焊接技术及自动化专业课程设计.doc

焊接技术及自动化专业课 程 设 计课 题 ： 16MnR液氨贮槽，其直径2.0m，长度4600mm，板厚16mm。制定其A、B类焊缝的焊接工艺规程。课 程 设 计 评 阅 书题 目： 16MnR液氨贮槽，其直径2.0m，长度4600mm，板厚16mm。制定其A、B类焊缝的焊接工艺规程。指导教师：周桂芬 指导教师评语： 签名： 年 月 日课程设计(论文)综合评定成绩为： 指导老师(签字)： 年 月 日课 程 业 设 计 内 容计：封 面 1 张说明书(论文) 1 页 表 格 张 插 图 3 幅附 设 计 图 张完成日期 2012年03月29日金属材料焊接课程设计任务书机电工程系一、设计课题名称: _二、指导教师: _ 三、设计要求（1）、根据所给定的焊接结构所用材料，分析其焊接性，选择合适的焊接方法(至少用两种或两种以上的焊接方法），确定合适的焊接工艺参数。制定合理高效经济的焊接工艺方案。（2）、各焊接接头焊接工艺卡的编制。（3）、说明书要求格式完整、内容精简、书写清楚、所有设计内容不得抄袭与复印。四、设计依据 n 被焊材料n 材料的规格n 焊接结构五、参考资料（1）熔焊原理及金属材料焊接英若采主编 机械工业出版社（2）焊接方法与设备雷世明主编 机械工业出版社（3）焊接手册机械工业出版社（4）金属材料手册机械工业出版社（5）焊接工艺评定国家机械局（6）压力器器化学工艺出版社六、设计内容及工作量1、设计内容根据被焊材料，分析其焊接性；确定其焊接方法(至少用两种或两种以上的焊接方法），分析其方法的可行性；确定焊接接头的形式，绘制其接头的坡口形式图及焊接接头的焊接顺序图；拟定焊接工艺过程；确定焊接工艺参数，包括焊前、焊后的处理、各焊接工艺参数；填写焊接工艺文件：焊接工艺卡；撰写设计说明书2、设计结果（1）焊接接头的坡口图、装配图、焊接顺序图 各一张（2）焊接工艺工艺规程一份（3）课程设计说明书 一份 3、设计进度序号工作阶段时间（一周）1调查研究、搜集和查阅资料5%2焊接接头的坡口图、装配图、焊接顺序图的绘制10%3焊接工艺规程制订60%5撰写课程设计说明书20%6整理课程设计5%七、说明书的格式和装订要求（一）课程设计封面（全系统一格式）（二）课程设计评阅书（全系统一格式）（四）课程设计任务书（指导教师下发）（六）目录（七）课程设计说明书（八）设计图纸（九）课程设计总结（十）参考资料八、课程设计课题审批表审批具体意见审查部门负责人意见专业负责人 时 间 年 月 日学术负责人 时 间 年 月 日目录Ä焊接结构课程设计任务书 Ä16MnR的焊接性分析Ä16MnR液氨贮槽的焊接方法及适用性Ä焊接接头坡口形式图及焊接接头的顺序Ä16MnR液氨贮槽的焊接工艺过程Ä焊接工艺参数Ä焊接工艺卡Ä设计说明书Ä设计总结一、16MnR的焊接性分析 16MnR的化学成分牌号化学成分（质量分数）CMnSiVMoNbNCrNiSP<16MnR<0.201.20-1.600.20-0.55-0.0300.035 16MnR的力学性能牌号钢板厚度/mm抗拉强度/MPa屈服点/MPa伸长率冷弯试验b=2a，180度 >16MnR6-16490-62031521待添加的隐藏文字内容3d=2a 总体来说，16MnR钢的焊接性是很好的，但是由于它是高强度的，其强度越高，越易产生淬硬相，从而影响其焊接性。在焊接时，主要会出现以下几方面问题： 3.1粗晶区脆化1）产生部位热影响区中被加热到1100 以上直至熔点以下的区域，即焊接热影响区的过热区。2）产生原因16MnR在焊接时，采用了过大的焊接线能量焊接，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而降低韧性；线能量过小时焊接，会因为粗晶区组织中马氏体比例的增大，降低了韧性。3）防止措施在焊接时，选用适当的线能量。3.2热应变脆化1）产生部位焊接接头熔合区及最高加热温度低于Ac1的亚临界热影响区。2）产生原因16MnR属于C-Mn系的低合金钢，这类钢自由氮含量较高，一般认为热应变脆化现象是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用引起的。一般易于在200-400最高加热温度范围的亚临界热影响区产生。3）防止措施加入能形成N化物的元素，退火处理，16MnR经600×1h退火处理后，脆性转变温度大幅提高。3.3裂纹1）冷裂纹正火钢由于含有少量的合金元素较多，淬硬倾向有所增加。强度级别及碳当量较低的正火钢，冷裂倾向还不大，但随正火钢碳当量及板厚的增加，其淬硬倾向也随之增大。采取控制线能量，降低含氢量、预热和及时后热等措施可以防止冷裂纹的产生。2）热裂纹正火钢焊接时热裂倾向一般比较小，但有时会在焊缝中出现热裂纹，这与正火钢C、S、P等有害元素含量偏多有关。减小母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝形状系数（即焊缝宽度与厚度之比），有利于防止焊缝金属的热裂纹。3）层状撕裂具有角接头或丁字接头的厚板焊接结构，在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状撕裂，合理选择层状撕裂敏感性小的钢材，改善接头形式以减轻钢板Z向所承受的应力应变，在满足客户使用要求的前提下，选用强度较低焊接材料或预堆焊低强焊缝；采用预热及降氢的措施，都有利于防止层状撕裂。二、16MnR液氨贮槽的焊接方法及适用性2.1焊接方法A焊条电弧焊 B埋弧焊2.2适用性A 焊条电弧焊的适用性热影响区小，易于保证焊接质量，适应各种焊接位与不同板厚工艺要求。但合金过度系数低，焊接时会使钛、硼或铝等元素烧损，易夹渣，跟换焊条焊接中断时，易引起焊接工艺参数的波动，从而影响焊接质量。焊条电弧焊设备简单、移动方便、电缆厂、焊把轻、操作灵活，适用于各种条件下的焊接。待焊接头装配要求低。可焊金属材料广。为了减少焊接变形，奥氏体不锈钢手工电弧焊的波些倾角和底部角度可相应小些。焊接16Mn低合金高强度钢一般不需要预热和后热，应控制各层层间温度以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出。B 埋弧焊的适用性 焊接生产效率高。这主要是因为埋弧焊是经过导电嘴将焊接电流导入焊丝的，与焊条电弧焊相比，导电的焊丝长度短，其表面无药皮包覆，不存在药皮成分受热分解的限制。埋弧焊使用的电流大，所以埋弧焊的电弧功率、熔透深度及焊丝的融化速度偶都相应增大。在特定条件下，可实现20mm以下钢板开I形坡口一次焊透。另外，由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧基本上没有热的辐射散失，金属飞溅也小，虽然用于熔化剂的热量消耗量较大，但总的热率仍然大大增加因此埋弧焊的焊接速度大大提高。 焊缝质量好。这首先是因为埋弧焊时电弧及熔池均处在焊剂与熔渣的保护之中。其次，焊剂的存在也使熔池金属凝 固速度减缓，液态金属与熔化的焊剂之间有较多的时间进行冶金反应，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性，焊缝化学成分稳定，表面成形美观，力学性能也好。此外，埋弧焊时，焊接参数可通过自动调节保护稳定，焊缝质量对焊工操作技术的依据程度亦可大大降低。 焊接成本低这首先是由于埋弧焊使用的焊接电流大，可使焊件获得较大的熔深，故埋弧焊时焊件可开I形坡口或开小角度坡口，因而既节约了因加工破口而消耗掉的焊件金属和加工工时，也减少了焊缝中焊丝的填充量。而且，由于焊接时金属飞溅极少，又没有焊接条头的损失，所以节约了填充金属。此外，埋弧焊的热量集中，热效率高，故在单位长度焊缝上所消耗的电能也大大减少。正因为如此，在使用埋弧焊焊接厚大焊件时，可获得较好的经济效益。 劳动条件好。由于埋弧焊实现了焊接过程的机械化，操作简便。另外，埋弧焊电弧是在焊剂层下燃烧，没有弧光的有害影响，放出的烟尘和有害气体也较少，所以焊工的劳动条件大为改善。三、焊接接头坡口形式图及焊接接头的顺序16MnR焊接坡口形式和焊接顺序焊接装配图四、16MnR液氨贮槽的焊接工艺过程焊条电弧焊1. 焊前准备： Q345钢可以采用气割或碳弧气刨下料和加工破口，切口可直接进行焊接。Q345钢可以顺利进行了冷弯和机械切割，由于屈服点比低碳钢高，冷压成形时间弹力较大，因此在冷弯、冷切和冷矫正时压力应选择大些。筒节的冷弯，当板厚与直径之比大于1/40时，成形后应进行600-650度的消除应力回火。以消除冷作硬化。2.焊接线能量的选择： 线能量的参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。低合金结构钢焊接时，线能量参数除要保证接头的熔透性和焊缝成型外，还要考虑其对接头性能的影响。焊接含碳量低的热轧钢以及含碳量偏下限的16Mn钢时，对焊接线能量没有严格的限制，但从提高过热区塑性和韧性考虑还是采用偏小线能量更为有利；当焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生，焊接时线能量应偏大些。3.预热、后热及热处理（1）预热：焊接低合金结构钢时，焊前预热时防止接头冷裂，改善接头组织性能，减小焊接应力的重要工艺措施。焊前预热的有利作用还在于：改变了焊接过程的热循环，降低焊接接头各区高温转变和低温转变温度区间的冷却速度，避免或减少了淬硬组织的形成；减少焊接区的温度梯度，降低了焊接接头的内应力，并使之较均匀地分布；扩大了焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响；延长了焊接区在100以上温度的停留时间，有利于氢从焊缝金属中逸出。预热温度的确定，随钢材碳当量、板厚、结构的拘束度的增加而增加，环境温度的升高而降低。（2）后热及热处理：后热是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150250温度范围内，并保持一段时间，这种工艺简称后热。其作用在于首先是降低了接头低温转变区的冷却速度，其效果比预热更显著，其次是延长了接头在100以上温度区间的停留时间，使焊缝金属中的氢有充分时间向外扩散。在寒风金属氢扩散阶段，从根本上消除了导致冷裂纹形成的力学因素。后热的温度和时间，取决于被焊钢的冷裂敏感性，焊接材料的含氢量和接头的拘束度。后热温度愈高，保温时间愈长，去氢效果愈明显。去氢处理是将焊件在焊后立即加热到300400温度并保温一段时间，可加速焊接接头氢的扩散逸出。氢的排除程度取决于加热温度和时间，温度高保温时间可短一些，温度低去氢时间就要加长。生产中消氢处理的温度为300400，消氢时间为12小时。消除应力处理是将焊件均匀地以一定的速度加热到AC1点以下足够高的温度，保温一段时间后随炉均匀地冷却到300400，最后将工件移到炉外空冷。低合金结构钢焊后消除应力处理的目的有以下几点：消除焊缝金属中的氢，提高焊接接头的抗裂性和韧性；降低焊接接头中的参与应力；改善焊缝及热影响区组织，使淬硬组织经受回火处理而提高接头各区的韧性；稳定了低合金耐热钢焊缝及热影响区的碳化物，提高了接头的高温持久强度；降低了焊缝及热影响区的硬度，易于切削加工焊条电弧焊焊接参数焊条电弧焊焊接参数坡口形式焊件厚度/mm第一层焊缝其他各层焊缝盖面焊缝焊条直径/mm焊接电流/A焊条直径/mm焊接电流/A焊条直径/焊接电流A Y型 16 3.2160-170 4180-210-3.2 -130-150 5220-280埋弧焊1 应用范围 目前主要用于焊接各种钢板结构。可焊接的钢种包括碳素结构钢，不锈钢，耐热钢及其复合钢材等。埋弧焊在造船，锅炉，化工容器，桥梁，起重机械及冶金机械制造业中应用最为广泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蚀合金或用于焊接镍基合金，铜合金也是较理想的。2 焊前准备 埋弧焊在焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的装配以及焊丝表面的清理、焊剂的烘干等。坡口加工坡口加工要求按GB 9861988执行，以保证焊缝根部不出现未焊透或夹渣，并减少填充金属量。坡口的加工可使用刨边机、机械化或半机械化气割机、碳弧气刨等。待焊部位的清理焊件清理主要是去除锈蚀、油污及水分，防止气孔的产生。一般用喷砂、喷丸方法或手工清除，必要时用火焰烘烤待焊部位。在焊前应将坡口及坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮、油污等清理干净。焊件的装配装配焊件时要保证间隙均匀，高低平整，错边量小，定位焊缝长度一般大于30mm，并且定位焊缝质量与主焊缝质量要求一致。必要时采用专用工装、卡具。对直缝焊件的装配，在焊缝两端要加装引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接头的始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面，而且还可除去引弧和收尾容易出现的缺陷。焊接材料的清理埋弧焊用的焊丝和焊剂对焊缝金属的成分、组织和性能影响极大。因此焊接前必须清除焊丝表面的氧化皮、铁锈及油污等。焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定的温度烘干待用。五、焊接工艺参数 手工电弧焊A、B类焊缝的各种焊接位置的焊接工艺规程 平焊焊接工艺规程焊接方法焊接位置预热温度层间温度清根方法消氢处理热处理焊条电弧焊平焊 -基层<250度，过渡层和复层<150度碳弧气刨 - -焊道焊接方法焊接型号焊材规格/mm电流/A 电压/V热输入/(Kj/cm) 1焊条电弧焊E5015Ø4.0107-11226-3015.2-20.2 2焊条电弧焊E5015Ø4.0180-19028-3220.2-26.13-4焊条电弧焊E5015Ø4.0180-19028-3220.2-26.15焊条电弧焊E309-16Ø4.0155-15832-3814.2-18.6 埋弧焊焊接参数采用直流反接，焊接试板厚为16mm，试验采用60°Y形破口，钝边2mm，间隙1mm。对焊接电流、电压等焊接参数进行了焊接试验，正面焊后，反面用碳弧气刨清根，再焊接一层。焊后依据GB1501998钢制压力容器等相关标准进行检验。其中b 490(MPa）弯曲角100°。X射线检验I级为合格。通过多次试验，优选出了如表所示的最佳焊接工艺参数，并经过实际生产中应用证明，所选用的焊材和焊接工艺是合理的。焊接工艺参数板厚/ mm焊接顺序焊丝直径d/mm焊接电流I/A电弧电压焊接速度v/ (cm·min) - 116正（里）4580-60031-3235-4016反（外）4620-65033-3435-40六、焊接工艺卡 湖南铁道职业技术学院焊接工艺卡产品编号产品图号零件件号共 页工艺评定号产品名称焊缝编号第 页材料牌号Q345材料规格16mm接头形式Y型焊接位置打底层焊接方法焊条电弧焊焊材牌号E5015焊材料烘干温度300-350焊工资格钨极类型/尺寸气体流量焊丝伸出 -清根方式碳弧气刨层间温度基层<250复层<150预热温度100-150层间温度基层<250复层<150焊 接 工 艺 参 数层次焊接方法焊接材料电源及极性电流（A）电压（V）焊接速度（cm/min）焊接线能量（J/cm）牌号（型号）规格1焊条电弧焊E5015Ø4.0直流反接107-11226-30 10-1515.2-20.22焊条电弧焊E5015Ø4.0直流反接140-17028-32 10-20 20.2-26.1 3焊条电弧焊E5015Ø4.0直流反接140-190 28-35 10-2220.2-26.14焊条电弧焊E5015Ø4.0直流反接140-18028-33 10-29 23-26.85埋弧焊 H08MnA Ø4.0 600-630 25-35 20-33 焊接坡口图、层次、顺序示意图： 技术要求及说明1.焊缝不得有裂纹,夹渣,气孔,焊瘤,焊穿等缺陷;2. 焊缝咬边深度<0.5mm,累计长度不超过焊缝总长的10%3.焊缝背面应用碳弧气刨做清根处理4.焊后焊缝磨平至与母材一样平,内凹不许超过母材厚度负差且应与母材平滑过渡5.清除层间或面层焊缝熔渣和飞溅编 制审 核湖南铁道职业技术学院焊接工艺卡产品编号产品图号零件件号共 页工艺评定号产品名称焊缝编号第 页材料牌号Q345材料规格厚16mm接头形式对接焊接位置盖面层焊接方法埋弧焊焊材牌号 H08MnA焊材料烘干温度 焊工资格钨极类型/尺寸气体 流量 焊丝伸出1 清根方式碳弧气刨层间温度 预热温度 层间温度 焊 接 工 艺 参 数层次焊接方法焊接材料电源及极性电流（A）电压（V）焊接速度（cm/min）焊接线能量（J/cm）牌号（型号）规格1焊条电弧焊E5015Ø4.0直流反接107-11226-30 15-50 15.2-20.22埋弧焊H08MnA Ø4.0600-620 36-38 25-35 3埋弧焊 H08MnAØ4.0 600-62036-38 25-35 4埋弧焊 H08MnA Ø4.0 600-620 36-38 25-35 5埋弧焊H08MnAØ4.0600-62036-3825-35焊接坡口图、层次、顺序示意图: 技术要求及说明1.焊缝不得有裂纹,夹渣,气孔,焊瘤,焊穿等缺陷2. 焊缝咬边深度<0.5mm,累计长度不超过焊缝总长的10%3. 焊缝背面应用碳弧气刨做清根处理4. 焊后焊缝磨平至与母材一样平,内凹不许超过母材厚度负差且应与母材平滑过渡5. 清除层间或面层焊缝熔渣和飞溅编 制审 核七 设计说明书液氨贮槽的焊前准备工作包括坡口的制备和清理、焊材的烘干、工件的预热、焊接设备的准备、组对定位等工作，焊前准备是否充分，直接影响到压力容器的焊接质量。 1焊接坡口的选用应根据所采用的焊接方法进行选择，在有利于焊透，避免产生焊接裂纹、夹渣、未焊透等缺陷为前提，尽量采用小坡口、对称焊，减少焊缝的填充金属减少焊接残余应力，减少焊后的焊接变形，并考虑焊工方便，改善焊工劳动条件。 2焊接坡口加工完成后应进行检验，对影响焊接质量的局部缺陷应予修整，发现有裂纹、气孔、分层、夹渣等缺陷的应清除干净。 3焊前应将焊接区表面两侧各20mm和坡口内的水、油、锈、污物、氧化皮等用丙酮清除干净。 4焊丝需作去油、除锈处理，焊条和焊剂按规定进行烘干和保温，焊剂除按技术要求烘干外还需作粗细二道筛子筛去过大过细的焊渣及焊屑后方能使用，碱性焊条领用必须用保温筒。 5需要预热及焊后热处理产品,焊前应准备好预热及焊后热处理装置和焊后保温缓冷用品。采用局部预热时，应防止局部应力过大，预热的范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍，且不小于100mm。需预热的焊件在整个焊接过程中不低于预热热温度。 6焊接设备及辅助设备等应处于正常工作状态，安全可靠，仪表等显示准确。 7组对时，坡口间隙、错边量、棱角度等应符合规定。点固焊应避免强行组装，减少焊接裂纹，焊接残余应力和焊后变形。 8焊前进行点固焊时必须使用与产品焊缝相同牌号的焊条和相应的工艺参数进行施焊，以保证质量。点固焊要求狭而细长的焊道，既能保证点焊强度，又要能被焊接时的焊道所覆盖，保证焊缝成型美观。点焊长度一般为2030mm，间距200300mm。管状接头可按对称、均布的原则进行点固。 9点固焊应在焊接坡内引燃电弧，严禁乱打弧，避免工件表面损伤和应力集中，必要时可用引弧板起弧。自动埋弧焊在纵焊缝的两端应点装引弧板、熄弧板，并保证强度。10焊接的坡口形式和基本尺寸以及装配公差必须符合产品图纸要求及技术工艺文件的规定，不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。八设计总结为期一周的课程设计已经进入了收尾阶段。我在和同组同学的奋斗中，充实地渡过了这忙碌的时光。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解，也学会了如何去解决一件事情。 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关焊接方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过这次设计，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵我觉得作为一名焊接专业的学生，这次课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂得并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始琢磨它。课程设计这样集体的任务光靠团队里的一个人或几个人是不可能完成好的，合作的原则就是要利益均沾，责任公担。如果让任务交给一个人，那样既增加了他的压力，也增大了完成任务的风险，降低了工作的效率。所以在集体工作中，团结是必备因素，要团结就是要让我们在合作的过程中：真诚，自然，微笑；说礼貌用语；不斤斤计较；多讨论，少争论，会谅解对方；对他人主动打招呼；会征求同学的意见，会关心同学，会主动认错，找出共同点；会接受帮助，信守诺言，尊重别人，保持自己的特色。课程设计结束了，但我们一起奋斗的精神和这份宝贵的经历将会成为人生道路上一道亮丽的风景线。