Mz課程設(shè)計(jì)講解

1、2000m3 容積 18MnMoNb 鋼制球形儲(chǔ)罐的焊接工藝2000m3容積18M nMoNb鋼制球形儲(chǔ)罐的焊接工藝1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 課程設(shè)計(jì)題目2000吊容積18M nM oNb鋼制球形儲(chǔ)罐的焊接工藝1.2 本次設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的通過本次的設(shè)計(jì)：1. 熟悉18MnMoN低合金鋼的力學(xué)性能和焊接性能。2. 掌握低合金鋼的焊接性以及焊接參數(shù)的選擇。3. 掌握球罐的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過程。4. 掌握球罐的焊接工藝及其焊后檢驗(yàn)和熱處理方式。1.3 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求3要主內(nèi)容：2000m容積18MnM oNb鋼制球形儲(chǔ)罐的焊接工藝的設(shè)計(jì)要求：對(duì)所用18MnMoNb低合金鋼的力學(xué)性能分析和焊接性

2、分析； 焊接工藝 設(shè)計(jì)過程中焊接參數(shù)的選擇說明以及焊接過程中所用到的輔助設(shè)施的說明； 焊接 檢驗(yàn)。1.4進(jìn)度安排第一周：對(duì)題目和要求的熟悉，相關(guān)資料的查閱以及對(duì)資料的梳理。第二周：對(duì)資料進(jìn)行整合，數(shù)據(jù)的計(jì)算，整體設(shè)計(jì)第三周：設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查糾錯(cuò)的到最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，答辯上交設(shè)計(jì)報(bào)告冊(cè)。2. 被焊材料的性能、可焊性分析2.1 18Mn MoN低合金鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能18MnMoN鋼是在20MnM（鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，屈服點(diǎn)為50kgf/mm的壓 力容器用鋼。YB536 69規(guī)定了 18MnMoN鋼的化學(xué)成份和機(jī)械性能,數(shù)值列于表1 和表2表1 18MnMoNb鋼的化學(xué)成分（%CSiMnMoNbPS

3、0.17 0.230.17 0.371.35 1.650.45 0.650.025 0.050 0.040 52 65 1640 95 50 65 16 7.0d=3a100115 45 60 162.2可焊性分析18MnMoN鋼是壓力容器用的級(jí)別較高的低合金鋼，焊接時(shí)有一定的淬硬 傾向及過熱敏感性，熱影響區(qū)有可能產(chǎn)生各種焊接缺陷，焊接有一定難度。該 鋼焊接時(shí)最易出現(xiàn)的是冷裂縫；在產(chǎn)品的電渣焊縫中還發(fā)現(xiàn)過“八字裂縫” ； 層狀撕裂雖未有報(bào)導(dǎo)，但壓力容器的實(shí)際結(jié)構(gòu)存在著產(chǎn)生層狀撕裂的接頭形 式,須加注意。試驗(yàn)表明18MnMoN鋼具有輕微的再熱裂縫敏感性，在拘束大的 焊接接頭中應(yīng)予重視。2.2.1

4、 18Mn MONtb在焊接熱循環(huán)下組織和性能的變化低合金高強(qiáng)度鋼的焊接熱影響區(qū)分為粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū) 和回火區(qū)，其中粗晶區(qū)的塑性和韌性較母材有明顯下降 ，是最薄弱的部位，為 可焊性試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。粗晶區(qū)的組織和性能與焊接熱過程有關(guān)，當(dāng)焊接熱輸 人量低，冷卻速度快時(shí)，容易得到淬硬的馬氏體組織。當(dāng)焊接熱輸入量增大，近縫區(qū)金屬在高溫停留時(shí)間加長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)因冷卻速度減緩，可以得到 貝氏體組織,如果冷卻速度足夠慢，還可獲得珠光體組織。熱影響區(qū)中略高于 Ac3的部位為細(xì)晶區(qū)（或稱正火區(qū)），此處金屬的各項(xiàng) 性能都較好。Ac1和Ac3之間稱為不完全重結(jié)晶區(qū),由于部分組織發(fā)生轉(zhuǎn)變,塑性和韌

5、性有所下降，但此區(qū)窄小，對(duì)整個(gè)焊接接頭來說，影響不明顯回火區(qū)內(nèi)高于母材的回火溫度，會(huì)形成一個(gè)軟化區(qū)，這對(duì)于調(diào)質(zhì)鋼來說更 為明顯,軟化區(qū)的溫度和硬度有所降低，而塑性和韌性則趨近于母材。上述系 指一次焊接熱循環(huán)作用的結(jié)果。在多層焊的情況下，后一道焊縫會(huì)在緊鄰的前 道焊縫的熱影響區(qū)上疊加各種不同的二次熱循環(huán)，使熱影響區(qū)局部的組織和性能發(fā)生變化。如二道焊縫熔合線交界處的熱影響區(qū)，原來的粗晶區(qū)又經(jīng)受了 高溫完全重結(jié)晶轉(zhuǎn)變，使晶粒更加粗大，而其它部位的粗晶區(qū)經(jīng)受稍低溫度的 二次熱循環(huán)，使晶粒細(xì)化或回火，沖擊韌性會(huì)有某些改善。多層焊熱影響區(qū)的 組織狀態(tài)比較復(fù)雜，但總的看來其性能比單層焊的要好。焊接熱影響區(qū)的

6、組織和性能，除了取決于焊接過程的加熱溫度外，還取決 于冷卻條件。在不同的冷卻速度下，熱影響區(qū)的組織可以通過模擬焊接熱影響 區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（SH-CCT圖）來確定。根據(jù)有關(guān)資料，18MnMoNb鋼在焊后連續(xù)冷卻過程中，主要發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn) 變和貝氏體轉(zhuǎn)變。如果焊接冷卻速度快并超過臨界冷卻速度時(shí)，則發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。冷卻速 度稍低，則發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。18MnMoN等一類鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域較寬，通常 在焊接冷卻條件下都發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。因此，從鋼的淬硬傾向來說，要求采用 較高的焊接熱輸入量。18MnMoNt鋼還具有一定的過熱敏感性，熱影響區(qū)晶粒粗大，易導(dǎo)致韌性 變壞，所以選擇焊接規(guī)范時(shí)應(yīng)采用較小的焊接線能

7、量。此外，對(duì)調(diào)質(zhì)的18MnMoNb鋼而言，線能量高會(huì)擴(kuò)大熱影響區(qū)中的軟化區(qū)，也要求降低焊接熱 輸人量。另外,預(yù)熱溫度和層間溫度對(duì)焊后冷卻速度起重要作用。 在調(diào)節(jié)焊接熱循 環(huán)時(shí),既要防止淬硬又要減少過熱，這就傾向于采用預(yù)熱，而不希望過高的焊 接熱輸人量。對(duì)預(yù)熱和層間溫度也要適當(dāng)加以限制 ，以防接頭韌性降低。2.2.2熱裂縫問題熱裂縫產(chǎn)生的原因主要是由于焊縫在凝固結(jié)晶過程中低熔點(diǎn)雜質(zhì)留在柱 狀晶或?qū)ιеg形成薄膜，在焊接應(yīng)力作用下而開裂。熱影響區(qū)的熱裂縫又 稱液化裂縫，它在含鎳量較高的鋼種中易出現(xiàn)。實(shí)踐表明,18 Mn MoNb鋼對(duì)熱影響區(qū)熱裂縫并不敏感。 在手工焊和埋弧自動(dòng)焊時(shí)，只要焊接工藝和

8、規(guī)范適當(dāng)，并在生產(chǎn)中認(rèn)真執(zhí)行， 一般不會(huì)產(chǎn)生焊縫金屬熱裂縫。但是，與手工焊和埋弧自動(dòng)焊相比，電渣焊中 熱裂縫卻容易發(fā)生。例如，在制造尿素合成塔及670噸/時(shí)鍋爐汽包（厚90mm） 中，縱縫電渣焊時(shí)，除發(fā)現(xiàn)有焊縫中心部位的典型的熱裂縫外，還發(fā)現(xiàn)有呈“八”字形分布的微小裂縫。這種裂縫一般分布在焊縫中心線兩側(cè)，距中心線 約3 一 10mn左右，裂縫大多較小，一般的無(wú)損探傷方法不易發(fā)現(xiàn)。裂縫有時(shí)是單個(gè)的，有時(shí)呈密集狀，且沿枝晶間 產(chǎn)生與延伸。如何防止這種裂縫，目前重點(diǎn)是放在焊接工藝規(guī)范參數(shù)的選擇上，主要采 用較小的焊接規(guī)范，較為有效的措施是焊絲橫向擺動(dòng)，且擺動(dòng)幅度要足夠大。 在雙絲焊時(shí)，兩根焊絲的擺動(dòng)

9、位置要達(dá)到重合，有利于改善熔池形狀系數(shù)，并 使雜質(zhì)易于上浮，另外也有利于溶池?zé)崃糠植己透纳平饘俳Y(jié)晶方向。實(shí)踐證明， 采用上述措施后，即使有時(shí)焊接電流較大，也不產(chǎn)生“八”字裂縫。值得指出，目前對(duì)“八”字裂縫的形成機(jī)理看法不一。許多問題尚未得到 證實(shí)，如氫的影響、裂縫形成的溫度范圍、焊絲 ，焊劑及熔渣成份的影響等， 有待進(jìn)一步探討。2.2.3冷裂縫問題冷裂縫是18MnMON鋼焊接的主要問題，它通常出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)剛性大或應(yīng)力 集中的部位如焊接大接管和深厚坡口打底焊接時(shí)易發(fā)生焊趾或根部裂縫。冷 裂縫處于焊接接頭的焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)，而以熱影響區(qū)更為常見。冷裂縫是在較低溫度下產(chǎn)生的，因它與氫關(guān)系密切，有時(shí)呈現(xiàn)

10、延遲破壞的 特征，稱為“延遲裂縫”或“氫致裂縫”。熱影響區(qū)冷裂縫一般為穿晶型，也可能沿晶界發(fā)展，這種裂縫一般呈劈裂 型,很少分枝。2.2.3.1影響冷裂縫的主要因素影響冷裂縫的主要因素是：對(duì)冷裂縫敏感的顯微組織、焊縫中有足夠的氫 含量以及接頭中存在著高的拘束應(yīng)力和殘余應(yīng)力。冷裂縫是在這三個(gè)基本因 素的綜合作用下產(chǎn)生的。第一，對(duì)冷裂縫敏感的顯微組織按照IIW推薦的公式計(jì)算,18MnMoNb鋼的碳當(dāng)量為0.57%,屬較高者。如 果鋼中合金元素偏上限或含有一定數(shù)量的銅時(shí)，碳當(dāng)量就更高，淬硬傾向亦更 大。然而，碳當(dāng)量值的高低，還不足以確定熱影響區(qū)的組織狀態(tài)。還可采用最 高臨界硬度值判斷鋼種熱影響區(qū)的冷

11、裂敏感性。18M nMoN鋼按最高硬度法試驗(yàn),不預(yù)熱進(jìn)行手工電弧焊，過熱區(qū)的最高硬度在 HV44O以上，只有當(dāng)預(yù)熱溫 度在15000以上時(shí)，過熱區(qū)的硬度才降至 HV350以下。生產(chǎn)實(shí)際中，往往由于 工藝控制不嚴(yán)，預(yù)熱溫度不夠，容易產(chǎn)生淬硬組織而導(dǎo)致冷裂縫，這都說明了 18MnMoN鋼具有一定的冷裂敏感性。第二,焊縫中的氫含量焊接時(shí)氫的主要來源是：焊接材料、工件和大氣中的水、油、銹等在電弧 作用下，分解成氫原子或氫離子溶解在溶池內(nèi)，在焊接冷卻過程中，這些溶解 的氫一部份逸出，另一部份則向熱影響區(qū)擴(kuò)散，并在熔合線附近形成一個(gè)富氫 帶,當(dāng)氫濃度足夠高時(shí)，加上拘束應(yīng)力和殘余應(yīng)力的作用就發(fā)生裂縫。因此，

12、降低焊縫中氫的含量，保證焊接材料的清潔及干燥是極重要的。焊縫中氫含量的測(cè)定方法有多種，目前我國(guó)基本上采用的是甘油法。第三,結(jié)構(gòu)的拘束應(yīng)力和殘余應(yīng)力焊件在拘束條件下，焊接后在接頭上作用著拘束應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力，這 些應(yīng)力與焊件的結(jié)構(gòu)形狀、坡口型式，板厚及施焊工藝有很大關(guān)系，在接頭的 缺口和不連續(xù)處會(huì)形成很高的應(yīng)力集中，是產(chǎn)生冷裂縫的一個(gè)重要原因。18MnMoN鋼壓力容器的制造，常用“Y”型小鐵研、巴東剛性拘束、環(huán)形 鑲塊等自拘束的抗裂試驗(yàn)定性地評(píng)定冷裂縫的敏感性。其中“Y”型坡口試樣的拘束度較大，可以用來選擇焊接材料，焊接規(guī)范、預(yù)熱 溫度等。18MnMoN鋼的小鐵研試驗(yàn)表明，手工焊用結(jié)707焊條

13、,預(yù)熱溫度為150 一 180C可避免產(chǎn)生冷裂縫，近年來,還發(fā)展了多種定量的抗裂試驗(yàn)法，如焊 接熱模擬試驗(yàn)、插銷試驗(yàn)、剛性拘束裂縫試驗(yàn)、拉伸拘束裂縫試驗(yàn)等。通過 這些試驗(yàn)確定焊接接頭的臨界斷裂應(yīng)力 ，并據(jù)此評(píng)定材料在各種焊接工藝條 件下施焊的抗冷裂性能。例如對(duì) 32mm厚的18MnMoN鋼板進(jìn)行拉伸拘束裂縫 試驗(yàn)表明：焊條經(jīng)過嚴(yán)格烘干，經(jīng)150C預(yù)熱，焊后立即作250X 2 C小時(shí)的去 氫處理，接頭的臨界斷裂應(yīng)力可達(dá)母材的屈服強(qiáng)度。這表明，18MnMoNb鋼的焊接,只要采取一定的工藝措施，就可避免冷裂縫。2.2.3.2防止18MnM oN鋼焊接冷裂縫的措施第一，減少焊縫金屬中的含氫量首先要控制

14、焊接材料中的含氫量，18MnMoNb鋼手工焊用結(jié)707焊條,必須 按規(guī)定烘干，并在100150C下保溫，隨用隨取以防再受潮。目前正在研制超 低氫焊條，是防止冷裂縫的重要措施。埋弧焊焊劑也應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定烘干，并選 擇堿度較高的焊劑，如焊劑250。采用熔化極氣體保護(hù)焊或鎢極氫弧焊是防止冷裂縫（尤其是根部裂縫）的 有效措施之一，但必須注意保護(hù)氣體的純度。焊前,必須認(rèn)真去除焊絲和鋼板坡口表面的水份、油污、鐵銹等勝物。應(yīng)注意焊接的環(huán)境,尤其在雨雪天,空氣相對(duì)濕度大于 90%寸,不采取防 護(hù)措施不能焊接。第二,冷卻速度的控制控制焊后冷卻速度的目的是：改善熱影響區(qū)的組織,利于焊縫中氫的逸 出。在一定的焊接熱輸

15、人下，可以通過預(yù)熱，控制層間溫度來達(dá)到。預(yù)熱是降低焊后冷卻速度的有效措施，它既延長(zhǎng)奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi) 的冷卻時(shí)間,防止出現(xiàn)淬硬組織,又延長(zhǎng)最高溫度至1000c的冷卻時(shí)間,有利 于氫的逸出。在某些情況下，還可以降低殘余應(yīng)力的水平。預(yù)熱溫度的選擇主要取決于工件厚度，結(jié)構(gòu)拘束度和焊接材料中的氫含 量。焊接18MnMoNb岡壓力容器,預(yù)熱溫度一般為150180C,當(dāng)焊接剛性接 頭或點(diǎn)固焊時(shí)，預(yù)熱溫度要適當(dāng)提高。但是,過高的預(yù)熱溫度會(huì)惡化操作條件， 并使焊縫和熱影響區(qū)性能變壞。多層焊時(shí)，層間溫度不能低于預(yù)熱溫度，在厚 板和短焊縫時(shí)更應(yīng)注意。但為保證接頭綜合性能，也不宜過高，實(shí)踐表明，以控 制在不高于3

16、00E為好。第三,后熱的應(yīng)用后熱,是焊后立即加熱作去氫處理，通過加熱，使焊縫中的擴(kuò)散氫盡快逸 出 ,以防止冷裂縫。18MnMoN鋼焊接生產(chǎn)實(shí)際表明，采用150C預(yù)熱，焊后立即 進(jìn)行250350CX 24小時(shí)的后熱處理，可獲得滿意的結(jié)果。采取后熱還可 適當(dāng)降低預(yù)熱溫度，某種程度上改善了焊接操作條件，對(duì)某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這是 十分重要的。第四,結(jié)構(gòu)構(gòu)束應(yīng)力和殘余應(yīng)力的控制在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量將焊縫安排在應(yīng)力水平較低的部位，接頭形式、坡 口類型及焊接程序盡量減小應(yīng)力集中和拘束，減小坡口截面積，采用雙面焊。在設(shè)計(jì)許可的情況下，為防止冷裂縫（尤其是根部裂縫），可用強(qiáng)度級(jí)別較 低、塑性較好的焊接材料。焊后及時(shí)

17、進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，如不及時(shí),則立即作去氫處理。此外,要保 證裝配質(zhì)量，減小錯(cuò)邊,焊縫表面要修磨呈圓滑過渡等。減小應(yīng)力集中的不利 影響。焊縫金屬中的冷裂縫，其特點(diǎn)，影響因素和防止措施等與熱影響區(qū)冷裂縫 基本相同，較為突出的是焊縫強(qiáng)度的影響，當(dāng)焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過高，容易導(dǎo)致橫 向裂縫,在選擇焊接材料時(shí)應(yīng)予重視。2.2.4層狀撕裂問題層狀撕裂是在較低溫度下發(fā)生在壓力容器鋼板 “T”形接頭和角接接頭中 的一種裂縫。裂縫呈階梯形，階梯的水平段比垂直段長(zhǎng)，整個(gè)裂縫與鋼板表面 平行。層狀撕裂通常發(fā)生在靠近熔合線的熱影響區(qū) ，但不露出表面，肉眼難以 發(fā)現(xiàn)。在壓力容器上容易產(chǎn)生層狀撕裂的部位是： 座入式大接管：裂

18、縫發(fā)生在接管角焊縫下的筒身上； 插入式大接管：當(dāng)接管由鋼板卷制時(shí)，裂縫發(fā)生在接管側(cè)； 整周式加強(qiáng)環(huán)：裂縫發(fā)生在焊有加強(qiáng)環(huán)處的筒身上。2.2.4.1影響發(fā)生層狀撕裂的主要因素第一，鋼板性能冶煉質(zhì)量是造成層狀撕裂的直接原因。存在于鋼中的硫等非金屬類雜物 在鋼板的軋制過程中被延展成片狀，并分布在與鋼板表面平行的各層中。這些 片狀?yuàn)A雜物使板厚方向的性能，尤其是斷面收縮率大大降低。在板厚方向的焊 接拘束應(yīng)力作用下，某些部位的片狀?yuàn)A雜物首先裂開并擴(kuò)展，這在各層中相繼 發(fā)生,在主應(yīng)力方向發(fā)生剪切，使其連成一片，形成了層狀撕裂的階梯性。第二,結(jié)構(gòu)形式幾乎在所有情況下，層狀撕裂均發(fā)生在鋼板表面靠近熔合線處，并與

19、熔合 線平行。如果熔合線與鋼板表面呈一個(gè)角度，由于板厚方向的拘束應(yīng)力降低， 層狀撕裂的可能性也大大降低。第三,焊接工藝焊接工藝的影響主要表現(xiàn)在擴(kuò)散氫的作用、上。對(duì)于中等敏感的鋼種，低的含氫量能避免層狀撕裂，當(dāng)氫含量高時(shí)，有可能發(fā)生裂縫；而對(duì)于高敏感 的鋼材,不管含氫量多么低，均不能避免層狀撕裂。2.242層狀撕裂敏感性的評(píng)定方法一種評(píng)定方法是專門設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，另一種、是板厚方向的拉伸試驗(yàn)（Z向 拉伸試驗(yàn)）。在各種專門設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法中，最有代表性的是Z向窗孔拘束裂縫試驗(yàn)， 通過在不同拘束條件下的裂或不裂，或者在一定拘束條件下的裂縫長(zhǎng)度來評(píng) 定層狀撕裂的敏感性。但迄今為止，沒有一種方法能在鋼板軋制的

20、生產(chǎn)檢驗(yàn)- 中得到普遍應(yīng)用。IIW認(rèn)為,厚度方向的拉伸試驗(yàn)是評(píng)定層狀撕裂敏感性的最好方法。通過不同鋼種試驗(yàn)所得的斷面收縮率 書進(jìn)行分類（表3）表3層狀撕裂敏感性分類質(zhì)量等級(jí)平均斷面收縮率Y （%個(gè)別式樣允許的最低值%A 1510B 2515C 3525對(duì)許多層狀撕裂事故的分析表明，層狀撕裂大多數(shù)在15%勺情況下發(fā) 生，個(gè)別為 “ 1525%之間,對(duì)于不同剛性的結(jié)構(gòu)應(yīng)按質(zhì)量等級(jí)選用鋼板。 18MnMoNb岡壓力容器的焊接中，尚未報(bào)導(dǎo)過層狀撕裂問題，但值得引起重視和 開展試驗(yàn)評(píng)定工作。2.243防止壓力容器焊接中層狀撕裂的措施第一，根據(jù)焊接接頭的拘束程度，估計(jì)可能發(fā)生層狀撕裂，就應(yīng)對(duì)所用鋼 板進(jìn)行

21、層狀撕裂敏感性的評(píng)定，第二，采用合理的坡口型式，盡可能使焊縫綜合線同鋼板表面呈丫角度， 第三，對(duì)層狀撕裂比較敏感的鋼種，如設(shè)計(jì)許可，用強(qiáng)度等級(jí)低、塑、韌性 較好的焊接材料，使焊縫承受較大的拘束應(yīng)變而降低鋼板厚度方向的應(yīng)力。第四,鋼種的層狀撕裂敏感性比較高，可在焊接坡口處的鋼板表面，預(yù)先 堆焊幾層低強(qiáng)度的焊縫金屬，堆焊層數(shù)（厚度）可按鋼板的層狀撕裂敏感性和結(jié)構(gòu)剛性來確定。225再熱裂縫問題在壓力容器的焊接和使用過程中，國(guó)內(nèi)外均發(fā)生過再熱裂縫事故。特征再熱裂縫是某些鋼制焊接結(jié)構(gòu)在焊后消除應(yīng)力熱處理或長(zhǎng)期處于高溫運(yùn) 行中產(chǎn)生的裂縫。這種裂縫一般起始于焊趾或焊縫根部等應(yīng)力集中處靠近熔 合線的粗晶區(qū)，沿

22、原始奧氏體晶界擴(kuò)展，很少進(jìn)入細(xì)晶區(qū)或焊縫金屬。關(guān)于再熱裂縫的機(jī)理尚未取得一致意見。一般認(rèn)為是晶內(nèi)沉淀硬化的結(jié) 果。即焊接時(shí),靠近熔合線部位在焊接熱循環(huán)作用下被加熱到超過1300C ,鋼中的V、Nb Cr、Mo等碳化物固溶于奧氏體，焊后冷卻過程中來不及析出。在 焊后消除應(yīng)力熱處理時(shí)，這些合金碳化物呈彌散狀析出，從而強(qiáng)化了晶粒，使 應(yīng)力松弛時(shí)的蠕變變形集中于晶界。另一種認(rèn)為發(fā)生裂縫是晶界脆化的結(jié)果。 即鋼中的B P及其它殘留元素Sb As、Sn等在晶界富集,減弱了晶界的結(jié)合 力。對(duì)發(fā)生再熱裂縫的18MnMoN鋼試樣分析結(jié)果表明，在響區(qū)粗晶區(qū)有碳化 妮質(zhì)點(diǎn),而在晶界上有Sn的偏析。（2）再熱裂縫敏感

23、性的評(píng)定方法a. 計(jì)算法根據(jù)鋼的化學(xué)成份，按日本中村和伊藤的 G和PSF公式可預(yù)測(cè)再熱裂縫 的敏感性。取18MnMoNb鋼標(biāo)準(zhǔn)成份的上限, G=0.1450;PSR= 0.350,18 Mn MoNb鋼應(yīng)屬于有輕微敏感性的鋼種。b. 試驗(yàn)法又可分成直接試驗(yàn)法和間接試驗(yàn)法。直接試驗(yàn)法是用模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的試 樣或可焊性試樣（如里海、小鐵研等）,經(jīng)600r左右的消除應(yīng)力處理，觀察有 否裂縫。間接法有恒載高溫緩慢拉伸試驗(yàn)（測(cè)600C時(shí)的斷面收縮率 書）和高 溫應(yīng)力松弛試驗(yàn)（測(cè)載荷一斷裂時(shí)間）等。對(duì)18MnMoN鋼,采用了里海，平板對(duì)接反面拘束試驗(yàn)，均未發(fā)生再熱裂縫 只是在Y型坡口的小鐵研試驗(yàn)中出現(xiàn)裂縫。

24、經(jīng)180C預(yù)熱的小鐵研試樣，在550C經(jīng)12小時(shí)開裂,而在600C只經(jīng)1小時(shí)即開裂。高溫應(yīng)力松弛試驗(yàn)表 明,18MnMoNb鋼的應(yīng)力松弛能力較大，再熱裂縫敏感性較小，高溫緩慢拉伸試 驗(yàn)的結(jié)果是：經(jīng)峰值溫度為1350C熱模擬試樣,在600C測(cè)得的斷面收縮勸為 12.913.0%（15%）,屬于有輕微敏感性的鋼種。（3）防止措施a. 提高鋼材的冶煉質(zhì)量，尤其是降低各種殘留元素的含量。b. 若設(shè)計(jì)允許，宜采用強(qiáng)度（特別是高溫屈服強(qiáng)度）較低的焊接材料，使發(fā) 生的蠕變變形轉(zhuǎn)移到焊縫中。c. 在焊接剛性大的接頭時(shí)（如插入式大接管）,應(yīng)設(shè)法減小焊接應(yīng)力，采用 中間熱處理措施及修磨焊縫表面等。d. 選擇適中的

25、焊接熱輸入量，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度。如將預(yù)熱溫度提高到 220C或采用180C預(yù)熱，焊后立即進(jìn)行180CX 2小時(shí)的后熱，在小鐵研試樣 上就不再出現(xiàn)再熱裂縫。3. 球罐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和承載特點(diǎn)分析3.1球罐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)3.1.1 球殼結(jié)構(gòu)球形儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但它的制造和安裝較其它形式儲(chǔ)罐困難，主要 原因是它的殼體為空間曲面，壓制成型、安裝組對(duì)及現(xiàn)場(chǎng)焊接難度較大。由于 球形儲(chǔ)罐大多數(shù)是壓力或低溫容器，它盛裝的物料又大部分是易燃、易爆物 ， 且裝載量又大，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理是球形儲(chǔ)罐發(fā)生 事故的主要原因之一。球殼結(jié)構(gòu)型式主要分足球瓣式、桔瓣式和混合瓣式三種。國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)、 制造、

26、組焊的球罐多為桔瓣式,GB12337-19985鋼制球形儲(chǔ)罐采用的是桔瓣式 和混合瓣式球殼結(jié)構(gòu)。桔瓣式的優(yōu)點(diǎn)是焊縫布置簡(jiǎn)單，組裝容易,球殼制造簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)是材料利用率低，小型球罐適合采用桔瓣式球殼結(jié)構(gòu)。混合式球殼具有材料利用率高，球殼板互換性好、焊縫總長(zhǎng)度減少和焊接工作量、焊 接用料及能源消耗低的特點(diǎn)。大型球罐適合采用混合式球殼結(jié)構(gòu)，因此2000m3 鋼制球罐采用混合式球殼結(jié)構(gòu)比較合理。確定球殼幾何尺寸的原則是少分帶并盡量加大球殼板的幾何尺寸，以減少焊縫長(zhǎng)度。但受到鋼板幅面以及壓機(jī)能力的制約，球殼板幾何尺寸按四帶十 支柱混合式結(jié)構(gòu)確定（如圖1）0其中赤道帶、上溫帶各 20塊板，上、下極 各7塊

27、，焊縫總長(zhǎng) 458 m,赤道帶板以上壁厚為52mm、以下為54mm。圖1球罐總體結(jié)構(gòu)示意圖3.1.2 支座結(jié)構(gòu)支座是球形儲(chǔ)罐中用以支承本體重量和儲(chǔ)存物料重量的結(jié)構(gòu)部件。由于 球形儲(chǔ)罐殼體呈圓球狀，給支座設(shè)計(jì)帶來一定的困難，它既要支承較大的重量， 又由于球形儲(chǔ)罐設(shè)置在室外，需承受各種自然環(huán)境影響，如風(fēng)載荷、地震載荷 和環(huán)境溫度變化的作用。為了應(yīng)對(duì)各種影響因素，設(shè)計(jì)出多種結(jié)構(gòu)形式，但設(shè)計(jì)計(jì)算也比較復(fù)雜。支座可分為柱支座和裙式支座兩大類,GB12337-19985鋼制球形儲(chǔ)罐采 用的支座型式是赤道正切柱式支座。支柱與球殼的連接主要分為有墊板和無(wú)墊板兩種結(jié)構(gòu)，有墊板結(jié)構(gòu)可增加球殼板的剛性，但又增加了球

28、殼板的搭接焊縫，在低合金高強(qiáng)鋼的施焊中由 于易產(chǎn)生裂紋,無(wú)損檢測(cè)又困難,故應(yīng)盡量避免采用墊板結(jié)構(gòu)。GB12337-19985 鋼制球形儲(chǔ)罐采用的是無(wú)墊板結(jié)構(gòu)，引進(jìn)球形儲(chǔ)罐中也大部分采用無(wú)墊板結(jié) 構(gòu)。只有當(dāng)殼體連接處局部強(qiáng)度驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)不夠時(shí)，才采用加強(qiáng)板。支柱與球殼連接端部結(jié)構(gòu)分為平板式和半球式兩種，平板式結(jié)構(gòu)造成高應(yīng)力的邊角，結(jié)構(gòu)不合理，半球式受力較合理，抗拉斷能力較強(qiáng)。支柱與球殼下部結(jié)構(gòu)一般分為直接連接、連接處下端加托板、U形柱和翻邊4種。直接連接結(jié)構(gòu)在特大型球罐中被采用；支柱與球殼連接部下端，由 于夾角小，間隙狹窄而難以施焊,采用加托板結(jié)構(gòu),可彌補(bǔ)難以施焊而削弱的 部分;U形柱結(jié)構(gòu)既避免了支

29、柱與球殼連接部下端由于夾角小而造成焊接的 困難,又保證了支柱與球殼焊接質(zhì)量的可靠性；翻邊結(jié)構(gòu)不但解決了連接部位 下端施焊困難，確保了焊接質(zhì)量，對(duì)該部位的應(yīng)力狀態(tài)也有所改善，但翻邊結(jié) 構(gòu)是近幾年來開發(fā)并使用的，翻邊工藝尚不成熟。綜合考慮以上因素，2000m3液化石油氣的球形儲(chǔ)罐確定采用赤道正切U形柱結(jié)構(gòu)，支柱與球殼連接端部采用半球式結(jié)構(gòu)（如圖2）。址蝕心線尢血反埠按位置曲率樣械磨成圓孤rjv-.圖2球罐支柱結(jié)構(gòu)示意圖3.1.3 支柱與球殼的連接形式在支柱與球殼相連接的球殼局部區(qū)域中，受力及變形相當(dāng)復(fù)雜，應(yīng)力數(shù) 值高、變化梯度大，是整個(gè)球罐的高應(yīng)力區(qū)。支柱與球殼相焊焊縫的最低點(diǎn)（a點(diǎn)）是重點(diǎn)應(yīng)力校

30、核部位。GB12337-1998鋼制球形儲(chǔ)罐中規(guī)定支柱 與球殼連接采用赤道正切結(jié)構(gòu)。赤道正切結(jié)構(gòu)是由多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位等距離布置，與球殼相切或近似結(jié)構(gòu)而成的焊接結(jié)構(gòu)。支柱支撐著球罐的重量，為承受風(fēng)載和 地震力，保證球罐穩(wěn)定性，在支柱之間設(shè)置拉桿相連接。這種結(jié)構(gòu)受力均 勻、彈性好，能承受熱膨脹的變形，組焊方便、施工簡(jiǎn)單、容易調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng) 操作和檢修也方便。球殼支柱是用以支撐球殼及其附件和物料載荷的部件。GB12337-199&鋼制球形儲(chǔ)罐中，支柱與球殼以赤道正切連接，可采用直接連接、加托板、U形支柱和翻邊4種結(jié)構(gòu)。直接連接結(jié)構(gòu)適用于特大型球罐； U形支柱結(jié)構(gòu)既 避免了支柱與球殼連接部下

31、端由于夾角小而造成的焊接困難，又保證了支柱與球殼的焊接質(zhì)量的可靠性，U形支柱由鋼板彎制而成，特別適用于低溫球 罐對(duì)支柱材料的要求；支柱翻邊結(jié)構(gòu)解除了連接部位下端施焊的困難，確保了焊接質(zhì)量，對(duì)該部位的應(yīng)力狀態(tài)也有所改善，但由于翻邊工藝問題，尚未 被廣泛應(yīng)用。在2 000 m 3液化石油氣球罐設(shè)計(jì)中，上支柱采用赤道正切式的加托板結(jié)構(gòu)，見圖3。將支柱分為上下2段，均采用18MnMoN鋼板卷制。 支柱 與球殼連接部位下端由于夾角小、間隙狹窄，難以施焊，托板結(jié)構(gòu)可以彌補(bǔ) 難以施焊而削弱的部分，改善支撐和焊接條件，消除了焊接死角。制造工藝簡(jiǎn)單，被多數(shù)制造廠采用。圖3加托板連接結(jié)構(gòu)3.2球罐的承載特點(diǎn)該球罐

32、為2 000 m3乙烯儲(chǔ)罐，球殼厚度為38 mm計(jì)算中考慮了 1.5 mm 的腐蝕余量。計(jì)算壓力的選取按照J(rèn)B4732-95規(guī)定，計(jì)算中包括二次應(yīng)力強(qiáng) 度的組合應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)，該選用工作載荷進(jìn)行計(jì)算分析。這次分析中均選用了 設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于分析結(jié)果是偏于安全的。因?yàn)樵撉蚬蘧哂邪踩y， 需要做氣密試驗(yàn)，根據(jù)TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 的要求，最大允許操作壓力定為 2.18 MPa本次分析中計(jì)算壓力采取最大允 許操作壓力。球罐的具體參數(shù)如表 4所示。表4球罐的基本設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范JB4732-1995鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、GB12337-1998鋼制球形儲(chǔ)罐公稱

33、容積3V=2000 m幾何容積3V=2026 m物料充裝系數(shù)0.9內(nèi)徑15700 mm支柱數(shù)量及規(guī)格10 個(gè)、530X 14mm拉桿64、Q345R圓鋼設(shè)計(jì)壓力2.16 MPa最大允許工作壓力2.18 MPa試驗(yàn)壓力2.725 MPa基本風(fēng)壓2400 N/m水平地震0.063g （設(shè)防烈度：6度）設(shè)計(jì)溫度-45/50 C腐蝕裕量1.5mm球罐殼體材料18MnMoNb球殼厚度52/54球罐支柱上段材料Q345R表5載荷工況分析對(duì)象載荷工況考慮載何載荷組合系數(shù)設(shè)計(jì)工況計(jì)算壓力自重K=1.0球罐整體結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷工況計(jì)算壓力自重風(fēng)載K=1.2地震載荷工況計(jì)算壓力自重風(fēng)載地震載荷K=1.2壓力試驗(yàn)工況試驗(yàn)

34、壓力自重風(fēng)載K=1.254. 焊接方法的確定、其依據(jù)及分析4.1焊接方法的分析4.1.1激光焊接技術(shù)利用激光焊接技術(shù)的特性，從其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選配到制造進(jìn)行創(chuàng)新。激光焊 接可滿足其較高的強(qiáng)度要求。4.1.2激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：(a) 與激光焊接相比，過程穩(wěn)定性較高；沿間隙完成焊接的能力較大；熔透較深；接 頭塑性較好；投資較低；(b) 與MIG焊接相比，焊接速度較高；在高焊接速度下熔透較深；熱輸人量較低；強(qiáng) 度極限較高；焊縫較窄。列出了激光一 MIG復(fù)合焊接法與傳統(tǒng)激光焊或 MIG 焊相比較的優(yōu)點(diǎn)。研究表明,2種過程的復(fù)合可以保證一定的協(xié)合效果，可以 補(bǔ)償每個(gè)單獨(dú)過程的缺點(diǎn)，從而擴(kuò)大各種

35、材料和結(jié)構(gòu)焊接的可能性，改善焊接 接頭的焊接性和可靠性。以上優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鋁合金尤甚顯著。4.1.3 鎢極氣體保護(hù)焊鎢極氣體保護(hù)焊簡(jiǎn)稱TIG或GTAW屬于不(非)熔化極氣體保護(hù)焊，是 利用鎢電極與工件之間的電弧使金屬熔化而形成焊縫。焊接中鎢極不熔化， 只起電極作用，電焊炬的噴嘴送進(jìn)氦氣或氬氣，起保護(hù)電極和熔池的作用， 還可根據(jù)需要另外添加填充金屬。是連接薄板金屬和打底焊的一種極好的焊 接方法。4.1.4 熔化極氣體保護(hù)焊奧氏體不銹鋼容器的焊接用熔化極氣體保護(hù)焊替代焊條電弧焊效率高，質(zhì)量好，成本低，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和半自動(dòng)化焊接。實(shí)芯焊絲配用 98%A葉2%CO混合氣，焊縫成形好，平整美觀，內(nèi)外質(zhì)量高，

36、提高工效3倍。4.2 焊接方法的選擇4.2.1焊接方法焊條電弧焊焊條電弧焊是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，又稱手弧焊 高溫和吹力作用使焊件局部熔化。在被焊金屬上形成一個(gè)橢圓形充滿液 體金屬的凹坑，這個(gè)凹坑稱為熔池。隨著焊條的移動(dòng)熔池冷卻凝固后形成焊 縫。焊縫表面覆蓋的一層渣殼稱為熔渣。焊條熔化末端到熔池表面的距離稱 為電弧長(zhǎng)度。從焊件表面至熔池底部距離稱為熔透深度。4.2.2選擇依據(jù)焊條電弧焊的特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。焊接操作時(shí)不需要復(fù)雜的 輔助設(shè)備，只需要配備簡(jiǎn)單的輔助工具，方便攜帶。不需要輔助氣體防護(hù)， 并且具有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力。操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，凡焊條能夠到達(dá)的地方 都能進(jìn)行焊

37、接。焊條電弧焊適于焊接單件或小批量工件以及不規(guī)則的、任意 空間位置和不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化焊接的焊縫。應(yīng)用范圍廣，可以焊接工業(yè)應(yīng)用 中的大多數(shù)金屬和合金，如砥碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、低溫 鋼、鑄鐵、銅合金、鎳合金等。此外，焊條電弧焊還可以進(jìn)行異種金屬的焊 接、鑄鐵的補(bǔ)焊及各種金屬材料的堆焊。本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為2000吊容積18MnMoNb鋼制球形儲(chǔ)罐，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體積 較大，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化焊接。由焊條電弧焊的特點(diǎn)可知完全符合2000m3容積18MnMoNb鋼制球形儲(chǔ)罐的工藝設(shè)計(jì)要求。因此選擇焊條電弧焊。5. 球罐焊接及詳細(xì)的焊接工藝5.1球罐的焊接5.1.1球罐的組裝及定位焊組裝前要在球殼板

38、上焊上定位塊、吊耳等臨時(shí)性焊件。赤道帶板、上溫 帶板和上極板的定位塊與吊耳點(diǎn)焊在外側(cè)，下溫帶板、下極板的定位塊與吊 耳焊在內(nèi)側(cè)，焊接時(shí)確保有足夠的強(qiáng)度。該球罐組對(duì)采用以赤道帶為基準(zhǔn)、無(wú)中心柱的分片散裝法，現(xiàn)場(chǎng)選用“ 40t ”汽車作為起重設(shè)備。安裝時(shí)先將帶支柱赤道板的支柱底板用地腳螺栓固定在已完成的水泥混凝土基礎(chǔ)座上，然后依次安裝不帶支柱的赤道板，并以赤道帶為基準(zhǔn)，順序吊 裝下極板、上溫帶、上極板組裝成整球，各球殼板之間用夾具鎖定。球罐組對(duì)精度對(duì)整個(gè)球罐的焊接質(zhì)量乃至最終成形質(zhì)量都有很大影響。故在組對(duì)完成后，應(yīng)立即進(jìn)行精確找正。對(duì)支柱垂直度、對(duì)口間隙、錯(cuò)邊量、 圓度、上下口的平齊度等均予以嚴(yán)格

39、控制，反復(fù)調(diào)整，使其最終尺寸均高于 標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。在調(diào)整過程中，應(yīng)特別注意各板間的累積誤差。安裝單位質(zhì)檢人員按要求完成幾何尺寸的自檢后，通知監(jiān)檢人員進(jìn)行現(xiàn) 場(chǎng)復(fù)查，確認(rèn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到要求后，再進(jìn)行定位焊。定位焊先在相鄰兩帶球殼板的縱縫上進(jìn)行。為減小焊接應(yīng)力與角變形，定位焊采取了分組、對(duì)稱、同時(shí)焊接，保證了焊接質(zhì)量。5.1.2焊接順序及要點(diǎn)5.1.2.1 焊接順序：球罐經(jīng)定位焊后，先焊縱縫，后焊環(huán)縫；先焊外側(cè)大坡口，后焊內(nèi)側(cè)小坡口，采用等速對(duì)稱焊接，縱縫采用退焊法，環(huán)縫由左向右施焊。球罐的焊 縫布置見圖 1。制定的焊接次序?yàn)椋篎 1F 2 f GG2 A1A 20 f B1B 20 F7F i

40、of GGif F3F6GG6ABBFAG 實(shí)際施焊中，F(xiàn)iF 2焊 縫是在上環(huán)縫F3F6焊完后進(jìn)行的。圖4球罐焊縫布置示5.122焊接要點(diǎn)：(1) 焊前應(yīng)將坡口表面及其兩側(cè)的水、鐵銹、油污、積渣和其他有害雜質(zhì) 清理干凈。(2) 焊條烘干溫度為350400C，烘干后放在100150C的恒溫箱內(nèi)，隨 用隨取，取出后放在保溫筒內(nèi)，以備使用。(3) 焊接時(shí)，必須在坡口內(nèi)引弧，嚴(yán)禁在坡口外引弧或擦傷球殼板表面， 防止產(chǎn)生淬硬的弧坑和弧坑裂紋。焊接時(shí)，應(yīng)采用多層多道焊，每層焊道引 弧點(diǎn)依次錯(cuò)開50mm以上，每段焊縫的接頭處要打磨，更換焊條的速度要快， 盡量減少接頭的冷卻時(shí)間。每焊第1根焊條時(shí)要在焊點(diǎn)前1

41、015C處引弧， 然后迅速拉回到施焊點(diǎn)進(jìn)行焊接。(4) 球殼板焊縫第1層焊道要采用分段后退法焊接，且應(yīng)直線運(yùn)條、短弧 焊，盡量達(dá)到反面成形。(5) 每條焊縫單側(cè)必須一次連續(xù)焊完， 否則應(yīng)進(jìn)行消氫處理。重新施焊時(shí)， 按預(yù)熱規(guī)定重新預(yù)熱。(6) 每組焊工間的焊接速度要保持基本一致，焊工還要注意經(jīng)常調(diào)節(jié)焊接 電流。(7) 橫焊縫是球罐焊接缺陷最容易產(chǎn)生的部位，因此，橫焊時(shí)，每層每道 的焊渣要徹底清除，要精心選擇焊接方法和焊接順序，正確掌握運(yùn)條角度。(8) 應(yīng)在坡口內(nèi)引弧，禁止在非焊接部位引弧，弧坑應(yīng)填滿。(9) 焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)真控制熱輸入，每條焊道的熱輸入都不應(yīng)高于評(píng)定合格 數(shù)值。(10) 雙面焊需清

42、理焊根，露出正面打底的焊縫金屬，接弧處應(yīng)保證焊透與熔合(11) 施焊過程中應(yīng)控制道間溫度不超過規(guī)定范圍，當(dāng)焊件預(yù)熱時(shí)，應(yīng)控制道間溫度不得低于預(yù)熱溫度5.1.3焊接接頭設(shè)計(jì)采用“丫”形坡口60“2圖5坡口形式圖按圖紙規(guī)定要求用刨床加工坡口。焊前將坡口兩側(cè)2030mn范圍內(nèi)的油 污、雜質(zhì)等清理干凈，要求露出金屬光澤。5.2球罐的焊接工藝5.2.1焊條的選擇球罐對(duì)接焊縫、定位焊縫以及凡與球殼焊接的焊縫所用焊材均為O4mmPPJ557RH高韌性低氫型焊條，并按批對(duì)焊條熔敷金屬的化學(xué)成分、力學(xué)性能及擴(kuò)散氫含量進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。批號(hào)為 08H40J-065的焊條的復(fù)驗(yàn)結(jié)果分別見表 6、表 7。表6 PP J557

43、RH焊條熔敷金屬的化學(xué)成分的復(fù)驗(yàn)結(jié)果%CSiMnPSNiMo0.0630.241.380.0130.00940.830.16表7 PP J557RH焊條熔敷金屬的力學(xué)性能的復(fù)驗(yàn)結(jié)果拉伸試驗(yàn)試驗(yàn)溫度/ C沖擊試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)ReL/ MPaRt/ MPaA，%Z，%AKv/ J180oD=4a平均值單個(gè)值5205952774.5-5010898/100/126無(wú)裂紋按照GB/T 3965規(guī)定，采用氣相色譜法測(cè)定焊條熔敷金屬中擴(kuò)散氫量(H)，測(cè)定結(jié)果為 4.7mL/100g。焊條熔敷金屬的化學(xué)成分、力學(xué)性能及擴(kuò)散氫含量滿足設(shè)計(jì)文件的要求。522焊接工藝評(píng)定及焊接參數(shù)球罐焊接工藝評(píng)定按JB 4708標(biāo)準(zhǔn)

44、的有關(guān)要求，分別進(jìn)行立焊、橫焊、平 + 仰焊三種位置的焊接工藝評(píng)定。焊接工藝評(píng)定試板的力學(xué)性能及冷彎性能見 表8。焊接時(shí)，采用先焊縱縫后焊環(huán)縫、先焊外坡口后焊內(nèi)坡口的順序進(jìn)行施焊。 縱縫或環(huán)縫焊接時(shí)，焊工均勻布置，同步對(duì)稱施焊，保證球罐幾何尺寸，減 小焊接應(yīng)力與變形。為了減小溫度梯度，降低冷卻速度，有效防止焊縫金屬和熱影響區(qū)裂紋的產(chǎn) 生，施焊前焊縫中心兩側(cè)不少于 150 mm的區(qū)域進(jìn)行均勻預(yù)熱，預(yù)熱溫度不 低于125 C。焊接層間溫度不低于焊前預(yù)熱溫度，最高溫度不超過180 C。為加速擴(kuò)散氫的逸出，防止產(chǎn)生冷裂紋，施焊后立即進(jìn)行200250 Ex 1h的焊后熱處理。通過焊接工藝評(píng)定確定的焊接工

45、藝參數(shù)見表9。表8焊接工藝評(píng)定試板的力學(xué)性能及冷彎性能焊接位置試板狀態(tài)拉伸試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)（焊縫及焊接熱影響區(qū)）側(cè)彎試驗(yàn)R MPa試驗(yàn)溫度/ EAkv/ J180oD=4a位置平均值單個(gè)值立焊570590625-50焊縫區(qū)34.726/34/44無(wú)裂紋x 2h熱影響區(qū)172164/170/182橫焊570590615-50焊縫區(qū)39.324/34/60無(wú)裂紋x 2h熱影響區(qū)137.3120/140/152平+仰焊570590595-50焊縫區(qū)34.724/40/40無(wú)裂紋x 2h熱影響區(qū)84.736/38/180表9焊接工藝參數(shù)焊接位置焊條直徑/mm焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/(cm min

46、 一1)焊接線能量-1/(kJ cm )立焊4.014017022 246921.4 -35橫焊4.015018022 2491512.6 -30平+仰焊4.014018022 2471020 35低溫鋼表面存在的機(jī)械劃傷、電弧擦傷、焊疤及去除工卡具后的凹坑等缺 陷會(huì)降低材料的低溫沖擊韌性，因此對(duì)焊縫成型和焊后的檢查提出了更高的要 求。嚴(yán)禁在非焊接處引弧、熄弧。對(duì)于機(jī)械劃傷、電弧擦傷、焊疤及去除工卡具后的凹坑等缺陷， 打磨圓滑， 打磨深度小于2 mm,打磨處經(jīng)磁粉檢測(cè)合格，實(shí)測(cè)打磨處的球殼板厚度大于 設(shè)計(jì)厚度。對(duì)焊縫表面進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁存在熔渣、飛濺物、夾渣、弧坑、未焊 滿、氣孔、咬邊和裂紋等問

47、題。上述問題發(fā)現(xiàn)后，查清產(chǎn)生的原因，然后采用 碳弧氣刨或砂輪打磨的方法消除缺陷，并用砂輪打磨清除滲碳層，修整坡口形 狀尺寸。需要進(jìn)行焊接修補(bǔ)時(shí)，選擇技術(shù)水平高的焊工，制定更為嚴(yán)格的專用 補(bǔ)焊工藝，并進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督控制。各種缺陷清除和修補(bǔ)后，均進(jìn)行磁粉或滲 透檢查；表面缺陷焊接修補(bǔ)，增加超聲檢測(cè)；焊縫內(nèi)部缺陷返修后，增加射線 檢測(cè)和超聲檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)合格指標(biāo)符合原無(wú)損檢測(cè)的有關(guān)規(guī)定。對(duì)接焊縫盡量磨平并與母材圓滑過渡，球罐外側(cè)對(duì)接焊縫的余高為01.0 mm球罐內(nèi)側(cè)對(duì)接焊縫的余高為00.5mm角焊縫與母材圓滑過渡。球罐組焊 后有角變形的存在，受內(nèi)壓時(shí)，由于趨圓效應(yīng)，使球罐產(chǎn)生附加應(yīng)力，或局部 過載，尤其作用于氫引起的延遲裂紋或熱影響區(qū)塑性下降所導(dǎo)致的焊接裂紋等 缺陷時(shí)，更易發(fā)生破壞。因此對(duì)焊后球罐的幾何尺寸提出更為嚴(yán)格的要求。測(cè) 得對(duì)接焊縫形成的棱角度為3 mm滿足設(shè)計(jì)要求（不大于7mm）焊接后球罐赤 道截面的最小內(nèi)直徑、最大內(nèi)直徑和兩極間的內(nèi)直徑三者之間相互之差最大值 為9 mm,滿足設(shè)