焊接课程设计说明书

1 前言

本次课程设计主要是尾气回收塔外壳的焊接生产工艺设计，包括材料的焊接性分析、焊接工艺方案分析及工艺评定、确定焊接结构生产工艺流程、确定产品外壳主要零件的加工工艺及检验、绘制焊接结构简图、确定部件的装焊工艺等。

通过设计，初步掌握根据产品图样及技术要求制定焊接工艺规程的方法、焊接工艺设计的步骤，提高分析焊接生产实际问题、解决问题的能力。

2 焊接生产工艺性分析

2.1 焊接结构工艺性审查

2.1.1 产品图样结构审查

此次设计的设备为尾气回收塔壳体，筒体直径800mm，容器总长9292mm，壁厚8mm。由图2-1可知：筒体之间通过容器法兰螺栓连接，筒体左端接椭圆形封头，筒体上有接管，筒体右端连接件整体参与固定。

图2-1硫化仓结构图

主要加工手段为焊接，此外还采用冲压、卷弯、机加工等辅助工艺。焊接方法采用CO2气体保护焊，接头形式为对接、角接。

2.1.2 产品技术特性及检验要求

尾气回收塔壳体技术特性如表2-1所示：

表2-1 硫化仓壳体技术特性表

2.2 母材的焊接工艺性分析

2.1 15CrMoR钢焊接性分析

甲烷化炉主体的材质为15CrMoR钢，15CrMoR钢属于珠光体耐热钢中的Cr-Mo合金系列。该钢具

有良好的抗氧化性能、热强性能和较强的耐腐蚀性能。15CrMoR钢的力学性能如表

=0.61%其碳当量较大，1所示、化学成分如表2所示。经计算，15CrMoR钢的碳当量C

eq

且含有某些热裂倾向较大的元素如S,P,Cr,Mo等，焊接时若采用较大的线能量输入以及焊后冷却速度过快，容易在焊缝处形成树枝状的热裂纹，因而该钢具有较大的热裂倾向,同时，当焊件刚性较大而且冷却速度较快时，在焊接接头近缝区和焊接热影响区容易产生淬硬组织,当热输入量较大时，在热影响区的Ac1附近，容易出现硬度降低的软化现象。

此外，15CrMoR钢焊后的再热裂敏感性也较大，在焊后热处理过程中或长期高温使用中容易形

成碳化物夹杂，从而易产生再热裂纹。，此时若在拘束应力和扩散氢的共同作用下，容易在焊接热影响区和近缝区产生冷裂纹。其化学成分和力学性能见表2-2和表2-3所示：

表2-2 15CrMoR的化学成分（质量分数）（%）

表2-3 15CrMoR的力学性能

2.3.1 焊接方法和焊接材料的选择

3.1 焊接方法的选择

硫化仓质为15CrMoR珠光体耐热钢，其焊接性较差。打底焊采用传统的埋弧自动焊工艺，焊接时若焊接工艺设计不当，会造成焊接热影响区宽、晶粒粗大、焊缝脆化、韧性降低，过大的热输入量还将扩大焊接接头的软化区，使接头的抗拉强度降低。同时，因筒体纵缝接头装配误差较大，选用埋弧自动焊打底不能保证打底焊焊缝坡口两侧接头的焊缝质量，容易引起坡口两侧焊缝金属产生未熔合、咬边和热裂等缺陷。而填充盖面焊采用手工电弧焊，焊接生产率较低，焊缝层间清渣不完全，容易

造成夹渣和冷裂纹等焊接缺陷。签于上述原因，对筒体间纵、环焊缝以及筒体和封头间的环焊缝，

打底焊采用手工电弧焊（SMAW）的焊接方法，填充盖面采用埋弧自动焊（SAW）工艺。

根据上述15CrMoR的焊接性分析，硫化仓与加厚接管间的焊接需要选用熔合比

较小的焊接方法，考虑到两侧材料的厚度差异，选用TIG 焊打底和手工电弧焊填充盖面的焊接方法。

3.2 焊接材料的选择

根据15CrMoR钢的焊接性分析， SMAW焊接

材料选择碱性低氢耐热钢焊条R307，焊条直径为Ø5.0mm；SAW 焊接材料选用H13CrMoA焊丝，焊丝直径为Ø4.0mm，焊剂采用HJ250G。根据15CrMoR焊接性分

析，为减少焊缝稀释，防止碳的迁移及产生残余应力，弥补焊接过程中合金元素的烧损，改善焊接接头组织和性能，TIG 焊选用焊丝，手工电弧焊选用A302焊条。R307 及A302 焊条使用前须H1Cr24Ni13在350-400℃条件下进行烘焙，烘焙时间为1.5 小时，然后放入150℃保温筒保温，随用随取，两种焊条间不得混合烘焙。所用焊丝H13CrMoA及H1Cr24Ni13使用前清除表面油、垢、锈等污物，直至露出金属光泽。焊剂使用前于200℃经过2小时烘干。

2.3.2 接头与坡口型式设计

3.3 坡口形式

对于筒体的对接焊缝、筒体与筒体的环焊缝、

筒体与椭圆封头的环焊缝，设计的坡口如图2。

根据板厚状况、焊接方法特点和要求，15CrMoR与0Cr18Ni9环的焊缝坡口设计为单边 K型坡口，由于筒体一侧较厚，为减小拘束应力，应在筒体壁厚方向上两侧开较大角度的坡口。具体的坡口参数设计如图3 所示。

所有坡口采用氧乙炔中性焰切割，然后使用磨光机平整坡口50mm范围内的表面。焊前把焊接坡口两侧30mm范围内水、锈、油污等杂质清除干净。

3.5 焊前预热、焊接层间温度、焊后热处理

（1）主体焊缝点固和焊接焊前均需要预热，

预热方法采用局部天然气焰，对于材质厚度为22mm的15CrMoR钢预热温度确定为180℃，预热

的位置范围为距离坡口边缘50mm以内。

（2）焊接过程中层间温度不得低于180℃，对每条焊缝应尽可能一次性连续施焊完成，以避免间断焊接过程中产生热裂现象。

（3）硫化仓整体焊缝焊后进行整体热处理，以消除焊接应力，改善焊接接头性能，提高高温性能和防止变形，整体退火热处理温度为650℃。

3 焊接工艺性评定

⑴按JB4708-2000 标准，选用厚16mm的15CrMoR板状对接焊接头进行焊接工艺评定。

⑵接头坡口形式如图所示，该坡口由机械加工方法得到，相关参数标在图中。

⑶焊前应仔细清理坡口表面及两侧各50mm范围内的油污、水和铁锈等杂质。

⑷焊接材料选用A320焊条，焊接前对焊条应进行200-250度烘焙并保温,然后放在保温

筒内，随用随取。

⑸定位施焊前要进行预热，预热范围在坡口两侧100-150mm，预热温度为200-250度。

⑹定位焊后立即清除熔渣，测量温度，符合层间温度要求后立即施焊，焊接时如冷却速度过快，

则易形成淬硬组织，如果拘束力较大，则易导致冷

裂纹的产生，因此在施焊时始终保持层间温度不低

于预热温度。

⑺背面采用机械方法清根。

⑻焊后立即用石棉毡缠绕焊缝，保温并缓冷1h以上，然后去掉石棉毡在空气中冷却到室温。

注：采用直流反接。

⑼试件缓慢冷却后做100%X射线探伤。焊接工艺评定结果见下表