【正文】 缺陷。由于壓力容器制造過程中幾乎都采用冷 (熱 )彎成形和焊接結(jié)構(gòu)，因此要求所選材料應(yīng)具有較好的冷 (熱 )加工性能和塑性，按 GB 1501998的規(guī)定，壓力容 器材料的塑性δ 5 在 15%~20%以上，并且還要考慮含碳量，一般碳的含量不超過 ％。此外還要具有較好的焊接性能，即在不附加其他任何工藝措施的條件下仍能得到優(yōu)質(zhì)常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 7 / 48 的焊接接頭。必要時(shí)可以針對(duì)介質(zhì)的具體性質(zhì)選用高合金鋼、有色金屬或耐蝕襯里。硫元素存在于鋼中將會(huì)促進(jìn)非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低；磷元素盡管能夠提高鋼的強(qiáng)度，但伴隨著增鋼材的脆性，特別是低溫脆性。我國壓力容器用鋼對(duì)硫、磷含量的要求就分別低于 ％和 ％，這有別于其他用途的鋼材，所以在壓力容器用鋼牌號(hào)后用“ R”以示區(qū)別，這里“ R”代表中文“容器”的第一個(gè)字的大寫字母。目前壓力容器殼體一般采用冷 (熱 )成形方法，因此選用碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓力容器用碳素鋼板、低合金鋼板和不銹鋼板?？晒┻x用的鋼板有 Q235A ②壓力容器用碳素鋼板和低合余鋼板 這類材料屬于一般壓力容器的專用鋼板，在普通的壓力容器結(jié)構(gòu)鋼板中加入少員的合金元素，諸如 Mn、 Si、 Mo、 V、Ni、 Cr 等元素，能夠顯著改變鋼材的強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能在 GB— 1996《壓力容器用鋼板》提供了多個(gè)鋼板品種。壓力容器用碳素鋼板和低合金鋼板的使用性能和要求參見 GB 1501998《鋼制壓力容器》。GB 35311996《低溫壓力容接用低合金鋼板》和 GB 1501998《鋼制壓力容器》提 供 了 用 于 制 造 低 溫 壓 力 容 器 專 用 鋼 板 ， 如 16MnDR 、 15MnNiDR 、09Mn2VDV07MnNiCrMoVDR、等。含鉻量在 12％ ~17％的不銹鋼，它在大氣中可以發(fā)生鈍化，主要用于大氣、水及其他腐蝕性不太強(qiáng)的介質(zhì)中；含鉻量在 17％以上的不銹鋼可以用于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中這類不銹鋼也稱為“耐酸鋼”。不銹鋼雖然在生產(chǎn)中起廣泛作用，但對(duì)某一種鋼號(hào)而言其使用卻受到一定的限制，目前還沒找到能夠抵抗多種介質(zhì)類型腐蝕的不銹鋼。常用無縫鋼管材料一般有四類，即碳素鋼、低合金鋼、低合金耐熱鋼和高合金鋼。常用的碳素鋼管材料有 20g等，低合余鋼材料有 16Mn、 15MnV 等，低溫鋼管材料有 09Mn2VD、 09MnD 等，中溫抗氫鋼管材料有 12CrMo、 15CrMo、 10MoWVNb、 12Cr2Mo、 1Ni5Mo 等。 （ 3）管道與法蘭常用材料 管道與法蘭式壓力容器中幾比較典型的受力元件，通常是用鋼板或者是鍛件經(jīng)過機(jī)械加工制成，然后與殼體組焊，因此要求管板與法蘭材料具有良好的可鍛性、可焊性和切削加工性能。 管板的常用材料有 Q235A、 Q235I Q235C、 16Mn、 I6MnR 等。 （ 4） 螺 栓與螺母常用材料 螺栓與螺母是壓力容器廣泛使用的一類基礎(chǔ)零件。對(duì)高溫和高強(qiáng)度螺栓用鋼，還必須具有較好的抗松弛性、良好的耐熱性以及較低的裂紋敏感性。 螺栓常用的材料有 Q235A、 3 40MnB、 40 MnBV、 40Cr、 30CrMoA、 35 CrMoA、 35 CrMoVA、 25Cr2MoVA、 1Cr5Mo、 0Cr19Ni19 等。 （ 5）支座與其他附件常用材料 壓力容器支座將承受整個(gè)容器的自重和工作介質(zhì)負(fù)荷，但沒有承受介質(zhì)的壓力和溫度負(fù)荷，因此選擇時(shí)剛性較好的材料即可。 主體材料的制備 —— 鋼材的處理 （ 1）鋼材的表面處理 低合金高強(qiáng)度鋼通常具有較高的耐斷裂強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，但它的抗腐蝕性及腐蝕疲勞性能較差。表面處理方法主要有表面噴丸，表面鍍鋅以及它們的相互結(jié)合。有利于改善低應(yīng)力長壽命范圍內(nèi)的腐蝕疲勞性能。表面凈化的方法大 體分兩類：機(jī)械法和化學(xué)法。機(jī)械法主要有砂輪打磨、噴沙、噴丸處理。 （ 3）鋼材的矯正工作 鋼材在軋制、運(yùn)輸、裝卸和堆放過程中，由于自重、支承不當(dāng)或裝卸條件不良及其他原因，可能會(huì)產(chǎn)生彎曲、扭曲、翹曲、波浪常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 10 / 48 變形及表面不平等變形。所以在 劃線 下料前應(yīng)予以矯形。另外，在裝配 —— 焊接之后，工件也會(huì)因焊接等原因，產(chǎn)生某些變形，亦需矯形，此為成品矯形。矯形的實(shí)質(zhì)就是將 被拉長的纖維縮短或?qū)⒖s短的纖維拉長，以恢復(fù)原狀，或是使其他部分的纖維也拉長或縮短，產(chǎn)生與局部纖維相同的變形。矯形的方法按操作方法的不同，可分為手工矯形、機(jī)械矯形和火焰矯形三種。 其結(jié)構(gòu)如圖 31所示 圖 31 高壓儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)示意圖 本課題的用鋼 儲(chǔ)罐的 主題材料為 14CrMoVB，為低合金高強(qiáng)度鋼。材料的金相組織為回火馬氏體和少量的粒狀貝氏體。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 11 / 48 表 31 14CrMoVB 鋼的化學(xué)成分 壓力容器 板材的制作工藝流程 筒體板材的制作流程 （ 1）板材的切割與 下料，例如 60mm 的厚板材需要等離子或者火焰切割 （ 2）筒體的卷制與成型，對(duì)于厚大鋼板應(yīng)采用熱卷板或者輥卷板 ，如圖 32所示 圖 32 （ 3）焊接，主要包括筒體縱縫的焊接、環(huán)縫的焊接。 封頭的制作工藝 （ 1）封頭板的火焰切割與下料 （ 2）封頭板拼縫的焊接，與筒體工藝相同，主要采用埋弧焊進(jìn)行焊接。對(duì)于低合金鋼熱沖壓加溫不高于該鋼材的正常正火溫度。 壓力容器的裝配 筒體裝配 筒節(jié)的制造過程中，至少有一條縱縫是在卷制后組焊的，同時(shí)縱縫的組裝沒有積累誤差，組裝質(zhì)量較易控制 ，但對(duì)于壁厚為 20~65mm、直徑為 1000~6000mm的筒節(jié)，若彎卷過程控制不好，就會(huì)產(chǎn)生偏差，如圖 33所示。這時(shí)靠組裝過程來控制是無能為力的，而只能在筒節(jié)縱縫焊后校圓工序中予以修正。一方面由于制造誤差，每個(gè)筒節(jié)和 封頭的圓周長度往往不同，即直徑大小有偏差；另一方面，筒節(jié)和封頭往往有一定的圓度誤差。 可采用螺栓撐圓器、間隙調(diào)節(jié)器、筒式萬能夾具等輔助工具有有關(guān)量具來矯正，對(duì)中、對(duì)齊。檢查步驟如下： （ 1）將筒體放在滾輪架上，轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，用吊垂線方法，使一端口的 A 心在最高位置。 （ 3）調(diào)整中心線偏移，使兩端中心線垂線重合，并重表核查等分的正確性。此時(shí)筒體中收線的扭拉已糾正，按圖樣的各管口位置劃出所有接管開了位置線、切割線、檢查線，同時(shí)劃出支座安裝位置線，做好標(biāo)記。如圖 6所示。 按開孔切割位置線進(jìn)行切割 坡口經(jīng)打磨清理后，用焊縫檢驗(yàn)尺檢測所有管孔坡口尺寸的正確性，如有不符合必須進(jìn)行認(rèn)真修正。如為鍛制對(duì)焊法蘭，則應(yīng)控制對(duì)接環(huán)縫間隙均勻。通常的做法是法蘭與接管的裝配、焊接都在小型變位器上進(jìn)行。 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(bǔ)強(qiáng)圈厚度在人孔接管的四條中心上點(diǎn)焊定位筋板，再與筒體上的開孔進(jìn)行預(yù)組裝，必要時(shí)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(dāng)均勻。 （ 3）接管內(nèi)伸出余量可按圖樣要求待內(nèi)角焊縫焊好后割去。 （ 4）人孔及大直徑接管組裝后在焊接前，對(duì)于薄壁容器，尤其是塔器，內(nèi)部預(yù)先采取支撐加固，以防焊后下塌。而低劣的焊縫質(zhì)量又會(huì)造成泄漏，甚至安全隱患，因些，對(duì)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(rèn)真作好記錄，明確質(zhì)量責(zé)任。支座作為部件，其本身的制造質(zhì)量，及其與容器殼壁的裝配、焊接質(zhì)量的好壞，將直接影響到壓力容器運(yùn)行的平穩(wěn)與操作的安全性。因此支座的制作與裝配全過程必須予 以足夠重視。 各類支座有其不同的適用場合、制造與裝配質(zhì)量要求。 鞍式支座（圖 36）在零部件裝配焊接時(shí)可將兩件成對(duì)稱狀點(diǎn)焊在一起，以減少焊接變形。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 16 / 48 第四章 低 合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝要點(diǎn) 14CrMoVB 的焊接性分析 低合金高強(qiáng)鋼的焊接性主要包括兩個(gè)方面，其一是裂紋敏感性，其二是焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能。 （ 1） 冷裂紋問題 對(duì)于現(xiàn)代低合金高強(qiáng)度鋼，由于 熱機(jī)械控制工藝 技術(shù)和微合金化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，碳含量和碳當(dāng)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(kuò)散氫含量很高），一般不會(huì)遭遇冷 裂紋。 冷裂紋傾向 低 合金高強(qiáng)鋼隨著強(qiáng)度等級(jí)的增高，焊接接頭冷裂紋傾向增大。產(chǎn)生冷裂紋的三個(gè)主要因素是：裂縫金屬內(nèi)殘留的擴(kuò)散氫、熱影響區(qū)或焊縫金屬硬組織、焊接殘余應(yīng)力。這些物質(zhì)在電弧高溫作用下分解出氫，溶解在熔池金屬內(nèi)，熔池冷卻凝時(shí)氫來不及逸出 ，殘留在焊縫內(nèi)。當(dāng)焊接浮大焊件或冷卻速度過快時(shí)，熱影響區(qū)或焊縫金屬更容易產(chǎn)生淬硬組織。所以，低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)有較大的冷裂傾向。 母材強(qiáng)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(zhuǎn)移到焊縫。高強(qiáng)度焊縫金屬對(duì)裂紋敏感性大，當(dāng)然有利于 焊縫 冷裂紋。相反，低強(qiáng)度焊縫金屬、低殘余應(yīng)力或較晚產(chǎn)生殘余應(yīng)力有利于熱影響區(qū) 冷裂紋的產(chǎn)生。熱裂紋都是沿著晶界開裂分布在焊縫中心或兩側(cè)，表面是不規(guī)則的鋸齒狀。低合金鋼焊接時(shí)，應(yīng)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(diǎn)高 ，會(huì)增加鋼的抗裂紋性 ，同時(shí)還要減小焊接結(jié)構(gòu)的剛性，控制焊縫成形系數(shù)等，防止熱裂紋傾向。對(duì)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(xì)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(duì)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) ）。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(yīng)用最多的微合金元素，在管線鋼、船板和建筑結(jié)構(gòu)中均廣泛使用，然而，必須嚴(yán)格控制其含量，使得碳氮化物粒子即不會(huì)太粗，也不會(huì)過分地細(xì)小。 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(nèi)是 否有促進(jìn)鐵素體形核的細(xì)小粒子如 TiO2，而這一切均能夠在相變溫度范圍中體現(xiàn)。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(zhuǎn)變，部分奧氏體化轉(zhuǎn)變導(dǎo)致局部富碳的奧氏體的形成，并在冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛紝\晶馬氏體。 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(jì) 80 年代 以來， 局部脆性區(qū) 問題引起了廣泛的關(guān)注和爭議，一方面， 裂紋尖端張開位移 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 局部脆性區(qū) 的韌性很低，有時(shí) 裂紋尖端張開位移 值低到 以下，另一方面，尚沒有關(guān)于 局部脆性區(qū) 導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)提早失效的案例。 焊接方法的選擇 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 19 / 48 焊條電弧焊的特點(diǎn) 焊條電弧焊的優(yōu)點(diǎn) （ 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(duì)接、搭接、角接、 T型接頭等各種接頭形式的焊接。 （ 3）可焊金屬材料廣 焊條電弧焊廣泛用于低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)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。 （ 2）焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng) 埋弧焊的特點(diǎn) 埋弧焊的優(yōu)點(diǎn) （ 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(yīng)提高。 （ 2）焊接質(zhì)量好 由于埋弧焊時(shí)電弧及熔池均處在焊劑和熔渣的保護(hù)之中，保護(hù)效果比焊條電弧焊好。 （ 3）焊接成本低 埋弧焊時(shí)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。 埋弧焊的缺點(diǎn) （ 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。 （ 3）不適合焊接薄板和短焊縫 當(dāng)焊接電流小于 100A 時(shí)電弧穩(wěn)定性不好，故不適合焊接太薄的焊件。 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(nèi)部結(jié)構(gòu)采用焊條電弧焊，外部的長焊縫和大圓焊縫采用埋弧焊。此外還應(yīng)該根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)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(shí)通過實(shí)驗(yàn)確定。 焊條電弧焊的焊材選擇 根據(jù)母材的成分和性能，應(yīng)選擇接近于 14CrMoVB鋼的國產(chǎn)焊條 J857，其結(jié)構(gòu)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(shí)考慮接頭的形式、施焊位置和焊接層數(shù)的因素。 表 42 焊條直徑與焊件厚度間的關(guān)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）/％ ~5 ~5 ~ ~ ~ ~0 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 21 / 48 結(jié)論，應(yīng)選擇 直徑為 6mm的 J857焊條。對(duì)于一定直徑的焊條有一個(gè)合適的焊接電流范圍，可以參考表 43。此范圍內(nèi)的電流焊接時(shí)電弧穩(wěn)定，焊縫成形性好且不易出現(xiàn)夾渣 等焊接缺陷。 （ 3）焊接電流的種類