第15章 壓力容器的焊接結構

1、第15章 壓力容器的焊接結構（Welded structure of pressure vessels）本章重點講解內容：（1）理解焊接接頭的定義、接頭形式的類型、坡口形式的類型以及焊縫形式的概念；（2）掌握GB150-98對壓力容器焊接接頭的分類；（3）熟悉焊接接頭缺陷以及檢驗方式。第一節(jié) 焊接接頭及其分類鋼制化工容器及設備一般用熔焊方法制造。焊接質量的高低與焊接結構是否合理有密切關系。因此選擇合理的焊接結構具有重要意義。1、焊接接頭（welded joints）定義：指兩個零件或者一個零件的兩個部分在焊接連接部位處的結構總稱。全面描述一個焊接接頭應包括：接頭形式、坡口形式和焊接形式。（1）

2、接頭形式（types of welded joints）：焊接接頭中兩個相互連接零件的相對位置關系。有對接焊、角接焊、 丁字接焊與搭接焊。u 對接焊：兩個相互連接零件在接頭處的中面基本處于同一平面或者同一曲面內； u 角接焊、 丁字接焊；兩個相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或者相交于一個角度圖（b）。u 搭接焊 兩個相互連接零件在接頭處的中面有部分相互重合在一起，他們的中面相互平行。圖1 接頭的三種形式（2）坡口形式： 如圖2所示五種基本形式。圖2 坡口的基本形式 等厚度板的對接縫為了確保焊縫的質量,應盡量采用等厚度對接。厚度在6mm以下的對接縫可以不開坡口。板厚度大于6時,為了防止焊縫出現(xiàn)

3、焊不透的現(xiàn)象,根據不同板厚,開不同形式的坡口。采用單面坡口原則： 對于容器內空間過小,無法從內部進行焊接時的焊縫,采用單面坡口。板厚 s2Omm時用U型坡口。采用雙面坡口原則： 當兩面都可以進行焊接時,為了保證焊縫質量,要采用雙面坡口。s=2040mm時用對稱X型,s=306Omm時用對稱U型。 必須注意,自動焊和手工焊對于板厚的適用范圍和坡口尺寸均不相同,設計時可參考“GB98588”氣焊、手工焊電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸，“GB98688”埋弧焊焊縫坡口的基本形式與尺寸。襯墊板的對接焊縫 當容器內側無法進行焊接而采用單面坡口時,為了保證焊縫根部焊透,常采用帶墊板的對接焊縫,

4、以提高焊縫質量，墊板材料可用鋼或紫銅。應注意墊板與焊接件的密合,焊后最好將墊板拆除,但卻不一定都能做到。 不等厚鋼板的對接焊縫 在不等厚鋼板對接時,應將厚板削薄,使對接處的厚度相同。當薄板厚度s23或s2lOmm, s1-s20.3s2或s1-s25時，均應按圖的要求,削薄厚板邊緣。 （3）焊縫形式定義：表明焊接接頭中熔化面間的關系。與接頭形式有區(qū)別。 對接焊縫 由兩個相對的熔化面及其中間的焊縫金屬組成； 角接焊縫 由相互垂直或者相交為某一角度的兩個熔化面及呈三角形斷面形狀的焊縫金屬所構成。 組合焊縫 是由對接焊縫和角焊縫組合而成的焊縫。圖3 焊縫形式2、注意事項（1）縱焊縫間的距離在同一小區(qū)

5、內盡量避免多次焊接，兩相鄰筒節(jié)的縱焊縫要錯開一段距離a,a3s,且a40mm(S為板厚)以避免十字交叉焊縫。 （2）焊縫要盡量離開容器的幾何形狀和壁厚突變的地方，例如當橢圓形封頭與簡體對焊時，一定要加一個直邊過渡部分，讓兩個圓柱體相連，以使焊縫避開應力復雜的區(qū)域。（3）容器上凡被補強圈、支座、墊板等覆蓋的焊縫，均應打磨至與母材齊平。第二節(jié) GB150-1998 關于壓力容器上的焊接接頭的分類主要是根據壓力容器上的焊接接頭按其所處的位置進行劃分A、B、C、D四類，化類的目的應該是對焊接接頭的檢驗上有所區(qū)別。（要求學生能夠準確掌握各類焊接接頭的定義與范圍）。圖4 壓力容器上的焊縫分類第三節(jié) 焊接接

6、頭的檢驗1、焊接接頭缺陷 外部缺陷 （1）焊縫截面不豐滿或者余高過高，如圖5所示。圖5 外部缺陷（2）焊縫漫溢。（3）咬邊；圖6 焊縫漫溢 圖7 咬邊 內部缺陷主要指氣孔、裂紋、未焊透、夾渣及未熔合等，一般需要采用射線拍片或者超聲波探傷來發(fā)現(xiàn)。2、制造過程中的檢驗 外觀尺寸與尺寸公差的檢驗，（利用幻燈片讓學生熟悉焊縫檢驗尺的使用）。b.焊縫檢驗:無損檢測診斷技術是一門新興的綜合性應用學科。它是在不損傷被檢測對象的條件下，利用材料內部結構異常或缺陷存在所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應的變化，來探測各種工程材料、零部件、結構件等內部和表面缺陷，并對缺陷的類型、性質、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及

7、其變化作出判斷和評價。 射線探傷 超聲波探傷 磁粉探傷 著色法探傷超聲波探傷是使用最多的無損探傷方法。 磁粉探傷與著色探傷輔助以檢驗是否存在有表面裂紋。 近年來，超聲波應用日益廣泛，技術也迅速進步。射線探傷易于記錄保存和備查，檢驗可靠。制造過程中最好每完成一個組焊過程便進行一次探傷，發(fā)現(xiàn)超標缺陷及裂紋，用補焊方法予以消除。幾種探傷方法的比較如下表所示：檢驗方法可發(fā)現(xiàn)缺陷檢驗厚度靈敏度判傷方法備注著色檢驗貫穿表面的缺陷（微劣、氣孔）表面缺陷寬度小于，深度小于mm者檢查不出肉眼觀察直接判斷，只能確定缺陷位置，不能確定缺陷深度焊接接頭表面不加工或打磨，奧氏體不銹鋼優(yōu)先采用熒光檢驗磁粉探傷表面及近表面

8、缺陷（微裂紋，未焊透，氣孔）被檢驗表面最好與磁場正交表面，近表面 比熒光法高；與磁場強度和磁粉質量有關直接根據磁粉分布情況判定缺陷位置。缺陷深度不能確定 被檢驗焊件限為磁性材料，焊接表面不加工或打磨。鐵磁性材料優(yōu)先采用超聲波探傷內部缺陷（裂紋、未焊透、氣孔及夾渣）受盲區(qū)限制，尤其適用于中、厚板檢測能探出直徑大于1mm的氣孔和夾渣。檢驗內部裂紋靈敏度較高據儀器熒光屏上波形判斷缺陷位置及大小。確定缺陷性質較困難被檢驗部位需加工到射線探傷內部裂紋，氣孔，未焊透，夾渣等受管電壓限制，一般厚度100mm能檢驗出大于焊縫厚度的缺陷從照相底片上直接判斷缺陷種類、大小和分布，檢驗裂紋不如超聲波靈敏焊接接頭表面

9、不需加工，正反兩面都必須是可接近的射線探傷可較射線厚度大一般為焊縫厚度的3、在役檢驗定義：指投入運行前通過了檢查的容器，在服役一定時間以后往往在定期檢修時發(fā)現(xiàn)了裂紋的過程。實踐證明，壓力容器的爆破事故絕大多數(shù)起源于裂紋或其它缺陷的擴展。 裂紋的萌生與擴展的原因可能是由于疲勞、應力腐蝕、高溫下應力的長期作用等。由于裂紋的萌生與擴展有一個過程，因此，在定期檢查時發(fā)現(xiàn)了裂紋并不等于容器就不安全了，但必須慎重對待，要么予以消除，要么經專家進行安全評定，只要這些缺陷仍在斷裂力學計算所認定的安全范圍以內就仍可繼續(xù)使用。但是保留了裂紋缺陷的容器在以后的服役期間就更要加強檢查監(jiān)督。（1）在役檢驗方法 在役檢驗的方法以射線檢驗和超聲檢驗為主，輔以磁粉或著色檢驗以檢測表面裂紋。一般化工廠或石油化工廠通常是在年度大修時進行檢查，或根據有關規(guī)程分別逐年輪流檢查。在運行過程中對已知