自考论文：管板与壳体连接焊接接头失效的结构因素分析
自考论文：管板与壳体连接焊接接头失效的结构因素分析
摘要：通过对焊接接头性能影响因素的分析和实验，调整相应的结构参数和焊接工艺参数，防止焊接接头缺陷的产生，提高接头机械性能，从而提高产品的使用寿命，减少损失，节约了材料。
关键词：焊接接头；失效分析；结构因素
热交换器产品中的固定式不带法兰的管板与壳体的连接焊接接头是产品上的主要焊接接头，制造过程中焊接接头内部组织的缺陷，如夹渣、气孔、未熔合、未焊透、裂纹以及组织粗大等，将影响焊接接头的机械性能，也影响产品使用的可靠性，给使用单位带来不必要的经济损失，是个不可忽视的问题。通过对焊接接头性能影响因素的分析和实验，调整相应的结构参数和焊接工艺参数，防止焊接接头缺陷的产生，提高接头机械性能，从而提高产品的使用寿命，减少损失，节约了材料。
1 问题的提出
在产品生产过程中，焊接结构参数、焊接工艺参数、焊接前的准备和操作方法等因素都会影响焊接接头的质量，在焊接时就要通过控制相关技术参数来控制焊接接头内部质量，尽可能提高焊接接头的机械性能。在诸多技术因素中以结构参数和焊接工艺参数对焊接接头质量影响最大，为此，坡口尺寸变化对焊接接头质量的影响及焊接工艺参数对焊接接头质量的影响是本课题的主要内容。
通过研究不同尺寸的坡口用相同焊接工艺参数下焊成的接头在焊接接头组织、机械性能、焊接应力分布的变化；比较对焊接接头质量影响最小的结构尺寸，选出最优技术参数。
2 坡口尺寸的确定
产品的设计坡口尺寸如图1所示，其中，管板车边尺寸为0.25δ,与壳体组对后坡口间隙为0.4δ1，具体根据不同的板厚在国家标准中有明确的规定。
本课题根据中生产单位的实际情况，δ和δ1的取值如表1。根据表中的数据，按《钢制压力容器》标准的有关规定，可以分别计算出管板车边尺寸和坡口间隙尺寸，也列于表1中。
在本次试验中，为了减少工作量，试件的坡口组对成大小端，最大值取6mm，最小值取1mm。虽然该值与国家标准的要求有出入，但符合焊接工艺中保证焊接接头质量的有关要求，对试验结果的正确性影响不明显。
3 模拟试验与检测
为保证结构参数对焊接接头的组织、应力和机械性能等方面影响的试验结果准确，在焊接过程中，要求焊接工艺参数保持不变。
本试验的试件结构与产品实际使用的结构相近。对焊接接头的检测主要包括焊接接头热影响区应力值、机械性能测试和热影响区组织分析。
3.1应力测试
应力测试时采用了应力释放法。
通过焊接接头区或焊接热影响区某点处的应变量测试，计算出该点的应力值。用此法检测比较简单，所需测试设备简便。虽然数据不够准确，但同一试件测试的数据有对比性，对本课题来说完全符合要求。
测试时，为使焊接热影响区的应力相对准确且有对比性，试验时选焊接接头焊趾两侧5mm处平行于焊接接头中心线的直线上作为测试焊接应力的位置，并以5mm的间距为一测试点，两侧两端各测6点。
3.2机械性能测试
应力测试后的试件用机械加工的方法加工成拉伸试样，测试其机械性能。
4 数据分析
4.1测试点应力与焊接接头距离的关系
以上数据表明，离焊接接头不同的距离的各点间的应力是不同的。离熔合线越近，应力值越大；离熔合线越远，应力值越小。表明高温区更易产生较高的应力。
4.2坡口间距对应力的影响
坡口间距对应的影响也较为明显，从表中可以看出，坡口间距越大，应力值也有明显的增大，最大间隙处应力值（为最小间隙处应力值的3.5倍左右）。从理论上分析，坡口越大，需填充的金属越多，焊接时热作用时间越长，温度也越高，因而产生更大的应力。
4.3坡口间距对机械性能的影响
可以看出，坡口间距对机械性能的影响较小，但坡口间距对缺陷有较大的影响。两个试样都做了宏观金相检查，坡口间距越小，未焊透缺陷倾向增加。所以，坡口间距间接地影响了焊接接头的强度，降低疲劳强度。
5 金相分析
在相应的最大坡口端和最小坡口端，分别取试样进行金相分析，对比母材金相，组织变化差异很小。可见，因所用材料为普通碳素结构钢（管板和筒体材料都选用了Q235-B），这类材料的组织在加热时，长大倾向并不明显。可以认为，坡口间距对焊接接头及热影响区金属组织的影响是不大的。或者说，因焊接接头及热影响区金属组织所引起的焊接接头失效现象的因素要比焊接缺陷和应力变化所产生的影响小得多。
通过以上分析，造成管板与壳体连接焊接接头失效的重要因素中，坡口尺寸大小是其中之一。因为坡口尺寸大小对焊接接头内部缺陷的产生及热影响区的焊接残余应力大小有着重大的影响，坡口越大，焊接缺陷产生的可能性增加，焊接残余应力增加。在焊接实践中，可以通过选择合适的坡口尺寸，配以合理的焊接工艺参数，尽可能降低焊接接头及热影响区的焊接残余应力，则可以减少此类失效现象的发生，从而减小生产中的经济损失。
[1]霍立兴.焊接结构的断裂行为及评定[M].北京：机械工业出版社，2000，6.
[2]全国压力容器委员会标准化委员会.GB150-1998，钢制压力容器[S].
[3]全国压力容器委员会标准化委员会.GB151-99，管壳式换热器[S].
[4]陈祝年.焊接设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，1997，3.
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摘要不锈钢自1912年发明以来取得迅猛发展，至今全球仍以每年3%～5%的速度递增。我国正处于不锈钢生产和应用的高速增长期，2001年我国不锈钢的使用量已跃居世界第一。不锈钢通常含有Cr(WCr≥12%)、Ni、Mn、MO等元素，具有优异的耐蚀性能以及特有的力学性能、物理性能和工艺性能使其适于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温的零部件设备，故而不锈钢具有广泛的应用前景，其焊接具有特殊性。不锈钢在电阻点焊过程中极易产生飞溅，焊接接头处易出现结合面断裂，将直接影响焊接接头的质量。本文针对上述问题，研究了304不锈钢电阻点焊接头的组织结构特点，分析了焊接电流、焊接时间、电极压力以及焊接过程中电阻点焊接头组织和性能的影响。实验表明：当焊接电流为6000A，电极压力为4000N，焊接时间为7个周波时焊点性能最好。接头的主要结晶形态为柱状晶，其结合面为点焊接头的薄弱区域。不锈钢点焊接头易出现裂纹及缩孔等焊接缺陷，使点焊接头质量降低关键词:304不锈钢电阻点焊微观组织力学性能AbstractStainlesssteel?hasbeendevelopedrapidly?sinceitsinventionin1912,?sofartheworldstill?withannual3%?to5%annually.?Ourcountryisintherapid?growthof?productionandapplicationof?stainlesssteel,?2001usage?ofstainlesssteelinChina?hasbeenrankedfirstintheworld.?Stainlesssteelis?referredtoasthe?corrosionandheatresistantalloysteel.?SousuallycontainCr(WCr≥12%),Ni,Mn,Moandotherelements,withexcellentcorrosionresistanceandmechanicalproperties,uniquephysicalpropertiesandprocessingpropertiesmakeitsuitableformanufacturingrequirementsofcorrosionresistance,hightemperatureresistanceandpartsofequipmentofultralowtemperature,andsohasthewidespreadapplicationprospect,theweldingwithspecial.Stainlesssteelintheprocessofresistancespoteasilytohaveraineddown,weldingjointswithfaceeasyappearrupture,willdirectlyaffectthequalityoftheweldingjoint.Thisisarticleinviewoftheaboveproblems,304stainlesssteelresistancespotjointoftheorganizationalstructurecharacteristics,analyzedtheweldingcurrent,weldingtime,electrodepressureandweldingprocessofresistancespotjointorganizationandperformanceinfluence.Theexperimentshowedthatwhenweldingcurrentforweldingcurrent6000A,electrodepressurefor4000N,weldingtimefor7cycsolderjointperformanceisthebest.Themaincrystallineformjointiscolumnarcrystals,whichcombinedsurfaceareafortheweakspotweldingjoints.Stainlesssteelweldingjointspronetocracksandwelddefectssuchasshrinkage,sothatthequalityofweldingjointsisreduced.Keywords：304stainlesssteelResistancespotwelding,Microstructure,Mechanicalproperties目录摘要 I1绪论 11.1选题背景及意义 11.2电阻点焊技术及当前发展状况 11.3不锈钢的概述 61.4
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文档介绍：
综合性实验报告压力容器焊接结构及工艺设计实验者:指导老师溜达班级:o8hanie学号:10目录摘要…………………………………………………………………………………2关键字………………………………………………………………………………2前言1 概述………………………………………………………………………………31.1 压力容的分类…………………………………………………………………31.2 压力容器的结构特点……………………………………………………… 42 实验方案及方法……………………………………………………………… 42.1 材料的选则…………………………………………………………………42.2 焊接性能分析……………………………………………………………… 62.2.1 裂纹问题………………………………………………………………62.2.2 脆化问题……………………………………………………………… 72.3 焊接方法及参数的确定……………………………………………………72.3.1 焊接接头形式…………………………………………………………82.3.2 焊缝坡口的选择…………………………………………………………82.3.4 焊接方法的选择…………………………………………………………102.3.4 焊接材料的选择……………………………………………………… 123 实验过程……………………………………………………………………… 123.1 焊前准备……………………………………………………………………133.2 焊接操作……………………………………………………………………133.3 焊后热处理………………………………………………………………… 133.3 焊缝机械性能检验………………………………………………………… 134 实验结果与分析……………………………………………………………… 144.1 焊接接头硬度分析………………………………………………………… 154.2 焊接接头机械性能分析……………………………………………………154.3 焊接接头金相图…………………………………………………………… 165 结论…………………………………………………………………………… 186 总结…………………………………………………………………………… 187 致谢…………………………………………………………………………… 188 参考文献……………………………………………………………………… 19摘要目前中国生产的电站锅炉、工业锅炉和各种石油化工容器均为焊接结构,其焊接工作量之大,对焊接质量要求之高居整个焊接结构制造业之首位。目前中国的压力容器制造行业已经能够制造大型、超重型、高压和超高压容器。本文主要介绍压力容器的结构、使用性能、材料的选择、焊接结构与工艺的设计、憨厚的热处理、失效形式等。通过多步骤的实验得出了硬度数据、拉伸图、金相图片等资料,并就实验中出现的问题做了整理和分析,以供参考。根据工件的工作环境、使用性能可知道工件的力学性能有高强度、好的塑性、韧性和焊接性。根据其工作要求、性能要求、服役条件和经济状况决定零件素需要的材料为 16MnR 钢。并根据工件的结构、性能要求以及材料确定工件的热处理工艺。关键词:压力容器、手工电弧焊、坡口、金相图前言压力容器一般是指用于一定压力流体的贮存、运输或者是传质、传热、反应的密闭容器。广泛应用于采矿、炼油、冶金、化工、医药等行业以及人民生活的很多方面。1.概述1.1 压力容器的分类压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、改造和修理都要受到国家《压力容器安全技术监察规程》的监察。压力容器的焊接工作有严格的参数,必须遵循国家有关标准、行业标准和专业标准。按压力容器的工作压力 p,压力容器可分为低压、中压、高压和超高压容器四类。这四类容器的压力范围规定如下:a. 低压容器(L),0.1≦p&1.6MPa;b. 中压容器(M),1.6≦p&10MPa;c. 高压容器(H),10≦p&100MPa;d. 超高压容器(U),p≥100MPa。按照压力容器安全技术的角度可将容器分为固定式容器和移动式容器。从压力容器的用途和化工工艺过程的性质,可将压力容器分为反应容器、换热容器、分离容器和贮运容器。鉴于各种容器的工作压力和介质差别较大,容器按工作压力、温度的高低以及在运行过程中的危害程度可以分为一类容器、二类容器和三类容器。一类容器是指装有非易燃或无毒介质的低压容器,或者是装有易燃或有毒介质的低压分离器和换热器。二类容器包括中压容器,或者装有剧毒介质的低压容器和装有易燃或有毒介质的低压反应器和贮运容器。三类容器是指高压或超高压容器。或者装有剧毒介质的大型低压和中压容器,或者装有剧毒介质的低压容器和装有易燃或有毒介质的中压反应器和贮运容器。1.2 压力容器的结构特点压力容器最常见的结构形式为圆柱形、球形和圆锥形三种。大多数压力容器是由封头、端盖、筒体和接管等部件组成。压力容器的封头按其外形可分为椭圆形,蝶形和球形三种。厚度在 20mm 以下的薄壁封头可采用冷冲压或旋压成形制造。20mm 以上的壁厚封头一般采用热冲压成型制造。大直径封头可由瓜瓣片和圆顶盖拼焊而成。厚壁容器的顶盖以及热交换器的管板大部分采用大型锻件加工而成。圆柱形筒体和椎体可采用冷卷或热卷成形,也可采用压制成形工艺制造。封头、端盖、筒体(椎体)和接管之间几乎全部用焊接而成。2 实验方案及方法2.1 材料选择压力容器所用的材料一般为碳钢、低合金钢和合金钢,含碳量一般规定≤0.25%。压力容器用钢必须满足使用条件下的力学性能要求,主要包括强度和塑韧性的要求。压力容器用钢要求室温下的冲击韧性60-70J/cm2,-40℃时的冲击韧性为 35-40J/cm2(U 型缺口)。压力容器所用的材料都应有供应厂商完整的质量证明书。初步选择 Q235 和16Mn 进行对比。Q235:普通碳素结构钢,是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服度,后面的235就是这种材质的屈服值,在235左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳量适中,综合性能较好,强度、塑性和焊接等性能得到较好的配合,用途广泛。常用于制作钢筋或厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等,也大量用作对性能要求不高的机械零件。●化学成分见下表2-1与力学性能见下表2-2表2-1牌号等级化学成分(质量分数)(%)C Mn Si S P≤Q235A 0.14~0.22 0.30~0.650.300.050 0.045B 0.12~0.20 0.30~0.70 0.045C ≤0.18 0.35~0.80 0.040 0.040D ≤0.17 0.035 0.035表 2-216MnR:强度级别为 343Mpa,在热轧或正火状态下使用。综合力学性能、焊接性及低温韧性、冷冲压及切削性均好,与 Q235 相比,强度提高 50%,耐大气腐蚀性能提高 20%-38%,低温冲击韧性也比Q235 钢优越,价廉,应用广泛。用于各种大型船舶、车1
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