压缩空气储罐焊接工艺设计.docx
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压缩空气储罐焊接工艺设计
焊接工艺设计说明书
——压缩空气储罐焊接工艺设计
一．产品情况：
压缩空气储罐使用16Mn钢制造的低压容器，压力虽低，但受力较大。
如制造中发生严重的错边、未焊透、裂纹、气孔、夹渣等缺陷会引起应力集中，导致结构损坏，甚至爆炸。
压缩空气储罐产品图形见图1。
压缩空气储存在一个压缩空气储气罐内，再由出气管道供需要的地方使用。
它具有储存和稳压作用，并能分离出压缩空气中的油和水分。
积水由排污管排出。
缩空气罐，属于压力容器。
需要在当地的质量技术监督局（锅检所）注册备案。
投入使用的前，必须要取得压力容器是使用许可证。
图1：
压缩空气储罐
二．拟用的焊接设备：
：
1.设备名称：
自动埋弧焊机
2.型号：
MZ—1000（见图2）
3.性能和用途：
它是根据电弧电压反馈调节原理设计的变速送丝式焊机，有交流和直流两种，适合于焊接水平位置或水平面倾斜不大于15 °的开破口和不开破口的平板对接、角接和搭接的焊缝，借助于轮胎或滚轮架等辅助设备也可以焊接圆筒件的内、外环缝，适用的焊丝直径为3~6mm。
4.焊机结构：
MZ—1000型埋弧焊机主要由焊车、焊接电源和控制箱三部分组成，相互之间由焊接电缆和控制电缆连接在一起。
5.性能参数：
额定输入电压：
380V
额定频率：
50/60HZ
额定输入容量：
98KVA
额定输入电流：
112A
电流调节范围：
200-1000A
额定负载持续率：
100%
最高空载电压：
83V
适用焊丝直径：
3、4、5mm
焊接厚度范围：
≥5mm
行走速度：
20-170cm/min
送丝速度：
20-200cm/min
外形尺寸:
1000*580*960mm
电源重量:
410kg
小车重量:
50kg
6.产地：
佛山市中益焊割材料有限公司
图2：
MZ—1000型自动埋弧焊机
：
1.设备名称：
直流手工电弧焊机
2.型号:
ZX7-500S（见图3）
3.产品特点：
使用酸性、碱性、耐热钢等多种焊条；数显电流表，焊接前可精确预置焊接电流；可调节推力电流，保证最佳电弧性能；可调节引弧电流，保证最佳引弧性能；可加长焊接电缆，设有长/短焊接电缆选择开关。
4.产品特性：
以欧洲IGBT作为功率器件，效率高，比传统焊机节能30%以上；采用PWM技术，焊接电流稳定：
在冷态和热态下，都能保持恒流；具有良好的外特性，焊缝成型美观；设计合理，可靠性强；长时间整机老化试验表明焊机可靠性高，保证使用寿命长久；具有智能化保护系统：
在电网电压异常，温度过热，电流过载的情况下，保护系统均能及时报警确保焊机安然无恙。
5.运用范围：
适用于不锈钢、碳钢、铜、钛等各种板材、管材的高效焊接和封底焊;适用于各种厨房用具、食品及冷冻机器喉管及其它输送管道、汽车修理、机器外设、手工艺及一般制造;广泛选用于薄板制件、管道安装、模具修理、石化行业、建筑装饰工程等。
6.性能参数：
额定输入电压:
380V
输入电源频率:
50HZ
输入电源相数:
三相
额定输入功率:
25.7KVA
最高空载电压:
70V
焊接电流调节范围:
50-500A
额定负载持续率:
60%
控制方式:
IGBT逆变方式
冷却方式:
强制风冷方式
外壳防护等级：
IP21
外形尺寸:
640×290×540mm
重量:
58kg
7.产地:
宁波圣路易逆变电焊机制造有限公司
图3：
ZX7-500S型直流手工电弧焊机
三．拟用的焊接方式：
埋弧自动焊和焊条电弧焊
1.封头的焊接：
封头的焊接是在专用胎架上，对装配点固定好的封头直接进行焊接，可大大
减少工件自重和工件搁置不当所产生的结构变形。
为此需对工件开X型坡口，
进行双面对称焊接。
同时根据焊缝数量，由多名焊工同时分布在对称位置
上焊接，采用逆向分段坡焊的焊接顺序，在胎架上焊完内壁焊缝，然后翻身
放在平台上清根后，采用和内壁同样的焊接方法焊完所有焊缝。
经检验合格
后进行下道工序的装焊。
2.筒节纵缝焊接：
采用焊条电弧焊打底的单面埋弧焊。
先用焊条电弧焊打底，熔深为板厚的30%~35%，然后用埋弧自动焊焊接正面焊缝。
注意，采用此焊接工艺时，往往需要用碳弧气刨清理焊根后再进行埋弧焊。
1.5~3
3.容器环缝焊接：
环缝埋弧焊技术与筒节纵缝埋弧焊技术类似。
双面焊时，先在焊机垫上焊接内焊缝，然后再焊接外焊缝。
如内焊缝采用焊条电弧焊打底，焊接外焊缝前应清理焊根。
此外，在该容器的制造中，为了改善表面焊缝及热影响区组织，降低硬度，提高冷弯角度，常在最终焊缝上堆焊正火焊道。
正火焊道应高出母材表面1.5~3mm，如图4。
焊后热处理后再磨去正火焊道。
4.罐体上所有其它对接焊缝、组合焊缝、角接焊缝、返修焊缝等均采用焊条电弧焊焊接。
图4：
正火焊道
四．拟用的焊接辅助装置：
1.专用胎具：
如图5是封头在专用胎架上装配的示意图，构成胎架支撑的是模板，模板是通过放样得出实际形状后加工而成的，这样的胎架，只适用一种形状和尺寸的工件装配和焊接，故称之为专用胎具。
2.焊接滚轮架：
筒节的装配应在滚轮架上进行，如筒节的环缝焊接，见图6。
图6：
筒节环缝焊接
图5：
封头在专用胎具上的装配与焊接
五．产品生产的工艺流程图：
见图7
筒节制造工艺
总装配焊接工艺
下料
筒节间或筒节与封头装配
预处理
钢板复检
环缝焊接
边缘加工
卷制
附件装配焊接
焊接
矫圆
纵缝装配
X射线检验
封头制造工艺
消除应力热处理
下料
预处理
钢板复检
拼接焊缝装配
边缘加工
焊接
水压试验
包装出厂
二次切割
压制
加热
图7：
压缩空气储罐制造的工艺流程图
六．制定焊接工艺卡片：
表1：
焊接工艺卡片一
____工厂
____车间
焊接工艺卡
工步
工步号
车间工段
工艺过程号
自动焊
12
5
筒节纵缝埋弧焊
压缩空气储罐
图纸号：
NO.C13-3
每批数量
1台件
设备及工作地：
材料
16MnR
焊接设备
MZ—1000型自动埋弧焊机
焊接种类
埋弧自动焊
工人工种
自动焊工
焊接变压器
BX2—1000型弧焊变压器
工人数量
1
工种级别
6级
工作地
实验室
技术要求及说明
辅助材料及装备
焊件厚度
（mm）
焊丝直径（mm）
焊缝顺序
焊接电流
（A）
电弧电压
（V）
焊接速度（m/h）
1.清除坡口两侧内外表面20㎜范围的油污、锈蚀、尘土且应露出金属光泽。
2.纵焊缝与息弧板相连一端30～50㎜的内焊缝先用手工电弧焊焊接。
3.厚板设计成不对称的X形坡口（内浅外深），可减少内壁的工作量。
焊剂：
HJ431
焊接滚轮架
焊丝：
H10Mn2
24
5
正
1100
38～40
24
5
反
800
36～38
28
30
5
正
1000～1100
38～40
18
5
反
900～1000
36～38
20
更改号
号：
编制
校对
批准
签名：
表2：
焊接工艺卡片二
____工厂
____车间
焊接工艺卡
工步
工步号
车间工段
工艺过程号
手工焊
12
5
其它对接焊缝
压缩空气储罐
图纸号：
NO.C13-4
每批数量
1台件
设备及工作地：
材料
16MnR
焊接设备ZX7-500S型直流手工电弧焊机
焊接种类
手工电弧焊
工人工种
手工焊工
工作地
实验室
工人数量
1
工种级别
6级
工序工步号及说明
辅助材料及装备
焊接
层次
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
焊接电压（V）
焊接速度（mm/min）
线能量（KJ/cm）
预热与层间温度/℃
1．调整待焊焊缝至下部便于水平焊2．对中焊机后，撤布焊剂、设焊剂垫3．调整焊接参数到需要值并启动焊机4．收集未熔化焊剂
焊条：
J507R
焊接滚轮架
1
3.2
110～130
22～24
85～95
19.724.9
100～165
2
4
160～180
24～26
106～116
24.2～29.2
3
4
160～180
24～26
156～166
16.9～19.2
4
4
160～180
24～26
137～147
19.1～22.1
100～165
9
4
160～180
24～26
160～170
16.5～18.5
10
4
160～180
24～26
280～290
9.8～10.4
11
4
160～180
24～26
300～310
9.1～9.7
5
3.2
120～140
22～24
120～130
15.5～18.3
6
4
160～180
24～26
106～116
24.2～39.2
7
4
160～180
24～26
180～190
14.7～16.5
8
4
160～180
24～26
180～190
14.7～16.5
12
4
160～180
24～26
300～310
14.7～16.5
更改号
号：
编制
校对
批准
签名：
七．焊接质量的控制方法和措施：
1．预热、层间温度控制和后热管理：
焊接过程中预、后热对焊缝缓慢冷却，改善热循环，促使焊缝中扩散氢的充分逸出，防止产生冷裂纹具有重要作用，因此，在压力筒焊接中应加强对预、后热及层间温度控制的管理，具体要求如下：
A、焊条电弧焊的预热、后热及层间加热采用电加热，加热部位在施焊部位的另一侧，加热宽度为距焊缝中心两侧各≥150mm，即加热宽度不少于300mm。
焊接时按照JB4709的要求进行预热，不同钢号相焊时，预热温度按预热温度较高的钢号选取；层间温度不低于预热温度，且不宜太高，层间温度不低于预热温度。
后热温度为300～350℃，保温0.5～1小时。
B、埋弧自动焊因焊接速度快，焊缝长，焊前应采用电加热与烤枪结合的方式对焊缝预热，预热温度及层间温度详见焊接工艺卡。
C、焊接前及焊后，专职质量检查员应随时用远红外测温仪测量焊缝的预热、层间及后热温度，并将测量结果记录在焊接记录上。
2．焊接线能量的控制：
焊接线能量是影响焊接接头质量的重要因素，过大的线能量会使热影响区加宽，导致焊缝金属和溶合线缺口韧性降低，过低的线能量可能造成高硬度低韧性的热影响区组织，而且可能产生氢致裂纹，现场施焊接线能量宜控制在焊接工艺卡范围内，并应随时监控焊条电弧焊横焊及埋弧自动焊的焊接能量。
根据线能量范围，选择正确的电弧电压、电流、焊接速度进行控制，现场应配一名焊接记录员，及时作好焊接线能量等焊接记录。
3．焊缝内部缺陷修补
A．通过射线检查确定其位置及性质，然后用超声波探出其存在的深度，采用碳弧气刨与打磨相结合的方式清除缺陷，在清除缺陷后，继续向深度方向磨削3mm，但气刨深度不得超过板厚的2/3，如气刨深度过板厚的2/3仍未发现缺陷时，则应补焊后从另一侧气刨，直至找出缺陷。
气刨长度不得小于50㎜，气刨后用砂轮机磨去氧化皮及渗碳层，并经检验合格后，方可补焊。
返修焊工由焊接工程师指定，同一部位的返修次数不应超过二次。
B．补焊前应编制返修工艺，分析缺陷产生的原因，提出返修方案，经焊接责任工程师批准同意后实施，返修工艺至少应包括缺陷产生的原因，避免再次产生缺陷的技术措施，焊接工艺参数的确定，返修焊工的指定，焊材牌号、规格，返修工艺编制人，批准人签字等并及时做好返修记录。
C．返修后缺陷部位须经射线探伤重新进行无损检测。
补充：
X射线检验：
X射线衍射法是一种研究晶体结构的分析方法，而不是直接研究试样内含有元素的种类及含量的方法。
当X射线照射晶态结构时，将受到晶体点阵排列的不同原子或分子所衍射。
X射线照射两个晶面距为d的晶面时，受到晶面的反射，两束反射X光程差2dsinθ使入射波长的整数倍时,即2dsinθ=nλ（n为整数），两束光的相位一致，发生相长干涉，这种干涉现象称为衍射，晶体对X射线的这种折射规则称为布拉格规则。
θ称为衍射角（入射或衍射X射线与晶面间夹角）。
n相当于相干波之间的位相差，n＝1，2…时各称0级、1级、2级……衍射线。
反射级次不清楚时，均以n＝1求d。
晶面间距一般为物质的特有参数，对一个物质若能测定数个d及与其相对应的衍射线的相对强度，则能对物质进行鉴定。
八.该产品的质量检验方法和使用的标准：
储罐的检查包括储罐外部检查、储罐内外部检验和液化气储罐全面检验。
1．储罐外部检查亦称运行中检查：
检查的主要内容有：
压缩空气储罐外表面有无裂纹、变形、泄漏、局部过热等不正常现象；安全附件是否齐全、灵敏、可靠；紧固螺栓是否完好、全部旋紧；基础有无下沉、倾斜以及防腐层有无损坏等异常现象。
外部检查既是检验人员的工作，也是操作人员日常巡回检查项目。
发现危及安全现象（如受压元件产生裂纹、变形、严重泄渗等）应予停车并及时报告有关人员。
2．储罐内外部检验：
压缩空气储罐内外部检验这种检验必须在停车和容器内部清洗干净后才能进行。
检验的主要内容除包括外部检查的全部内容外，还要检验内外表面的腐蚀磨损现象；用肉眼和放大镜对所有焊缝、封头过渡区及其他应力集中部位检查有无裂纹，必要时采用超声波或射线探伤检查焊缝内部质量；测量壁厚。
若测得壁厚小于容器最小壁厚时，应重新进行强度校核，提出降压使用或修理措施；对可能引起金属材料的金相组织变化的容器，必要时应进行金相检验；高压、超高压容器的主要螺栓应利用磁粉或着色进行有无裂纹的检查等。
通过内外部检验，对检验出的缺陷要分析原因并提出处理意见。
修理后要进行复验。
压缩空气储罐内外部检验周期为每五年一次，运行中发现有严重缺陷的容器和焊接质量差、材质对介质抗腐蚀能力不明的容器也均应缩短检验周期。
3．储罐全面检验：
压缩空气储罐全面检验除了上述检验项目外，还要进行耐压试验（一般进行水压试验）。
对主要焊缝进行无损探伤抽查或全部焊缝检查。
但对压力很低、非易燃或无毒、无腐蚀性介质的容器，若没有发现缺陷，取得一定使用经验后，可不作无损探伤检查。
压缩空气储罐操作人员必须经考试合格后，方可独立操作。
操作人员必须熟知岗位操作法，充分了解容器技术特性、结构、工艺流程、工艺参数，可能发生的事故和应采取的防范措施、处理方法等。
操作人员必须严格执行操作规程，严格控制工艺条件，严防容器超温、超压运行。
操作人员必须加强维护，并以听、摸、看、闻、测、比的方法进行定时、定点、定项的巡回检查。
发生异常现象应及时报告并作好记录。
发生下列异常现象之一时，操作人员有权采取紧急停车措施并立即上报。
a．储罐工作压力、工作温度或壁温超过允许值，采取了各种措施都不能使之恢复正常时；
b．压缩空气储罐所在岗位发生火灾或相邻设备发生事故已直接威胁容器安全运行时；
c．储罐的主要受压元件产生裂纹，鼓包、变形、泄漏危及安全运行时；
d．发生安全生产技术规程中所不允许储罐继续运行的其他情况。
保温层要保持完整；应消除跑、冒、滴、漏等。
补充：
水压试验：
（1）水压试验必须在罐体焊缝检验合格，配件安装，焊接完毕，支柱找正固定，完成热处理，内部清扫后进行。
并应有业主、监理及当地劳动部门参加。
（2）试验用５℃以上的清洁水，注满水时，应将空气排尽，试验过程中应保持罐体外表面干燥，并有业主、监理及当地劳动部门参加。
（3）在罐顶和罐底各装一个经校核合格且精度不低于1.5级的表盘直径150mm的压力表，其量程为0～4MPa，压力以罐顶读数为准，试验压力：
2.21MPa。
（4）试验时，压力应缓慢上升，升至试验压力的50%时保持15分钟，对罐体的所有焊缝和连接部位进行渗漏检查，确认无渗漏后继续升压，当压力升至试验压力的90％时，保持15分钟，检查确认无渗漏后升压。
当压力升至试验压力时，保持30分钟，然后将压力降至设计压力，进行检查，以无渗漏为合格。
（5）水压试验完毕后，应将水排尽，用压缩空气将罐内吹干。
排水时严禁就地排放。
九.焊接加工的经济考虑：
人员配备：
按12小时为一班进行倒班，每班人员配备如下：
巡回指挥检查（包括安全）1人，自动埋弧焊机操作1人，焊条电弧焊机操作1人，电气照明动力维护1人，质量检测员2人，自动记录仪维护及温度记录2人，控制台1人，机动人员2人。
在危险区热处理时，应配备医务人员１名和消防车辆，消防人员在热处理时要值班，此事应预先通知业主共同做好安全工作。
十．参考文献：
1．实用焊接工艺手册.王洪光.化学工业出版社，2010
2．焊接方法及设备.王宗杰.机械工业出版社，2006
3．焊接结构制造技术与装备.宗培言.机械工业出版社，2010
4．焊接操作实例.朱思照，张学益，武美清.山西科学技术出版社，1998
5．压力容器焊接结构工程分析.王宽福.化学工业出版社，1998
6．焊接与连接工程学导论.何德孚.上海交通大学出版社,1998
7．焊接结构设计手册.中国机械工程学会焊接学会，焊接结构设计与制造（XV）委员会.机械工业出版社，1990
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