L245管道直焊缝埋弧焊-课程设计

压力管道焊接与工艺设计目录任务： 21、前言 22、管壁壁厚的计算 33、L245管线钢的结构及材质分析 43.1产品结构及材质分析 43.1.1、产品结构（详见工艺草图） 43.1.2、材质性质分析 44、L245管线钢的成型设计 55、焊接方法与设备的选择 55.1焊接方法的选择 55.2焊接设备的选择 66、焊接材料及焊接规范（详见焊接工艺卡） 66.1 焊接材料的选择 66.1.1焊丝的选择 76.1.2焊条直径规范 76.1.3焊接电流的选择 86.1.4焊接电压的选择 86.1.5焊接速度的选择 86.1.6焊缝坡口的设计 87、焊前准备及辅助设备 87.1、焊前准备 87.1.1坡口的制备 97.1.2焊材的准备 97.2焊接辅助设备 98、热处理分析及工艺分析[5] 99、焊接检验 109.1 焊接检验主要方面 109.1.1 焊前 109.1.2 施焊过程中 109.1.3 焊后 1010、心得体会 11参考文献： 12压力管道焊接工艺课程设计说明书课程设计题目：压力管道焊接工艺设计任务分析：本次课程设计是通过分析L245钢的化学成份和及其相关性能，对所给材料在制造输油管道过程中的焊接性能进行了重点思考。

管道在制造时可采用直焊缝焊接方式，所选用的焊接方法为埋弧自动焊根据有关的数据依据，制定了合理的焊接工艺，并分析工艺的合理性，同时还要求阐述焊接前的准备工作、焊接中的注意事项以及焊后的检验处理工作以保证获得质量好的焊缝 具体任务有以下几点：1、 分析L245管线钢钢管在石油天然气运输中的运用2、 根据工作压力为5MPa，工作温度为-10~80℃计算管道壁厚，工质为原油3、 选择焊接方法以及工艺分析（单件生产，批量生产），设备、选定焊材，确定焊接规范等4、 焊前准备、焊后热处理以及焊接辅助设备等5、 写出自己在课程设计过程中的心得体会1引言管道运输是用管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的输方式，是一种专门由生产地向市场输送石油、煤和化学产品的运输方式，也是油、气集输和储运焊接工程中的重要组成部分管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳以及投资少、占地少、费用低，并可实现自动控制随着石油，天然气的开发力度增大，管道的建设将向着长距离、大规模、高压、大口径、多样化的方向发展，这也使管道在考虑工质压力，温度，自然环境，人为因素的条件下，对管道的制造提出了更高的要求焊接是管道制造过程中最重要的工序之一，它决定了管道的抗裂强度，使用寿命等。

要做好管道制造过程中的焊接工作，保证产出的管道满足高要求，合理的选择焊接材料，正确的制定焊接工艺是相当重要的2管壁壁厚的计算 材质：L245、工作压力为5MPa、工作温度：-10~80℃根据石油天然气输送管道直焊缝焊管（GB/T9711.1——1997）公称外径壁厚理论质量试验压力/mpamm管体公差/mm允许公差kg/mL210L245L290L230323.9-0.755.2+1540.874.04.77.98.75.643.964.45.18.59.47.155.475.56.410.811.97.961.566.17.212.013.3可以得到该管道的外径D1为323.9mm，壁厚为5.6mm 内径为318.3mm钢管壁厚校核：对压力管道来说，大多数都属于薄壁管子，故当S < D/6 或P/σt≤0.385时，受内压直管理论壁厚计算公式可按下式计算: PχD S=———————+C1+C22χσtχФ+P式中P——设计压力，5MPa；D——管子外径，323.9mm；S ——管子的理论计算壁厚，mm；σt——设计温度下材料的许用应力， 158MPa; Ф——焊缝系数对单面焊直焊缝钢管，Ф=0.85；C1——腐蚀余量，3.2 mm；C2——管子壁厚负偏差。

1.mm计算得到5χ323.9 S=———————+3.2-12χ158χ0.85+5可以得到S=7.9mm3L245管线钢的结构及材质分析3.1产品结构及材质分析3.1.1、产品结构323.9mm316mm 图3.1 L245钢直焊缝管道结构图外径D1为323.9mm，壁厚为7.9mm 内径为316mm的L245管线钢产品为直焊缝3.1.2、材质性质分析（1）、化学性能分析表3.1 钢的化学成分( 质量分数) %[1]钢号CSiMnPSL2450.130.240.760.0220.014 （2）、材质的力学性能分析表3.2 X70 ,L245 钢的力学性能[2] 钢号σs/Mpaσb/Mpaδ5/ %冲击吸收功( - 20 ℃)/ JL2453804852256 （3）、焊接性的分析 L245 是一种优质非合金钢, GB/ T9711. 2 标准规定的碳当量为0142 ,实际碳当量为0123 ,供货的状态是正火,组织为铁素体加珠光体,无脆硬倾向,焊接性较好该次工艺评定的壁厚范围为11 mm ,厚度不大,考虑施工方便及经济性,一般对于单纯L245 - L245 的焊接接头焊前无预热要求。

综合考虑这种钢的焊接冷裂纹敏感性,为了保证良好的焊接接头质量,避免焊接冷裂纹的产生,确定预热温度为100 ℃,层间温度为100～150 ℃.4 L245管线钢的成型设计 直缝埋弧自动焊按其成型方式主要分为UOE、REB、JCOE和HU-METAL四种4.1、直焊缝埋弧焊分类 （1）、UOE焊管的成型工艺是，将钢板首先在成型机内压成U型，然后弯曲成O型，最后进行冷扩径 （2）、REB焊管是将钢板通过弯曲成型，如同容器的筒节成型，焊后进行扩径，得到所需要的尺寸的钢管 （3）、JCEO焊管是将钢板按照J型-C型-O型的顺序成型，然后进行扩径 （4）、HU-METAL焊管成型采用成型棒滚压法在成型机上进行钢管成型 由于题目要求L245钢的口径较小，所以选择直焊缝焊接4.2、HU-METAL焊管成型的工艺流程钢板→切边→ 钢板送入钳口→变成J型→松开钳口→J型钢板送入钳口→变成O型→松开钳口，升起芯棒→点焊→外焊→平管端→检查和非破坏性检验→ 成品5 焊接方法与设备的选择5.1、焊接方法的选择直缝埋弧焊管的成型和焊接是分开进行的焊接分为预焊焊接和埋弧焊焊接两道工序。

①预焊焊接预焊是将管坯沿全长进行“潜焊”预焊时管坯被固定在设有焊缝压缩机构的型套或型框内预焊不需要很大的熔深和容量，但必须保证质量预焊后的焊道在焊接时一般不清理掉预焊多采用CO2+Ar气体保护自动焊或手工电弧焊②埋弧焊焊接预焊后的埋弧焊在专用的焊接装置上进行直缝埋弧焊钢管的焊接方式有两种一是将钢管固定，电焊机的焊头移动；另一种是将焊机的焊头固定，管坯沿直线移动大多数采用焊头固定，管坯沿直线移动的方法由于课题要求管道壁厚为7.9mm，属于薄板，预焊选择手工电弧焊5.2焊接设备的选择①预焊的焊接设备选择：管壁较薄所以选择手工电弧焊为预焊方法②埋弧焊焊接设备的选择：根据板厚为7.9mm，确定焊接电流为550~600A，电压为33~38V，选择焊机型号为MZ2-1500焊机，[3]其参数如下表：表5.1 MZ2-1500焊机的参数项目送丝方式焊机结构特点焊接电流焊丝直径送丝速度焊接速度焊接电流种类基本参数等速送丝悬挂式自动机头400~15001.6~247.5~37522.5~187直流或交流6 焊接材料及焊接规范（详见焊接工艺卡）6.1 、焊接材料的选择6.1.1焊丝的选择为保证焊接接头的强韧性,采用H08MnNiMoA型焊丝[4]，采用CHF602型焊剂。

其中焊丝以及焊剂的化学成分如下表：表6.1 H08MnNiMoA型焊丝的化学成分型号CSiMnCrMoNiSPH08MnNiMoA≤0.10≤0.251.20-1.60≤0.200.30-0.50≤0.30≤0.03≤0.30 表6.2 CHF602型焊剂（%）型号碱度SIO2（%）MgO（%）Al2O3（%）CaF（%）BaCo3（%）用途CHF6023.0-3.2SIO2 8-12MgO24-30Al2O38-1220-2538-21后壁压力容器6.1.2焊条直径规范板厚为2-8mm，焊接位置为平焊，熔滴过渡形式为短路过度，应采用的焊丝直径为1.0-1.2mm此处如果选择焊丝直径为2.0mm，电流相同时，随着焊丝直径的减少，熔深要增加6.1.3焊接电流的选择焊接电流的作用是溶化焊丝和工件，同时也是决定熔深的决定因素焊接电流随着焊丝直径和过渡形式的不同而发生变化，电流选择范围为500-700A6.1.4焊接电压的选择 电弧电压是焊接一个重要的参数电弧电压的大小决定着电弧的长短和熔滴过渡形式，它对焊缝的成型，飞溅、焊接缺陷以及力学性能有有很大的影响 电弧电压对焊接过程及金属间的冶金反映起着比焊接电流更大的作用，且随着焊接直径的减小，电压的影响程度不多增大。

6.1.5焊接速度的选择焊接速度主要根据根据生产率和焊接质量速度大，保护变差，同时是冷却速度增加，使焊缝塑性降低，切不利于焊缝成形，易形成咬边缺陷焊接速度过慢，熔敷金属在电弧下堆积，电弧热和电弧力受阻碍，焊道不均匀且焊缝粗大在实际生产过程中一般不超过0.5m/min6.1.6焊缝坡口的设计坡口型式及参数不仅直接影响到焊接结构的生产成本,而且将直接影响到焊接质量坡口角度的作用是使电弧能深入焊缝根部,满足操作要求,保证焊缝 根部焊透间隙的尺寸要合适,太小则不易焊透,太大则容易烧穿钝边是保证第一层能焊透,同时又防止烧穿本处的焊缝坡口设计为V型详见工艺图）6.1.7焊缝位置的选择 见工艺图纸7 焊前准备及辅助设备7.1、焊前准备7.1.1坡口的制备 将每个待焊边加工成半V型（或单边J型坡口），如下图所示然后将坡口及附近内外表面20mm范围内的油污、水分、铁锈等打磨干净，露出金属光泽 将管子放在滚架上，根部间隙控制在1.5—2.5mm之间，高低平整，不要出现错边 V型坡口示意图7.1.2焊材的准备 焊丝在150℃烘干2小时，焊剂烘干消除水分，烘干时间与温度由焊剂生产厂家规定。

7.2焊接辅助设备 焊接夹具、工件变位设备、焊机变为设备、焊缝成形设备、焊剂回收输送设备[5]8 热处理分析及工艺分析8.1 根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、容器使用条 件和有关标准综合确定是否需要进行焊后热处理8.2.1调质钢焊后热处理应低于调质处理时的回火温度8.2.2不同钢相焊时,焊后热处理规范应按焊后热处理温度要求较高的钢号执行, 但温度不应超过两者中任一钢号的下临界点AC1.8.2.3非受压元件与受压元件相焊时,应按受压元件的焊后热处理规范.8.2.4 采用电渣焊焊缝、焊后必须进行正火+回火的热处理.8.3. 对有再热裂纹倾向的钢,在焊后热处理时应注意防止产生再热裂纹.8.4 奥氏体高合金钢制压力容器一般不进行焊后消除应力热处理.8.5 焊后热处理应在补焊后和压力试验前进行.8.6 应尽可能采取整体热处理.当分段热处理时,热重叠部份长度至少为1500mm, 加热区以外部份应采取措施,防止产生有害的温度梯度.8.7 补焊和筒体环缝采取局部热处理时,焊缝每侧加热带宽度不得小于容器厚的2倍;接管与容器相焊整圈焊缝热处理时,加热带宽度不得小于壳体厚度的6倍加热区以外部位采取措施,防止产生有害的温度梯度.8.8 焊后热处理工艺8.8.1 焊件进炉时炉内温度不得高于400℃.8.8.2 焊件升温至400℃后,加热区升温速不得超过5000/δ℃/h(δ----厚度, mm),且不得超过200℃/h,最小可为50℃/h.8.8.3 焊件升温期间,加热区内任意长度为5000mm内的温差不得大于120℃8.8.4 焊件保温期间,加热区最高与最低温度之差不宜大于65℃.8.8.5 升温和保温期间应控制加热区气体,防止焊件表面过度氧化.8.8.6 焊件出炉时,炉温不得高于400℃,加热区降温速度不得超过6500/δ℃/h,且不得超过260℃/h.最小可为50℃/h.8.8.7 焊件出炉时,炉温不得高于400℃,出炉后应在静止的空气中冷却. 9 焊接检验9.1焊前（1）焊接材料的选择 （2）焊接设备、仪表、工艺装备;（3）焊接坡口、接头装置及清理;（4）焊工资格;（5）焊接工艺文件.9.2施焊过程中（1）焊接规范参数;（2）执行焊接工艺情况;（3）执行技术标准情况;（4）执行图样规定情况.9. 3焊后（1）实际施焊记录;（2）焊缝外观及尺寸;（3）后热、焊后热处理;（4）产品焊接试板、焊接工艺纪律检查试板;（5）无损检验;（6）致密性试验.10 心得体会 这次课程设计我的题目是压力管道焊接工艺设计，对于即将进入单位工作的我有着很重大的意义，不仅是对四年大学所学的总结，也为即将到来的毕业设计热身，更是一种将知识融入实践的过程，为将来工作做一些铺垫。

所以在拿到题目的时候就引起了我足够的重视下定决心做好这次课程设计 在准备阶段，我和我小组的成员查阅了多本资料，如《管道设备与技术》、《管道焊接技术》、《焊接技术手册》以及一些要用到的国家标准等等认真的记录下课程设计所需要的数据，方法及一些工艺参数通过这一学习阶段，拓宽了我的知识面，并对我所学的专业课进行了一次查漏补缺在设计阶段，认真思考，共同协作，将所学的知识以及查阅的资料通过大脑的转换落实到一页页的设计说明书和一张图表上，很好的将理论知识丰富到具体的生产设计中当然这个阶段是最困难的，我遇到了很多问题，但通过老师的讲解，同学的帮助，自己的学习化解了这些困难完善阶段就是将思考成熟的焊接工艺过程反映到书面上严格按照毕业论文的格式制作了一篇说明书，让我更加熟练的运用word软件，同时也对毕业论文的书写有了一定的认识，为大学的最后一科打下良好的基础 通过以上三个阶段的学习，思考，制作，在规定时间之前我完成了课程设计说明书现在回过头来看看这次课程设计，我总结了心得体会与大家分享：1、自己对大学所学的专业知识很不熟悉，更谈不上满足生产设计的需要了所以在以后的学习工作中要更加努力的学习，在学好自身专业的基础上，拓宽知识面，了解更多与焊接相关的内容，为以后的工作做好铺垫。

2、自己对问题的思考还不够深刻全面，对老师，同学的帮助有依赖平时思考的东西太少，真正到了自己动手的时候就不知道该如何下手所以在平时的学习过程中要勤于思考，善于联系，举一反三，这样在自己实际实践的时候就有了思想素材，更好的完成学习工作任务3、一个工作的成功离不开一个有着良好氛围的团队在这次设计过程中我们小组成员进行了合理分工，通力合作，为这次课程设计的完成都贡献出了自己的一份力这次课程设计有得也有失，总的来说得大于失，它对我以后的学习工作有着指导性的作用，让我明确了未来的目标以及达到目标需要什么，对我有很重要的意义参考文献：[1] 张玉芝,吕向阳,马彦昌,孙德新,管道设备与技术.2005 no.4 [2]顾纪清，阳代军等编著.管道焊接技术北京：化学化工出版社，2005.6[3]史耀武.焊接技术手册.北京：化学工业09.6[4]摘自GB/T14957—1994[5]摘自JB4709-1992 12。