焊接技術(shù)及其自動(dòng)化畢業(yè)論文鍋爐的焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)專 業(yè)： 焊接技術(shù)及其自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 馬 玉 鑫 指導(dǎo)教師： 二一四 年 三 月甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)鍋爐的焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)kjele prosessdesign sveiset strukturer 專業(yè)班級(jí)：焊接技術(shù)及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：馬玉鑫指導(dǎo)教師：系 別：機(jī)電工程系2013 年 3 月摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是圍繞工作壓力為20bar，工作最高溫度為200，汽水混合的鍋爐汽包進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造過程。介紹了鍋爐以及汽包的相關(guān)知識(shí)，鍋爐外徑為2000mm，筒身長(zhǎng)為4000mm。筒身，封頭，人孔和加強(qiáng)板材料為20g，接管材料10#（國(guó)標(biāo)）。設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格按照國(guó)家

2、相關(guān)規(guī)定和行業(yè)準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括鍋爐壁厚的計(jì)算和筒體成形，以及筒體焊接的相關(guān)事宜。焊接后對(duì)筒體的焊縫進(jìn)行了全面的檢測(cè)，且規(guī)定了焊后熱處理的一些內(nèi)容。本課題的研究使我在理論知識(shí)上對(duì)鍋爐有了全面且詳盡的了解，在實(shí)際應(yīng)用上也鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)還提高了我查閱文獻(xiàn)資料以及辦公軟件操作等方面的專業(yè)能力水平。關(guān)鍵字：鍋爐汽包設(shè)計(jì) 材料成形 焊接目 錄摘 要31 簡(jiǎn) 介61.1 鍋爐61.2 汽包62 汽包材料的介紹72.1 鍋爐材料的選擇72.2 20g鋼材和10#鋼管的主要化學(xué)成分及力學(xué)性能72.3 20g鋼材的焊接性能分析82.4 設(shè)計(jì)圖樣及焊縫位置的確定93

3、汽包的設(shè)計(jì)計(jì)算103.1主要技術(shù)參數(shù)103.2 壓力計(jì)算壁厚104 鍋爐筒體的成形114.1備料114.2 鋼材的預(yù)處理114.2.1鋼板的矯平114.2.2鋼板的表面除銹114.3 成形114.4 矯形124.5汽包成形后的檢驗(yàn)134.6 坡口制備135 鍋爐汽包的焊接155.1焊材的選擇155.2 焊接設(shè)備165.3 焊接環(huán)境175.4焊接方法175.5 焊前準(zhǔn)備175.6 焊接的工藝參數(shù)185.7焊接注意事項(xiàng)195.8焊接時(shí)具體要求216 無損檢測(cè)226.1射線檢測(cè)226.2超聲波檢測(cè)237 焊后整體熱處理25參 考 文 獻(xiàn)261 簡(jiǎn) 介1.1 鍋爐鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，向鍋爐輸入的能

4、量有燃料中的化學(xué)能、電能、高溫?zé)煔獾臒崮艿刃问?，而?jīng)過鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體。鍋的原義指在火上加熱的盛水容器，爐指燃燒燃料的場(chǎng)所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供所需熱能，也可通過蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，常簡(jiǎn)稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。1.2 汽包汽包的概念是指氣壓通過水循環(huán)導(dǎo)致氣壓下降或上升，也可以理解為汽包是氣體和水分融合后形成的氣壓變化，極限壓力中的空氣與水分子會(huì)提

5、高氣體的壓力上升，導(dǎo)致高壓達(dá)到一定數(shù)值后產(chǎn)生的壓力集分子。工業(yè)中汽包罐是能夠承受汽包產(chǎn)生的空氣壓力和水位壓力的一種工業(yè)設(shè)備。汽包亦稱鍋筒是自然循環(huán)鍋爐中最重要的受壓元件，它是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過熱三過程的連接樞紐，保證鍋爐正常的水循環(huán)，并且內(nèi)部有汽水分離裝置和連續(xù)排污裝置，保證鍋爐蒸汽品質(zhì)，由于有一定水量，具有一定蓄熱能力，緩和汽壓的變化速度，汽包上有壓力表、水位計(jì)、事故放水、安全閥等設(shè)備，保證鍋爐安全運(yùn)行。焊接是一種高效、可靠的連接工藝方法，是壓力容器制造中的一種主要加工方法之一, 如平板拼接、筒節(jié)與筒節(jié)、筒節(jié)與封頭、人孔、接管與殼體及法蘭的連接, 內(nèi)件的組焊以及支座與殼體的連接等等,都是通過

6、焊接完成。通過分析大量的質(zhì)量事故使人們認(rèn)識(shí)到材料選擇、焊接工藝過程、焊接質(zhì)量管理對(duì)壓力容器的安全性有很大影響。焊接工藝設(shè)計(jì)最終產(chǎn)生的焊接工藝文件具有法令性, 將成為生產(chǎn)制造活動(dòng)中所必須循的規(guī)范和依據(jù)。2 汽包材料的介紹2.1 鍋爐材料的選擇鍋爐壓力容器對(duì)鋼材的性能有特殊的要求：較高的室溫強(qiáng)度，通常以屈服強(qiáng)度極限s和強(qiáng)度極限b為設(shè)計(jì)依據(jù)，較大的s和b；有良好的韌性性能，材料需具有足夠的韌性，防止脆性斷裂，在考慮強(qiáng)度的同時(shí)不能忽略韌性；較低的缺口敏感性，制造過程中，開孔和焊接會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，要求材料有較低的缺口敏感性，以防止產(chǎn)生裂紋，良好的加工性能和焊接性能。選用的材料除了考慮到它的加工工藝性

7、能，還必須考慮它的經(jīng)濟(jì)性。本次蒸氣鍋爐汽包的設(shè)計(jì)要求，工作壓力為20bar，工作最高溫度為200，所以要求使用材料具有一定的強(qiáng)度、塑形、韌性、硬度和較高的韌脆轉(zhuǎn)變溫度；由于工作介質(zhì)為汽水混合物，所以不需要材料具有很高的抗腐蝕能力，綜合考慮其焊接性，冷、熱加工性、經(jīng)濟(jì)性，鍋筒、封頭、人孔選用20g鋼材，接管材料選用10#鋼管。2.2 20g鋼材和10#鋼管的主要化學(xué)成分及力學(xué)性能（1）20g化學(xué)成分與力學(xué)性能表2-1 20g的化學(xué)成分%鋼號(hào)csimnps20g0.200.10.300.50.900.0350.035表2-2 20g的力學(xué)性能鋼號(hào)狀態(tài)斷面收縮率/%smpabmpa伸長(zhǎng)率5%沖擊韌度

8、(akj)硬度hbs20g正火551853802527j熱軋鋼156（2）10#鋼管的化學(xué)成分與力學(xué)性能表2-3 10#的化學(xué)成分%鋼號(hào)csimnpscrnicu10#0.070.140.170.370.350.650.350.040.150.250.25表2-4 10#的力學(xué)性能鋼號(hào)狀態(tài)斷面收縮率/%smpabmpa伸長(zhǎng)率5%硬度hbs10#正火524541025未熱處理，1562.3 20g鋼材的焊接性能分析碳鋼的焊接性主要取決于碳當(dāng)量，隨著碳當(dāng)量的增加，焊接性逐漸變差。根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（iiw）所采用的碳當(dāng)量（ce）計(jì)算公式： （%） 將20g所含化學(xué)成分的相應(yīng)數(shù)值代入上式，計(jì)算其碳當(dāng)量

9、。通過計(jì)算得出，20g的碳當(dāng)量ce=0.23%0.25%。20g鋼材中碳當(dāng)量低，所以，通常情況下不會(huì)因焊接而引起嚴(yán)重硬化組織和淬硬組織。這種鋼的塑性和韌性優(yōu)良，焊接接頭的塑性和韌性也好。通常情況下，焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，既整個(gè)焊接過程中不需要特殊的工藝措施。特殊情況下，進(jìn)行預(yù)熱后熱和熱處理能更高的力學(xué)性能要求。2.4 設(shè)計(jì)圖樣及焊縫位置的確定圖2-1 焊接工藝草圖3 汽包的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主要技術(shù)參數(shù)（1）計(jì)算壓力 p=20bar；（2）最高允許運(yùn)行溫度=200；（3）工質(zhì)：汽-水混合物；（4）外徑da=2000mm；（5）筒身長(zhǎng)度l=4000m

10、m；（6）筒身，封頭，人孔和加強(qiáng)板材料20g；接管材料10#（國(guó)標(biāo)）。3.2 壓力計(jì)算壁厚筒身壁厚是根據(jù)adb1計(jì)算：da（外徑）=2000mm；p（計(jì)算壓力）=20 bar；k（強(qiáng)度值）=205 n/mm；s（安全系數(shù)）=1.5；v（減弱系數(shù)）=0.85；c1（壁厚負(fù)差補(bǔ)償）=0.8；c2（磨損補(bǔ)償）=1.0；s=14.2；s取15。強(qiáng)度特性值按din17155（en10028）確定。計(jì)算中預(yù)期壁厚s30mm；安全系數(shù)根據(jù)adb0表2對(duì)軋制和鍛制鋼取1.5；說明焊縫中許用的計(jì)算應(yīng)力的使用程度的減弱系數(shù)根據(jù)hp0表1考慮無損檢測(cè)的范圍取v=0.85；壁厚的負(fù)差補(bǔ)償對(duì)于鐵素鋼為板的允許負(fù)公差；適

11、用的尺寸標(biāo)準(zhǔn)為ad-b1，根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)可以確定c1=0.8mm；對(duì)于壁厚30mm的鐵素體鋼磨損補(bǔ)償系數(shù)c2取1.0mm。4 鍋爐筒體的成形4.1備料根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)每塊筒體板用計(jì)算機(jī)放大樣，根據(jù)放樣后的實(shí)樣，提出筒體板的備料計(jì)劃，要求備料筒體板的同時(shí)，要考慮到筒體焊接產(chǎn)品的試板用量，需復(fù)驗(yàn)的材質(zhì)要求和安裝用胎具用量以及筒體板所需的工藝余量和加工余量等，并且應(yīng)盡量節(jié)省材料。筒體板的備料除外形尺寸必須準(zhǔn)確無誤外，同時(shí)要求各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)必須寫清楚，以便購(gòu)料。對(duì)于筒體附件的備料，要求各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，參照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)圖紙?zhí)栆约皵?shù)量等必須明確、清晰。對(duì)于筒體的一些標(biāo)準(zhǔn)附件，如開口銷、墊圈等，在選購(gòu)時(shí)，要求購(gòu)

12、買的數(shù)量要多于圖紙上的規(guī)定數(shù)量，以便互換使用和方便維修。此外，筒體的焊接主要采用焊條電弧焊，所以要求準(zhǔn)備足夠的焊條，并按要求做好焊前準(zhǔn)備及處理。4.2 鋼材的預(yù)處理鋼材的預(yù)處理包括鋼板的矯平和鋼板的表面除銹兩個(gè)方面。4.2.1鋼板的矯平鋼板在軋制、運(yùn)輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支撐不當(dāng)、或裝卸條件不良及其他原因，可能會(huì)產(chǎn)生彎曲、扭曲、波浪及表面不平等變形。當(dāng)這些變形超過一定程度時(shí)，會(huì)給尺寸的度量、劃線、剪裁及其他加工帶來困難，而且會(huì)影響到成形零件的尺寸和幾何形狀的精度，從而影響到裝配、焊接和整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，劃線、下料前必須進(jìn)行鋼板的矯平。4.2.2鋼板的表面除銹鋼板的表面除銹采用噴丸

13、的方法。噴丸是用高速噴出的壓縮空氣流帶出來的高速運(yùn)動(dòng)砂粒沖擊工件表面，打落鐵銹，使金屬表面形成均勻而較光潔的表面，并進(jìn)一步釋放在鋼板中的殘余應(yīng)力。鋼材經(jīng)此清理，并經(jīng)噴涂保護(hù)底漆，烘干處理等工序后，既可保護(hù)鋼材在生產(chǎn)或使用過程中不再生銹，又不影響機(jī)械加工和焊接質(zhì)量。4.3 成形（1）卷制前鋼板兩端應(yīng)進(jìn)行預(yù)彎，一般預(yù)彎寬度應(yīng)大于選定的卷板機(jī)兩下輥中心距之半（一般取兩下輥中心距之半加50100mm）。預(yù)彎可在壓邊機(jī)或預(yù)彎模上進(jìn)行。（2）卷圓時(shí)鋼板在上下輥之間必須放正，板材邊緣與輥筒軸線應(yīng)嚴(yán)格保持平行。應(yīng)采用將板上的標(biāo)記與輥軸線上的劃線標(biāo)記對(duì)正的方法來保證。（3）卷制大直徑薄壁筒節(jié)時(shí)，必須采用卷板機(jī)托

14、架和吊車密切配合的方式避免已彎制的筒節(jié)回直或壓扁失形。（4）卷制筒節(jié)時(shí)，應(yīng)逐次減少筒體的曲率半徑，嚴(yán)禁一次卷板成型。每一次卷圓的變形量不得超過總變形時(shí)的30%。要利用卷板機(jī)上的標(biāo)尺來估計(jì)上輥的下壓量。（5）卷制圓筒過程中，應(yīng)使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的樣板來檢查筒體的曲率半徑。（6）圓筒卷制成型后，由合格的持證焊工對(duì)筒體縱縫進(jìn)行點(diǎn)焊，點(diǎn)焊要求按焊接工藝。（7）采用卷板機(jī)校圓，在輥筒調(diào)至所需矯正曲率半徑時(shí)進(jìn)行，要求圓周曲率均。（8）采用校形機(jī)（縱縫矯形機(jī)）消除筒體焊縫局部棱角度和局部變形時(shí)，應(yīng)采用逐步變形、校正的方法，并用樣板逐次檢查。（9）卷制和成形過程中，應(yīng)及時(shí)清除鐵銹雜質(zhì)和剝落的氧化皮，以防壓損設(shè)備和

15、筒體。4.4 矯形（1）筒節(jié)端面錯(cuò)口量不得大于1mm。（2）縱縫棱角度控制采用弦長(zhǎng)等于1/6設(shè)計(jì)內(nèi)徑di，且不小于300mm的內(nèi)或外樣板檢查，其棱角度不得大于0.1n+2mm，且不大于5mm。（3）筒節(jié)圓度控制，對(duì)于筒節(jié)同一斷面，最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差e，應(yīng)不大于該斷面設(shè)計(jì)內(nèi)直徑di的1%，且不大于25mm。（4）對(duì)外壓容器，圓度的控制應(yīng)嚴(yán)格滿足gb150的相應(yīng)要求或符合下述規(guī)定：檢查采用內(nèi)弓形或外弓形樣板，樣板圓弧半徑等于設(shè)計(jì)內(nèi)半徑或外半徑（依測(cè)量的部位而定），其弦長(zhǎng)按工藝卡的規(guī)定。測(cè)量點(diǎn)應(yīng)避開焊縫或其它凸起部位。采用樣板沿殼體外徑或內(nèi)徑徑向測(cè)量的最大正負(fù)偏差e應(yīng)滿足工藝卡的要求。（5）縱焊

16、縫對(duì)口錯(cuò)邊量控制應(yīng)符合下表：表4-1 縱焊縫對(duì)口錯(cuò)變量對(duì)口處名義厚度過n1012n5050錯(cuò)邊量n /52.5n /16且不大于10（6）對(duì)于分段交貨的筒體，其外圓周長(zhǎng)允差照下表，但具體數(shù)值須保證環(huán)縫組對(duì)時(shí)的對(duì)口錯(cuò)邊量。此外，分段處端面平行度應(yīng)1/1000di，且不大于2mm。表4-2 外圓長(zhǎng)允差公稱直徑di800800120013001600170024002600300032004000外周長(zhǎng)允差579111315（7）筒節(jié)的直線度公差應(yīng)h/1000,且10mm（h：筒節(jié)高度）。（8）卷制成型后的不銹鋼筒體必須立式放置在專用場(chǎng)地或架子上，應(yīng)確保工件不與地面直接接觸。4.5汽包成形后的檢驗(yàn)（

17、1）筒體卷制完成后，內(nèi)外表面應(yīng)光滑，無刻痕、壓傷、起皺、裂紋、重皮等缺陷。（2）筒體卷制完成后，按技術(shù)條件檢驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)，并符合技術(shù)文件上的各項(xiàng)技術(shù)要求。4.6 坡口制備根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成的一定幾何形狀的溝槽，就叫坡口。坡口是主要為了焊接工件，保證焊接度,普通情況下用機(jī)加工方法加工出的型面，要求不高時(shí)也可以氣割（如果是一類焊縫，需超聲波探傷的，則只能用機(jī)加工方法），但需清除氧化渣，根據(jù)需要，有k型坡口，v型坡口，u型坡口等，但大多要求保留一定的鈍邊。鍋爐承壓殼體上的所有a、b類焊縫均為全焊透焊縫。都要進(jìn)行無損檢測(cè)。為保證焊縫質(zhì)量，坡口的制備顯得十分重要。坡口形式由焊

18、接工藝確定，而坡口的尺寸精度、表面粗糙度及清潔度取決于加工方法。筒體縱縫通?？刹扇∨龠?、銑邊、車削加工、火焰切割等工藝手段來制備。殼壁開孔可以采用氣割、車削、鏜、鉆等方法。選擇坡口形式和尺寸應(yīng)考慮下列因素：（1）焊縫填充金屬盡量少；（2）避免產(chǎn)生缺陷；（3）減少殘余焊接變形與應(yīng)力；（4）有利于焊接防護(hù)；（5）焊工操作方便；（6）復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率。常見的集中坡口形式:圖4-1 坡口形式圖綜合考慮鍋爐選用材料的焊接性，壁厚的因素，環(huán)縫焊接采用v型坡口，縱縫焊接采用u型坡口，封頭與筒體的焊接采用j型坡口（坡口開在封頭上）。5 鍋爐汽包的焊接焊接是一種高效、可靠的連接工

19、藝方法，是壓力容器制造中的一種主要加工方法之一, 如平板拼接、筒節(jié)與筒節(jié)、筒節(jié)與封頭、人孔、接管與殼體及法蘭的連接, 內(nèi)件的組焊以及支座與殼體的連接等等,都是通過焊接完成。通過分析大量的質(zhì)量事故使人們認(rèn)識(shí)到材料選擇、焊接工藝過程、焊接質(zhì)量管理對(duì)壓力容器的安全性有很大影響。焊接工藝設(shè)計(jì)最終產(chǎn)生的焊接工藝文件具有法令性, 將成為生產(chǎn)制造活動(dòng)中所必須遵循的規(guī)范和依據(jù)。5.1焊材的選擇根據(jù)鋼材不同的強(qiáng)度級(jí)別選擇與母材強(qiáng)度相當(dāng)?shù)暮缚p金屬是這類鋼焊材選用的基本原則，當(dāng)然，與此同時(shí)還要根據(jù)產(chǎn)品的使用條件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和板材厚度等因素，綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性和焊接接頭的抗裂性。只要焊縫強(qiáng)度不低于或略高于母材

20、標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度的下限值即可。若選擇的焊材焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過高，將會(huì)導(dǎo)致接頭的韌性、塑性及抗裂性降低，接頭的彎曲性能不易合格。由于這類鋼都具有不同程度的冷裂紋傾向，所以，在等強(qiáng)度原則的前提下，嚴(yán)格控制焊材中的氫含量是非常重要的，應(yīng)盡量選用低氫型的焊材。對(duì)于強(qiáng)度較高的低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，更是如此，甚至要選擇超低氫型的焊材，并嚴(yán)格控制焊材的存放和使用?？紤]焊后加工工藝的影響。對(duì)焊后需經(jīng)熱處理、熱卷（熱彎）的焊件，應(yīng)考慮焊縫金屬經(jīng)受高溫處理作用對(duì)其力學(xué)性能的影響，應(yīng)保證焊縫金屬經(jīng)熱處理后仍具有要求的強(qiáng)度、塑性和韌性等。e4315（j427）焊條是低氫鈉型藥皮的碳鋼焊條。采用直流反接，可進(jìn)行全位置焊接。焊接操作

21、須用短弧，以窄焊道為宜。焊前須經(jīng)350烘干1小時(shí)，隨烘隨用。x射線探傷合格級(jí)別級(jí)。具有優(yōu)良的塑性、沖擊性能及抗裂性能，擴(kuò)散氫含量8ml/100g。表5-1 j427焊條熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目cmnsispnicrmovalcu其他保證值0.121.250.900.0350.040表5-2 j427焊條熔敷金屬力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目rm(pma)rel(mpa)a(%)30時(shí)akv（j）保證值4203302227一般值460540340253380180表5-3 參考電流（dc+）焊條直徑（mm）2.53.24.05.05.8焊條長(zhǎng)度(mm)300350400400400焊接電流(a)

22、6080901201401801702102202605.2 焊接設(shè)備 鍋爐焊接生產(chǎn)中涉及的焊接設(shè)備主要包括焊接電源、焊接小車、伸縮臂式焊接操作機(jī)及焊接輪滾架?；『笝C(jī)按產(chǎn)生電流種類不同，可分為直流弧焊機(jī)和交流弧焊機(jī)兩大類。 交流弧焊機(jī)實(shí)際上是符合焊接要求的降壓變壓器。它將220v或380v的電源電壓降到60-80v(即焊機(jī)的空載電壓)，從而既能滿足引弧的需要，又能保證人身安全。焊接時(shí)，電壓會(huì)自動(dòng)下降到電弧正常工作時(shí)所需的工作電壓20-30v，滿足了電弧穩(wěn)定燃燒的要求。輸出電流是交流電，可根據(jù)焊接的需要，將電流從幾十安培調(diào)到幾百安培。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低、節(jié)省材料，使用可靠和維修容易

23、等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是電弧穩(wěn)定性不如直流弧焊機(jī)，對(duì)有些種類的焊條不適用。直流弧焊機(jī)又可分為兩類：直流弧焊發(fā)電機(jī)和弧焊整流器。直流弧焊發(fā)電機(jī)是由交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成，電動(dòng)機(jī)通過帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而發(fā)出滿足焊接要求的直流電。其特點(diǎn)是能得到穩(wěn)定的直流電，因此，引弧容易，電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量好，但是構(gòu)造復(fù)雜，制造和維修較困難，成本高，使用時(shí)噪音大。因此，一般只用在對(duì)電流有特殊要求的場(chǎng)合。5.3 焊接環(huán)境在特定環(huán)境下，焊接質(zhì)量對(duì)環(huán)境的依賴性也是很大的。因?yàn)楹附硬僮鞒３?在室外露天進(jìn)行，必然受到外界自然條件，如溫度、濕度、風(fēng)力及雨雪天氣的影 響，在其它因素一定的情況下，有可能單純因環(huán)境因素造成焊接質(zhì)量問題。環(huán)

24、境 因素的控制措施比較簡(jiǎn)單，當(dāng)環(huán)境條件不符合規(guī)定要求時(shí)，如風(fēng)力較大或雨雪天 氣可暫時(shí)停止焊接工作或采取有效防護(hù)措施后再進(jìn)行焊接， 過低的氣溫可對(duì)工件 適當(dāng)預(yù)熱等。當(dāng)施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無有效防護(hù)措施時(shí)，將嚴(yán)禁施焊：（1）雨天及雪天；（2）風(fēng)速超過8m/s，相當(dāng)于級(jí)風(fēng)；（3）環(huán)境溫度在-5以下；（4）相對(duì)濕度在90%以上。尤須指出，焊接環(huán)境溫度和相對(duì)濕度在距筒體表面5001000mm處測(cè)得。5.4焊接方法焊接要解決的問題：（1）要防止裂紋；（2）在保證滿足高強(qiáng)度要求的同時(shí)，提高焊縫金屬及熱影響區(qū)的韌性。通常選用手工電弧焊和埋弧焊。手工電弧焊是指用手工操作焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。焊接時(shí)，

25、焊工手握夾持著焊條的焊鉗進(jìn)行焊接，焊條與焊件之間產(chǎn)生的電弧將工件局部加熱到熔化狀態(tài)形成熔池，焊條作為一個(gè)電極，其端部在電弧的作用下不斷被熔化，形成熔滴進(jìn)入熔池，隨著電弧向前移動(dòng)，熔池尾部液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶，最終形成焊縫。手工電弧焊使用設(shè)備簡(jiǎn)單，方法靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但對(duì)焊工操作技術(shù)要求高，焊接質(zhì)量在一定程度上決定于焊工的操作技術(shù)。此外，手工電弧焊勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率低。埋弧焊是以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極和填充材料。焊接時(shí)，在焊接區(qū)的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒，將焊絲端部和局部母材熔化，形成焊縫。在電弧熱的作用下，一部分焊劑熔化成焊渣并與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應(yīng)。熔渣浮在金屬熔池的表面，

26、一方面可以保護(hù)焊縫金屬，防止空氣污染，并與熔化金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，改善焊縫金屬的成分及性能：另一方面還可以使焊縫金屬緩慢冷卻。埋弧焊可以采用較大的焊接電流。于手工電弧焊相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)是焊縫質(zhì)量好，焊接速度高。5.5 焊前準(zhǔn)備（1） 焊條的干燥焊條貯存應(yīng)保持干燥，相對(duì)濕度不得大于60%，焊條使用前應(yīng)按要求進(jìn)行烘干，對(duì)于e4315焊條，烘干溫度為300400烘干時(shí)間為12h。烘干后的焊條應(yīng)保存在100150的恒溫箱中，藥皮應(yīng)無脫落和明顯裂紋。焊條在保溫筒內(nèi)不宜超過4h,超過后應(yīng)按原烘干規(guī)范重新烘干，重復(fù)烘干的次數(shù)不應(yīng)超過兩次。（2） 預(yù)熱焊前對(duì)筒體板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱的目的是：減緩焊接接頭加熱時(shí)

27、溫度梯度及冷卻速度，適當(dāng)延長(zhǎng)在800500區(qū)間的冷卻時(shí)間，改善焊縫金屬和熱影響區(qū)的顯微組織，從而減少和避免產(chǎn)生淬硬組織，有利于氫的逸出，可防止冷裂紋的產(chǎn)生。熱源采用液化石油氣，定位焊和臨時(shí)焊縫采用點(diǎn)狀加熱器，筒體焊縫采用條狀加熱器，且應(yīng)放在焊縫小坡口的一側(cè)。注意應(yīng)保證加熱的均勻性，預(yù)熱溫度為120140，實(shí)測(cè)溫度不得低于120。溫度的測(cè)量點(diǎn)在距焊縫中心50mm處，兩側(cè)對(duì)稱測(cè)量。在整個(gè)焊接過程中應(yīng)保持此溫度。預(yù)熱寬度為焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚，為144150mm。預(yù)熱長(zhǎng)度須在施焊長(zhǎng)度兩端各延伸150mm以上。拘束度較高的焊縫節(jié)點(diǎn)（如人孔、接管）或環(huán)境溫度低于5時(shí)，應(yīng)采用較高的預(yù)熱溫度，且適當(dāng)擴(kuò)大

28、預(yù)熱范圍。（3） 點(diǎn)固焊筒節(jié)卷制完成后，為了防止在搬運(yùn)和焊接過程中變形過大應(yīng)該先進(jìn)行點(diǎn)固焊。將卷好的筒節(jié)放在滾加上，然后用螺旋拉緊器來調(diào)節(jié)錯(cuò)變量及間隙的大小，調(diào)整到合適位置，采用焊條電弧焊在筒節(jié)內(nèi)側(cè)進(jìn)行點(diǎn)固。5.6 焊接的工藝參數(shù)總的焊接順序是：先焊縱縫，后焊環(huán)縫；先焊大坡口面焊縫，后焊小坡口面焊縫。表5-4 焊接工藝參數(shù)焊縫坡口形式焊接方法焊材規(guī)格預(yù)熱后熱熱處理檢驗(yàn)a1、a2（筒體縱縫接頭）埋弧焊（saw)h08mna4hj431預(yù)熱120后熱200-250/2h900-980/70min580-650/2.3h100%rt+20%utb1、b2、b3（筒體環(huán)縫接頭）手工電弧焊（smaw）+

29、埋弧焊（saw)e43154h08mna4hj431預(yù)熱120580-650/2.3h100%rt+20%utc1、c2（人孔和平板的接頭）手工電弧焊（smaw）e43154100%rt+20%utd1、d2（人孔與筒體的接頭）手工電弧焊（smaw）e43154預(yù)熱120后熱200-250/2h580-650/2.3h100%rt+20%utd3（法蘭與筒體的接頭）手工電弧焊（smaw）e43154預(yù)熱120后熱200-250/2h580-650/2.3h100%rt+20%ut5.7焊接注意事項(xiàng)（1）坡口處理焊前將坡口表面和兩側(cè)至少20mm范圍內(nèi)的油污、水分及其他有害雜質(zhì)清除干凈。所有焊縫施

30、焊前，均須對(duì)施焊處坡口及邊緣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120140。（2）焊接方法所有焊縫全部采用焊條電弧焊，焊條選用e4315焊條。（3）焊工布置要求對(duì)稱均勻分布焊工，所有焊工應(yīng)在統(tǒng)一指揮下同步施焊。其具體要求詳見后面各條焊縫的焊接工藝。（4）焊接要點(diǎn)焊接時(shí)，引弧和熄弧都應(yīng)在坡口焊道上。所有焊縫焊接時(shí)，均采用短弧操作，盡量控制電弧電壓，使其穩(wěn)定。每段焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完，如有特殊情況需中斷時(shí)，則第一次焊接的層數(shù)不得少于兩層。再次施焊前，必須仔細(xì)檢查，確認(rèn)無誤后方可按原工藝要求繼續(xù)施焊，每一層的接頭至少錯(cuò)開50mm。（5）層間溫度在焊接過程中，層間溫度不應(yīng)低于120。（6）焊接線能量控制根據(jù)焊接工藝評(píng)

31、定報(bào)告，提出合理的線能量應(yīng)用范圍，并應(yīng)反映在焊接工藝規(guī)程中。在施焊過程中，應(yīng)對(duì)每個(gè)焊工進(jìn)行實(shí)際線能量的測(cè)定。為了控制起來簡(jiǎn)便，應(yīng)用每根焊條應(yīng)焊接的最小焊縫長(zhǎng)度來控制焊接線能量。（7）角變形控制采用多層多道焊，焊接時(shí)焊條不作橫向擺動(dòng)，線能量應(yīng)控制在盡可能小的范圍內(nèi)。當(dāng)單面焊后發(fā)現(xiàn)角變形超差時(shí)，應(yīng)根據(jù)超差的具體情況，在焊縫反面清根時(shí)，可適當(dāng)增加清根的深度和寬度，以使后續(xù)焊的焊縫產(chǎn)生一定的反變形，把棱角控制在允許偏差范圍內(nèi)。（8）碳弧氣刨清根和打磨焊縫焊接和返修時(shí)，焊縫背面的清根及缺陷的清除采用碳弧氣刨及機(jī)械去除的方法。碳弧氣刨的電源采用直流電，反接法。壓縮空氣壓力為0.40.6mpa，壓縮空氣流量

32、為180l/min，必須配置水分離器和過濾裝置，嚴(yán)格限制壓縮空氣中所含水分和油脂。刨槽成形應(yīng)為u形，表面平齊。碳弧氣刨后用砂輪修整刨槽，去除滲碳層，使銳角圓滑過渡，使坡口寬窄均勻。對(duì)坡口作滲透檢測(cè)，驗(yàn)明有無裂紋、夾渣等缺陷。（9）消氫處理為了使氫充分逸出，防止延遲裂紋，筒體板以及嵌入式接管與筒體殼的對(duì)接焊縫，焊后須立即進(jìn)行后熱消氫處理，后熱溫度為200250，后熱時(shí)間為0.51h。加熱方法與預(yù)熱相同。5.8焊接時(shí)具體要求（1）焊接位置要求立焊。（2）焊接時(shí)，各層之間要錯(cuò)開2030mm，防止接頭在一個(gè)斷面上。（3）先焊大坡口面第一層焊縫，焊接時(shí)背面成形，盡可能焊透。（4）焊接封面層焊縫時(shí)，要注意

33、焊條運(yùn)條要到位，以免產(chǎn)生咬肉現(xiàn)象。（5）大坡口面焊完后，采用碳弧氣刨清根，檢查合格后再焊接小坡口面焊縫。（6）焊接小坡口面時(shí)，注意不要產(chǎn)生未熔合或未焊透現(xiàn)象。6 無損檢測(cè)筒體上的所有對(duì)接焊縫，須進(jìn)行100%的射線檢測(cè)，按jb4730-94中級(jí)為合格，并且須進(jìn)行20%的超聲波復(fù)驗(yàn)，按jb4730-94中級(jí)為合格。無損檢測(cè)就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。無損檢測(cè)是一門新興的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)。它以物理學(xué)、力學(xué)、電

34、子學(xué)、計(jì)算機(jī)與材料科學(xué)為基礎(chǔ)，在不破壞材料的前提下，應(yīng)用近代物理學(xué)、電子學(xué)、和計(jì)算機(jī)科學(xué)提供的各種信息檢測(cè)與信息處理技術(shù)，及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)工程材料及其表面的各種缺陷；測(cè)定材料的各種性能與物理量，并給與評(píng)價(jià)。為保證工程材料及其構(gòu)件制造的高質(zhì)量、高性能、并在安全可靠的基礎(chǔ)上經(jīng)濟(jì)的、有效地使用提供依據(jù)。它是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制、節(jié)約材料、改進(jìn)工藝、和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，也是設(shè)備安全運(yùn)行的重要監(jiān)察方法 。目前在工業(yè)生產(chǎn)中已成熟應(yīng)用的常規(guī)無損檢測(cè)方法包括五大類，他們分別是：射線檢測(cè)技術(shù)（rt）、超聲檢查（ut）、磁粉檢測(cè)（mt）、滲透檢測(cè)（pt）與渦流檢測(cè)（et）。筒體焊縫經(jīng)外觀檢查合格后，按要求進(jìn)行無損檢

35、測(cè)。要求檢測(cè)人員必須持有有效期內(nèi)的無損探傷資格證，并且探傷經(jīng)驗(yàn)豐富。6.1射線檢測(cè)射線檢測(cè)具有圖像直觀、準(zhǔn)確可靠、對(duì)細(xì)小的氣孔和夾渣等體積型缺陷具有較高的檢測(cè)靈敏度、射線底片可以作為缺陷記錄與產(chǎn)品質(zhì)量的檔案進(jìn)行保存等一系列優(yōu)點(diǎn)。x射線檢測(cè)則是利用射線穿過物質(zhì),并被其衰減來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的,此技術(shù)的演化經(jīng)過了低劣的微光圖像獲取,有噪聲的電離放射線熒光屏成像和高分辨率清晰的數(shù)字圖象設(shè)備等幾個(gè)階段。x射線透射檢查法可提供鑄件檢測(cè)部位有無缺陷及缺陷尺寸的照片。x射線透照法主要應(yīng)用在鑄件和機(jī)器部件中出現(xiàn)的諸如裂紋、孔洞和夾雜等缺陷的辨識(shí)和評(píng)價(jià)。 x射線不能直接測(cè)量，在測(cè)量前必須把它轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的量，有照相法和

36、電信號(hào)法兩種x射線檢測(cè)技術(shù)。照相法是把x射線的方位和強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成照片面積上相應(yīng)位置的黑度，然后進(jìn)行直接測(cè)量，或輔以測(cè)微光度等儀器對(duì)低頻進(jìn)行測(cè)量。這種方法是最早使用的檢測(cè)、記錄x射線的方法，現(xiàn)在還是一種常用的基本手段。電信號(hào)法也是通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器或技術(shù)，把x射線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過一套電子學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量記錄。這類檢測(cè)技術(shù)包括兩個(gè)方面：檢測(cè)器(或技術(shù))及與之配套使用的電子學(xué)訊號(hào)分析、測(cè)量記錄系統(tǒng)。 閃爍計(jì)數(shù)器是利用x射線激發(fā)某些固體物質(zhì)，發(fā)射可見熒光并通過光電倍增管放大的計(jì)數(shù)器。閃爍計(jì)數(shù)管基本上由三部分組成：閃爍體、光電倍增管和前置放大器。四圓單晶衍射儀和多晶衍射儀都用這樣類似的系統(tǒng)來測(cè)量衍射

37、線的強(qiáng)度。 主要的x射線分析儀器有單晶x射線衍射儀(主要用于晶體結(jié)構(gòu)的確定)和多晶x射線衍射儀(又稱粉末x衍射儀，主要應(yīng)用在物相分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、組構(gòu)分析)。物相分析是x射線衍射在金屬中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把對(duì)材料測(cè)得的點(diǎn)陣平面間距及衍射強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)物相的衍射數(shù)據(jù)相比較，確定材料中存在的物相;后者則根據(jù)衍射花樣的強(qiáng)度，確定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的關(guān)系和檢查材料的成分配比及隨后的處理規(guī)程是否合理等方面都得到廣泛應(yīng)用。筒體上的所有對(duì)接焊縫，須進(jìn)行100%的射線檢測(cè)，按jb4730-94中級(jí)為合格，并且須進(jìn)行20%的超聲波復(fù)驗(yàn)，按jb4730-94中級(jí)為合格。6

38、.2超聲波檢測(cè)一般的焊縫中的常見缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個(gè)成熟的方法對(duì)缺陷的性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對(duì)缺陷進(jìn)行綜合估判。對(duì)于內(nèi)部缺陷的性質(zhì)的估判以及缺陷的產(chǎn)生原因和防止措施大體總結(jié)了以下幾點(diǎn)：（1）氣孔單個(gè)氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測(cè)，反射波大體相同，但稍一動(dòng)探頭就消失，密集氣孔回出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時(shí)電流過大，電弧過長(zhǎng)；埋弧焊時(shí)電壓過高或者網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)過大；氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體純度低等，如果焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機(jī)械性能，特別是存在鏈狀氣孔時(shí)，對(duì)彎曲和沖擊韌性會(huì)有比較明顯降低。防止這類缺陷的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側(cè)清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。（2）夾渣點(diǎn)狀?yuàn)A渣回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似，條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波輻有變動(dòng)，從各個(gè)方面探測(cè)時(shí)反射波幅不