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哈尔滨理工大学 焊接课程设计
S304钢制氨合成塔为立式设备外壳的焊接工艺设计
班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师：
2011年 12月 10日
S304钢制氨合成塔为立式设备外壳的焊接工艺设计
一、氨合成塔外壳焊接工艺综述
（一）、氨合成塔简介
1、氨合成塔定义
氨合成塔（ammonia synthesis converter ）是在高压、高温下用来使氮气和
氢气发生催化反应进行氨合成的设备。氨合成塔是合成氨厂的心脏，是种结构复杂的反应器。现在工业上氨合成是在压力15.2～30.4MPa、温度 400～520℃下进行的，为防止高压、高温下氢气对钢的腐蚀，氨合成塔由耐高压的封头、外筒和装在筒体耐高温的内件组成。 2、氨合成塔分类
按床层内气体流动方向不同，分为轴向氨合成塔，径向氨合成塔和轴径向氨合成塔。在床层内，气体沿中心轴沿方向流动为轴向氨合成塔；在床层内，气体沿半径方向流动为径向氨合成塔；在床层内，气体既有沿中心轴沿方向流动，又有沿半径方向流动为轴径向氨合成塔。
按移走反应热方式不同，分为内部换热式和间断换热式。内部换热式又称连续换热式。特点是在催化剂床层中设置冷却管，通过冷却管进行床层内冷热气流的间接换热，以达到调节床层温度的目的。间断换热式主要特征是反应和换热间断进行。催化剂床层分为若干段，在段间通入的未预热的氮氢混合气用以直接冷却，称为多层直接冷激式氨合成塔。
（二）、氨合成塔外壳生产常用钢材
氨合成塔外壳生产常用钢材0Cr13、0Cr13Al、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo、0Cr18Ni12Mo2Ti、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3。
（三）、焊接材料
1、焊条
A102是钛钙型药皮的Cr19Ni10不锈钢焊条。熔敷金属具有良好的力学性能及抗晶间腐蚀性能。有优良的焊接工艺性能和抗气孔性能，药皮耐发红、抗开裂。
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可交直流两用。用于焊接工作温度低于300℃的耐腐蚀的0Cr19Ni9及0Cr19Ni11Ti的不锈钢结构。
A107是碱性药皮的Cr19Ni10不锈钢焊条。熔敷金属具有良好的力学性能及抗晶间腐蚀性能。采用直流反接，能进行全位置焊接。用于焊接工作温度低于300℃的耐腐蚀的0Cr19Ni9型不锈钢结构，也可焊接一些可焊性较差的钢材（如高铬钢等）以及堆焊不锈钢表面层。
A232是钛钙型药皮的低碳Cr18Ni12Mo2V不锈钢焊条，由于熔敷金属含有V，故具有良好的耐热性能和抗裂性能。有优良的焊接工艺性能，可交直流两用。焊接一般耐热及有一定耐蚀性的Cr19Ni10及0Cr18Ni12Mo2不锈钢结构。
A237是碱性药皮的低碳Cr18Ni12Mo2V不锈钢焊条，由于熔敷金属含有V，故具有良好的耐热性能和抗裂性能。采用直流反接，可进行全位置焊接。 用于要求一般耐热而又有一定耐蚀性的Cr19Ni10及0Cr18Ni12Mo2不锈钢结构的多层焊接。 2、焊丝
焊丝H0Cr20Ni10Ti和H0Cr19Ni12Mo2的化学成分，如表1-1。
表1-1 焊丝H0Cr20Ni10Ti和H0Cr19Ni12Mo2的化学成分（质量分数%） 牌号 C Si Mn P S Ni Cr H0Cr19 ≤0.08 Ni12Mo2 ≤0.60 1.00～ 2.50 ≤0.030 ≤0.020 11.00～ 14.00 18.50～ 20.00 H0Cr20Ni10Ti ≤0.06 ≤0.60 1.00～ 2.50 ≤0.030 ≤0.020 9.00～ 11.50 18.50～ 20.50 注：1）焊丝H0Cr20Ni10Ti的含钛量为9×C%～1.00； 2）焊丝H0Cr19Ni12Mo2的含钼量为2.00～3.00。 3、焊剂
焊剂HJ260属于低锰高硅低氟型焊剂，呈灰色玻璃状颗粒，粒度为2～0.28（10～60钼)。配合H0Cr20Ni10、H0Cr20Ni10Ti等不锈钢焊丝，焊接相应的耐酸不锈钢结构，可用轧辊堆焊。
焊剂SJ641属于碱性焊剂，碱度为约2.0，呈球状状颗粒，粒度为2～0.28（10～80钼)。配合H0Cr21Ni10、H0Cr21Ni10Ti及超低不锈钢焊丝焊接18-8不锈钢及超低碳不锈钢结构，可用轧辊堆焊。
焊剂HJ151属于无锰中硅中氟型焊剂，呈蓝色至深灰色玻浮石状颗粒，粒度为2～0.28（10～60钼)。配合奥氏体不锈钢焊丝或焊带，如H0Cr20Ni10、H0Cr20Ni10Ti、H0Cr21Ni10Nb、H0Cr24Ni12Nb等不锈钢，用于核容器及化石设备耐腐蚀层堆焊和构件焊接。
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（四）、焊接方法
1、电渣焊简介
电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔
化，凝固后形成金属原子间牢固连接。 电渣焊主要有熔嘴电渣焊、非熔嘴电渣焊、丝极电渣焊、板极电渣焊等。
它的优点：不用开坡口；焊缝缺陷少；焊接成本低；对参数变化不敏感；熔渣对焊件很好预热；焊缝成形系数和融合比调节范围大。它的缺点：输入的热量大，接头在高温下停留时间长、焊缝附近容易过热，焊缝金属呈粗大结晶的铸态组织，冲击韧性低，焊件在焊后一般需要进行正火和回火热处理。 2、电子束焊简介
电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产
生的热能进行焊接的方法。按工件所处的环境的真空度分为三种：真空电子束焊，低空电子束焊和非真空电子束焊。
其优点是：电子束穿透能力强，焊缝深宽比大；焊接速度小，影响区小，焊接变形小；真空环境利于提高焊缝质量；焊接可达性好；电子束易受控。其缺点：设备比较复杂，费用比较昂贵；焊接前对接头加工，装配要求严格，以保证接头位置准确，间隙小而且均匀；真空电子束焊接时，被焊件尺寸和形状常常受到真空室的限制；电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量；电子束焊接时产生的X射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全。 3、二氧化碳气体保护焊简介
二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种，是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风，适合室内作业。二氧化碳气体保护焊的分类：按机械化程度，可分为自动化和半自动化；按焊丝直径：可分为细丝1.0～1.2 ，中丝1.2～1.4 ，粗丝 1.4～1.6；按焊丝分类：可分为药芯和实心焊丝两种。
其优点：焊接成本低；生产效率高；操作简便；明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接；焊缝抗裂性能高；焊缝低氢且含氮量也较少；焊后变形较小；焊接飞溅小。其缺点：飞溅大；抗风内能力差；劳动条件差。
（五）、产品检验及评判标准
1、焊缝外观检查
焊接完成之后，使用放大镜（5倍以内）或眼睛对接头区域进行观察。主要适用于外部缺陷，检测标准如表1-2。
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