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400t水泥罐焊接工艺16Mn手工电弧焊+埋弧自动焊沈阳工学院焊接工艺规程说明书第1章绪论a焊接结构的概论400吨水泥罐,罐体纵焊缝和环焊缝的焊接工艺材质为16Mn图
1.1罐体结构示意图
1.2焊接方法的选择如图纵焊缝用埋弧焊水平位置焊接环焊缝用悬挂式埋弧焊机焊接通常来讲,厚板环焊缝和长度较长的纵焊缝多采用埋弧焊进行焊接罐体支架等部位多采用手工电弧焊进行焊接下面是对埋弧焊和手工电弧焊的一些介绍
1.
2.1埋弧焊原理及应用
1、埋弧焊工作原理埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极和填充金属焊接时,在焊接区域的上面覆盖一层颗粒状焊剂,电弧在焊剂层下面燃烧,将焊丝端部和局部母材熔化形成焊缝埋弧焊机结构如图1-2所示1沈阳工学院焊接工艺规程说明书图
1.2埋弧焊示意图型号MZ-1000电源电压380V50Hz次级受载电压初级69~86V焊接电流400~1200A焊丝直径3~6mm焊丝输送速度(电弧电压30伏时)
0.5~2m/min焊接速度15~70m/h自动焊机装置可移式2沈阳工学院焊接工艺规程说明书焊机头以小车垂直轴可旋转±90°焊机头横向位移0~60mm焊机头在焊缝垂直面上的向前倾斜角45°焊机头在焊缝垂直面上的侧面倾斜角45°焊机头在垂直方向的位移65mm焊接电流的调节方法远距离控制焊缝平面的最大允许倾斜角10°焊丝盘可容纳焊丝重量12kg焊剂斗可容纳焊剂容量12L焊车重量(不包括焊丝及焊剂)65kgBX2-1000型焊接变压器初级电压380V50Hz1额定负载持续率60%额定输入容量76KVA额定初级电流196A额定焊接电流1000A次级空载电压69-78V额定工作电压44V重量560kgMZ-1000自动埋弧焊机系熔剂层下自动焊接的设备,它配用交流焊机作为电弧电源,它适用于水平位置或与水平位置倾斜不大于10度的各种有、无坡口的对接3沈阳工学院焊接工艺规程说明书焊缝、搭接焊缝和角焊缝与普通手工弧焊相比,具有生产效率高、焊缝质量好,节省焊接材料和电能,焊接变形小及改善劳动条件等突出优点焊剂的作用埋弧焊焊剂的作用与焊条药皮相似,埋弧焊过程中,熔化焊剂产生的渣和气,一方面可以保护焊缝金属,防止空气污染;另一方面还可以起到脱氧和掺合金的作用,与焊丝配合改善焊缝金属的化学成分和力学性能;再则还可以使焊缝金属缓慢冷却
1、埋弧焊的特点
(1)埋弧焊的主要优点1)所用的焊接电流大,比手工电弧焊要大4~6倍,具体比较如表1-3所示加上焊剂和熔渣的隔热作用,热效率较高,熔深大,工件的坡口可小一点,减少了填充金属量单丝埋弧焊在工件不开坡口的情况下,一次可熔透20㎜;表
1.1焊条电弧焊与埋弧焊的焊接电流、电流密度比较2)由于焊接电流大,所以焊接速度就可以快,以厚度8~10㎜的钢板对接焊为例,单丝埋弧焊速度可达50~80㎝/min,而手工电弧焊则不超过10~13㎝/min;3)焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触,而且使熔池的金属凝固4沈阳工学院焊接工艺规程说明书变慢,液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应,使焊缝中气孔与裂纹等可能的缺陷减少,焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素,提高焊缝金属的力学性能;4)在有风的环境中焊接时,埋弧焊的保护效果比其它电弧焊方法好;5)在自动焊时,焊接行走速度、焊丝的送进速度及电流大小等焊接参数可通过自动调节保持稳定,减少了焊接质量对焊工技术水平的依赖程度;6)劳动条件较好,没有电弧光辐射
(2)埋弧焊的主要缺点2)由于采用颗粒状焊剂进行保护,故一般只适用于平焊和角焊位置;3)不能直接观察电弧与坡口的相对位置,需要采用焊缝自动跟踪装置,否则容易焊偏;4)埋弧焊使用电流较大,电弧的电场强度较高,电流小于100A时电弧稳定性较差,因此不适于焊厚度小于1㎜的薄板
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2.2埋弧焊的应用由于埋弧焊熔深大、生产率高、机械化操作的程度高,因而适于焊接中厚板结构的长焊缝在造船、锅炉与压力容器、桥梁、起重机械、铁路车辆、工程机械、重型机械、冶金机械、核电站结构、海洋钻探、重武器制造等各种部门有着广泛的应用,也是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一随着焊接冶金技术和焊接材料生产的发展,埋弧焊已广泛应用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接由于熔渣可以降低接头的冷却速度,故某些高强度结构钢、高碳钢等也可采用埋弧焊5沈阳工学院焊接工艺规程说明书
1.
2.3手工电弧焊的特点设备简单,可用成本较低的交流或直流焊接电源
(1).灵活方便,可用焊接各种位置、各种厚度和形状的焊件
(2).焊条品种齐全,可供焊接不同的钢材选用
(3).焊接质量主要取决于焊工的熟练程度和焊条的质量
1.3母材的化学成分及焊接性所选母材为16Mn,属于热轧钢,其组织为铁素体+珠光体,主要通过Mn,Si的固溶强化作用提高强度
1.
3.116Mn力学性能表
1.216Mn力学性能由表
1.2可知,16Mn韧性和塑性较好,具有良好的加工性
1.
3.216Mn的化学性能表
1.316Mn的化学成分
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3.316Mn的焊接性分析㈠焊接裂纹
(1)焊接冷裂纹大量的生产实践和理论研究表明钢种的淬硬倾向一定的含氢量和足够的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16Mn的冷裂纹倾向
①淬硬倾向16Mn由于其含碳量低,故在淬硬时,如冷却速度不是太快,6沈阳工学院焊接工艺规程说明书就会得到低碳马氏体组织,或者是铁素体+珠光体组织,由于这些组织硬度不高,因而其淬硬倾向小,只有在冷却速度较快时,才会得到高碳马氏体组织,则有一定的淬硬倾向
②含氢量焊接时,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、油污以及环境湿度等对16Mn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,使大部分氢会从焊缝中扩散逸出;同时,当焊缝冷却时,其组织会从奥氏体向铁素体转变,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,又会有部分氢逸出因而到最后,焊缝中的残余氢量就不足于形成冷裂纹
③拘束应力焊接时,焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于自身拘束条件所造成的应力目前,普遍采用拘束度(R)综合表达这三种应力的大小,拘束度的计算可采用如下公式R=K1式中1---板厚拘束度系数,N/㎜
2.㎜;--板厚,mm.由上式可见,拘束度与材料板厚有很的关系,板厚越大,所造成的拘束度也越大,则拘束应力也就越大,因而我们只要选择合适的板厚,就可以控制拘束应力综上所述,16Mn钢在板厚不是太大,冷却速度适当的情况下是不会出现冷裂纹的,只有在板厚(40mm以上)太大、冷却速度较快的情况下,才会出现冷裂纹倾向,不过,我们可以通过焊前适当预热等措施来预防
(2)焊接热裂纹焊接热裂纹是在焊接高温下产生的,其中危害最严重的是结晶裂纹由于结晶裂纹是在结晶后期,有低熔点物质所形成的也太薄膜而引发的它与焊缝金属的成分,主要是碳、硫、镍、锰等元素有密切关系从表2-3得知,16Mn含碳量低,含锰量高,硫和磷控制严格,它的Mn/S较高,因而具有良好的抗结晶裂纹性能所以在正常情况下,16Mn钢是不会出现结晶裂纹的7沈阳工学院焊接工艺规程说明书
(3)消除应力裂纹(再热裂纹)再热裂纹是由于钢中含有Mo、Cr、V、Nb等强碳化物形成元素,以及存在一定的残余应力,并在焊后再次进行加热的情况下产生的由表2-3可知,16Mn不含强碳化物形成元素,在热轧状态下供货焊后一般不进行热处理,因而对再热裂纹不敏感
(4)层状撕裂层状撕裂的产生,与钢材的合金成分没有直接关系紧与冶炼、轧制工艺及杂质的含量和分布有关从Z向拘束力考虑,撕裂与板厚有关,一般板厚在16mm以下就不容易产生层状撕裂;从钢材本身来说钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内的氧化铝夹杂物都能导致Z向塑性的降低和层状撕裂的产生而对于16Mn来说,其本身杂质与有害元素含量控制严格,所以我们只要控制其板材厚度与选择合适焊接工艺,层次撕裂是可以减少或避免的㈡脆化问题
(1)过热区脆化过热区脆化主要产生在被加热到1100℃以上区域它的产生原因与钢材成分及强化方式有关对16Mn钢来说,当碳含量偏于下限(
0.12%~
0.14%)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,冷却时产生魏氏组织,这时才会出现脆化现象而当含碳量偏于上限(
0.2%)时,此时不仅线能量过大会因此形成魏氏组织而脆化因而只要我们控制16Mn钢的成分与线能量,其过热区脆化也是可以减少或避免的
(2)热应变脆化一般认为热应变脆化发生于一些固溶氮含量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,对位错造成钉扎作用引起的,特别易于在200~400℃加热温度范围内的亚临界热影响区产生,如焊前已8沈阳工学院焊接工艺规程说明书经存在缺口时,这种脆化就变得更加严重对于16Mn来说,其本身含有一定的固溶氮,化学成分中又没有强氮化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综合以上分析,我们知道在裂纹方面,16Mn对热裂纹、再热裂纹和层段撕裂不敏感,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,16Mn有一定的热应变脆化现象,对过热区脆化不敏感在实际生产中,我们只要通过一些简单的焊接工艺就可以解决16Mn中由于部分原因对焊接性带来的不利影响因而,总的来说,16Mn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经过对16Mn钢的焊接性进行分析,得出以下结论
①16Mn钢板可装配成各种不同的焊接接头,适合不同位置焊接,且焊接工艺和技术要求相对简单
②焊前一般不需要预热
③塑性和冲击韧性良好,焊接接头产生冷裂纹或热裂纹的倾向小,适合各类大型结构和受压容器
④16Mn钢,对焊接电源设备没有特殊要求,交直流弧焊机都可以焊接;对焊接材料也无特殊要求,酸性、碱性焊条和焊剂都可以使用9沈阳工学院焊接工艺规程说明书第2章焊接工艺的制定
2.1焊接方法的选择在压力容器制造中,焊接方法主要根据被焊材料、接头厚度、焊缝位置和坡口形式选择目前,常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊等下面就对这几种焊接方法进行比较,选出最适合16Mn的焊接方法
1.埋弧焊
(1)生产效率高这是因为,一方面焊丝导电长度缩短,电流和电流密度提高,因此电弧的熔深和焊丝熔敷效率都大大提高(一般不开坡口单面一次熔深可达20mm)另一方面由于焊剂和熔渣的隔热作用,电弧上基本没有热的辐射散失和飞溅,虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大,但总的热效率仍然大大增加
(2)焊缝质量高熔渣隔绝空气的保护效果好,焊接参数可以通过自动调节保持稳定,对焊工技术水平要求不高而且焊缝成分稳定,机械性能比较好
(3)劳动条件好除了减轻手工焊操作的劳动强度外,它没有弧光辐射,这是埋弧焊的独特优点
2.手工电弧焊设备简单,可用成本较低的交流或直流焊接电源
(1)灵活方便,可用焊接各种位置、各种厚度和形状的焊件
(2)焊条品种齐全,可供焊接不同的钢材选用
(3)焊接质量主要取决于焊工的熟练程度和焊条的质量焊接方法应根据焊接结构、制造要求以及对焊接接头质量的影响及所具有的焊接设备条件灵活选择,通过综合考虑,16Mn的焊接采用手工电弧焊+埋弧自动焊手工电弧焊用于就平对接焊缝和支架等部位埋弧自动焊用于焊接罐体纵焊10沈阳工学院焊接工艺规程说明书缝和环焊缝图
2.1手工电弧焊示意图
2.
1.1焊缝坡口的选择当压力容器的板厚超过一定厚度时,为了保证压力容器的焊缝全部焊透又无缺陷,应将钢板接头处开各种形状的坡口坡口的形状和尺寸取决于被焊材料和所采用的焊接方法压力容器的筒体内壁焊接起来比较困难,因为要装液体或气体,所以必须保证内壁的光滑和无毛刺,从而保证所装物质的纯净经分析,为了得到更好的焊缝质量和更方便的操作,宜选用单面V型坡口进行焊接图
2.2坡口示意图电源种类交流电(交流电比较普遍,增强了实际操作中的灵活性)
2.
1.2焊接材料的选择11沈阳工学院焊接工艺规程说明书焊接材料的选用必须保证焊缝性能不低于母材,尤其是焊缝的韧性指标是选材考虑的重点手工电弧焊应选J427或J426型焊条(交流电源)J506或J507(直流电源)此处我们用J426型焊条焊接工艺参数如下表2-1和表2-2所示表
2.2交流电源焊接时的焊接工艺参数埋弧自动焊所选焊丝为H08MnA焊剂为HJ43112沈阳工学院焊接工艺规程说明书表
2.5HJ431的力学性能
2.
1.3埋弧焊实施方法及工艺参数选择1焊前准备1坡口设计及加工同其他焊接方法相比,埋弧焊接母材稀释率较大,母材成分对焊缝性能影响较大,埋弧焊坡口设计必须考虑到这一点依据单丝埋弧焊使用电流范围,当板厚小于14mm,可以不开坡口,装配时留有一定间隙板厚为14~22mm,一般开V形坡口;板厚22-50mm时开X形坡口对于锅炉汽包等压力容器通常采用U形或双U形坡口,以确保底层熔透和消除夹渣埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸设计时,请查阅GB/T986~1988坡口加工方法常采用刨边机和气割机,加工精度有一定要求2装配点固埋弧焊要求接头间隙均匀无错边,装配时需根据不同板厚进行定间距、定位焊另外直缝接头两端尚需加引弧板和熄弧板,以减少引弧和引出时产生缺陷3焊前清理坡口内水锈、夹杂铁末,点焊后放置时间较长而受潮氧化等焊接时容易产生气孔,焊前需提高工件温度或用喷砂等方法进行处理4焊接速度焊接速度对熔深和熔宽都有影响,通常焊接速度小,焊接熔池大,焊缝熔深和熔宽均较大,随着焊接速度增加,焊缝熔深和熔都将减小,即熔深和熔宽与焊接速度成反比焊接速度对焊缝断面形状的影响焊接速度过小,熔化金属量多,焊缝成形差焊接速度较大时,熔化金属量不足,容易产生咬边实际焊接时,为了提高生产率,在增加焊接速度5焊丝直径焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时,焊丝直径不同,焊缝形状会发生变化电流密度对焊缝形状尺寸的影响,从表中可见,其他条件不变,熔深与焊丝直径成反比关系,但这种关系随电流密度的增加而减弱,这是由于随着电流密度的增加,熔池熔化金属量不断增加,熔融金属后排困难,熔深增加较13沈阳工学院焊接工艺规程说明书慢,并随着熔化金属量的增加,余高增加焊缝成形变差,所以埋弧焊时增加焊接电流的同时要增加电弧电压,以保证焊缝成形质量2工艺条件对焊缝成形的影响1)对接坡口形状、间隙的影响在其他条件相同时,增加坡口深度和宽度,焊缝熔深增加,熔宽略有减小,余高显著减小在对接焊缝中,如果改变间隙大小,也可以调整焊缝形状,同时板厚及散热条件对焊缝熔宽和余高也有显著影响2焊丝倾角和工件斜度的影响焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾两种倾斜的方向和大小不同,电弧对熔池的吹力和热的作用就不同,对焊缝成形的影响也不同3焊剂堆高的影响埋弧焊焊剂堆高一般在25~40mm,应保证在丝极周围埋住电弧当使用粘结焊剂或烧结焊剂时,由于密度小,焊剂堆高比熔炼焊剂高出20%~50%焊剂堆高越大,焊缝余高越大,熔深越浅
(3)焊接工艺条件对焊缝金属性能的影响当焊接条件变化时,母材的稀释率、焊剂熔化比率焊剂熔化量/焊丝熔化量均发生变化,从而对焊缝金属性能产生影响,其中焊接电流和电弧电压的影响较大由于焊剂熔化比率的变化,焊缝金属的化学成分、力学性能均发生变化,特别是烧结焊剂中合金元素的加入对焊缝金属化学成分的影响最大a焊接接头中常见工艺缺陷产生的原因及防止方法
一、裂纹焊接裂纹,按照产生的机理可分为冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和层状撕裂裂纹几大类冷裂纹冷裂纹是在焊接过程中或焊后,在较低的温度下,大约在钢的马氏体转变温度(即Ms点)附近,或300~200℃以下(或T<
0.5Tm,Tm为以绝对温度表示的14沈阳工学院焊接工艺规程说明书熔点温度)的温度区间产生的,故称冷裂纹冷裂纹又可分为延迟裂纹、淬火裂纹和低塑性脆化裂纹延迟裂纹,也称氢致裂纹,可以延至焊后几小时、几天、几周甚至更长的时间再发生,会造成预料不到的重大事故,所以具有重大的危险性
1、产生的条件
①焊接接头形成淬硬组织由于钢的淬硬倾向较大,冷却过程中产生大量的脆、硬,而且体积很大的马氏体,形成很大的内应力接头的硬化倾向碳的影响是关键,含碳和铬量越多、板越厚、截面积越大、热输入量越小,硬化越严重
②钢材及焊缝中含扩散氢较多,氢原子在缺陷处(空穴、错位)聚积(浓集)形成氢分子,氢分子体积较氢原子大,不能继续扩散,不断聚积,产生巨大的氢分子压力,甚至会达到几万个大气压,使焊接接头开裂许多情况下,氢是诱发冷裂纹最活跃的因素
③焊接拉应力及拘束应力较大(或应力集中)超过接头的强度极限时产生开裂2、产生的原因可分为选材和焊接工艺两个方面
①选材方面a、母材与焊材选择匹配不当,造成悬殊的强度差异;b、材料中含碳、铬、钼、钒、硼等元素过高,钢的淬硬敏感性增加
②焊接工艺方面a、焊条没有充分烘干,药皮中存在着水分(游离水和结晶水);焊材及母材坡口上有油、锈、水、漆等;环境湿度过大>90%;有雨、雪污染坡口以上的水分及有机物,在焊接电弧的作用下分解产生H,使焊缝中溶入过饱和的氢b、环境温度太低;焊接速度太快;焊接线能量太少会使接头区域冷却过快,造成很大的内应力c、焊接结构不当,产生很大的拘束应力d、点焊处已产生裂纹,焊接时没有铲除掉;咬边等应力集中处引起焊趾裂纹;未焊透等应力集中处引起焊根裂纹;夹渣等应力集中处引起焊缝中裂纹15沈阳工学院焊接工艺规程说明书
3、防止方法可以从选材和焊接工艺两个方面着手
①正确地选材选用碱性低氢型焊条和焊剂,减少焊缝金属中扩散氢的含量;搞好母材和焊材的选择匹配;在技术条件许可的前提下,可选用韧性好的材料(如低一个强度等级的焊材),或施行“软”盖面,以减小表面残余应力;必要时,在制造前对母材和焊材进行化学分析、机械性能及可焊性、裂纹敏感性试验
②焊接工艺方面a、严格地按照试验得出的正确工艺规范进行焊接操作主要包括严格地按规范进行焊条烘干;选择合适的焊接规范及线能量,合理的电流、电压、焊接速度、层间温度及正确的焊接顺序;对点焊进行检查处理;搞好双面焊的清根等;仔细清理坡口和焊丝,除去油、锈和水分b、选择合理的焊接结构,避免拘束应力过大;正确的坡口形式和焊接顺序;降低焊接残余应力的峰值c、焊前预热、焊后缓冷、控制层间温度和焊后热处理,是可焊性较差的高强度钢和不可避免的高拘束结构形式,防止冷裂纹行之有效的方法预热和缓冷可减缓冷却速度(延长△t800~500℃停留时间),改善接头的组织状态,降低淬硬倾向,减少组织应力;焊后热处理可消除焊接残余应力,减少焊缝中扩散氢的含量在多数情况下,消除应力热处理应在焊后立即进行d、焊后立即锤击,使残余应力分散,避免造成高应力区,是局部补焊时防止冷裂纹行之有效的方法之一e、在焊缝根部和应力比较集中的焊缝表面,(热影响区受到的拘束应力较低),采用强度级别较低的焊条,往往在高拘束度下取得良好的效果f、采用惰性气体保护焊,能最大地控制焊缝含氢量,降低冷裂纹敏感性,所以,应大力推广TIG、MIG焊接
(二)层状撕裂层状撕裂是冷裂纹的一种特殊形式主要是由于钢板内存在着分层(沿轧制16沈阳工学院焊接工艺规程说明书方向)的夹杂物(特别是硫化物),在焊接时产生的垂直于轧制方向(板厚方向)的拉伸应力作用下,在钢板中热影响区或稍远的地方,产生“台阶”式,与母材轧制表面平行的层状开裂产生在T字型、K字型厚板的角焊接接头中提高钢板质量,减少钢材中层状夹杂物,从结构设计和焊接工艺方面采取措施,减少板厚方向的焊接拉伸应力,可防止层状撕裂厚板焊接前,进行板材的超声波和坡口渗透探伤,检查分层夹杂物情况,如有层状夹杂物存在,可设法避开或事先修、磨处理
(三)热裂纹热裂纹是在高温下产生的,从凝固温度范围至A3以上温度,所以称热裂纹,又称高温裂纹如果材料中存在着较多的低熔点共晶杂质元素(P、S、C等)和较多的晶格缺陷,在焊接熔池结晶过程中,就容易出现晶界偏析,偏析出现的物质多为低熔点共晶(如FeS—Fe、Fe3P—Fe、NiS—Ni、Ni3P—Ni)和杂质,它们在结晶过程中,以液态间层存在,形成抗变形能力很低的液态薄膜,相应的液态相存在的时间增长,最后结晶凝固,而凝固后的强度也极低,当焊接拉应力足够大时,会将液态间层拉开,或在其凝固后不久被拉断形成裂纹此外,如果母材的晶界上也存在着低熔点共晶和杂质时,则在加热温度超过其熔点的热影响区内,这些低熔点共晶物将熔化成液态间层,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开而形成热影响区液化裂纹热裂纹都是沿奥氏体晶界开裂,呈锯齿状,所以,又称晶间裂纹多出现在焊缝中间,特别是弧坑处,多数在焊缝柱状晶的会合处,即焊缝凝固的最终位置,也是最容易引起低熔点共晶偏析的位置;少数出现在热影响区焊缝中的纵向裂纹一般发生在焊道中心,与焊缝长度方向平行;横向裂纹一般沿柱状晶界发生,并与母材的晶界相连,与焊缝长度方向垂直当裂纹贯穿表面与空气相通时,断口表面呈氧化色彩(如蓝灰色等),有的焊缝表面的宏观裂纹中充满熔渣
1、产生的原因
①选材方面材料中含硫过多产生“热脆”;含铜过高产生“铜脆”;含磷过17沈阳工学院焊接工艺规程说明书高产生“冷脆”
②焊接工艺方面镍基不锈钢,焊接顺序不当或层间温度过高、热输入量过大、冷却速度太慢;坡口形式不当(焊缝形状系数ψ=b/h≤1的窄深焊缝),单层单道焊时易产生焊缝中心偏析裂纹;弧坑保护不好,由于偏析作用,易产生弧坑热裂纹;多次返修会产生晶格缺陷聚集,形成多边化热裂纹
2、防止方法由于热裂纹的产生与应力的因素有关,所以,防止方法也要从选材和焊接工艺两个方面着手
①选材方面a、限制钢材和焊材中,易产生偏析的元素和有害杂质的含量,特别是S、P、C的含量,因为它们不仅形成低熔点共晶,而且还促进偏析C≤
0.10%热裂纹敏感性可大大降低必要时对材料进行化学分析、低倍检验(如硫印等)b、调节焊缝金属的化学成分,改善组织、细化晶粒,提高塑性,改变有害杂质形态和分布,减少偏析,如采用奥氏体加小于6%的铁素体的双相组织c、提高焊条和焊剂的碱度,以减低焊缝中杂质的含量,改善偏析程度
②焊缝工艺方面a、选择合理的坡口形式,焊缝成型系数ψ=b/h>1,避免窄而深的“梨形”焊缝,(焊接电流过大也会形成“梨形”焊缝),防止柱状晶在焊道中心会合,产生中心偏析形成脆断面;采用多层多道焊,打乱偏析聚集b、控制焊接规范lt;igt;采用较小(适当)的焊接线能量,对于奥氏体(镍基)不锈钢应尽量采用小的焊接线能量(不预热、不摆动或少摆动、快速焊、小电流)、严格掌握层间温度,以缩短焊缝金属在高温区的停留时间;lt;iigt;注意收弧时的保护,收弧要慢并填满弧坑,防止弧坑偏析产生热裂纹;lt;iiigt;尽量避免多次返修,防止晶格缺陷聚集产生多边化热裂纹;lt;ivgt;采取措施尽量降低接头应力,避免应力集中,并减少焊缝附近的刚度,妥善安排焊接次序,尽量使大多数焊缝在较小的刚度下焊接,使其有收缩的余地18沈阳工学院焊接工艺规程说明书
(四)再热裂纹再热裂纹是指一些含有钒、铬、钼、硼等合金元素的低合金高强度钢、耐热钢的焊接接头,再加热过程中(如消除应力退火、多层多道焊及高温工作等),发生在热影响区的粗晶区,沿原奥氏体晶界开裂的裂纹,也有称其为消除应力退火裂纹(SR裂纹)600℃附近有一敏感区,超过650℃敏感性减弱再热裂纹起源于焊缝热影响区的粗晶区,具有晶界断裂特征裂纹大多数发生在应力集中的部位防止措施
①选材时应注意能引起沉淀析出的碳化物形成元素,尤其是V的含量必须采用高V钢材时,焊接及热处理时要特别加以注意
②热处理时避开再热敏感区,可减少再热裂纹产生的可能性,必要时热处理前做热处理工艺试验
③尽量减少残余应力和应力集中,减少余高、消除咬边、未焊透等缺陷,必要时将余高和焊趾打磨圆滑;提高预热温度,焊后缓冷,降低残余应力
④适当的线能量,防止热影响区过热,晶粒粗大
⑤在满足设计要求的前提下,选用低一个强度等级的焊条,让其释放一部分由热处理过程消除的应力,(让应力在焊缝中松弛),对减少再热裂纹有好处
二、未熔合未熔合是指熔焊时,焊道与母材之间、焊道与焊道之间、点焊时焊点与母材之间,未完全熔化结合的部分
1、产生的原因产生未熔合的根本原因是焊接热量不够,被焊件没有充分熔化造成的主要原因有
①电流太小;
②焊速太快;
③电弧偏吹;
④操作歪斜;
⑤起焊时温度太低;
⑥焊丝太细;
⑦极性接反,焊条熔化太快,母材没有充分熔化;
⑧坡口及先焊的焊缝表面上有锈、熔渣及污物这些原因都造成焊材早熔化,而被焊母材温度低,没有熔化,熔化的焊材金属沾附到焊件上19沈阳工学院焊接工艺规程说明书
2、防止措施
①选择适当的电流(稍大)、焊速(稍慢),正确的极性,注意母材熔化情况;
②清除干净坡口及前道焊缝上的熔渣及赃物;
③起焊时要使接头充分预热,建立好第一个熔池;
④克服电弧偏吹注意焊条角度,照顾坡口两侧的熔化情况;
三、未焊透未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象另外,焊缝金属与母材之间,未被电弧熔化而留下的空隙常发生在单面焊根部和双面焊的中间(ISO—母材金属之间没有熔化,熔敷金属没有进入接头根部的缺陷)
1、产生的原因
①坡口及装配方面间隙过小;钝边太厚;坡口角度太小;坡口歪斜;有内倒角的坡口角度太大;错口严重;
②工艺规范方面电流过小;焊速过大;电弧偏吹;起焊处温度低;极性接反;
③操作方面焊条太粗;操作歪斜;双面焊时清根不彻底;坡口根部有锈、油、污垢,阻碍基本金属很好地熔化
2、防止措施
①控制好坡口尺寸间隙、钝边、角度及错口等;
②控制电流、极性和焊速;使接头充分预热,建立好第一个熔池;
③控制焊条直径和焊接角度;克服电弧偏吹;
④双面焊清根一定要彻底;
⑤坡口及钝边上的油、锈、渣、垢一定要清理干净
四、气孔气孔是指焊接时,熔池中的气泡在凝固时未能逸出,而残留下来形成的空穴根据气孔产生的部位不同,可分为内部气孔和外部气孔;根据分布的情况可分为单个气孔、涟状气孔和密集气孔;根据气孔产生的原因和条件不同,其形状20沈阳工学院焊接工艺规程说明书有球形、椭圆形、旋涡状和毛虫状等
1、产生的原因形成气孔的气体主要来源于a、大气空气湿度太大,超过90%,水分分解,氢气、氧气侵入;收弧太快,保护不好,空气中的N2气侵入;电弧太长,空气中的N2气侵入;b、溶解于母材、焊丝和焊条钢芯中的气体,药皮和焊剂中的水和气体lt;igt;焊条烘干温度太低、保温时间太短;lt;iigt;焊条过期失效;lt;iiigt;氩气纯度不够,保护不良;lt;ivgt;焊条烘干温度过高,使药皮成分变质,失去保护作用;电流过大,药皮发红失效,失去保护作用,空气中的N2气侵入;lt;vgt;焊芯锈蚀、焊丝清理不净、焊剂混入污物c、焊材、母材上的油、锈、水、漆等污物,分解产生气体;d、操作原因引起的气孔lt;igt;运条速度太快,气泡来不及逸出;lt;iigt;焊丝填加不均匀,空气侵入;lt;iiigt;埋弧焊时,电弧电压过高,网路电压波动过大,空气侵入
2、防止措施
①严格控制焊条的烘干温度和保温时间;
②不使用过期失效的焊材;使用符合标准要求的保护气体(氩气等);
③彻底清理坡口及焊丝上的油、锈、水、漆等污物;
④电弧长度要适当,防止N2气侵入,碱性焊条尤其要采用短弧;
⑤搞好接头和收弧lt;igt;充分预热接头,建立好第一个熔池,使上一个收弧处的气体消除掉;lt;iigt;收弧要慢,填满弧坑,采用“回焊法”等,使气、渣充分保护好熔池,防止N2气侵入;lt;iiigt;多层多道焊的各层各道的接头要错开,防止气孔密集(上下重合);21沈阳工学院焊接工艺规程说明书
⑥适当增加热输入量,降低焊接速度,以利气泡逸出
五、夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝中的非金属夹杂物主要是由于操作原因,熔池中的熔渣来不及浮出,而存在于焊缝之中
1、产生原因
①坡口角度太小,运条、清渣困难;
②运条太快,熔渣来不及浮出;
③焊接电流太小,熔深太小;
④运条时坡口两侧停留时间短,而在焊缝中心过度太慢,使得焊缝中心堆高,坡口两侧形成死角,夹渣清理不出来;焊缝成型粗劣;
⑤前一层的熔渣清理不干净;接头处理不彻底;坡口处有锈、垢、泥沙等;
⑥焊条涂料中含碳成分过高
2、防止措施
①彻底清理坡口的油污、泥沙、锈斑;彻底清理前焊道熔渣;
②适当调节(加大)焊接电流;控制焊接速度,造成熔渣浮出条件;
③正确掌握操作方法,使焊缝表面光滑,焊缝中心不堆高;
④选择优质焊条
六、夹钨手工钨极氩弧焊过程中,由于某些原因,使钨极强烈的发热,端部熔化、蒸发,使钨过渡到焊缝中,并残留在焊缝内形成夹钨
1、产生原因
①当焊缝电流过大,超过极限电流值,或钨极直径太小时,使钨极强烈地发热、端部熔化;
②氩气保护不良,引起钨极烧损;
③炽热的钨极触及熔池或焊丝,而产生的飞溅等,均会引起焊缝夹钨
2、防止措施
①根据工件的厚度,选择相应的钨极直径和焊接电流;22沈阳工学院焊接工艺规程说明书
②使用符合标准要求纯度的氩气;
③施焊时采用高频振荡器引弧,在不防碍操作情况下,尽量采用短弧,以增强氩气保护效果;
④操作要仔细,不使钨极触及熔池和焊丝;
⑤经常修磨钨极端部
2.3焊后热处理为改善压力容器焊接区的性能和消除焊接残余应力等有害影响,对焊接区及其有关部位在金属相变温度点以下充分均匀加热,然后又均匀冷却以进行消除应力和退火焊后热处理是保证压力容器焊接接头性能的一个非常重要的环节采用600-640℃回火,保温40分钟来消除应力23沈阳工学院焊接工艺规程说明书第
一、选材3章焊接工艺规程1.具有足够的强度,塑性,韧性和稳定性2.具有良好的冷热加工性和焊接性能3.在有腐蚀性介质的设备必须有良好的耐蚀性和抗氢性4.在高温状态使用的设备要有良好的热稳定性5.在低温状态下使用的设备要考虑有良好的韧性
二、下料与坡口加工
1.领料材料须具有合格质保书,标记齐全钢板表面不允许存在有裂纹、气泡、结疤、折叠和夹杂等缺陷钢板不得有分层如有上述表面缺陷,允许清理,清理深度从钢板实际尺寸算起,不得超过钢板厚度公差之半,并应保证钢板的最小厚度缺陷清理处应平滑无棱角其他缺陷允许存在但其深度从钢板实际尺寸算起,不得超过钢板厚度公差之半,并应保证缺陷处厚度不超过钢板允许最小厚度图样及标准规定进行超探的材料应检验合格三类容器用材料须复验合格,母材抽样复验须合格,否则不得领料不锈钢及复合板复层表面下料前应有防污染措施
2.号料按排板图号料,一般同材料,同焊接方法的筒体纵缝加工一组产品试板划线、号料时须考虑卷制管马鞍口形状和接管焊接型式(内伸10mm或平齐),并预留3~8mm机加工余量,按理论最长点尺寸保证注意图纸中接管外伸高度、内伸高度的解释注意设计对标准人孔组合件的特殊备注,如锥段上人孔接管须加长筒节板长、宽号料允差为±1mm,对角线允差≤
1.5mm,刨削余量为2mm号料后板面各项标记应齐全,如筒节编号、产品编号如超出滚制能力,根据筒节直径和壁厚,板两端合理预留200-450的带头板,一般是直径越小壁厚越厚预留的带头板越长卷制接管、虾米弯接管由技术人员在CAD上放样后,按等分法分成若干份,然后将基准线至双线弧线的尺寸标注出来后见上图所示接管马鞍口交班24沈阳工学院焊接工艺规程说明书组放样标移时如焊接工艺为内坡口,则需标移在画线一面的反面,此时必需在画线一面用记号笔写上相关标记
3.下料不锈钢板下料采用数控等离子切割机放水切割或用剪板机剪切,复合钢板下料可用普通等离子或数控等离子切割其余板材下料采用数控或小车式氧-乙炔切割,但当钢板较薄、余量不多切割后易产生变形时也采用数控等离子切割机放水切割剪切、切割后相对于检查线偏差为±1mm采用剪切下料后剪切面允许有深度≤1mm的磕痕和厚度≤
0.5mm的毛刺
4.坡口切割16MnR、20R、Q235等钢板可用氧-乙炔切割坡口板切割后坡口表面不得有沟槽和缺肉,不得有氧化铁等杂物应均匀光滑坡口钝边允差为±1mm,角度允差为±
2.5°筒节板长宽度允差为±2mm,对角线允差≤
2.5mm切割的坡口必须磨去氧化层、渗碳层、淬硬层,直至露出金属光泽刨边不锈钢板、复合钢板、Cr-Mo板刨边后坡口表面不得有挤压或鱼鳞状痕迹,允差为±1mm,角度允差为±
2.5°筒节板长宽度允差为±2mm,对角线允差≤
2.5mm需进行坡口探伤的板料其坡口探伤前,泽
(一)下料工具及试用范围
1、气割碳钢
2、等离子切割合金钢、不锈钢
3、剪扳机&≤8㎜L≤2500㎜切边为直边
4、锯管机接管
5、滚板机三辊
6、根据图纸对材料及坡口进行加工25沈阳工学院焊接工艺规程说明书
三、焊接
(一)焊前准备与焊接环境6)焊条、焊剂及其他焊接材料的贮存库应保持干燥,相对湿度不得大于60%7)当施焊环境出现下列任一情况,且无有效防护措施时,禁止施焊8)手工焊时风速大于10m/sB)气体保护焊时风速大于2m/sC)相对湿度大于90%D)雨、雪环境
(二)焊接工艺(见附录)
(三)焊缝返修
1、焊逢的同一部位的返修次数不宜超过两次如超过两次,返修前均应经制造单位技术总负责人批准,返修次数、部位和返修情况应记入容器的质量证明书
2、要求焊后热处理的容器,一般应在热处理前进行返修如在热处理后返修时,补焊后应做必要的热处理
四、无损探伤
(一)理论1.定义借用于现今的手段和一起在不损坏和破坏材料机器及其结构的情况下对它们的化学性质、机械性能以及内部结构进行检测2.目的
①确保工件和设备的质量,保证设备的正常运行射线RT超声波UT(焊缝、锻件)磁粉MT(检查铁磁性表面)渗透PT(表面开口缺陷)
②改善制造工艺
③降低成本
④提高设备的可靠性
3.应用特点
①无损检测要与破坏性试验相结合
②正确的选用最适当的无损检测
③正确使用无损检测的时机
④综合应用各种无损检测方法
4.应用范围26沈阳工学院焊接工艺规程说明书
①组合件的内部结构或内部组成的检查,不破坏对象,利用射线检查内部情况
②材料,铸、锻件和焊缝间检查
③材料和机械的质量检测
④表面测厚
五、压力容器的热处理
(一)正火
①目的细化晶粒,提高母材及常化处理焊缝的综合机械性能,消除冷作硬化,便于切削加工
②方法把要正火的零件放入加热炉中加热到一定温度按每毫米
1.5分~
2.5分保温出炉空冷,风冷或雾冷
③应用16MnR高温保温时间过长,使奥氏体晶粒大(正火)35﹟锻件(正火)封头,筒体(正火)
(二)调质处理
①目的提高零件的综合机械性能
②方法淬火+高温回火(500℃以上)得到索氏体
(三)固溶处理(针对奥氏体不锈钢)即在室温条件下保留奥氏体
①目的将零件加热使碳化物溶到奥氏体中,再以足够快的冷却速度将碳化物固定在奥氏体中具有最低的强度、最高塑性、最好的耐蚀性
②应用封头
③方法加热到1000℃~1150℃,以2分到4分/㎜保温后快冷,然后水冷,再进行空冷
(四)焊后热处理(消除应力,退火)PWHT一般热处理SRISR
①目的A.改善焊接接头及热影响区的组织和性能B.消除焊接和冷作硬化的应力C.防止产生焊接裂纹
②方法A.优先采用炉内整体消除应力方法B.分段热处理一端在炉内,采取适当保温措施以防有害的温度梯度(重复加热的长度≥
1.5m)Φ
3.6m加氢反应器,长26mC.对环缝进行局部消除应力处理→加热宽度焊缝中心线每侧2倍板厚27沈阳工学院焊接工艺规程说明书
③焊后热处理工艺A.炉温400℃以下装炉B.升温速率5000℃/T(有效厚度)/h且≤200℃/hC.保温时间T≤50mm,25mm/hT>50mm保温时间=(150+T)/100(h)D.降温速率400℃以上,6500/T℃/h且≤260℃/h
④压力容器焊后热处理的注意事项
(1)容器整体消应力处理须在整体制造完经检验合格后,水压试验之前进行
(2)严禁火焰直射工作产生过热或过烧
(3)产品试板(含母材试板)挂片试样等应与容器同炉PWHT
六、压力试验和气密性试验
(一)压力试验压力试验按试验介质不同分为液压试验及气压试验
1、液压试验液压实验一般采用水,需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体试验时液体的温度应低于其闪点或沸点奥氏体不锈钢制压力容器用水进行液压试验后应将水渍清楚干净当无法达到这一要求时,应控制水的氯离子含量不超过25mg/L
1、1液压试验方法a)试验时容器顶部应设排气口,充液时应将容器内的空气排尽试验过程中,应保持容器观察表面的干燥;b)试验时压力应缓慢上升,达到规定试验压力后,保压时间一般不少于30min然后将压力降至规定试验压力的80%,并保持足够长时间对所有焊接接头和连接部位进行检查如有渗漏,修补后重新试验;c)对于夹套容器,先进行内筒液压试验,合格后再焊夹套,然后进行夹套内的液压试验;d)液压试验完毕后,应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干
2、气压试验气压试验应有安全措施该安全措施需经试验单位技术总负责人批准,并经本单位安全部门监督检查试验所用气体为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体气压试验时压力应缓慢上升,至规定试验压力的10%,且不超过
0.05MPa时,保压5min,然后对所有焊接接头和连接部位进行初次泄漏检查,如有泄漏,修补28沈阳工学院焊接工艺规程说明书后重新试验初次泄漏检查合格后,再继续缓慢升压至规定试验压力的50%,其后按每级为规定压力的10%的级差逐级增至规定试验压力保压10min后将压力降至规定试验压力的87%,并保持足够长的时间后再次进行泄漏检查如有泄漏,修补后再按上述规定重新试验
(二)气密性试验容器需经液压试验合格后方可进行气密性试验试验压力、试验介质和检验要求按照图样上的注明试验时压力应缓慢上升,达到规定试验压力后保压10min,然后降至设计压力,对所有焊接接头和连接部位进行泄漏检查小型容器亦可浸入水中检查如有泄漏,修补后重新进行液压试验和气密性试验七.罐体支架、扶梯的焊接及安装八.罐体表面支架、扶梯喷涂29沈阳工学院焊接工艺规程说明书焊接工艺卡编号工艺评定编号30沈阳工学院焊接工艺规程说明书试板经上述参数焊接,符合规定的要求,焊接工艺合格31沈阳工学院焊接工艺规程说明书参考文献【1】《焊接方法与设备》主编:雷世明,机械工业出版社2007【2】《金属材料焊接性》主编张连生,机械工业出版社2004【3】《焊接结构生产》主编邓红军机械工业出版社2002【4】《焊接冶金学-材料焊接性》主编;李亚江机械工业出版社2006【5】《焊工取证上岗培训教材》主编中国焊接协会培训工作委员会,机械工业出版社1995【6】《埋弧自动焊》主编吴敢生辽宁科学技术出版社200732。