S30408不锈钢压力容器封头环缝焊接工艺研究(焊接毕业设计)DOC

云南广播电视大学云南国防工业职业技术学院机械电子工程学院毕业论文（设计）课题 S30408不锈钢压力容器封头环缝焊接工艺研究教研室专业班级学生姓名学号导师姓名职称201 年月日目录摘要...... .. (I)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 压力容器基本要求及存在问题 (2)1.2.1 压力容器基本要求 (2)1.2.2 压力容器焊接中存在的问题 (2)1.3 本论文的主要研究问题 (3)第2章S30408不锈钢焊接性 (4)2.1 S30408成分及性能 (4)2.2 S30408焊接性 (5)2.3 本章小结 (5)第3章S30408焊接工艺 (6)3.1 焊接方案 (6)3.2 焊接设备及材料 (6)3.2.1 手弧焊设备及材料 (6)3.2.2 埋弧焊材料及设备 (7)3.3 焊接工艺 (9)3.3.1 焊接参数选择 (9)3.3.2 焊接工艺流程 (10)3.3.3 焊接注意事项 (12)3.4 本章小结 (12)第4章焊后检测 (13)4.1 焊后检验意义 (13)4.2 力学性能试验 (13)4.2.1 拉伸试验 (13)4.2.2 弯曲试验 (14)4.2.3 冲击试验 (15)4.3 X射线探伤 (16)4.3.1 X射线探伤仪器及设备 (16)4.3.2 试样制备 (17)4.3.3 试验结果及分析 (17)4.4 本章小结 (17)结论 (18)致谢 ......................................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献 ................................................................................. 错误！未定义书签。

摘要压力容器多数在高温高压下运行，必须要承受较高的载荷。

因此，要求压力容器的焊缝和热影响区必须具有较高的强度、足够的冲击韧性和很高的耐热性，并且保证焊接接头无裂纹、夹渣、气孔等缺陷。

本课题研究的是压力容器中的不锈钢压力容器的焊接，其母材为S30408不锈钢。

因此，如何制定合理的焊接工艺，以解决S30408中的焊接缺陷问题，获得强度高，塑性、韧性好的优质S30408焊接接头，就成为压力容器生产制造过程中必须解决的关键技术问题。

不锈钢因为其特有的一些工艺性能，现如今在压力容器的制造中占的比重越来越大。

我们要想做好不锈钢压力容器的生产制造，保证所生产不锈钢压力容器的质量，避免发生事故，就必须对不锈钢压力容器的焊接工艺有一个全面清楚的认识，对焊接过程中所出现的问题有一个好的解决办法。

通过针对S30408不锈钢压力容器的封头环缝焊接工艺研究，确定S30408不锈钢压力容器环缝焊接所用的焊接方法、焊接电流、焊接电压以及所选用的焊条、焊丝型号等。

通过焊后的拉伸试验、弯曲试验和冲击试验以及X射线探伤检测确定S30408的焊接性和所制定的焊接工艺的正确性。

本论文对S30408不锈钢的焊接性研究和试验分析结果具有一定的理论研究价值和工程应用价值。

关键词压力容器；S30408钢；手弧焊；埋弧焊第1章绪论1.1研究背景有资料表明，目前我国压力容器供方市场已有2700余家，已构成规模大，装备强，覆盖面广，技术力量强，素质高的生产厂家。

并且我国已形成ASME产品协作网，中小压力容器厂商联合会，已创建压力容器协会，这均是很有前景的横向联合的行业协会团体。

我国的压力容器标准化体系是随着压力容器行业的逐步发展而形成的，从总体上体现了当前压力容器行业的技术水平和管理水平。

其中既有参照先进工业国家的相应标准而制订的技术内容，也有根据自身国情和总体技术水平而建立起来的技术内容。

经过几十年的工业生产检验，证明对于压力容器产品的质量控制和安全使用起到了极为关键的作用。

目前世界各工业国家在压力容器标准化中投入大量的人力物力，特别是对于本国标准如何达到国际标准并使本国的标准技术内容成为国际标准的相应内容。

在此情况下，我国必须在基于本国标准的前提下，向国际标准看齐，在压力容器的生产和检验上做出相应的努力，才能使中国的标准以及压力容器行业的技术和管理水平赶上世界先进水平。

通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性。

不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜的形成。

这种不锈性和耐蚀性是相对的。

试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。

不锈钢的分类方法很多。

按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系；按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。

由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。

压力容器（如图1-1所示）是承受内外压力的设备，具有多种结构形式，基本组成由壳体、封头、接管、支座等构成，这些部件均需要通过焊接组装成为一个整体。

因此，焊接过程是压力容器生产制造过程的核心内容。

压力容器作为国民经济生产中的重要的特种设备，可分为石油化工容器、核反应堆压力容器和核电站锅炉三大类。

虽然大量应用高强钢，但压力容器的焊接还仍然以埋弧自动焊[1]、电渣焊、手工电弧焊和堆焊为主，窄间隙焊接和药芯焊丝气体保护焊为辅。

目前，在各个制造厂，压力容器环缝一般采用埋弧自动焊，纵缝采用电渣焊，而各种接管与筒体的焊接基本上还是采用手工电弧焊。

图1-1 压力容器1.2压力容器基本要求及存在问题1.2.1压力容器基本要求压力容器设计的最主要特点是根据使用条件选择合适的钢种，并提出相应的技术要求，以保证压力容器在制作和使用过程中达到不裂和不脆的要求。

不裂即在制造和使用过程中不出现裂纹。

不脆保证压力容器在制造和使用过程中钢材和焊接接头具有足够的韧性和抗断裂能力。

压力容器多数在高温高压下使用，需要承受很强的载荷。

因此，对压力容器的焊接接头提出了更高的要求。

这些要求主要反映在两个方面：一是焊缝金属和热影响区除了具有一定强度、刚度和一定冲击韧性外，还必须要求有耐久性和密封性；二是要求焊接接头无裂纹等缺陷。

1.2.2压力容器焊接中存在的问题虽然压力容器生产厂家在压力容器的生产过程中积累了丰富的经验，但严格来说，还存在不少的问题。

焊接质量问题主要有两个方面：一是焊缝金属和焊接接头的机械性能不符合焊接要求：二是在焊接区存在裂纹等缺陷。

机械性能的薄弱环节会降低热影响区的冲击韧性和焊接接头在高温下的抗拉强度。

造成机械性能不合格的因素很多，母材原始性能偏低或勉强合格往往是导致机械性能，特别是使抗拉强度出格的主要因素。

焊缝金属和焊接接头的裂纹是影响压力容器运行的最大危害，也是压力容器焊接面临的最主要的技术问题。

美国俄亥俄州煤气公司液化天然气贮存的三台17.4 m的焊接球罐，由于焊接裂纹的扩展，突然发生爆炸，酿成大火，死亡128人，损失680万美元。

在国内，据国家质量监督局统计，我国在2003年一年时间内，共发生各类爆炸事故144起，直接经济损失达1486.33万元。

2002年发生锅炉、压力容器和压力管道事故117起，直接经济损失2552.4万元。

其中大部分原因是因裂纹所致。

1.3本论文的主要研究问题本论文主要是了解S30408的焊接性，然后制定焊接方案，选择焊接材料及设备。

制定焊接工艺，包括焊接参数的选择，焊接流程及注意事项。

最后是焊接检测，包括力学性能测试和X射线探伤，通过试验结果分析得到结论。

第2章S30408不锈钢焊接性2.1S30408成分及性能S30408是美国的不锈钢牌号[2]，我国与之对应的钢新牌号是06Cr19Ni10，旧牌号是0Cr18Ni9。

该钢具有优良的不锈耐蚀性能，优良的冷热加工成型性能，较好的低温性能和良好的焊接性能。

金属焊接性[3]是金属材料对焊接加工的适用性。

主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。

金属焊接性分为工艺焊接性和使用焊接性。

工艺焊接性是指特定的材料在指定工艺条件下形成优质焊接接头的能力；使用焊接性是指形成的接头适应使用要求的程度，两者都是材料在焊接过程中冶金行为发展变化的结果。

随着新的焊接方法的不断涌现，材料制造工艺的不断完善和新材料的出现，以及生产应用对结构越来越高的性能要求，金属焊接性问题不断涌现，因此，金属焊接性仍是生产和研究中极为重要的课题。

钢材的焊接性主要取决于它的化学成分。

随钢材强度级别的提高，其焊接性变差。

焊接性变差一般表现在两个方面：一是焊接过程中焊缝熔敷金属的各种冶金缺陷；二是焊接过程中材料和性能的变化。

对于不锈钢材料的焊接[4]，由于在焊接和使用过程中必须考虑焊接成分及焊接性问题，工程设计上大多采用相同成分或相近成分的不锈钢焊接。

S30408不锈钢的化学成分如表2-1所示。

表2-1S30408不锈钢的化学成分C,% Si,% Mn,% S,% Ni,% Cr,% Mo,%0.08 0.75 2.00 0.030 8.00~10.50 18.00~20.00 —S30408不锈钢的力学性能如表2-2所示。

表2-2S30408不锈钢力学性能σb,Mpa σ0.2,Mpa δ, % ψ, % 硬度，HBW≥205 ≥520 ≥40 ≥60 ≤1872.2S30408焊接性S30408不锈钢不但具有优良的腐蚀性、耐热性和力学性能，而且焊接性也好。

但是，如果焊接材料或焊接工艺选择不当，也会产生很多问题。

其中经常遇到的是焊接接头的晶间腐蚀和应力腐蚀问题和焊缝金属产生热裂纹问题。

S30408不锈钢焊接接头易在焊缝区、母材敏感区等部位产生晶间腐蚀。

为防止晶间腐蚀应尽量降低碳含量，使用碳含量低的焊材，采用较小的焊接热输入或加快冷却速度。

应力腐蚀开裂是在拉应力和腐蚀的共同作用下产生的开裂。

S30408不锈钢导热性差，线膨胀系数大，焊接残余应力较大。

因此应尽量降低焊接残余应力、拉应力和严格控制层间温度。

焊接时极易产生热裂纹，这是因为焊缝金属结晶期间存在较大拉应力，加之导热系数差和线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却的条件下，焊接接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。

所以应该严格控制焊缝的有害物质，采用较小的焊接热输入。

2.3本章小结在焊接前首先要知道所焊接板材的焊接性。