【文章內容簡介】 做法是法蘭與接管的裝配、焊接都在小型變位器上進行。法蘭不會被電弧擊傷，灶接過程在最佳位置下 完成，質量容易保證。 在殼體上組裝人孔與接管 （ 1）首先要按人孔接管伸出高度及補強圈厚度在人孔接管的四條中心上點焊定位筋板，再與筒體上的開孔進行預組裝，必要時用氣割修正坡口處孔徑，使接管順利裝入且裝配環(huán)隙適當均勻。 （ 2）組對時注意法蘭對中安裝。 （ 3）接管內伸出余量可按圖樣要求待內角焊縫焊好后割去。也可用樣板劃線預先將接管內伸出余量割去。 （ 4）人孔及大直徑接管組裝后在焊接前，對于薄壁容器，尤其是塔器，內部預先采取支撐加固，以防焊后下塌。 常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 15 / 48 （ 5）角焊縫由于有補強圈而使得無損檢測難以實施，該角焊縫 的質量主要取決于坡口的清潔度及尺寸精度。而低劣的焊縫質量又會造成泄漏，甚至安全隱患，因些，對于裝配的全過程，包括劃線、氣割、組裝、焊接、檢查等環(huán)節(jié)必須認真作好記錄，明確質量責任。 支座的裝配 壓力容器的安放或安裝都要通過各種支座再與基礎平面接觸。支座作為部件，其本身的制造質量，及其與容器殼壁的裝配、焊接質量的好壞，將直接影響到壓力容器運行的平穩(wěn)與操作的安全性。此外，支座與容器殼壁的裝配通常都處在該容器的總階段，因而將直接影響到容器的管口方位、標高、軸線傾斜度等質量要求素。因此支座的制作與裝配全過程必須予 以足夠重視。 根據(jù)行業(yè)標準，規(guī)定有四種類型的支座：鞍式支座、腿式支座、支承式支座及耳式支座。 各類支座有其不同的適用場合、制造與裝配質量要求。安裝過程及方法也各不相同，但有些要求卻是共同的，即：支座底板應保持在同一平面內；底板螺栓也已距離的誤差應予以嚴格控制，支座底平面不允許翹曲、傾斜。 鞍式支座（圖 36）在零部件裝配焊接時可將兩件成對稱狀點焊在一起，以減少焊接變形。拆開后檢查底板的平面度及立板的氣割口弧形，如有問題應進行火焰矯正。 常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 16 / 48 第四章 低 合金高強度鋼的焊接工藝要點 14CrMoVB 的焊接性分析 低合金高強鋼的焊接性主要包括兩個方面，其一是裂紋敏感性，其二是焊接熱影響區(qū)的力學性能。 眾所周知，擴散氫、脆性組織和殘余應力是冷裂紋產(chǎn)生的三要素，碳當量公式（如 IIW 的 CEN 公式）、 熱影響區(qū) 最大硬度等都被用來評價鋼材的冷裂敏感性。 （ 1） 冷裂紋問題 對于現(xiàn)代低合金高強度鋼，由于 熱機械控制工藝 技術和微合金化技術的廣泛應用，碳含量和碳當量都大幅度降低，因此，其冷裂敏感性不明顯，除非在極端情況下（很大的拘束度或擴散氫含量很高），一般不會遭遇冷 裂紋。 值得注意的是焊縫金屬冷裂紋問題。 冷裂紋傾向 低 合金高強鋼隨著強度等級的增高，焊接接頭冷裂紋傾向增大。冷裂紋又叫氫致裂紋或延遲裂紋，是指焊接接頭冷卻到較低溫度（ Ms 溫度以下）時產(chǎn)生的焊接裂紋冷裂紋一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)，有時也產(chǎn)生在焊縫金屬內。產(chǎn)生冷裂紋的三個主要因素是：裂縫金屬內殘留的擴散氫、熱影響區(qū)或焊縫金屬硬組織、焊接殘余應力。 常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 17 / 48 焊接低合金高強度鋼時，氫的主要來源是焊條藥皮中的水分和破口表面的水分、油污等雜質。這些物質在電弧高溫作用下分解出氫，溶解在熔池金屬內，熔池冷卻凝時氫來不及逸出 ，殘留在焊縫內。另外，焊接低合金高強度鋼的一個重要特點是熱影響區(qū)有較大的淬硬傾向，隨強度等級的提高、含碳元素或合金元素含量增多，其淬硬性也增大。當焊接浮大焊件或冷卻速度過快時，熱影響區(qū)或焊縫金屬更容易產(chǎn)生淬硬組織。焊接時由于不均勻的加熱和冷卻以及構件本身的拘束作用，在焊縫內仍然會產(chǎn)生很大的殘余應力。所以，低合金高強度鋼焊接時有較大的冷裂傾向。 為防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊前應嚴標按照說明書的規(guī)定烘干焊條，將坡口清理干凈，并采取焊前預熱、焊后保溫緩冷及熱處理等措施。 母材強度的提高和焊接性的改善，促使冷裂紋發(fā)生的位 置從 熱影響區(qū) 轉移到焊縫?；诤负箅S時間變化氫對局部臨界開裂應力的影響， 國際焊接聯(lián)合會 提出了判別高強鋼冷裂紋位置的基本方法，焊后焊縫中的氫含量隨時間單調減少，而熱影響區(qū) 的氫含量先從母材基礎值升高到峰值然后下降，整個過程只有幾分鐘，恰好與殘余應力發(fā)生的過程同步，通過計算殘余應力值 時間的變化、以及 熱影響區(qū) 和 焊縫 受實時擴散氫含量影響的臨界開裂應力，即可預測冷裂紋發(fā)生的位置。高強度焊縫金屬對裂紋敏感性大，當然有利于 焊縫 冷裂紋。影響 焊縫 冷裂紋的還有殘余應力值及其產(chǎn)生的時間，如果較早地產(chǎn)生較大的殘余應力，則有利于焊縫 冷 裂紋值。相反，低強度焊縫金屬、低殘余應力或較晚產(chǎn)生殘余應力有利于熱影響區(qū) 冷裂紋的產(chǎn)生。 （ 2）熱裂紋傾向 在焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。熱裂紋都是沿著晶界開裂分布在焊縫中心或兩側，表面是不規(guī)則的鋸齒狀。產(chǎn)生熱裂紋的主要原因是由于焊縫金屬中碳、硫元素含量偏高，在焊接過程中形成低熔點共晶物，當液態(tài)金屬冷卻到結晶時聚集在晶界處，在焊接應力的作用下沿晶界開裂，形成熱裂紋。低合金鋼焊接時，應考慮鋼材和焊接材料的含碳量，由于錳可以和硫形成硫化錳，硫化錳熔點高 ，會增加鋼的抗裂紋性 ，同時還要減小焊接結構的剛性，控制焊縫成形系數(shù)等，防止熱裂紋傾向。 （ 3） 熱影響區(qū)的組織和韌性 常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 18 / 48 熱影響區(qū) 由不同區(qū)域的組織構成，每一區(qū)域的組織都受加熱速度、峰值溫度和冷卻速度的影響。對于單道焊，根據(jù)峰值溫度， 熱影響區(qū) 可劃分為粗晶區(qū)（ GC熱影響區(qū) ），細晶區(qū)（ GR 熱影響區(qū) ），中間臨界區(qū)（ IC 熱影響區(qū) ）和亞臨界區(qū)（ SC熱影響區(qū) ）；對于雙道焊或多層焊，第二道焊道的 熱影響區(qū) 與第一道重疊，在第一道的 熱影響區(qū) 中形成被部分或完全再熱區(qū)，其中最引人注目的是亞臨界再熱粗晶區(qū)（ SCGC 熱影響區(qū) ）和中間臨界再熱粗晶區(qū)（ ICGC 熱 影響區(qū) ）。 粗晶區(qū)的組織與韌性 粗晶區(qū)因為奧氏體長大和易形成脆性組織而倍受關注，在 1000176。C 以上，奧氏體長大迅速，利用微合金元素形成微小的碳化物或氮化物粒子是限制奧氏體晶粒長大的有效途徑， Nb 和 Ti 是應用最多的微合金元素，在管線鋼、船板和建筑結構中均廣泛使用，然而，必須嚴格控制其含量，使得碳氮化物粒子即不會太粗，也不會過分地細小。 粗晶區(qū)的相變組織是影響其韌性水平的主要因素。 粗晶區(qū) 奧氏體在冷卻過程中發(fā)生相變，相變組織主要取決于材料的淬透性和冷卻速度，還取決于是否存在抑制晶界鐵素體的 B以及晶內是 否有促進鐵素體形核的細小粒子如 TiO2，而這一切均能夠在相變溫度范圍中體現(xiàn)。 中間臨界再熱粗晶區(qū)往往是可能的低韌性區(qū)，尤其是形成 MA 組元的情況下。在 再熱粗晶區(qū) 中，后續(xù)焊道將前邊焊道的粗晶區(qū)再熱到 Ac1~Ac3 的溫度，使其發(fā)生部分奧氏體化轉變，部分奧氏體化轉變導致局部富碳的奧氏體的形成，并在冷卻時轉變?yōu)楦咛紝\晶馬氏體。這些脆性的 “ 小島 ” 尺寸可達 5mm，在 再熱 粗晶區(qū) 中的相比例可達 5%，因此導致 再熱粗晶區(qū) 的韌性大幅度下降。 局部脆性區(qū)一般發(fā)生在 粗晶區(qū) 和 再熱 粗晶區(qū) ，較少地發(fā)生在 再熱 熱影響區(qū) ，上世紀 80 年代 以來， 局部脆性區(qū) 問題引起了廣泛的關注和爭議，一方面， 裂紋尖端張開位移 試驗發(fā)現(xiàn) 局部脆性區(qū) 的韌性很低，有時 裂紋尖端張開位移 值低到 以下，另一方面，尚沒有關于 局部脆性區(qū) 導致焊接結構提早失效的案例。有關 局部脆性區(qū) 的研究很多，總的說來 局部脆性區(qū) 的韌性取決于 局部脆性區(qū) 的寬度， 局部脆性區(qū) 越寬， 裂紋尖端張開位移 值就越低，而 熱影響區(qū) 的韌性又是最低的，所以，在多層焊時焊道的布置和焊接工藝的控制十分重要。 焊接方法的選擇 常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 19 / 48 焊條電弧焊的特點 焊條電弧焊的優(yōu)點 （ 1）操作靈活，可全位置焊接 焊條電弧焊廣泛用于平焊 、立焊、橫焊、仰焊等各種空間位置和對接、搭接、角接、 T型接頭等各種接頭形式的焊接。 （ 2）待焊接頭裝配要求低 焊接時可以隨時調整電弧的位置和運條姿勢，修正焊接參數(shù)，保證跟蹤焊縫和均勻熔透。 （ 3）可焊金屬材料廣 焊條電弧焊廣泛用于低碳鋼、低合金結構鋼的焊接，也可以用于不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼等合金鋼的焊接。 （ 4）焊縫質量強 焊條電弧焊缺點 （ 1）生產(chǎn)效率低，勞動強度大 由于焊接電流小，焊完焊條后必須進行更換，以及清渣而停止焊接。 （ 2）焊縫質量依賴性強 埋弧焊的特點 埋弧焊的優(yōu)點 （ 1）焊接生產(chǎn)效 率高 由于允許使用較大電流，使埋弧焊電弧功率、熔透深度以及焊絲的融化速度都相應提高。另外，由于焊劑和熔渣的隔熱作用 ，降低了熱損耗，熱效率提高，因此焊接速度大大提高。 （ 2）焊接質量好 由于埋弧焊時電弧及熔池均處在焊劑和熔渣的保護之中，保護效果比焊條電弧焊好。焊劑的存在也使熔池金屬凝固速度減緩，液體金屬與融化焊劑之間有較多的時間進行冶金反應減少焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋等焊接缺陷的可能性。 （ 3）焊接成本低 埋弧焊時可開 I坡口和小坡口，因而節(jié)約了因坡口加工而消耗的金屬，也減少了焊縫的焊絲 的填充量。由于焊接厚大焊件時 ，可獲得較好的經(jīng)濟效益。 埋弧焊的缺點 （ 1）難以在空間位置施焊 埋弧焊通常只適合平焊或者傾斜度不大的位置焊接。 （ 2）對焊件裝配質量要求高 埋弧焊時焊件裝配必須保證接口中間隙均勻、常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 20 / 48 焊件平整無錯邊現(xiàn)象。 （ 3）不適合焊接薄板和短焊縫 當焊接電流小于 100A 時電弧穩(wěn)定性不好，故不適合焊接太薄的焊件。另外，由于埋弧焊操作靈活性差，一般只適合焊接長焊縫或者大圓焊縫。 綜合考慮，由于壓力容器采用單面焊雙面成型的焊法，所以內部結構采用焊條電弧焊，外部的長焊縫和大圓焊縫采用埋弧焊。 選擇焊接材 料時一般要求所得焊縫金屬在焊態(tài)下應具有接近于母材的機械性能 , 即“等強匹配”。此外還應該根據(jù)母材的化學成分、力學性能、使用條件以及焊接方法綜合考慮選用焊接材料，必要時通過實驗確定。在特殊條件下 , 如結構的剛度很大、冷裂紋很難避免時 , 選擇比母材強度稍低的材料作為填充金屬 , 即“低強匹配” , 在少許犧牲焊縫強度而提高韌性的情況下 , 對焊接接頭的性能更為有利。 焊條電弧焊的焊材選擇 根據(jù)母材的成分和性能，應選擇接近于 14CrMoVB鋼的國產(chǎn)焊條 J857，其結構成分見表 41 表 41 J857焊條的成分 （ 1）焊條直徑的選擇 焊條直徑一般根據(jù)焊件厚度選擇，同時考慮接頭的形式、施焊位置和焊接層數(shù)的因素。一般情況下，焊條直徑與焊件厚度之間的關系的參考數(shù)據(jù)如表 42。 表 42 焊條直徑與焊件厚度間的關系 焊接厚度 /mm 2 3 4~5 6~12 ＞ 13 焊條直徑 /mm 2 ~4 4~5 4~6 成 分 C Mn Si S P Mo 含量（質量分數(shù)）/％ ~5 ~5 ~ ~ ~ ~0 常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 21 / 48 結論，應選擇 直徑為 6mm的 J857焊條。 （ 2）焊接電流的選擇 選擇焊接電流時，應根據(jù)焊條類型、直徑、焊件厚度、接頭形式、焊接位置和層數(shù)等綜合因素。對于一定直徑的焊條有一個合適的焊接電流范圍，可以參考表 43。 表 43 焊條直徑與電流的關系 焊條直徑 /mm 4 5 6 焊接電流 /A 25~40 40~65 50~80 100~130 160~210 200~270 260~300 結論：應選擇 90A以上的焊接電流進行焊接。此范圍內的電流焊接時電弧穩(wěn)定，焊縫成形性好且不易出現(xiàn)夾渣 等焊接缺陷。需要注意的是，在保證不焊穿和成形良好的條件下，應盡量采用較大的焊接電流，并且適當提高焊接速度，以提高效率。 （ 3）焊接電流的種類和極性的選擇 用交流 電源焊接時，電弧穩(wěn)定性差。采用直流電源焊接時，電弧穩(wěn)定、柔順、飛濺少。 J857焊條 是低氫鈉型藥皮的低合金高強鋼焊條 ，低氫型焊條穩(wěn)定性差，通常必須采用直流弧焊電源。 低氫型焊條采用直流電源進行焊接時，一般要用反接，因為反接電流比較穩(wěn)定。 （ 4）焊接層數(shù)的選擇 在焊件厚度比較大的時候，往往需要進行多層焊接。對于低合金鋼的多層焊，每層焊縫的厚度過大時， 對焊縫金屬的塑性有不利影響。 焊接層數(shù)主要根據(jù)焊件厚度。焊條直徑、坡口形式和裝配間隙等來決定，可做如下的估算： n=δ /d 等式中， n為焊接層數(shù)，δ為焊件厚度（ mm）， d為焊條直徑（ mm）。 當接頭厚度超過 5mm，就要求開一定形狀的坡口并采用多層焊或多層多道焊技術。一般采用打底焊、填充焊和蓋面焊的焊接方式。 埋弧焊的焊材選擇 埋弧焊時焊絲和焊劑直接參與焊接過程中的冶金反應，因而它們的化學成分常州機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 22 / 48 和物理特性都會影響焊接工藝過程，并對焊縫金