压力容器焊接知识教材课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,压力容器制造焊接基础知识,山东省安泰化工压力容器检验中心济南市历下区解放东路,173,号田 洪 成,一、压力容器制造工艺简介,压力容器筒体一般有三种加工制造型式：,钢管（小直径）,锻造（厚壁、超高压容器）,卷焊,一、压力容器制造工艺简介,1,、材料验收入库：金属结构材料、焊材、辅助材料,2,、材料的发放：核对领用单内容和材料标记，确认材料牌号、规格无误,3,、下料与坡口制备：标记移植：钢印、油漆书写、挂标签等。下料方法：机械剪切、手工热切割、机械热切割。坡口加工：机械加工（刨边机、铣边机、龙门刨床）、热切割加工,4,、成型加工：冲压、卷制、旋压,5,、装配与焊接：是决定产品最终质量的关键性工序（焊接工艺规程、培训考核合格的焊工是关键）,6,、焊后热处理,7,、总体质量验收检查：几何尺寸、外观质量、无损检测、焊接试板的试验和检查、整体结构的耐压检查,一、压力容器制造工艺简介,大型和重型制造工艺与技术简介,锻焊式容器,:,加氢反应器、核电站的压力壳、人造水晶反应釜等。,板焊式容器：尿素合成塔、氨合成塔等。,一、压力容器制造工艺简介,二、焊接概论,材料的连接方法,常用连接方法简介,焊接,焊接的定义及本质,焊接的特点,主要焊接方法分类,焊接发展概况,焊接技术的应用,焊接技术的发展趋势,材料的连接方法,材料的连接可分为两类：,可拆式连接：螺纹联接、摩擦联接,不可拆式连接：焊接、粘接、铆接,粘结,用胶粘剂把两个零件连接在一起，并使接合处有足够强度的连接工艺。,粘接的的特点：, 可用于多种不同形状的接头和各种不同材料（如各种金属、非金属以及金属与非金属）的连接。, 可实现大面积连接。接头的应力分布较均匀，耐疲劳性能好。, 接头的密封性能好，并具有耐腐蚀和绝缘等性能。, 工艺简便，无焊接的高温，又无螺纹连接和铆接所需的多种机械紧固件（如螺钉、螺母、垫圈、销钉等），生产率高。,粘接的不足之处：, 粘接接头的强度不及焊接接头高。, 接头的耐热性较低,(,一般在,300,以下,),。, 使用中胶粘层易发生老化，接头强度性能不稳定，影响结构使用寿命,铆接,采用铆钉将两个零件连接成一个整体的连接工艺。,1),特点, 一般不需对接头加热，可保持材料原有的组织和性能，无热应力和变形等问题。, 可以对同种材料或导种材料进行连接。,2),铆接的缺点, 铆接通常要加垫板，铆钉等附件，增加结构自重和钻孔、加工等工序；, 接头处截面增加，易形成较大的应力集中；, 较难实现接头的密封性连接。,螺纹连接,利用螺纹压紧力将分离的零件连接成一个整体的方法,特点, 具有可拆御性；, 连接强度根据需要可在较大范围内调整。,螺纹连接是各种机械、仪器、仪表中应用最广泛的可拆卸连接方法。,焊接,焊接是利用加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。,金属焊接的本质,原子之间距离（晶格）非常小,形成牢固的结合力,金属焊接的困难,表面粗糙度和表面存在的氧化膜及其它污染物，阻碍不同构件表面金属原子之间接近到晶格距离并形成结合力。,焊接过程的本质,通过适当的物理化学过程克服上述困难，使两个分离的固态物体表面的原子接近到晶格距离（即,0.3-0.5nm,） ，产生原子（或分子）间结合而连接成一体的加工方法,。,焊接的特点,优点：,焊接结构产品的质量轻，生产成本低。,整体性好，具有良好的气密性、水密性,投资少、见效快,适用于几何尺寸大而材料较分散的制品,简化金属结构的加工工艺，缩短加工周期,不足：, 结构无可拆性。, 焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比发生变化，产生焊接残余应力和焊接变形。, 焊接缺陷的隐蔽性，易导致焊接结构的意外破坏。,焊接的分类,熔化焊,将焊件接头加热至熔化状态，然后冷却结晶成一体的方法。熔化焊最容易实现原子结合，是金属焊接的最主要方法。,固相焊接,利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服表面不平度，除去氧化膜及其它污染物，使两个连接表面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接。,钎焊,采用熔点低于焊件,(,母材,),的钎料与焊件一起加热，使钎料熔化,(,焊件不熔化,),后，依靠钎料的流动充填接头预留空隙中，并与固态的母材相互扩散、溶解，冷却后实现焊接的方法。,焊接发展概况,公元前,3000,多年埃及出现了锻焊技术。,公元前,2000,多年中国的殷朝采用铸焊制造兵器。,公元前,200,年前，中国已经掌握了青铜的钎焊及铁器的锻焊工艺。,1801,年：英国,H.Davy,发现电弧。,1881,年：法国人,De,Meritens,发明了最早期的碳弧焊机。,1888,年：俄罗斯人,H.C,发明金属极电弧焊。,18891890,年：美国人,C. L. Coffin,首次使用光焊丝作电极进行了电弧焊接。,1890,年：英国人,Brown,第一次使用氧加燃气切割进行了抢劫银行的尝试。,1900,年：英国人,Strohmyer,发明了薄皮涂料焊条。,1907,年,10,月 瑞典人,O.,Kjellberg,完善了焊条,1930,年：前苏联罗比诺夫发明埋弧焊。,1956,年：前苏联楚迪克夫发明了摩擦焊技术。,1957,年：法国施吉尔发明电子束焊。,1957,年：前苏联卡扎克夫发明扩散焊。,1990,年左右：逆变技术得到了长足的发展，其结果使得焊接设备的重量和尺寸大大的下降。,1991,年：英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊，成功的焊接了铝合金平板。,1996,年：以乌克兰巴顿焊接研所,B.K.Lebegev,院士为首的三十多人的研制小组，研究开发了人体组织的焊接技术。,焊接技术的应用,桥梁建造,飞机制造,航空航天,汽车制造,舰船制造,房屋建造,石油石化,焊接技术的发展趋势,提高生产率,多丝多弧焊接新工艺,高效双弧,TIG,焊,双丝,MAG,焊,提高准备工序及焊接过程的机械化、自动化、智能化水平,热源的应用和开发,节能降耗,智能球罐全位置焊接机器人,管道焊接机器人,三、焊接方法与设备,手工焊条电弧焊,埋弧自动焊,气体保护电弧焊,钨极氩弧焊,熔化极氩弧焊,CO,2,气体保护焊,-,手工焊条电弧焊,优点,操作灵活，可达性好,设备简单，使用方便,应用范围广,缺点,焊接质量不够稳定,劳动条件差,生产效率低,手工焊条电弧焊,常用接头形式,对接接头,搭接接头,角接接头,形接头,焊缝的空间位置,平焊,立焊,横焊,仰焊,全位置焊,手工焊条电弧焊,、手工电弧焊设备：交流、直流电焊机（旋转式和硅整流式）。焊接重要结构时，通常选用低氢焊条以保证质量，一般要求用直流反接电源。,、手工电弧焊焊接规范：电流、电压、焊条直径、焊接速度、焊接层数,埋弧自动焊,埋弧自动焊,优点,生产效率高,焊接质量好,节省金属和电能,在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法,劳动条件好,缺点,主要适用于水平位置焊缝焊接,难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金,只适于长焊缝的焊接,不适合焊接薄板,不能直接观察电弧和坡口的对中，容易焊偏,埋弧自动焊,埋弧自动焊工艺,焊前准备,接头形式和坡口加工,焊前清理,装配,埋弧焊工艺,平板双面对焊,悬空焊,焊剂垫法,临时工艺垫板法,手弧焊封底法,单面焊双面成形,角焊缝,焊剂垫结构原理,1-,焊件；,2-,焊剂；,3-,橡皮帆布；,4-,橡皮帆布软管,临时垫双面焊,(a),薄钢带垫；,(b),石棉绳垫；,(c),石棉板垫,气体保护电弧焊,优点,与手弧焊 、埋弧焊相比：,不采用药皮焊条，容易实现自动化、半自动化提高生产率,热量集中，热影响区小，焊接变形小,明弧焊，电弧和熔池的加热熔化情况清晰可见，便于操作和控制,焊缝表面没有渣，厚件多层焊时可节省大量的层间清渣工作，生产率高、产生夹渣等焊缝缺陷的可能性少,容易实现全位置焊接,焊接质量高,适用范围广,类型,熔化极,MIG,、,MAG,、,CO,2,气保焊,非熔化极,TIG,、,PAW,钨极氩弧焊,特点,钨极不熔化,适用于焊接厚度为,6mm,以下的薄板或打底焊,一般不采用直流反接,焊接铝、镁及其合金时，则采用交流电源或直流反接,熔深浅，生产率低,熔化极氩弧焊,原理,熔化极氩弧焊,特点,几乎可焊接所有金属，尤其适合铝、铜及其合金以及不锈钢等材料,焊接时几乎没有氧化烧损，只有少量的蒸发损失，冶金过程比较简单,劳动生产率高,MIG,焊可直流反接，焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用,成本比,TIG,焊低,有可能取代,TIG,焊,MIG,焊焊接铝及铝合金时，可以采取亚射流熔滴过渡方式提高接头质量,对焊丝及母材表面的油污、铁锈等较为敏感，容易产生气孔,CO,2,气体保护焊,CO,2,气体保护焊,CO,2,气体保护焊的特点,优点,生产效率高，节省能源,焊接成本低,适用范围广,焊缝质量高,焊后不用清渣，又是明弧，便于监视和控制。,焊接变形小,缺点,飞溅大，焊缝成形差,电弧气氛具有较强的氧化性，必须采取含有脱氧剂的焊丝,CO,2,气体保护焊需要克服的问题,氧化碳问题,气孔问题,飞溅问题,常用焊接方法的特点及应用范围,焊接方法,可焊材料,适宜板厚,（,mm,）,焊缝,位置,热影响区及,焊接变形,经济生产批量,生产率,气焊,多,0,5,3,全,大,单件、小批,低,手工电弧焊,多,3,0,20,全,较小,单件、小批,较低,埋弧自动焊,多,4,0,60,平,小,成批、大量,高,CO,2,保护焊,少,0,8,25,全,小,成批、大量,较高,氩弧焊,较多,TIG,：,0.5,4.0,MIG,：,3,20,全,小,批量不限,较高,等离子弧焊,多,2,10,全,小,批量不限,高,焊接材料,焊条,焊条的组成,焊芯,作为电极，传导焊接电流，产生电弧,作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属,添加合金元素,药皮,改善焊接工艺性能,易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观；,机械保护作用气保护和渣保护,冶金处理作用去除有害杂质（如,O.H.S.P,等），添加有益元素,国 标,部 标,型号（按化学成分分类）,牌号（按用途分类）,国家标准号,名称,代号,类别,名 称,代号,字母,汉字,GB5117-1985,碳钢焊条,E,一,结构钢焊条,J,结,GB5118-1985,低合金钢焊条,E,一,结构钢焊条,J,结,二,钼和铬钼耐热钢焊条,R,热,三,低温钢焊条,W,温,GB983-1985,不锈钢焊条,E,四,不锈钢焊条,G,铬,A,奥,GB984-1985,堆焊焊条,ED,五,堆焊焊条,D,堆,GB10044-1988,铸铁焊条,EZ,六,铸铁焊条,Z,铸,七,镍及镍合金焊条,Ni,镍,GB3670-1983,铜及铜合金焊条条,Tcu,八,铜及铜合金焊条,T,铜,GB3669-1983,铝及铝合金焊条,TAL,九,铝及铝合金焊条,L,铝,十,特殊用途焊条,TS,特,四、焊接材料,焊条的选用原则,总原则：尽可能使接头的使用性能与母材保持一致,根据母材的物理、机械性能和化学成分,根据母材工作条件和使用要求,根据焊接结构的特点,根据焊接现场设备条件,根据劳动条件和生产效益,焊接材料,焊剂,分类,焊接材料,焊丝,实芯焊丝,药芯焊丝,药芯焊丝的特点：,既有熔渣的保护和冶金作用，又能实现自动化焊接,生产效率高，飞溅少、焊缝成形美观、调节焊缝合金成分方便,和实芯焊丝相比，药芯焊丝也有烟尘量高的缺点,焊接材料,保护气体,焊接用保护气体及适用范围,被焊材料,保护气体,混合比,化学性质,焊接方法,附,注,碳,钢,及,低,合,金,钢,Ar,O,2,加,O,2,1,5%,或,20%,氧化性,熔化极,用于射流电弧、对焊缝要求较高的场合,Ar,CO,2,Ar/CO,2,70,80/30,20,氧化性,熔化极,有良好的熔深，可用于短路、射流及脉冲电弧,Ar,O,2,CO,2,Ar/CO,2,/O,2,80/15/5,氧化性,熔化极,有较佳的熔深，可用于射流、脉冲及短路电弧,CO,2,氧化性,熔化极,适于短路电弧，有一定飞溅,CO,2,O,2,加,20,25% O,2,氧化性,熔化极,用于射流及短路电弧,五、焊接应力与变形,焊接应力和变形产生的原因,焊接残余变形,焊接残余变形的类型和产生原因,预防焊接变形的措施,矫正焊接变形的方法,焊接残余应力,焊接残余应力对结构的危害性,减小焊接残余应力的措施,消除残余应力的方法,几个基本概念,内应力,在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力。,残余应力,当产生应力的各种因素的作用不复存在时，由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力,温度应力（热应力）,由于构件受热不均引起的应力。,组织应力,是金属发生固态相变所产生的应力。,几个基本概念,焊接瞬时应力和瞬时变形,由于热源作用的集中性与瞬时性，使焊件局部受热不均匀而产生的内应力和变形，是暂时存在于焊件中的,焊接残余应力和残余变形,焊后冷却至室温残存于焊件中的内应力与变形,通常所说的焊接应力与变形就是指焊接残余应力和残余变形,金属杆件的变形,焊接应力和变形产生的原因,加热时，纵向应力是塑性区以外的中部区域受压，两侧受拉,同时板端向外伸长,e,随后冷却至室温，应力分布如下图,压缩塑性变形引起残余应力，焊缝及其附近受拉，数值一般达,S,，两侧受压,板端向内平移，即残余纵向收缩变形,平板对接焊的纵向残余应力与变形,焊接残余变形,纵向与横向收缩变形,焊接残余变形,角变形,波浪变形,角变形引起的波浪变形,焊接残余变形,弯曲变形,(a),纵向收缩引起的弯曲,(b),横向收缩引起的弯曲,焊接残余变形,焊接残余应力,焊接容器中，焊缝之间的最小距离,焊接残余应力,焊接残余应力,预防焊接变形与预防焊接应力的关系,焊接变形和应力总是同时存在的,在一定条件下，焊接变形和焊接应力可以互相转化,六、常见金属材料的焊接,金属材料的焊接性,碳钢的焊接,合金钢的焊接,焊接性概念,金属焊接性,定义,金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性,含义,金属在焊接加工中是否容易形成缺陷,焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力,工艺焊接性,焊接性概念,工艺焊接性,定义,某种金属在一定焊接条件下，能否获得优质致密、无缺陷焊接接头的能力,分类,热焊接性,在焊接过程条件下，对,HAZ,组织性能及产生缺陷的影响程度,评定被焊金属对热的敏感性，主要与被焊材质及焊接工艺条件有关,冶金焊接性,冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度,影响焊缝金属化学成分和性能的主要方面,影响工艺焊接性的因素,材料因素,设计因素,工艺因素,使用因素,焊接性概念,使用焊接性,指焊接接头或整体结构满足技术条件所规定的各种使用性能的程度,力学性能,低温韧性,抗脆性断裂性能,高温蠕变,疲劳性能,持久强度,抗腐蚀性能,碳钢的焊接,低碳钢的焊接,焊接性分析,含碳及其他合金元素少，塑性、韧性好，一般无淬硬倾向，不易产生焊接裂纹等缺陷，焊接性能优良,一般不需要采取预热和焊后热处理等特殊工艺措施,不需要选用特殊和复杂的设备，对焊接电源无特殊要求,焊接材料,等强原则,焊接工艺要点,一般不需要预热、保持层间温度和后热处理,在低温环境下焊接厚件时，应预热焊件，防止产生冷裂纹,厚度超过,50mm,的焊件，应进行焊后热处理以消除应力,电渣焊焊件焊后应正火以细化,HAZ,晶粒,碳钢的焊接,中碳钢的焊接,焊接性,热影响区易产生低塑性的淬硬组织,焊缝金属易产生热裂纹,焊缝区易产生气孔,焊前经调质处理的中碳钢，在热影响区会出现回火软化区,焊接材料,最好采用低氢焊条,以采用强度级别低的焊条,不允许预热时，可以采用奥氏体不锈钢焊条,焊接工艺要点,设法减小焊件各部位之间的温度差以降低焊后冷速,尽量减小母材在焊缝中的比例从而降低焊缝含碳量,合金结构钢,按成份,低合金钢：合金元素总量,10%,，单一元素,5%,按用途,强度用钢：合金化的目的是为了提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性,特殊用钢：合金化的目的是使钢具有某些特殊性能,如：耐热、低温、耐腐蚀等,合金结构钢,强度用钢,热轧及正火钢,（非热处理强化钢）,屈服强度为,294,491MPa,的低合金高强钢,低碳调质钢,屈服强度为,441,980MPa,，热处理强化钢,中碳调质钢,屈服强度高达,880,1176MPa,以上，,含碳量 为,0.25,0.45,微合金化控轧钢,60,、,65,、,X70,级管线用钢,合金结构钢,特殊用钢,珠光体耐热钢,：,具有较好高温强度和高温抗氧化性,以铬、钼为基础的低、中合金钢,温度为,500,600,的高温设备,低温钢,具有足够高的低温韧性,大部分是含的低碳、低合金钢,低温（,40196,）装置和严寒地区,液化石油（,45,）和液化天然气（,162,）,低合金耐蚀钢,含,Cu,、,Al,、,Cr,制造石油、化工、造船、海上采油 等设备,能耐大气、海水及硫化氢等介质的腐蚀,合金结构钢,七、焊接接头质量检验的内容和方法,焊接质量检验的内容,焊前检验,焊接生产过程中的检验,成品检验,焊接接头质量检验的内容和方法,焊前检验,检验焊接基本金属、焊丝、焊条的型号和材质是否符合设计或规定要求,检验其他焊接材料，如埋弧自动焊剂的牌号、气体保护焊保护气体的纯度和配比等是否符合工艺规程的要求,对焊接工艺措施进行检验，以保证焊接能顺利进行,检验焊接坡口的加工质量和焊接接头的装配质量是否符合图样要求,检验焊接设备及其辅助工具是否完好，接线和管道联接是否合乎要求,检验焊接材料是否按照工艺要求进行去锈、烘干、预热等,对焊工操作技术水平进行鉴定,检验焊接产品图样和焊接工艺规程等技术文件是否齐备,焊接接头质量检验的内容和方法,焊接生产过程中的检验,检验在焊接过程中焊接设备的运行情况是否正常、施焊环境是否符合要求,对焊接工艺规程和规范规定的执行情况,焊接夹具在焊接过程中的夹紧情况是否牢固,操作过程中可能出现的未焊透、夹渣、气孔、烧穿等焊接缺陷等,焊接接头质量的中间检验，如厚壁焊件的中间检验等,成品检验,检验焊缝尺寸、外观及探伤情况是否合格,产品的外观尺寸是否符合设计要求,变形是否控制在允许范围内,产品是否在规定的时间内进行了热处理等,焊接接头质量检验的内容和方法,焊接质量检验的方法,焊接缺陷,焊接缺陷,焊接缺陷,焊接接头的非破坏性试验方法,外观检查,焊缝的外形尺寸是否合格,有无焊缝外气孔、咬边、满溢及焊接裂纹等表面缺陷,表面及近表面缺陷的检查,渗透探伤,着色法,荧光法,磁粉探伤,焊接接头的非破坏性试验方法,焊接接头的非破坏性试验方法,焊接接头的非破坏性试验方法,内部缺陷的检查,射线探伤,X,射线,射线,高能射线,超声波探伤,焊接接头的非破坏性试验方法,射线探伤原理,焊接接头的非破坏性试验方法,超声波探伤原理,影响探伤灵敏性的因素,超声波波长和频率,探伤仪的盲区,工件探伤面光洁度,焊接接头的非破坏性试验方法,压力容器焊接接头强度试验,水压试验,气压试验,致密性检查（泄漏试验）,气密性试验,氨渗漏试验,煤油渗漏试验,真空试漏法,焊接接头的破坏性试验方法,力学性能试验,拉伸试验,弯曲试验,冲击试验,硬度试验,金相检验,宏观分析,微观分析,化学分析,晶间腐蚀试验,1,、常见的焊接方法有哪几种？,2,、常用的焊接接头型式有有哪几种？,3,、焊接接头包括哪几部分？,4,、压力容器焊接设计主要包含哪些内容？,5,、焊条,E5015,的,含义？,6,、常见的焊接缺陷有哪些？,7,、常见的焊接非破坏性试验方法有哪些？,8,、低合金高强度钢焊接中为何容易产生冷裂纹？,9,、奥氏体不锈钢的敏化温度区间是多少？（,450-800,）,祝大家学习愉快、顺利通过！,