儲水筒筒體焊接工藝設(shè)計
一、任務(wù)描述
按給定的基本母材設(shè)計壓力容器橢圓形型封頭與設(shè)備筒體處的焊接接頭型式及坡口型式,選擇合適的焊接方法及焊接材料
二、焊接母材304不銹鋼簡介
304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強。耐高溫方面也比較好，一般使用溫度極限小于650℃。304不銹鋼具有優(yōu)良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對氧化性酸，在實驗中得出：濃度≤65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力。
304不銹鋼化學(xué)牌號為06cr19ni10
304不銹鋼化學(xué)成份
C Si Mn P S Cr Ni Mo
≤0.08 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.15 ≤0.03 18.00-20.00 8.00~10.50 -
物理性能：
抗拉強度 σb (MPa)≥520
條件屈服強度 σ0.2 (MPa)≥205
伸長率 δ5 (%)≥40
斷面收縮率 ψ (%)≥60
硬度：≤187HB;≤90HRB;≤200HV
三、TIG焊工藝
TIG焊又稱鎢極氬弧焊，是一種非熔化極惰性氣體保護(hù)焊，其工藝過程：在惰性氣體保護(hù)下，通過鎢極與薄壁不銹鋼板之間產(chǎn)生電弧產(chǎn)生的熱熔化鋼板的對接而形成熔池來產(chǎn)生焊縫，屬于自熔化焊接。不銹鋼薄板采用鎢極氬弧焊比其它焊接方法有非常好的優(yōu)越性能：焊縫質(zhì)量高；電弧熱量集中，功率密度大，熱影響區(qū)?。粏蚊婧鸽p面成型，明弧操作，便于對電弧熔池的觀察；板材表面及焊縫質(zhì)量好。
因此，采用TIG焊接方法對薄壁不銹鋼板進(jìn)行焊接適應(yīng)了現(xiàn)代產(chǎn)品高質(zhì)量的要求，是焊接生產(chǎn)由手工向自動化發(fā)展的標(biāo)志。
焊接電流
焊接電流是鎢極氬弧焊最主要的工藝參數(shù)，電弧熱量正比于焊接電流，要改變電弧功率主要通過改變焊接電流的大小來實現(xiàn)。焊接時，增加焊接電流可以增加熔深和熔寬，即可焊的板厚增加。在焊接條件和其它工藝參數(shù)不變的情況下，一定厚度的薄壁不銹鋼板的焊接電流只能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，超出此范圍，就會產(chǎn)生焊接缺陷。
焊接速度
焊接速度與線能量有關(guān)，線能量反比于焊接速度，焊接速度決定著對每單位長度焊縫所提供的能量，同時影響熔深和熔寬，焊接速度的快慢直接影響焊縫的質(zhì)量。如果提高焊接速度，線能量將會降低，可避免金屬過熱，減少熱影響區(qū)，熔深和熔寬也減小。因此在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡量提高焊接速度。但焊接速度過快會產(chǎn)生保護(hù)效果差，焊縫正反面不均勻和未焊透等缺陷。所以在鎢極氬弧焊的時候，焊接速度比較才能保證焊接質(zhì)量。
電弧電壓和電弧長度
電弧的熱量也正比與電弧電壓，根據(jù)鎢極氬弧焊的電弧靜特性，焊接過程中電弧電壓只與電弧的高度有關(guān)，而對焊接電流影響很小。因此，在焊接電流一定的情況下，改變電弧電壓可以電弧的功率。電弧電壓和弧長存在一個簡單的線性函數(shù)關(guān)系，當(dāng)弧長增加時，電弧電壓成正比增加，電弧功率增加。但電弧長度超出一定的范圍后，在弧長增加的同時，弧柱的截面積也增加，熱效率降低，保護(hù)效果變差。焊接時電弧長度對熱影響區(qū)有直接的影響。薄壁不銹鋼板焊接時，鎢極伸出噴嘴的長度一般在8-10mm左右，電弧的長度控制在2mm左右為最佳。
4、焊接電極
鎢極氬弧時采用的電極材料一般為鈰鎢和釷鎢，焊接時要求電極有發(fā)射電子能力強、容易引弧、電弧的穩(wěn)定性好，尤其在高溫的時候不易熔化，許用電流大等性能。目前被廣泛使用的鈰鎢具有電子逸出功比釷鎢電極低10%；弧束細(xì)長，熱量集中，可提高電流密度5-8%；使用壽命長，是釷鎢的一倍；引弧容易、方便、穩(wěn)定優(yōu)點。所以，鈰鎢的使用率更高。在選定電極材料后，要根據(jù)焊接電流的大小選擇合適直徑的電極，不同直徑的電極有不同電流使用范圍見表4.1。另外鎢極的形狀對焊接有一定的影響。電極端部的錐角α和端部平臺直徑對電弧的穩(wěn)定和焊縫成形有重要的影響。端部角度如果太小，電流密度將提高，焊縫容易產(chǎn)生弧坑，所以不同直徑的鎢極α角和平臺要求是不一樣的，具體見表4.2。
表4.1
|
直徑 電流 |
1 |
1.6 |
2.4 |
3.2 |
4.0 |
5.0 |
|
直流正接 |
15—80 |
70—150 |
150—250 |
250—400 |
400—500 |
500—750 |
|
直流反接 |
|
10—20 |
15—30 |
25—40 |
40—55 |
55—80 |
|
交流 |
20—60 |
60—120 |
100—180 |
160—250 |
200—320 |
290—390 |
表4.2
|
鎢極直徑l mm |
1.0 |
1.0 |
1.6 |
1.6 |
2.4 |
2.4 |
3.2 |
3.2 |
|
端部直徑d mm |
0.125 |
1.25 |
0.5 |
0.8 |
0.8 |
1.1 |
1.1 |
1.5 |
|
端部角度 α° |
12° |
20° |
25° |
30° |
35° |
45° |
60° |
90° |
保護(hù)氣體
TIG焊所采用的保護(hù)氣體一般為氬氣。氬氣是一種單原子惰性氣體，它即不與金屬反應(yīng)，也不熔于金屬中，本身的導(dǎo)熱系數(shù)小，高溫時不分解。但用氬氣作為保護(hù)氣時焊接速度慢，生產(chǎn)效率低。
用Ar+H2混合氣體可以提高電弧能量，增加焊接速度。在氬氣中加入氫氣，可以提高電弧電壓，從而提高電弧熱功率，增加熔深，提高焊接速度。表4.3是在其它工藝參數(shù)一定的情況下，分別用Ar和Ar+H2作為保護(hù)氣時的焊接速度比較。
表4.3
|
保護(hù)氣種類 |
板厚mm |
焊接電流A |
焊接速度mm/min |
|
Ar |
0.5 |
30 |
400 |
|
Ar |
1.0 |
60 |
300 |
|
Ar+ H2 |
0.5 |
30 |
800 |
|
Ar+ H2 |
1.0 |
60 |
800 |
可見，采用Ar+ H2混合氣體可明顯提高焊接速度。用Ar+ H2混合氣體焊接1.6mm以下的不銹鋼板對接接頭，焊接速度比純氬快50%，此外還有防止咬邊和抑制CO氣孔產(chǎn)生作用。因此，采用Ar+H2混合氣體不僅可以獲得優(yōu)質(zhì)焊縫而且還可以保證焊接生產(chǎn)效率，克服了氬弧焊速度慢的缺點，是逐漸被接受的保護(hù)氣體。
四、焊接操作
在不銹鋼薄板的TIG焊過程中，要獲得高質(zhì)量的焊縫，除板材、焊接設(shè)備、焊接專機外，操作技術(shù)和焊接工藝參數(shù)也很重要。據(jù)多年焊接經(jīng)驗，焊接不銹鋼薄板時要注意以下幾點：
工件在焊接之前，必須進(jìn)行除油和除銹處理，保證工件被焊面無彎曲和毛刺。
工件在焊接過程中，會自動收縮變形，所以在工件裝夾的時候，起焊位置不銹鋼板要對緊，而在結(jié)束焊接的位置兩不銹鋼板對接面之間要留一定的間隙，來留給工件自動收縮。如果不留間隙，則在焊接過程中，會產(chǎn)生焊縫搭接現(xiàn)象，會造成未焊透的焊接缺陷。表4是不銹鋼薄板焊接時焊接結(jié)束位置留有間隙大小。
表4.4
|
板厚/mm |
0.5 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
|
間隙/mm |
2 |
2 |
1 |
1 |
0.5 |
0.5 |
在焊接過程中，要保持電弧長度不變和電極始終在焊縫的中心位置。電弧長度的改變會影響電弧的熱功率，使焊縫背面成型不均勻，嚴(yán)重的會造成焊穿或未焊透等缺陷；電極偏離焊縫中心會造成兩板材受熱不均，出現(xiàn)未焊透和焊穿缺陷。
下表是不銹鋼薄板焊接的工藝參數(shù)：
表4.5
|
|
焊接電流/A |
焊接速度/mm/min |
電極直徑 /mm |
正面保護(hù)氣/Ar+H2 |
背面保護(hù)氣/Ar |
托罩氣/Ar |
電弧高度/mm |
|
0.5 |
30 |
800 |
1.6 |
12 |
3 |
10 |
1.5-2 |
|
1.0 |
60 |
800 |
2.4 |
12 |
3 |
10 |
1.5-2 |
|
1.5 |
115 |
700 |
2.4 |
12 |
3 |
10 |
1.5-2 |
|
2.0 |
155 |
500 |
2.4 |
12 |
3 |
10 |
1.5-2 |
|
2.5 |
180 |
300 |
2.4 |
12 |
3 |
10 |
1.5-2 |
|
3.0 |
215 |
200 |
2.4 |
12 |
3 |
10 |
1.5-2 |
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