100立方储气罐的焊接工艺制定.doc

安徽机电职业技术学院
金属材料焊接工艺制定与评定 课程设计

说 明 书

系 （部）： 机械工程系
班 级：
姓 名：
指导教师：

201 1 ~ 201 2 学年第 一 学期
焊接工艺课程设计任务书

题 目：100立方储气罐的焊接工艺制定
材 料：Q345R 板厚16mm
焊接方法：CO2气体保护焊
要求：
1、选择焊接材料
2、按设计格式编写Q345板对焊接头的焊接接工艺指导书
3、编制焊接工艺评定的检验要求，包括表面检查、无损探伤、试验结果等及要求
4、编写焊接工艺评定报告
5、制定焊接工艺规程
6、一周完成

学生： 班级： 指导教师：

2011.11.3

100立方储气罐的焊接工艺制定

材料选择
焊接材料的选择应根据母材的成分及力学性能来确定，通常采用“高组配”或“等强度”原则，压力容器应用广泛，服役条件复杂，对焊接接头质量要求较高，因此，应合理的选择焊材，确保焊接接头的质量。查表得，母材的化学成份及力学性能如下表1、2。

表1 Q345R化学成分
牌号
化学成分（质量分数）（%）
Q345R
Mn
Si
Ca
C
S
P
O2
CE
≤
1.2～1.35
0.2～0.6
0.0015～0.003
0.2
0.004
0.0015
0.0025
0.043

表2 Q345R的力学性能
钢板公称厚度/mm
抗拉强度R/(N/㎡)
屈服强度R/(N/㎡)
伸长率A/%
温度/℃
冲击吸收能量KV2/J
180°弯曲试验 弯曲直径（b≥35mm）
3-16
510-640
≥345
≥21
0
≥34
d=2a
>16-36
500-630
≥325
≥21
0
≥34
d=3a
>36-60
490-620
≥315
≥21
0
≥34
d=3a
>60-100
490-620
≥305
≥20
0
≥34
d=3a
>100-150
480-610
≥285
≥20
0
≥34
d=3a
>150-200
470-600
≥265
≥20
0
≥34
d=3a
由上表可以确定CO2焊丝型号为：ER50-6（H08Mn2SiA），焊条型号为：E5015（J507）二氧化碳气体纯度大于99.8%，含水量小于0.005%。

焊接工艺指导书 表（一）
单位名称 安徽机电职业技术学院
焊接工艺指导书编号 WPS-1 日期 2011/11/9 焊接工艺评定报告编号 PQR-01
焊接方法 二氧化碳气体保护焊 机械换程度（手工、半自动、自动） 半自动

焊接接头： 对接接头 （长度>=200mm 无钝边 坡口间隙3~6） 简图：（接头形式、坡口形式与尺寸、焊层、焊道布置及顺寻）
破口形式： V型 （单边30o ）
衬垫（材料及规格）： 无
其他： 反变形量3º~4º

母材：Q345R
类别号 I 组别号 I-1 与类别号 I 组别号 I-1 相焊及标准号 JB 4708 钢号 Q345R 与标准号 JB 4708 钢号 Q345R 相焊
厚度范围：
母材：对接焊缝 筒体纵焊缝、环焊缝 角焊缝 /
管子直径、壁厚范围：对接焊缝 Φ3200mm 角焊缝 /
焊缝金属厚度范围：对接焊缝 17~18mm 角焊缝 /
其他

焊接材料：ER50-6 H08Mn2SiA
材料类别
I

材料标准
JB4708

填充金属尺寸
17~18mm

材料型号
ER50-6

焊材牌号（钢号）
H08Mn2SiA

其他

耐蚀堆焊金属化学成分（%）
C
Si
P
Cr
S
Ni
Mo
V
Ti
Mn
Nb
0.06~0.15
0.80~1.15
≤0.025

≤0.025
≤0.05

≤0.10
≤0.12
1.40~1.85

其他：

表（一） （完） 续
焊接位置：
对接焊缝的位置 平焊
焊接方向：(向上、向下) 向下
角焊缝位置 /
焊接方向：（向上、向下） /

焊后热处理：
温度范围（oC） 600—635 oC
保温时间（h） 4-10
预热：
预热温度（oC）(允许最低值) 120-260
层间温度（oC）（允许最高值） 300
加热方式 氧乙炔
气体：
气体混合种类 混合比 流量（L/min）
保 护 气 CO 2 / 10~20
尾部保护气 /
背面保护气 /
电特性：
电流种类： 直流 极性： 直流反接
焊接电流范围（A）： 210~260 电弧电压（V）： 20~26

（按所焊位置和厚度，分别列出电流和电压范围，记入表格）
焊道/焊层
焊接方法
填充材料
焊接电流
电弧电压
（V）
焊接速度（cm/min）
线能量（Kj/cm）
牌号
直径
极性
电流
打底焊
二氧化碳保护焊
H08Mn2SiA
Φ1.2
反接
210~230
20~23
16-18
300-340
填充焊
二氧化碳保护焊
H08Mn2SiA
Φ1.2
反接
230~260
24~26
14-16
390-440
盖面焊
二氧化碳保护焊
H08Mn2SiA
Φ1.2
反接
230~260
24~26
14-16
390-440

钨及类型及直径 / 喷嘴及直径（mm）： /
熔滴过渡形式 短路过渡 焊丝送进速度（m/min）: 0.15

技术措施：
摆动焊或不摆动焊： 摆动 摆动参数： 2º ~3º
焊前清理和层间温度： 150~300 oC 背面清根方法： 碳弧气刨
单道焊或多单焊（每面）： 单道焊 单丝焊或多丝焊： 单丝焊
导电嘴至工件距离： 10~20mm 锤击： 敲击
其他：

编制

日期

审核

日期

批准

日期

工艺评定报告 表（二）
单位名称： 安徽机电职业技术学院
焊接工艺评定报告编号： PQR-01 焊接工艺指导书编号WPS-1
焊接方法： 二氧化碳气体保护焊 机械化程度：（手工、半自动、自动） 半自动

接头简图：（破口形式、尺寸、衬垫、每种焊接方法或焊接工艺、焊缝金属厚度）

焊接接头： 对接接头 （长度>=200mm 有或无钝边 坡口间隙1~2） 简图：（接头形式、坡口形式与尺寸、焊层、焊道布置及顺寻）
破口形式： V型 （单边30o ）
衬垫（材料及规格）： 无
其他： 反变形量3º~4º

母材：Q345R
材料标准： JB4708
钢号： Q345R
类、组别号： I 与类、组别号： I 相焊厚度： 16mm
直径： Φ3200mm
其他：

焊后热处理：
热处理温度（oC）： 610~635 oC
保温时间（h）： 4~10
气体：
气体混合种类 混合比 流量（L/min）
保 护 气 CO2 / 10~15
尾部保护气 / / /
背面保护气 / / /
填充金属：
焊材标准： JB4709
焊材牌号： H08Mn2SiA
焊材规格： Φ1.2
焊缝金属厚度： 17~18mm
其他：

电特性：
电流种类： 直流
极性： 反接
钨极尺寸： /
焊接电流（A）： /
电弧电压（V）： /
其他：
焊接位置：
对接焊缝位置： 向下 方向：（向上、向下）
角焊缝位置： 向下 方向：（向上、向下）
技术错数：
焊接速度（cm/min）： 6~12
摆动焊或不摆动焊： 摆动焊
摆动参数： 2º ~3º
单道焊或多单焊（每面）： 单道焊
单丝焊或多丝焊： 单丝焊
其他：

预热：
预热温度（oC）： 150~300 oC
层间温度（oC）： 450 oC

（续）
拉伸试验编号： 2011B-D0022 实验报告编号： 2011B-D0022

试样编号
试样宽度（mm）
试样厚度（mm）
横断面积（cm2）
断裂载荷（kN）
抗拉强度（MPa）
断裂部位和特征
Ⅱ-10
25
16
25X16

510-640

Ⅱ-11
24
16
24X16

510-640

Ⅱ-12
26
16
26X16

510-640

弯曲试验 实验报告编号： Ⅱ
试验编号
试样类型
试样厚度（mm）
弯心直径（mm）
弯曲角度（o）
实验结果

Ⅱ-20
面弯
16
40
180
合格

Ⅱ-21
背弯
16
40
180
合格

Ⅱ-22
侧弯
16
40
180
合格

冲击试验 实验报告编号： Ⅱ
试样编号
试样尺寸
缺口位置
试验温度（oC）
冲击吸收功（J）
缺口类型
备 注
Ⅱ-40
10x10x25
焊缝区
25
≥34
V

Ⅱ-41
10x10x25
焊缝区
25
≥34
V

Ⅱ-42
10x10x25
焊缝区
25
≥34
V

Ⅱ-43
10x10x25
热影响区
25
≥34
V

Ⅱ-44
10x10x25
热影响区
25
≥34
V

Ⅱ-45
10x10x25
热影响区
25
≥34
V

Ⅱ-46
10x10x25
熔合区
25
≥34
V

Ⅱ-47
10x10x25
熔合区
25
≥34
V

Ⅱ-48
10x10x25
熔合区
25
≥34
V

检验要求
根据钢制压力容器焊接焊接规程要求：
1、低碳钢板对接平焊CO2焊焊缝的外观要成形良好，无尺寸不符合要求的缺陷，无咬边、未融合、未焊透等缺陷。
2、无损探伤试验的方法及合格标准应按照国标要求进行，法兰与筒体的焊接做渗透探伤，筒体的纵横焊缝做射线探伤，焊缝级别应达到一级。
3、探伤后须做力学性能试验，焊缝抗拉强度值为720Mpa,冲击吸收功为45J，常温下，180度弯曲实验结果合格，最后并对试验结果进行记录。

焊接工艺
一、焊接参数的选择
查资料选出焊接的参数，见下表3。
表3 Q345R CO2焊对接焊缝焊接参数
焊接层次
CO2气流量(L/min)
焊丝直径（mm）
焊接电流（A）
电弧电压（V）
极性
1
10～15
1.2
210～230
20～23
直流反接
2
10～15
1.2
230～260
24～26
直流反接
3
10～15
1.2
230～260
24～26
直流反接

二、焊前准备
1、坡口的选择与制备 根据母材的材质与厚度确定，应开Y形坡口，钝边高度0.5～1mm，坡口的角度为60°±2°如下图1。

图1 坡口形式及钝边

2、焊件的清理 将坡口正反两面20mm范围内的铁锈和油污清理干净，并且打磨，使之露出金属光泽。
3、装配尺寸应符合图样及工艺文件要求，避免强行装配，装配后应经检验合格后方可施焊。
4、焊接操作人员应严格按照工艺文件规定的工艺参数进行焊接。
5、定位焊、焊接应由持有相应相位的持证焊工焊接。
三、焊接
1、筒壳及底板、盖板、法兰使用手工电弧焊焊接,焊接参数如下表4。
表4 部分零件手工电弧焊焊接规范
焊条牌号
E5015（J507）
焊条规格（mm）
φ2.5
φ3.2
φ4.0
电源极性
直流反接
电流（A）
50～80
90～120
140～170

2、多层多道焊接时，层间焊渣要清理干净，清渣后检验焊缝，如有缺陷必须清除后才能进行下一层焊接。
3、要求全焊透的对接焊缝，一侧焊完后，另一侧清根后焊接，14mm厚板应采用碳弧气刨清根，薄板使用砂轮机即可。
4、尽量采用交错焊接，以减小焊接变形。
四、注意事项
1、清理填充焊焊道及坡口上的飞溅、焊渣、打磨掉焊道上局部凸出的焊瘤。
2、盖面焊时摆动幅度较填充焊时稍大，不能使焊缝余高过大，一般不超过3mm为宜。
3、一定要防止气孔、烧穿、未熔合、飞溅大、焊缝形状不规则、电弧不稳等现象。
4、使用手工电弧焊时必须对焊条进行烘干处理，烘干温度为300℃～400℃。
五、焊后检验
1、低碳钢板对接平焊CO2焊焊缝的外观要成形良好，无尺寸不符合要求的缺陷，无咬边、未融合、未焊透等缺陷。
2、无损探伤试验的方法及合格标准应按照国标要求进行，法兰与筒体的焊接做渗透探伤，筒体的纵横焊缝做射线探伤，焊缝级别应达到一级。
3、探伤后须做力学性能试验及致密性实验，最后并对试验结果进行记录。

100立方储气罐焊接工艺
序号
焊缝编号
焊缝名称
焊接方法
工艺卡编号
母材1牌号及规格
母材2牌号及规格
1
A1、A2 、A6
法兰与筒体对接环焊缝
手工电弧焊
01-2
Q345R δ16
Q345R δ20
2
A4、A5
封头与筒体、筒体与筒体对接环焊缝
二氧化碳气体保护焊
01-1
Q345R δ16
Q345R δ16
3
A3
筒体拼接纵焊缝
二氧化碳气体保护焊
01-1
Q345R δ16
Q345R δ16

工艺卡片1
产品名称
100立方储气罐
产品编号号
A2、A4 、A5
零部件名称
筒体对接与拼接
母材
Q345R
规格
筒壁
16mm
焊缝位置
筒体的纵缝和对接环焊缝
筒壁
16mm
层次
焊接方法
焊 接 材 料
电源及极性
电流/A
电压/V
气体流量/(L·min-1)
牌号
规格
1
GMAW
H08Mn2Si
Ф1.2
直流反接
210～230
20～23
10～15
2
GMAW
H08Mn2Si
Ф1.2
直流反接
230～260
24～26
10～15
3
GMAW
H08Mn2Si
Ф1.2
直流反接
230～260
24～26
10～15

焊接层次：三层均用二保焊焊接
坡口角度：60°

技术要求及说明：
1.清除坡口两侧内外表面20mm范围的油污、锈蚀、尘土且应露出金属光泽；
2.采用平面对接式装配；
3.直接采用二氧化碳气体保护焊焊接。
4.注意控制层间温度。

工艺卡片2
产品名称
100立方储气罐
产品编号号
A1、A2 、A6
零部件名称
法兰与筒体
母材
Q345R
规格
筒壁
16mm
焊缝位置
法兰与筒体对接环焊缝
法兰
20mm
层次
焊接方法
焊 接 材 料
电源及极性
电流/A
电压/V
气体流量/(L·min-1)
牌号
规格
1
SMAW
J507
Ф3.2
直流反接
90~120
14~23
——
2
SMAW
J507
Ф4
直流反接
140~170
16~25
——

焊接层次：两层均用焊条电弧焊焊接
焊角高度：8mm

技术要求及说明：
1.清除坡口两侧内外表面20mm范围的油污、锈蚀、尘土且应露出金属光泽；
2.采用角焊缝插入式装配；
3.直接采用焊条电弧焊焊接。

八、参考文献
1、雷世明主编．焊接方法及设备雷．北京：机械工业出版社，2002
2、刘云龙主编. 焊工技师手册. 北京：机械工业出版社，2005
3、中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册. 北京：机械工业出版社，2008
4、焊接工艺与评定. 北京：机械工业出版社，2002
5、金属学与热处理. 哈尔滨工业大学出版社，2006

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