关参数标在图中。 焊前应仔细清理坡口表面及两侧各50mm范围内的油污、水和铁锈等杂质。焊接材料选用A320焊条，焊接前对焊条应进行200-250度烘焙并保温，然后放在保 温筒内，随用随取。定

6、位施焊前要进行预热，预热范围在坡口两侧100-150mm，预热温度为200-250 度。定位焊后立即清除熔渣，测量温度，符合层间温度要求后立即施焊，焊接时如冷 却速度过快，则易形成淬硬组织，如果拘束力较大，则易导致冷 裂纹的产生，因此在施焊时始终保持层间温度不低 于预热温度。背面采用机械方法清根。焊后立即用石棉毡缠绕焊缝，保温并缓冷1h以上，然后去掉石棉毡在空气中冷却 到室温。焊接工艺参数如下表所示。焊层焊接方法焊材牌号规格焊接电流焊接电压焊接速度第一层焊条电弧焊A302/ 3.2100120222467其余各层A302/ 4.0130150242667背面层A302/ 4.0130150242667注：采用直流反接。试件缓慢冷却后做100%X射线探伤。焊接工艺评定结果见下表坡口气体流量焊丝焊接电焊接电焊丝焊接速度电 流形式L/min直径流/A压/Vm/h极/mm性图3-1角接试件及坡口设计3.2焊接试件试验方法3.2.1拉伸试验金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学 性能最全面，最方便的实验。按GB/T 228-2002规定对试件进行拉伸强度试验，如 图

7、3-2所示。图3-2 拉伸试件3.2.2冲击试验将试样置于低温槽的均温区冷却到-40C后，保温足够长的一段时间，然后将 试样取出进行冲击试验。使用液体冷却介质，保温时间不得少于5min。试样移出 冷却介质至打断的时间不超过5s，如超过5s则应将试样放回冷却介质重新冷却， 保温，再进行试验。采用摆锤冲击试验，其示意图如图3-3所示。1电机：a-皮带轮：mt；对一杆崭n3捆杆；6了一试伴：89一电源开芸：示灯图3-3摆锤冲击试验3.2.3 弯曲试验将试件放在实验机带滚动轴的支座上，用规定的弯心直径压头将试件弯曲到要 求的角度，弯曲试件的中心应对准焊缝中心，当弯曲到规定角度后，焊缝拉伸面沿 试件宽度方向上所允许出现的裂纹或缺陷不大于1.5,沿试件长度方向上为不大于 3mm。试件如图3-4所示。图3-4 弯曲试件-113768.63-3.3工艺评定试验分析（1）无损探伤 试验试板焊后经射线探伤，均末发现焊接缺陷。接头力学性能根据接头力学性能试验的结果，其接头强度、塑性均能 满足规定的标准值。(3) 接头冲击韧性 试验结果表明，焊缝金属的-40C却贝冲击值可以达到规 定标准，热影响区-40C却贝

8、冲击值比规定的标准值要高得多，其冲击值完全可以 满足 WCF-62 钢的标准。熔合线的冲击值所反映的是焊缝或热影响区的冲击韧性。 可以认为，只要是热影响区尤其是焊缝金属的冲击韧性解决好了，熔合线的冲击韧 性应该能获得较为满意的结果。(4) 根据试验可以看出，焊接接头无淬硬组织。接头的硬度分布是正常的。 调质钢焊接后，如不再进行调质处理，则热影响区的软化将成为调质钢焊接的一个 重要问题，而WCF-62钢的焊接接头并无软化现象。3.4 焊接工艺参数的选择从防止冷裂纹出发，要求冷却速度慢为佳，但对防止脆化来说，却要求冷却较 快为好，因此应该确定兼顾两者的冷却速度范围。这个范围的上限取决于不产生冷 裂纹，下限取决于热影响区不出现脆化的混合组织。但在焊接厚板时，即使采用了 大的线能量，冷却速度往往还是超过了它的上限，这就必须通过预热来使冷却速度 降到低于不出现裂纹的极限值。因此，正确选择线能量和预热这两个参数使保证不 出现裂纹和脆化的关键。 焊接线能量 如果焊接线能量较大，使得热影响区的晶粒粗大，则焊缝中的 柱状晶也粗大，焊接线能量大，必然会引起结晶时的冷却速度较慢，最高加热温度 Tm升高和Ac

9、3以上停留的时间长，从而导致焊缝金属的晶粒就更粗大。线能量较小， 焊速过快，焊工操作困难，而且易产生夹渣等焊接缺陷，所以焊接线能量一般应以 812kJ/cm 为宜。 预热温度 预热主要希望它能降低马氏体转变时的冷却速度，通过马氏体的 自回火作用来提高抗裂性能。由于壳体厚度仅12mm，所选用的钢板厚度为12mm, 所以不需要预热。 焊后热处理：考虑到WCF-62钢调质时的回火温度为640_660C,所以焊后 退火处理温度，只能是600C左右。在此温度范围内，焊缝-40C冲击韧性是可以 满足所规定的要求的。4 工艺方案的选择第 7 页 共 22 页本次设计的尾气回收塔壳体，其主体部分由封头、三段筒体和圆筒形裙座采用 法兰连接组成，封头和筒体上连接有接管，接管与法兰连接。由此可以确定其制造 工艺方案如下：1根据图样技术要求分别制造各个零部件，可采用锻、焊、机加工等手段，零 件制造完成后，需要进行尺寸、质量等检验。2根据图样要求进行装焊，可以采用必要的装配夹具等。装焊完成后，需要进 行无损检验，可以采用射线探伤、磁粉探伤等。3壳体制造结束后，需要按要求盛水试漏。5主要零件的加工制造5.1筒节的制造筒节的制造工艺流程如下：1.钢板复检：

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