焊接结构生产课程设计任务书及要求样本.doc

焊接结构生产课程设计任务书及要求

姓 名
题 目
具体内容
备注

焊接0931（1-20号）

低合金高强压力容器（缓冲罐）焊接生产
(1)封头、接管，单号
(2)筒体，双号

材质16MnR

焊接0931（21-31），0932（1-10）

耐热钢压力容器（加热器）焊接生产
(1) 封头、接管单号
(2) 筒体，双号
材质15CrMoR
焊接0932（11-31）
不锈钢压力容器（闪蒸罐）焊接生产
(1)封头、接管单号
(2)筒体，双号

材质0Cr18Ni9

课程设计说明书要求

1） 写出课程设计基础步骤及方案；
2） 简单说明焊接结构（压力容器）基础结构和工作原理，并绘制对应装配图（用A3纸单独画出）；
3） 设计相关部件焊接工艺步骤，并编写对应焊接工艺规程和焊接工艺卡；
4） 设计者心得体会。

课程设计参考资料

压力容器安全检测规程 GB150-1998
JB 4708-钢制压力容器焊接工艺评定
焊接结构生产，邓红军主编，北京：机械工业出版社，.1
实用压力容器焊工读本,孙景荣主编,北京,化学工业出版社,.1
焊接结构, 田锡唐, 北京：机械工业出版社，1996.10
焊接结构生产及装备,周浩森, 北京：机械工业出版社，1999.10
焊接机构生产工艺 C.A.库尔金等, 北京：机械工业出版社，1995.7

课程设计基础要求
熟悉焊接结构（压力容器）结构特点，了解焊接结构（压力容器）各部分运行状态、结构特点和影响制造工艺原因并能按实际情况具体制订对应工艺步骤卡和工艺卡（具体要求见附录）。
具体要求：
1) 要充足认识课程设计对培养自己关键性，认真做好设计前各项准备工作；
2) 既要虚心接收老师指导，又要充足发挥主观能动性。结合课题，独立思索,努力钻研，勤于实践，勇于创新；
3）独立按时完成要求工作任务，不得弄虚作假，不准剽窃她人内容，不然成绩以不及格计；
4）不管在校外、校内，全部要严格遵守学校和所在单位学习和劳动纪律、规章制度，学生有事离校必需请假。课程设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间达四分之一以上者，其成绩按不及格处理；
5） 在设计过程中，要严格要求自己，树立严厉、严密、严谨科学态度；
6） 认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书要求工作。
7） 焊接结构装配图用A1纸绘制或打印，必需符合国家相关标准要求。
8） 小组组员之间，分工明确，但要保持联络通畅，亲密合作，培养良好相互帮助和团体协作精神；
9） 每组合作完成一套焊接结构（压力容器）整体装配图，将压力容器依据结构划分成筒
体、封头、接管三部分，每个同学独立完成其中一部分，并依据自己课题设计对应焊接工艺规程和焊接工艺卡；
10）编写课程设计说明书，说明书要求文字通顺，简练。不少于5000字。
四、课程设计基础步骤
1） 选题和搜集资料：依据分组，选择课题，在小组内进行分工，进行系统调查，搜集资料；
2） 分析设计、画装配图：依据搜集资料，进行分析，了解焊接结构（压力容器）基础结构和工作原理，并绘制压力容器装配图；
3） 制订焊接工艺：制订相关部件制造工艺步骤，并对其中焊接部件编写对应焊接工艺规程卡和焊接工艺卡。
4） 验收和评分：指导老师对每个小组选定课题（焊接结构），及每个组员设计焊接工艺及工艺规程，结合课程设计说明书，依据课程设计成绩评定方法，评出成绩。
五、课程设计说明书要求
1） 写出课程设计基础步骤及方案；
2） 简单说明焊接结构（压力容器）基础结构和工作原理，并绘制对应装配图（用A3纸单独画出）；
3） 设计相关部件焊接工艺步骤，并编写对应焊接工艺规程和焊接工艺卡；
4） 设计者心得体会。
一、 低合金高强钢压力容器焊接实例
直径为mm，壁厚为32mm缓冲罐（图1-1），壳体材质为16MnR，其关键承压焊缝焊接工艺见表11-1。

图1-1 缓冲罐简图
表 1-1 缓冲罐焊接工艺
焊缝编号
焊缝位置
焊接方法
焊接材料
说明
O1A1、O2A1
封头拼缝
双面SAW
H08MnMo+HJ431
①
1A1、2A1、B1、B3
壳体纵、环缝
双面SAW
H10Mn2+HJ431
②
B2
壳体环缝(大合拢)
内SMAW
外SAW
J507
H10Mn2+HJ431
③
B4
D1-D3
人孔接管和对应法兰环缝
人孔、小接管和壳体角焊缝
双面SMAW
J507
④
B5、B6
小接管和对接法兰环缝
GTAW打底
SMAW盖面
TIG-50
J507
⑤
E1
鞍座和壳体焊接角焊缝
GMAW
(CO2焊)
TWE-711
⑥
说明：
① 封头拼缝在平板状态下焊接完成后，需再经过950 ~ 1000℃加热后进行冲压成形，故拼缝要经过Ac3以上温度加热，焊缝力学性能不仅取决于化学成份，而且和焊缝组织状态有很大关系。即使焊缝含碳量要比母材低很多，但因为焊接是一个局部加热过程，冷却速度很大，所以焊缝展现为一个柱状晶特殊过饱和铸造组织，其中少许马氏体关键靠碳固溶强化存在，而低碳马氏体亚结构存在很多位错，过饱和固溶碳就聚集在位错周围，起着钉扎位错作用，使位错难于运动，马氏体便不易变形而展现强化焊缝作用。经过Ac3以上温度加热后，焊缝组织从柱状晶变成了等轴晶，打破了原来亚结构状态，使过饱和程度降低，其碳固溶强化作用也随之降低了，所以势必焊缝强度降低。为了填补上述情况造成焊缝强度降低，只有调整焊缝化学成份，使用合金元素更多部分、强度高一档焊丝来焊接热压封头拼缝。
② 壳体纵、环缝焊接条件好，考虑到板厚原因，从提升效率、确保焊接质量出发，选择双面埋弧焊，焊丝啊等强度标准选择。
③ 设备大合拢焊缝，考虑到设备原因，内焊缝采取埋弧焊较困难，故内侧采取焊条电弧焊、外侧采取碳弧气刨清根后再进行外环缝埋弧焊。B2焊缝据人孔较近，故将其为大合拢焊缝。
④ 人孔接管和人孔法兰环缝，因为人孔直径较大，故采取焊条电弧焊进行双面焊。 对于人孔、小接管和壳体角焊缝，鉴于此部位焊缝形状和焊接条件，通常选择焊条电弧焊进行双面焊。
⑤ 对于小直径接管环缝，因为只能单面焊，又要确保质量，选择TIG焊打底是确保焊缝质量最有效方法。TIG-50为焊材牌号，其焊材型号为ER70S-G (AWS A5.18)。
⑥ 鞍座和壳体焊接角焊缝属非承压焊缝，采取熔化极气体保护焊(保护气体为纯CO2)，效率高，焊缝成形好。TWE-711为焊材牌号，其焊材型号为E71T-1(AWS A5.20)。

二、 耐热钢钢压力容器焊接实例
直径为500mm，壳程壁厚为30mm，管程壁厚为16mm加热器（图2-3），壳体材质为15CrMoR，其关键承压焊缝焊接工艺见表2-2。

图2-3 加热器简图
表 2-2 加热器焊接工艺
焊缝编号
焊缝位置
焊接方法
焊接材料
说明
3A1、4A1、B6
B2-B5、B7
B8、B9
管程筒体纵、环缝
壳程、管程筒体和管板环缝
接管和对接法兰环缝
GTAW打底
SMAW盖面
H13CrMoA
R307
①
1A1、2A1、B1、B4
管程筒体纵缝
管程筒体和法兰环缝
SMAW
R307
②
D1-D6
接管、整体法兰和法兰盖、管板、壳体角焊缝
SMAW
R307
③
D7
换热管和管板角焊缝
GTAW（自动）
H08CrMoA
④
E1
耳座和壳体角焊缝
GMAW
(CO2焊)
TWE-811B2
⑤
说明：
① 壳程筒体直径较小，焊工无法钻入筒体内焊接，故壳程筒体纵、环缝只能从外侧施焊。一样，因为该设备结构方面原因，壳程、管程筒体和管板环缝焊接也只能从外侧进行。至于接管和对接法兰环缝，本设备中接管规格为φ273×12，亦无法从内侧施焊。以上焊缝需要单面焊，但又要确保质量，选择TIG焊打底是确保焊缝质量最有效方法。对于壳程筒体环缝，也可采取GTAW打底，SMAW再焊两道，然后SAW焊剩下层方法。
② 尽管管程筒体直径较小，但其长度很短，管程筒体纵缝、管程筒体和法兰环缝含有内侧焊条电弧焊条件，故采取焊条电弧焊进行双面焊。
③ 接管、整体法兰和法兰盖、管板、壳体角焊缝设备大合拢焊缝，鉴于此部位焊缝形状和焊接条件，通常选择焊条电弧焊。
④ 换热管-管板焊接是热交换设备关键焊缝，其焊接方法有焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、全位置自动氩弧焊。焊条电弧焊是最早使用焊接方法，其特点是效率高，不过质量对比于其它两种方法来说要差很多，现在基础上已被淘汰。不过在一些特殊场所，如丝堵式空冷器，其管子-管板焊接必需经过管板前丝堵板进行焊接，这时只能用采取焊条电弧焊方法，用小直径焊条焊接，这对焊工操作技术要求很高，通常在焊前需要对焊工进行专门培训。
现在使用最广泛，质量最好焊接方法为自动氩弧焊。本设备中换热管-管板焊接采取全位置自动氩弧焊，焊接接头形式为角焊缝（图2-4）。焊丝直径为1mm，填丝焊两道。

图2-4 加热器换热管-管板接头形式
⑤ 耳座和壳体焊接角焊缝属非承压焊缝，采取熔化极气体保护焊(保护气体为纯CO2)，效率高，焊缝成形好。TWE-811B2为焊材牌号，其焊材型号为E81T1-B2(AWS A5.29)。
三、不锈钢压力容器焊接实例
直径为800mm，壁厚为10mm闪蒸罐（图4-1），壳体材质为0Cr18Ni9，其关键承压焊缝焊接工艺见表4-2。

图4-1 闪蒸罐简图
表4-2 闪蒸罐焊接工艺

焊缝编号
焊缝位置
焊接方法
焊接材料
说明
1A1、B1
壳体纵、环缝
双面SMAW
A102
①
B2
壳体合拢焊缝
GTAW打底
SMAW盖面
TGF-308L
A102
②
C1-C4
D1-D4
接管和平焊法兰角焊缝
接管和壳体角焊缝
SMAW
A102
③
E1
支座和壳体焊接角焊缝
GMAW
(CO2焊)
TFW-308L
④

说明：
① 筒体直径为800mm，焊工能够钻入筒体内焊接，故筒体纵、环缝故采取焊条电弧焊进行双面焊。
② 本设备无人孔，故合拢焊缝只能从外侧焊接。为确保焊接质量，采取TIG焊打底。但不锈钢氩弧焊焊接时后面金属会被氧化，以前只能经过采取后面充氩保护方法，不过当设备较大或后面无法实施氩气保护时，将大量浪费氩气，且仍可能出现保护不好。为处理这一工艺难题，日本油脂企业焊接事业部开发制造了一个后面自保护不锈钢TIG焊丝，这是一个含有特殊涂层焊丝，涂层（即药皮）熔化后会渗透到熔池后面，形成一层致密保护层，相当于焊条药皮作用。这用焊丝使用方法和一般TIG焊丝完全相同，涂层不会影响正面电弧和熔池形态，大大降低了不锈钢氩弧焊焊接成本。本设备中，若采取后面氩气保护，氩气浪费严重，故采取了自保护焊丝。
③ 接管和平焊法兰角焊缝、接管和壳体角焊缝，鉴于此部位焊缝形状和焊接条件，通常选择焊条电弧焊。若接管直径太小，为了降低焊接难度，也能够采取TIG焊。
④ 支座和壳体焊接角焊缝属非承压焊缝，采取熔化极气体保护焊(保护气体为纯CO2)，效率高，焊缝成形好。TFW-308L为焊材牌号，其焊材型号为E308LT1-1(AWS A5.22)。

附录三 焊接工艺规程示例

焊 接 工 艺 规 程
Welding Procedure Specification
WPS №
版次Rev. №
日期Date -05-02
支持焊接工艺评定号： A53-B-φ60x4－WVQ-1326
Supporting PQR №
焊接工艺： GTAW
Welding Process(s)
焊接方法：手工 □自动 □半自动 □机械
Type(s) Manual Automatic Semi-Auto Machine
接头型式Joints
接头设计： V形坡口
Joints Design
垫板（有/无）： 无
Backing (Yes/No)
垫板材料： □金属 □非熔金属
Backing material Metal Nonfusing Metal
□非金属 □其它
Nonmetal Other
2.5-1+0.5
75O±5O
1.6±0。8

母材Base Metal
材质： A53-B 和 A53-B
Specification type and grade to Specification type and grade
类别号 组别号 和类别号 组别号
P-№ Group № to P-№ Group№
壁厚范围： 4
Thickness Range
管径范围： All
Pipe Dia. Range
填充金属Filler Metal
牌号
Trademark
ER70S-G

AWS号
AWS №
A5.18 ER70S-6

组别号
F-№￡A-№

规格
Size
2.0mm

焊接位置Position
对接焊缝位置： All 角焊缝位置： —
Position of Groove Position of fillet
焊接方向： —
Welding Progression
气体保护Gas
保护方法
Type
气体类型
Gas(es)
气体成份
Mixure
气体流速
Flow Rate
喷嘴
Shielding
Ar
≥99.75%
8～12L/Min
电特征Electrical Characteristics
电流类型和极性：GTAW 直流正接
Current Type ＆ Polarity
最大线能量： — 8-15
Max. Heat Intput
拖罩
Trailing
—
—
—
后面
Backing
—
—
—
预热Preheat
最小预热温度：
Min. Preheat Temp.
最大层间温度：
Max. Interpass Temp.
焊后热处理Post Weld Heat Treatment
温度范围： —
Temperature Range
处理时间： —
Time Range
操作技术Technique
钨极类型和尺寸： 钍钨极Φ2.0 喷嘴孔径： Φ8～10
Tungsten Electrode Size and Type Orifice or Gas Cup Size
运条方法： 摆动 摆幅： —
String or Weave Bead Oscillation
内部或层间清理： 砂轮机打磨 背部清根： —
Initial and Interpass Cleaning Method of Back Gouging
其它 —
Other
焊接层次
Weld Layers
焊接方法
Process
填充金属Filler Metal
电特征Electrical
焊接速度
Travel Speed
备注
Remarks
牌号
Trademark
直径
Dia.
电流
Amp. Range
电压
Volt Range
1
GTAW
ER70S
2.4
70~120
10~16
5~10

2
GTAW
ER70S
2.4
70~120
10~16
5~15
空白

单位名称：
工艺卡编号：AQ-WPS-001
所依据工艺评定汇报编号：5-033-005B
同意日期：8月8日
修改文件编号：/
日 期：/
评定项目：1.外观检验 2.无损探伤 3. 断口检验4. 机械性能5.金相
焊接方法：Ws/Ds
产品名称：φ273×27 P91钢大口径管焊接
自动化程度：手工施焊
接头：
接头型式 对接
衬 垫 /
衬垫材料 /
其 她 /

母材：类号 Ⅴ 级号 / 和类号 Ⅴ 级号 /
钢号 P91 和钢号 P91 相焊接
母材厚度范围：对接接头 27~31mm 角接接头 /
焊缝金属厚度范围： 27~31mm
管子直径范围：对接接头 φ273mm 角接接头 /
其它：
填充金属
根部
填充
盖面
焊条型号
/
E9015-B9
E9015-B9
规格（mm）
/
Ф2.5、Ф3.2
Ф2.5
焊丝牌号
ER505
/
/
规格（mm）
Ф2.5
/
/
焊剂型号
/
/
/
其它
/
/
/
焊接位置：
对接接头焊接位置：2G、5G
焊 接 方 向：由下至上
角接接头焊接位置：/
预热：
预热温度：200~230℃
层间温度：200~250℃
预热保持方法：电阻加热，连续控温
后热、焊后热处理：
温度范围：750~770℃
时间范围：≥3h
其它：焊后热处理前，冷却至80~100℃，恒温1~2小时。

附录四
焊接工艺卡示例