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哈尔滨理工大学 焊接课程设计 650 m3容积07MnCrMoVR钢制氧气 球罐的焊接工艺 班 级：材型10-2班 学 号：1002040217 姓 名： 张伟 指导教师： 李丹 2013年12月25日 钢制氧气球罐的焊接工艺 一、设计任务 （一）关于产品材料 高强度调质钢07MnCrMoVR在国内压力容器行业应用已有20多年的历史，作为国产低焊接裂纹敏感性钢，主要用作球罐和大型储罐等压力容器的建造。多年来国内对07MnCrMoVR的焊接方法一直以焊条电弧焊为主，为适应不断发展市场需要，提高焊接效率，本公司对07MnCrMoVR钢制压力容器进行了多种焊接方法工艺试验和应用。07MnCrMoVR钢的焊条电弧焊工艺相对而言比较成熟，这里不再论述，本文主要阐述07MnCrMoVR钢的富氩CO2气体保护焊和埋弧自动焊两种工艺的研究和应用。 目前国内生产的低焊接裂纹敏感性钢执行GB19189-2003《压力容器用调质高强度钢板》标准，化学成分和力学性能见表1，表2。 表1 化学成分 牌号 化学成分 07MnCrMoVR C Mn Si S P Ni Cr Mo V Pcm ≤0.09 1.20~1.60 0.15~0.40 ≤0.010 ≤0.025 ≤0.40 0.10~0.30 0.10~0.30 0.02~0.06 ≤0.20 表2 材料性能 牌号 交货状态 钢板厚度mm 力学性能 拉伸试验 冲击试验 07MnCrMoVR 调质 16~60 抗拉强度/MPa 屈服点/MPa 温度℃ V型冲击/J 610~730 ≥490 —20℃ ≥47 07MnCrMoVR钢属低合金高强度，含碳量较低。降低了碳含量有利于提高钢的抗冷裂性和低温冲击韧性，但同时也会降低钢材的强度，07MnCrMoVR钢主要通过添加合金元素和热处理工艺以保证该钢的高强度。另一方面严格控制有害元素S、P的含量，达到降低热裂纹倾向的目的。 07MnCrMoVR钢焊接过程中，重点要减小热影区的受热软化和脆化程度，以保证焊接接头的低温韧性和高强度，因此焊接工艺必须严格控制焊接线能量和层间温度。在实际工程应用中，07MnCrMoVR钢焊接接头主要考虑SR处理后的力学性能。 （二）焊接方法分析 过去的大型球罐均采用五带橘瓣式结构，此种结构极带多，球壳板数多，焊缝长，施工难度大。而足球橘瓣混台式的结构只有三极，球壳板数少，焊缝短，钢材使用率高，施工容易，故决定采用此种结构。 球罐支拄采用整体结构。为减少焊缝和焊接裂纹产生的几率，支柱与球壳的连接采用赤道正切结构，并在支柱与赤道连接处下端u 型托板，可 避开该连接处最低点的尖锐角焊缝，改善其应力分布状态，降低其剪切应力和纬向应力；同时还可以简化制造工艺，便于焊接和检验。比较可调式拙杆和固定式拉杆的利弊，将原松紧结进行了改进，使其不仅能很好地承受压缩载荷和横向载荷，还能更好地承受拉伸载荷。 07MnCrMoVR钢富氩CO2气体保护焊工艺07MnCrMoVR 钢应用于大型球罐壳体材料，由于球罐焊缝的特殊性和气保焊自身的特点，气体保护焊工艺目前主要针对立焊位置。 经过对纯CO2和富氩CO2气保焊进行分析和对比试验，采用80%Ar2＋20% CO2混合气作为保护气体较为合适。由于纯CO2气保焊飞溅大，且CO2气体自身有吸热的特性，焊缝熔合性稍差，易形成未熔合，导致纯CO2气保焊试板侧弯试验易出现弯裂现象。采用富氩CO2混合气体保护焊能有效克服以上缺陷，进行的工艺评定试验试板规格40×300×600，立焊位置，开双面不对称X坡口，背面碳弧气刨清根。实芯焊丝牌号为CHW-65A，工艺参数见表3。 表3 工艺参数 焊接方法 焊接位置 填充材料 焊接参数 焊接速度cm/min 现能量Kj/cm 序号 直径 批号 极性 电流/A 电压/V 富氩CO2气保焊 立焊 CHW-65 Φ1.2 8-1703 反接 160~220 24~28 8~14 15~35 富氩CO2气体保护焊工艺试板焊缝强度与母材07MnCrMoVR钢匹配，焊缝中心-20℃冲击值比母材稍低，但平均值仍高于Akv≥ 47J的要求；四件侧弯完好，富氩CO2气体保护焊工艺评定合格。 （三）产品设计参数 根据产品的设计要求，产品的设计参数如表4。 表4 设计参数 产品名称 钢制氧气球罐 材料 07MnCrMoVR 设计温度/（℃） 60℃ 设计压力/（MPa） 3.15 MPa 设计壁厚/（mm） 44mm 设计容积/（m3） 650m3 （四）产品结构参数 根据设计的公称容积，确定各部分的参数，见表5。 表5