陜西科技大學(xué)科目期末考試復(fù)習(xí)過程設(shè)備設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí)ppt之4.3.8

1、1第第 四四 章章 壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)CHAPTER Design of Pressure Vessels2 4.1 概述概述 4.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4.3 常規(guī)設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì) 4.4 分析設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì) 4.5 疲勞分析疲勞分析 4.6 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展 4.3.3 封頭設(shè)計(jì)封頭設(shè)計(jì) 4.3.4 密封裝置設(shè)計(jì)密封裝置設(shè)計(jì) 4.3.5 開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 4.3.6 支座和檢查孔支座和檢查孔4.3.7 安全泄放裝置安全泄放裝置 4.3.2 圓筒設(shè)計(jì)圓筒設(shè)計(jì) 4.3.1 概述概述 4.3.8 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.9 壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn)

2、3一、焊接接頭形式一、焊接接頭形式 對(duì)接接頭對(duì)接接頭角接接頭及角接接頭及 T字形接頭字形接頭搭接接頭搭接接頭焊接接頭形式焊接接頭形式4（a）對(duì)接接頭；）對(duì)接接頭； （b）角接接頭；）角接接頭； （c）搭接接頭）搭接接頭圖圖4-44 焊接接頭的三種形式焊接接頭的三種形式受熱均勻，受力對(duì)稱，便于無損檢測(cè)，焊接質(zhì)量容受熱均勻，受力對(duì)稱，便于無損檢測(cè)，焊接質(zhì)量容易得到保證。易得到保證。1對(duì)接接頭對(duì)接接頭 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：兩個(gè)相互連接零件在接頭處的中面處于同一平面或兩個(gè)相互連接零件在接頭處的中面處于同一平面或同一弧面內(nèi)進(jìn)行焊接的接頭。同一弧面內(nèi)進(jìn)行焊接的接頭。特點(diǎn)：特點(diǎn)：應(yīng)用：應(yīng)用：最常用的焊接結(jié)構(gòu)形式。最

3、常用的焊接結(jié)構(gòu)形式。5結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對(duì)接接頭，應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對(duì)接接頭，應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，且焊接質(zhì)量也不易得到保證。比較嚴(yán)重，且焊接質(zhì)量也不易得到保證。2角接接頭和角接接頭和T型接頭型接頭 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：兩個(gè)相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或相交成兩個(gè)相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或相交成某一角度進(jìn)行焊接的接頭。兩構(gòu)件成某一角度進(jìn)行焊接的接頭。兩構(gòu)件成T字形焊接在一起字形焊接在一起的接頭，叫的接頭，叫T型接頭。角接接頭和型接頭。角接接頭和T字接頭都形成角焊字接頭都形成角焊縫?？p。特點(diǎn)：特點(diǎn)：某些特殊部位：接管、法蘭、夾套、管板和凸緣的焊某些特殊部位：接

4、管、法蘭、夾套、管板和凸緣的焊接等。接等。應(yīng)用：應(yīng)用：63搭接接頭搭接接頭 主要用于加強(qiáng)圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣主要用于加強(qiáng)圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣與容器的焊接。與容器的焊接。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：兩個(gè)相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中面兩個(gè)相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中面相互平行，進(jìn)行焊接的接頭。相互平行，進(jìn)行焊接的接頭。特點(diǎn)：特點(diǎn)：屬于角焊縫，與角接接頭一樣，在接頭處結(jié)構(gòu)明顯不屬于角焊縫，與角接接頭一樣，在接頭處結(jié)構(gòu)明顯不連續(xù)，承載后接頭部位受力情況較差。連續(xù)，承載后接頭部位受力情況較差。應(yīng)用：應(yīng)用：7焊接坡口焊接坡口為保證全熔透和焊為保證全熔透和焊接質(zhì)量，減少焊接接

5、質(zhì)量，減少焊接變形，施焊前，一變形，施焊前，一般將焊件連接處預(yù)般將焊件連接處預(yù)先加工成各種形狀。先加工成各種形狀。不同的焊接坡口，不同的焊接坡口，適用于不同的焊接適用于不同的焊接方法和焊件厚度。方法和焊件厚度。二、坡口形式二、坡口形式 形形V型型單邊單邊V形形U形形J形形基本坡口形狀基本坡口形狀組合形狀組合形狀坡口形狀坡口形狀8圖圖4-45 坡口的基本形式坡口的基本形式特例：一般接頭應(yīng)開設(shè)坡口，而搭接接頭無需開坡口即可焊接。特例：一般接頭應(yīng)開設(shè)坡口，而搭接接頭無需開坡口即可焊接。J型型U型型單邊單邊V型型V型型I型型9雙雙V形坡口由兩個(gè)形坡口由兩個(gè)V形坡口和一個(gè)形坡口和一個(gè)I形坡口組合而成形坡

6、口組合而成圖圖4-46 雙雙V形坡口形坡口10三、壓力容器焊接接頭分類三、壓力容器焊接接頭分類圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對(duì)接連封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對(duì)接連接的接頭。接的接頭。目的：目的：為對(duì)口錯(cuò)邊量、熱處理、無損檢測(cè)、焊縫尺寸等方面為對(duì)口錯(cuò)邊量、熱處理、無損檢測(cè)、焊縫尺寸等方面有針對(duì)性地提出不同的要求，有針對(duì)性地提出不同的要求，GB150根據(jù)根據(jù)，根據(jù)，根據(jù)該接頭所連接兩元件的該接

7、頭所連接兩元件的以及以及，把接，把接頭分成頭分成A、B、C、D四類，如圖四類，如圖4-47。 A類：類：11 圖圖4-47 壓力容器焊接接頭分類壓力容器焊接接頭分類必須必須掌握掌握12殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長(zhǎng)頸法蘭與接管連接的接頭。但已規(guī)定為頭、長(zhǎng)頸法蘭與接管連接的接頭。但已規(guī)定為A、C、D類的焊接接頭除外。類的焊接接頭除外。B類：類：平蓋、管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼體、平蓋、管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎

8、容器層板層縱向接頭。包扎容器層板層縱向接頭。C類：類：接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。但接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。但已規(guī)定為已規(guī)定為A、B類的焊接接頭除外。類的焊接接頭除外。D類：類：13焊接接頭分類的原則僅根據(jù)焊接接頭在容器焊接接頭分類的原則僅根據(jù)焊接接頭在容器所處的位置而不是按焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式分所處的位置而不是按焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式分類，所以，在設(shè)計(jì)焊接接頭形式時(shí)，應(yīng)由容類，所以，在設(shè)計(jì)焊接接頭形式時(shí)，應(yīng)由容器的重要性、設(shè)計(jì)條件以及施焊條件等確定器的重要性、設(shè)計(jì)條件以及施焊條件等確定焊接結(jié)構(gòu)。這樣，同一類別的焊接接頭在不焊接結(jié)構(gòu)。這樣，同一類別的焊接接頭在不同

9、的容器條件下，就可能有不同的焊接接頭同的容器條件下，就可能有不同的焊接接頭形式。形式。注意：注意：14易于保證焊接質(zhì)量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸易于保證焊接質(zhì)量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對(duì)接接頭外，其形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對(duì)接接頭外，其它位置的焊接結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量采用對(duì)接接頭。它位置的焊接結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量采用對(duì)接接頭。四、壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則四、壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則1盡量采用對(duì)接接頭盡量采用對(duì)接接頭角焊縫，改用對(duì)接焊縫圖角焊縫，改用對(duì)接焊縫圖48（a）改為（）改為（b）和（）和（c）。減小了應(yīng)力集中，方便了無損檢測(cè)，有利于保證接頭減

10、小了應(yīng)力集中，方便了無損檢測(cè)，有利于保證接頭的內(nèi)部質(zhì)量。的內(nèi)部質(zhì)量。舉例：舉例：15圖圖4-48 容器接管的角接和對(duì)接容器接管的角接和對(duì)接（a）（b）（c）162盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷 選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當(dāng)容器直徑選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當(dāng)容器直徑較小，且無法從容器內(nèi)部清根時(shí)，應(yīng)選用單面較小，且無法從容器內(nèi)部清根時(shí)，應(yīng)選用單面焊雙面成型的對(duì)接接頭，如用氬弧焊打底，或焊雙面成型的對(duì)接接頭，如用氬弧焊打底，或采用帶墊板的坡口等。采用帶墊板的坡口等。指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔合而留下指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔

11、合而留下空隙的現(xiàn)象。未熔透導(dǎo)致脆性破壞的起裂點(diǎn)，空隙的現(xiàn)象。未熔透導(dǎo)致脆性破壞的起裂點(diǎn)，在交變載荷作用下，它也可能誘發(fā)疲勞破壞。在交變載荷作用下，它也可能誘發(fā)疲勞破壞。未熔透未熔透改進(jìn)改進(jìn)17盡可能采用等厚度焊接，對(duì)于不等厚鋼板的對(duì)接，盡可能采用等厚度焊接，對(duì)于不等厚鋼板的對(duì)接，應(yīng)將較厚板按一定斜度削薄過渡，然后再進(jìn)行焊接，應(yīng)將較厚板按一定斜度削薄過渡，然后再進(jìn)行焊接，以避免形狀突變，減緩應(yīng)力集中程度。一般當(dāng)薄板以避免形狀突變，減緩應(yīng)力集中程度。一般當(dāng)薄板厚度厚度2不大于不大于10mm，兩板厚度差超過，兩板厚度差超過3mm；或當(dāng)；或當(dāng)薄板厚度薄板厚度2大于大于10mm，兩板厚度差超過薄板的，兩

12、板厚度差超過薄板的30%，或超過，或超過5mm時(shí)，均需按圖時(shí)，均需按圖4-49的要求削薄厚的要求削薄厚板邊緣。板邊緣。3盡量減少焊縫處的應(yīng)力集中盡量減少焊縫處的應(yīng)力集中 接頭常常是脆性破壞和疲勞破壞的起源處，因此，在設(shè)計(jì)接頭常常是脆性破壞和疲勞破壞的起源處，因此，在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)必須盡量減少應(yīng)力集中。焊接結(jié)構(gòu)時(shí)必須盡量減少應(yīng)力集中。措施：措施：18 圖圖4-49 板厚不等時(shí)的對(duì)接接頭板厚不等時(shí)的對(duì)接接頭19盡量減少填充金屬量；盡量減少填充金屬量；保證熔透，避免產(chǎn)生各種焊接缺陷；保證熔透，避免產(chǎn)生各種焊接缺陷；便于施焊，改善勞動(dòng)條件；便于施焊，改善勞動(dòng)條件；減少焊接變形和殘余變形量，對(duì)較厚元件焊

13、接應(yīng)減少焊接變形和殘余變形量，對(duì)較厚元件焊接應(yīng) 盡量選用沿厚度對(duì)稱的坡口形式，如盡量選用沿厚度對(duì)稱的坡口形式，如X形坡口等。形坡口等。五、壓力容器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五、壓力容器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：選擇合適的焊縫坡口，方便焊材選擇合適的焊縫坡口，方便焊材(焊條或焊絲）伸焊條或焊絲）伸入坡口根部，以保證全熔透。入坡口根部，以保證全熔透。坡口選擇因素：坡口選擇因素：20縱、環(huán)焊縫必須采用對(duì)接接頭。縱、環(huán)焊縫必須采用對(duì)接接頭。對(duì)接接頭的坡口形式可分為不開坡口（又稱齊邊坡口）、對(duì)接接頭的坡口形式可分為不開坡口（又稱齊邊坡口）、V形坡口、形坡口、X形坡口、單形坡口、單U形坡口和雙形坡口和雙U

14、形坡口等數(shù)種，應(yīng)根形坡口等數(shù)種，應(yīng)根據(jù)筒體或封頭厚度、壓力高低、介質(zhì)特性及操作工況選擇據(jù)筒體或封頭厚度、壓力高低、介質(zhì)特性及操作工況選擇合適的坡口形式。合適的坡口形式。1筒體、封頭及其相互間連接的焊接結(jié)構(gòu)筒體、封頭及其相互間連接的焊接結(jié)構(gòu)一般只能采用角接焊和搭接焊，具體的焊接結(jié)構(gòu)還與容器一般只能采用角接焊和搭接焊，具體的焊接結(jié)構(gòu)還與容器的強(qiáng)度和安全性要求有關(guān)。有多種接頭形式，涉及是否開的強(qiáng)度和安全性要求有關(guān)。有多種接頭形式，涉及是否開坡口、單面焊與雙面焊、熔透與不熔透等問題。設(shè)計(jì)時(shí)，坡口、單面焊與雙面焊、熔透與不熔透等問題。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)壓力高低、介質(zhì)特性、是否低溫、是否需要考慮交應(yīng)根據(jù)壓力高

15、低、介質(zhì)特性、是否低溫、是否需要考慮交變載荷與疲勞問題等來選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)。下面介紹常變載荷與疲勞問題等來選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)。下面介紹常用的幾種結(jié)構(gòu)。用的幾種結(jié)構(gòu)。2. 接管與殼體及補(bǔ)強(qiáng)圈間的焊接結(jié)構(gòu)接管與殼體及補(bǔ)強(qiáng)圈間的焊接結(jié)構(gòu)21圖圖4-50 不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)(a)(b)(c)22（a）圖：）圖：?jiǎn)蚊婧附咏Y(jié)構(gòu)，適用于內(nèi)徑小于單面焊接結(jié)構(gòu)，適用于內(nèi)徑小于600mm、盛裝無、盛裝無 腐蝕性介質(zhì)的接管與殼體之間的焊接，接管厚度應(yīng)小腐蝕性介質(zhì)的接管與殼體之間的焊接，接管厚度應(yīng)小 于于6mm；（b）圖：）圖：最常用的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)之一，為全熔透結(jié)最常

16、用的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)之一，為全熔透結(jié) 構(gòu)。適用于具備從內(nèi)部清根及施焊條件、殼體厚度在構(gòu)。適用于具備從內(nèi)部清根及施焊條件、殼體厚度在 425mm、接管厚度大于等于、接管厚度大于等于0.5倍殼體厚度的情況；倍殼體厚度的情況；（c）圖：）圖：在（在（b）的基礎(chǔ)上，將接管內(nèi)徑邊角處倒圓，可用）的基礎(chǔ)上，將接管內(nèi)徑邊角處倒圓，可用 于疲勞、低溫及有較大溫度梯度的操作工況。于疲勞、低溫及有較大溫度梯度的操作工況。（1）不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)）不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)中低壓容器不需另作補(bǔ)強(qiáng)的小直徑接管用得最多的焊接中低壓容器不需另作補(bǔ)強(qiáng)的小直徑接管用得最多的焊接結(jié)構(gòu)，接管與殼體間隙應(yīng)小于結(jié)構(gòu)

17、，接管與殼體間隙應(yīng)小于3mm，否則易產(chǎn)生裂紋或，否則易產(chǎn)生裂紋或其它焊接缺陷。其它焊接缺陷。23圖（圖（b）：）：承受低溫、疲勞及溫度梯度較大工況的容器，承受低溫、疲勞及溫度梯度較大工況的容器， 保證接管根部及補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)側(cè)焊縫熔透。保證接管根部及補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)側(cè)焊縫熔透。（2）帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管焊接結(jié)構(gòu)）帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管焊接結(jié)構(gòu)要求：要求： 盡量與補(bǔ)強(qiáng)處的殼體貼合緊密，焊接結(jié)構(gòu)力求完盡量與補(bǔ)強(qiáng)處的殼體貼合緊密，焊接結(jié)構(gòu)力求完善合理。善合理。但只能采用塔接和角接，難于保證全熔透，也無但只能采用塔接和角接，難于保證全熔透，也無法進(jìn)行無損檢測(cè)，因而焊接質(zhì)量不易保證。法進(jìn)行無損檢測(cè)，因而焊接質(zhì)量不易保證。坡口：坡口

18、： 大間隙小角度，利于焊條伸入到底，減少焊接工作量大間隙小角度，利于焊條伸入到底，減少焊接工作量圖（圖（a）：）：一般要求的容器，即非低溫、無交變載荷的容器一般要求的容器，即非低溫、無交變載荷的容器24圖圖4-51 帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)帶補(bǔ)強(qiáng)圈的插入式接管焊接結(jié)構(gòu)（a）（b）25圖（圖（a）：）：適用于接管內(nèi)徑小于或等于適用于接管內(nèi)徑小于或等于100mm的場(chǎng)合；的場(chǎng)合；圖（圖（b）和（）和（c）：）：適用于殼體厚度適用于殼體厚度n16mm的碳素的碳素 鋼和碳錳鋼，或鋼和碳錳鋼，或 n25mm的奧氏體不銹鋼的奧氏體不銹鋼 容器，容器， 其中圖（其中圖（b）的接管內(nèi)徑應(yīng)小于或等于）的接管內(nèi)徑應(yīng)小于或等于 50mm， 厚度厚度nt6mm， 圖（圖（c）的接管內(nèi)徑應(yīng)大于）的接管內(nèi)徑應(yīng)大于50mm，且小于或等于，且小于或等于 150mm，厚度，厚度nt6mm。（3）安放式接管的焊接結(jié)構(gòu)）安放式接管的焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)拘束度低、焊縫截