第七章壓力容器焊接

1、1過程設備焊接 鄭州大學化工學院鄭州大學化工學院 電電 話話: 63887306 63887306 27 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計 焊接接頭由焊縫金屬、熱影響區(qū)及相鄰母材三部焊接接頭由焊縫金屬、熱影響區(qū)及相鄰母材三部分組成。在壓力容器、鍋爐和管道等過程設備中，分組成。在壓力容器、鍋爐和管道等過程設備中，焊接接頭不僅是重要的連接元件，而且與所連接部焊接接頭不僅是重要的連接元件，而且與所連接部件一起承受工作壓力，其他載荷、溫度和化學腐蝕件一起承受工作壓力，其他載荷、溫度和化學腐蝕介質(zhì)的作用。焊接接頭作為整個受壓部件或承壓設介質(zhì)的作用。焊接接頭作為整個受壓部件或承壓設備不可分割的組成

2、部分，對運行可靠性和工作壽命備不可分割的組成部分，對運行可靠性和工作壽命起著決定性的影響。因此，焊接接頭的正確設計對起著決定性的影響。因此，焊接接頭的正確設計對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的意義。于保證產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的意義。第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計37 71 1 焊接接頭設計基礎焊接接頭設計基礎7 71 11 1 焊接接頭的基本類型與特點焊接接頭的基本類型與特點 焊接接頭主要起兩個作用：一是焊接接頭主要起兩個作用：一是連接作用連接作用，即把被焊件，即把被焊件連成一個整體；二是連成一個整體；二是承力作用承力作用，即承受被焊工件所受的載荷。，即承受被焊工件所受

3、的載荷。焊接與被焊工件并聯(lián)的接頭，焊縫僅承擔很小的載荷，即使焊接與被焊工件并聯(lián)的接頭，焊縫僅承擔很小的載荷，即使焊縫斷裂，結(jié)構也不會立即失效，這種接頭中的焊縫稱為焊縫斷裂，結(jié)構也不會立即失效，這種接頭中的焊縫稱為聯(lián)聯(lián)系焊縫系焊縫，如圖，如圖7-1(a)所示。焊縫與所示。焊縫與被焊工件串聯(lián)的接頭，被焊工件串聯(lián)的接頭，焊縫承受全部載荷，焊縫承受全部載荷，一旦焊縫斷裂，結(jié)構一旦焊縫斷裂，結(jié)構會立即失效，這種焊會立即失效，這種焊縫稱為縫稱為承載焊縫承載焊縫，如，如圖圖7-1(b)所示。所示。 第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計4 設計時聯(lián)系焊縫不一定要求焊透或全長焊接，也設計時聯(lián)系

4、焊縫不一定要求焊透或全長焊接，也不必計算焊縫強度，而承載焊縫必須計算強度，且不必計算焊縫強度，而承載焊縫必須計算強度，且必須采用全熔透必須采用全熔透焊接。過程設備焊接。過程設備中常用的典型焊中常用的典型焊接接頭類型有對接接頭類型有對接接頭、接接頭、T形或形或十字接頭、搭接十字接頭、搭接接頭和角接接頭接頭和角接接頭等，如圖等，如圖7-2所所示。示。 第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計5 對接接頭較其他接頭受力狀況好，應力集中程度小，焊對接接頭較其他接頭受力狀況好，應力集中程度小，焊接時易保證質(zhì)量，是優(yōu)先廣泛應用的接頭。對于不同厚度的接時易保證質(zhì)量，是優(yōu)先廣泛應用的接頭。對于不

5、同厚度的焊件，為了保證焊透，大多都要把焊件的對接邊緣加工成各焊件，為了保證焊透，大多都要把焊件的對接邊緣加工成各種形式的坡口。對接接頭焊前對工件的邊緣加工和裝配要求種形式的坡口。對接接頭焊前對工件的邊緣加工和裝配要求較高。通常設備殼體上的縱、環(huán)焊縫均為對接接頭。較高。通常設備殼體上的縱、環(huán)焊縫均為對接接頭。 T形及十字接頭能承受各種方向的力和力矩，其接頭亦有形及十字接頭能承受各種方向的力和力矩，其接頭亦有不同類型，有不焊透和焊透的，有不開坡口和開坡口的。不不同類型，有不焊透和焊透的，有不開坡口和開坡口的。不開坡口者通常均為不焊透的，其應力集中很大，不適用于重開坡口者通常均為不焊透的，其應力集中

6、很大，不適用于重載或動載荷。開坡口焊透的載或動載荷。開坡口焊透的T形或十字接頭其應力集中顯著形或十字接頭其應力集中顯著減小，適用于承受動載荷及重載荷。接管、人孔等與設備殼減小，適用于承受動載荷及重載荷。接管、人孔等與設備殼體或封頭相連的多為體或封頭相連的多為T形或角接接頭。形或角接接頭。第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計6 搭接接頭的應力分布很不均，受力狀況不好，疲搭接接頭的應力分布很不均，受力狀況不好，疲勞強度較低，不宜承受動載荷。壓力容器上的補強勞強度較低，不宜承受動載荷。壓力容器上的補強圈或支座與殼體和封頭的連接一般為搭接接頭。圈或支座與殼體和封頭的連接一般為搭接接頭

7、。 角接接頭是兩被焊件端部間構成大于角接接頭是兩被焊件端部間構成大于30，但，但小于小于135夾角的接頭。其承載能力與其連接形式夾角的接頭。其承載能力與其連接形式和坡口類型有關。法蘭、平封頭、管板等與筒身和和坡口類型有關。法蘭、平封頭、管板等與筒身和封頭的連接一般為角接接頭。封頭的連接一般為角接接頭。第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計77 71 12 2 焊接接頭設計的內(nèi)容與準則焊接接頭設計的內(nèi)容與準則 焊接接頭與其他連接形式，如鉚接、脹接和螺栓焊接接頭與其他連接形式，如鉚接、脹接和螺栓連接相比具有令人注目的優(yōu)點，如減輕結(jié)構重量、連接相比具有令人注目的優(yōu)點，如減輕結(jié)構重量、

8、受力均衡、制造成本低、生產(chǎn)周期短等，但也不可受力均衡、制造成本低、生產(chǎn)周期短等，但也不可忽視其各區(qū)組織不均一性、性能不均一性和存在各忽視其各區(qū)組織不均一性、性能不均一性和存在各種焊接缺陷等缺點。種焊接缺陷等缺點。焊接接頭焊接接頭設計的基本內(nèi)容設計的基本內(nèi)容為：為： 確定接頭形式和位置；確定接頭形式和位置； 設計坡口形式和尺寸；設計坡口形式和尺寸； 制定對接頭質(zhì)量的具體要求，如探傷要求等。制定對接頭質(zhì)量的具體要求，如探傷要求等。 第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計8 接頭接頭設計的基本準則設計的基本準則如下。如下。 焊接接頭與母材的等強性焊接接頭與母材的等強性 等強性的含義應

9、包等強性的含義應包括常溫、高溫短時強度，高溫持久強度，靜載和交括常溫、高溫短時強度，高溫持久強度，靜載和交變載荷下的強度。變載荷下的強度。 焊接接頭與母材的等塑性焊接接頭與母材的等塑性 接頭的塑性與母材接頭的塑性與母材的塑性不同。接頭塑性主要是指接頭在結(jié)構中的整的塑性不同。接頭塑性主要是指接頭在結(jié)構中的整體變形能力，能經(jīng)受受壓部件在制造過程中和運行體變形能力，能經(jīng)受受壓部件在制造過程中和運行過程中復雜的受力條件。過程中復雜的受力條件。 焊接接頭的工藝性焊接接頭的工藝性 焊接接頭應布置在便于施焊接接頭應布置在便于施工、焊接和檢查工、焊接和檢查(包括無損探傷包括無損探傷)的部位，焊接坡口形的部位，

10、焊接坡口形狀和尺寸應適應所采用的焊接工藝，具有較高的抗狀和尺寸應適應所采用的焊接工藝，具有較高的抗裂性并能防止焊接變形，應易于形成全焊透的焊縫裂性并能防止焊接變形，應易于形成全焊透的焊縫第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計9并能避免形成其他焊接缺陷。并能避免形成其他焊接缺陷。 焊接接頭的經(jīng)濟性焊接接頭的經(jīng)濟性 焊接是一種消耗能量和優(yōu)焊接是一種消耗能量和優(yōu)質(zhì)焊材的工藝過程，故應盡量減小焊接接頭的數(shù)量，質(zhì)焊材的工藝過程，故應盡量減小焊接接頭的數(shù)量，在保證接頭強度的前提下減薄焊縫的厚度。在設計在保證接頭強度的前提下減薄焊縫的厚度。在設計焊接坡口形狀時，應在保證工藝性的前提下，盡量焊

11、接坡口形狀時，應在保證工藝性的前提下，盡量減小坡口的傾角和截面。對于壁厚較薄的受壓部件減小坡口的傾角和截面。對于壁厚較薄的受壓部件應盡可能采用不開坡口的先進焊接工藝。應盡可能采用不開坡口的先進焊接工藝。 第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計10 7 71 13 3 焊接接頭設計要點焊接接頭設計要點 在設計焊接接頭時，設計人員要注意正確合理地選擇焊在設計焊接接頭時，設計人員要注意正確合理地選擇焊接接頭類型，坡口形狀和尺寸外，還必須注意接頭的可焊到接接頭類型，坡口形狀和尺寸外，還必須注意接頭的可焊到性、可探傷性以及防止或減小腐蝕等問題。性、可探傷性以及防止或減小腐蝕等問題。 (1

12、)(1)接頭的可焊到性接頭的可焊到性 熔焊接頭焊接時，為保證獲得理想的接頭質(zhì)量，必須保熔焊接頭焊接時，為保證獲得理想的接頭質(zhì)量，必須保證焊條、焊絲或電極能方便地到達欲焊部位，這就是熔焊接證焊條、焊絲或電極能方便地到達欲焊部位，這就是熔焊接頭設計時要考慮的可焊到性問題。如圖頭設計時要考慮的可焊到性問題。如圖73所示，左邊箭頭所示，左邊箭頭所指不便于焊接，質(zhì)量難以保證；中間便于焊接，但為角焊所指不便于焊接，質(zhì)量難以保證；中間便于焊接，但為角焊縫，受載時焊縫根部會產(chǎn)生較大的應力集中；右邊改為對接縫，受載時焊縫根部會產(chǎn)生較大的應力集中；右邊改為對接焊縫，不但便于焊接，受力狀況好，而且也便于無損探傷檢焊

13、縫，不但便于焊接，受力狀況好，而且也便于無損探傷檢驗。另外，有的結(jié)構只能在一側(cè)進行焊接，另一側(cè)由于空間驗。另外，有的結(jié)構只能在一側(cè)進行焊接，另一側(cè)由于空間狹小無法進入。這種情況設計時應注意將坡口開在外側(cè)，便狹小無法進入。這種情況設計時應注意將坡口開在外側(cè)，便于在外面進行單面焊雙面成形工藝。于在外面進行單面焊雙面成形工藝。 第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計11 (2)(2)盡可能改善施焊環(huán)境盡可能改善施焊環(huán)境 在注意可焊到性的同時，還應重視盡可能地改善在注意可焊到性的同時，還應重視盡可能地改善焊接施工的環(huán)境。對于能在內(nèi)外兩側(cè)進行焊接的設焊接施工的環(huán)境。對于能在內(nèi)外兩側(cè)進行焊

14、接的設備，應注意在殼內(nèi)進行焊接時大多會有煙塵等有害備，應注意在殼內(nèi)進行焊接時大多會有煙塵等有害氣氛的影響，其焊接環(huán)境較外面差。特別是在內(nèi)部氣氛的影響，其焊接環(huán)境較外面差。特別是在內(nèi)部空間狹小，排氣不良和預熱條件下，其施焊環(huán)境就空間狹小，排氣不良和預熱條件下，其施焊環(huán)境就更差，不但有害焊工健康，而且對確保焊接質(zhì)量也更差，不但有害焊工健康，而且對確保焊接質(zhì)量也會產(chǎn)生相當?shù)牟焕绊憽a(chǎn)生相當?shù)牟焕绊?。第七章第七?承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計12 (3)(3)接頭的可探傷性接頭的可探傷性 主要是指無損探傷的可能性與方便性。焊接質(zhì)量主要是指無損探傷的可能性與方便性。焊接質(zhì)量要求越高的接

15、頭越要重視接頭的可探傷性，特別是要求越高的接頭越要重視接頭的可探傷性，特別是射線和超聲波的可探傷性。對于射線探傷，探傷前射線和超聲波的可探傷性。對于射線探傷，探傷前要根據(jù)工件形狀和接頭形式來選擇照射方向和底片要根據(jù)工件形狀和接頭形式來選擇照射方向和底片的安放位置。一般來說，對接接頭最適于射線探傷，的安放位置。一般來說，對接接頭最適于射線探傷，通常一次照射即可，而通常一次照射即可，而T形接頭和角接頭的角焊縫有形接頭和角接頭的角焊縫有時需從不同方向多次照射才不至于漏檢。圖時需從不同方向多次照射才不至于漏檢。圖74左左面所示接頭均不適于面所示接頭均不適于X射線探傷，而改為右面所示接射線探傷，而改為右

16、面所示接頭就可以了。頭就可以了。第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計13第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計 超聲波探傷對接頭檢超聲波探傷對接頭檢測面要求具有可接近性和測面要求具有可接近性和可移動性可移動性。但是，所有存。但是，所有存在間隙的在間隙的T形接頭和未熔形接頭和未熔透的對接接頭，都不能或透的對接接頭，都不能或者只能有條件地進行超聲者只能有條件地進行超聲波檢測。所以接頭的根部波檢測。所以接頭的根部處理與焊透是采用超聲波處理與焊透是采用超聲波探傷的先決條件。此外，探傷的先決條件。此外，對奧氏體不銹鋼焊縫，目對奧氏體不銹鋼焊縫，目前一般還不能采用超聲波前

17、一般還不能采用超聲波探傷，應考慮射線探傷。探傷，應考慮射線探傷。14 從從缺陷掃描、缺陷定量定位以及探傷的可靠性出缺陷掃描、缺陷定量定位以及探傷的可靠性出發(fā)，超聲波探傷往往要求盡量進行雙向探測發(fā)，超聲波探傷往往要求盡量進行雙向探測，而且，而且應有應有探頭移動區(qū)探頭移動區(qū)。這是因為有些缺陷從某個方向進。這是因為有些缺陷從某個方向進行顯示，要比從另一個方向顯示容易。因此，對于行顯示，要比從另一個方向顯示容易。因此，對于板厚不等和管壁與底座的對接接頭，應該選擇適當板厚不等和管壁與底座的對接接頭，應該選擇適當?shù)陌宓陌?壁壁)厚過渡區(qū)。厚過渡區(qū)。 圖圖75所示壓力容器不等厚對接接頭和圖所示壓力容器不等厚

18、對接接頭和圖76所示接頭焊縫超聲波探傷的探頭移動區(qū)最小尺寸所示接頭焊縫超聲波探傷的探頭移動區(qū)最小尺寸la，可分別參照表可分別參照表71和表和表72確定。確定。第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計15第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計16第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計17 (4)(4)提高焊接接頭的抗腐蝕性提高焊接接頭的抗腐蝕性 首先要對所設計的結(jié)構在給定工況條件下可能產(chǎn)首先要對所設計的結(jié)構在給定工況條件下可能產(chǎn)生的腐蝕類型有個確切了解，在此基礎上有針對性生的腐蝕類型有個確切了解，在此基礎上有針對性地正確選擇相應的耐腐蝕結(jié)構材料和焊接

19、材料。在地正確選擇相應的耐腐蝕結(jié)構材料和焊接材料。在結(jié)構上要避免在應力集中和高應力區(qū)布置焊縫，盡結(jié)構上要避免在應力集中和高應力區(qū)布置焊縫，盡量降低對腐蝕特別敏感部位的剛度和避免可能引起量降低對腐蝕特別敏感部位的剛度和避免可能引起過大殘余應力的結(jié)合點或區(qū)域，過大殘余應力的結(jié)合點或區(qū)域，避免圖避免圖7777所示妨所示妨礙液體流動和排放的不合理結(jié)構死區(qū)礙液體流動和排放的不合理結(jié)構死區(qū)。焊接時盡可。焊接時盡可能采用對接接頭和連續(xù)焊，而不采用搭接接頭和間能采用對接接頭和連續(xù)焊，而不采用搭接接頭和間斷焊，以免形成縫隙加劇腐蝕。斷焊，以免形成縫隙加劇腐蝕。 第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭

20、設計18第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計19 7 72 2 壓力容器焊接接頭設計壓力容器焊接接頭設計 7 72 21 1 壓力容器焊接接頭的分類壓力容器焊接接頭的分類 鍋爐鍋筒、管道和各種壓力容器均為受壓殼體，鍋爐鍋筒、管道和各種壓力容器均為受壓殼體，其焊接接頭的結(jié)構和要求具有同類性。其殼體上的其焊接接頭的結(jié)構和要求具有同類性。其殼體上的焊接接頭按受力狀態(tài)及所處的部位可分為焊接接頭按受力狀態(tài)及所處的部位可分為A、B、C、D、E、F六類，如圖六類，如圖78所示。其中所示。其中A、B、C、D四四類均為受壓殼體上直接承受壓力載荷的接頭；類均為受壓殼體上直接承受壓力載荷的接頭；E

21、類是類是非受壓元件與受壓殼體間的接頭，不承受壓力載荷；非受壓元件與受壓殼體間的接頭，不承受壓力載荷；F類是受壓元件表面上的堆焊接頭，起耐磨或防腐蝕類是受壓元件表面上的堆焊接頭，起耐磨或防腐蝕作用，一般不計入承壓厚度。作用，一般不計入承壓厚度。第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計20第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計21 A類接頭包括圓柱形殼體筒節(jié)類接頭包括圓柱形殼體筒節(jié)(包括接管包括接管)的縱向的縱向接頭，球形容器和凸形封頭瓜片之間的對接接頭，接頭，球形容器和凸形封頭瓜片之間的對接接頭，球形容器的環(huán)向?qū)咏宇^及球形封頭與簡體相接的球形容器的環(huán)向?qū)咏宇^及球

22、形封頭與簡體相接的環(huán)向?qū)咏宇^環(huán)向?qū)咏宇^,鑲嵌式鍛制接管與簡體或封頭的對接鑲嵌式鍛制接管與簡體或封頭的對接接頭接頭,大直徑焊接三通支管與母管相接的對接接頭。大直徑焊接三通支管與母管相接的對接接頭。 B類接頭系指圓柱形、錐形筒節(jié)間的環(huán)向接頭，類接頭系指圓柱形、錐形筒節(jié)間的環(huán)向接頭，接管筒節(jié)間及其高頸法蘭相接的環(huán)向?qū)咏宇^接管筒節(jié)間及其高頸法蘭相接的環(huán)向?qū)咏宇^,除球除球形封頭以外的各種凸形封頭與筒身相接環(huán)向接頭。形封頭以外的各種凸形封頭與筒身相接環(huán)向接頭。 屬于屬于C類接頭的有法蘭、平封頭、端蓋、管板與類接頭的有法蘭、平封頭、端蓋、管板與筒身、封頭和接管相連的角接接頭，內(nèi)凹封頭與筒筒身、封頭和接管相連的角接接頭，內(nèi)凹封頭與筒身間的搭接接頭以及多層包扎容器層板間的縱向接身間的搭接接頭以及多層包扎容器層板間的縱向接頭等。頭等。 第七章第七章 承壓設備焊接接頭設計承壓設備焊接接頭設計22 D類接頭是指接管、人孔、手孔、補強圈、凸緣類接頭是指接管、人孔、手孔、補強圈、凸緣與筒身及封頭相接的與筒身及封頭