7 壓力容器焊接接頭設(shè)計(jì)說(shuō)明

./7承壓設(shè)備焊接接頭設(shè)計(jì)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(guò)程設(shè)備中,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、其它載荷、溫度和化學(xué)腐蝕介質(zhì)的作用。焊接接頭作為整個(gè)受壓部件或承壓設(shè)備不可分割的組成部分,對(duì)運(yùn)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(shè)計(jì)對(duì)于保證產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的意義。7．1焊接接頭設(shè)計(jì)基礎(chǔ)7.1.1焊接接頭的基本類(lèi)型與特點(diǎn)焊接接頭主要起兩個(gè)作用：一是連接作用,即把被焊件連成一個(gè)整體；二是承力作用,即承受被焊工件所受的載荷。焊接與被焊工件并聯(lián)的接頭,焊縫僅承擔(dān)很小的載荷,即使焊縫斷裂,結(jié)構(gòu)也不會(huì)立即失效,這種接頭中的焊縫稱(chēng)為聯(lián)系焊縫,如圖7－1a所示。焊縫與被焊工件串聯(lián)的接頭,焊縫承受全部載荷,一旦焊縫斷裂,結(jié)構(gòu)會(huì)立即失效,這種焊縫稱(chēng)為承載焊縫,如圖7－1b所示。設(shè)計(jì)時(shí)聯(lián)系焊縫不一定要求焊透或全長(zhǎng)焊接,也不必計(jì)算焊縫強(qiáng)度,而承載焊縫必須計(jì)算強(qiáng)度,且必須采用全熔透焊接。過(guò)程設(shè)備中常用的典型焊接接頭類(lèi)型有對(duì)接接頭、T形或十字接頭、搭接接頭和角接接頭等,如圖7－2所示。<a><b>圖7－1聯(lián)系和承載焊縫 a聯(lián)系焊縫b承載焊縫對(duì)接接頭較其它接頭受力狀況好,應(yīng)力集中程度小,焊接時(shí)易保證質(zhì)量,是優(yōu)先廣泛應(yīng)用的接頭。對(duì)于不同厚度的焊件,為了保證焊透,大多都要把焊件的對(duì)接邊緣加工成各種形式的坡口。對(duì)接接頭焊前對(duì)工件的邊緣加工和裝配要求較高。通常設(shè)備殼體上的縱、環(huán)焊縫均為對(duì)接接頭。T形及十字形接頭能承受各種方向的力和力矩,其接頭亦有不同類(lèi)型,有不焊透和焊透的,有不開(kāi)坡口和開(kāi)坡口的。不開(kāi)坡口者通常均為不焊透的,其應(yīng)力集中很大,不適用于重載或動(dòng)載荷。開(kāi)坡口焊透的T形或十字形接頭其應(yīng)力集中顯著減小,適用于承受動(dòng)載荷及重載荷。接管、人孔等與設(shè)備殼體或封頭相連的多為T(mén)形或角接接頭。搭接接頭的應(yīng)力分布很不均,受力狀況不好,疲勞強(qiáng)度較低,不宜承受動(dòng)載荷。壓力容器上的補(bǔ)強(qiáng)圈或支座與殼體和封頭的連接一般為搭接接頭。搭接接頭 T形和十字形接頭角接接頭圖7－2焊接接頭基本類(lèi)型角接接頭是兩被焊件端部間構(gòu)成大于30o,但小于135o夾角的接頭。其承載能力與其連接形式和坡口類(lèi)型有關(guān)。法蘭、平封頭、管板等與筒身和封頭的連接一般為角接接頭。7.1.2焊接接頭設(shè)計(jì)的容與準(zhǔn)則焊接接頭與其它連接形式,如鉚接、脹接和螺栓連接相比具有令人注目的優(yōu)點(diǎn),如減輕結(jié)構(gòu)重量,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種焊接缺陷等缺點(diǎn)。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師尤其應(yīng)重視上述缺點(diǎn),從設(shè)計(jì)上采取有效的措施,盡量克服或減小其不利的影響,以確保設(shè)備的可靠性。焊接接頭設(shè)計(jì)的基本容為：①確定接頭型式和位置；②設(shè)計(jì)坡口形式和尺寸；③制定對(duì)接頭質(zhì)量的具體要求,如探傷要求等。接頭設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則是：①焊接接頭與母材的等強(qiáng)性等強(qiáng)性的含意應(yīng)包括常溫、高溫短時(shí)強(qiáng)度,高溫持久強(qiáng)度,靜載和交變載荷下的強(qiáng)度。②焊接接頭與母材的等塑性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(gòu)中的整體變形能力,能經(jīng)受受壓部件在制造過(guò)程中和運(yùn)行過(guò)程中復(fù)雜的受力條件。③焊接接頭的工藝性焊接接頭應(yīng)布置在便于施工,焊接和檢查〔包括無(wú)損探傷的部位,焊接坡口形狀和尺寸應(yīng)適應(yīng)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(yīng)易于形成全焊透的焊縫并能避免形成其他焊接缺陷。④焊接接頭的經(jīng)濟(jì)性焊接是一種消耗能量和優(yōu)質(zhì)焊材的工藝過(guò)程,故應(yīng)盡量減小焊接接頭的數(shù)量,在保證接頭強(qiáng)度的前提下減薄焊縫的厚度。在設(shè)計(jì)焊接坡口形狀時(shí),應(yīng)在保證工藝性的前提下,盡量減小坡口的傾角和截面。對(duì)于壁厚較薄的受壓部件應(yīng)盡可能采用不開(kāi)坡口的先進(jìn)焊接工藝。7.1.3焊接接頭設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)在設(shè)計(jì)焊接接頭時(shí),設(shè)計(jì)人員一般除了依據(jù)上述基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,注意正確合理地選擇焊接接頭類(lèi)型,坡口形狀和尺寸外,還必須注意接頭的可焊到性、可探傷性以及為防止或減小腐蝕等問(wèn)題。①接頭的可焊到性熔焊接頭焊接時(shí),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(dá)欲焊部位,這就是熔焊接頭設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的可焊到性問(wèn)題。如圖7－3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,但為角焊縫,受載時(shí)焊縫根部會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中；右邊改為對(duì)接焊縫,不但便于焊接,受力狀況好,而且也便于無(wú)損探傷檢驗(yàn)。另外,有的結(jié)構(gòu)只能在一側(cè)進(jìn)行焊接,另一側(cè)由于空間狹小無(wú)法進(jìn)入。例如各類(lèi)管道和直徑小于500mm的壓力容器,均存在不能由側(cè)施焊的問(wèn)題；大直徑容器最后組裝的封頭與筒體連接環(huán)焊縫,若無(wú)人孔也無(wú)法進(jìn)入部焊接。這種情況設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意將坡口開(kāi)在外側(cè),便于在外面進(jìn)行單面焊雙面成型工藝。圖7－3可焊到性接頭比較②盡可能改善施焊環(huán)境在注意可焊到性的同時(shí),還應(yīng)重視盡可能地改善焊接施工的環(huán)境。對(duì)于能在外兩側(cè)進(jìn)行焊接的設(shè)備,應(yīng)注意在殼進(jìn)行焊接時(shí)大多會(huì)有煙塵等有害氣氛的影響,其焊接環(huán)境較外面差。特別是在部空間狹小,排氣不良和預(yù)熱條件下,其施焊環(huán)境就更差,不但有害焊工健康,而且對(duì)確保焊接質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)牟焕绊?。為?可采用小外大的雙面坡口或開(kāi)在外側(cè)的單面坡口,使大部焊接工作量在外面完成。同時(shí)也要注意盡可能選擇施焊環(huán)境好的焊接方法,如埋弧焊放出的有害氣體較手工電弧焊少,又沒(méi)有明弧的有害作用,勞動(dòng)強(qiáng)度也小。③接頭的可探傷性主要是指無(wú)損探傷的可能性與方便性。焊接質(zhì)量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(duì)于射線探傷,探傷前要根據(jù)工件形狀和接頭形式來(lái)選擇照射方向和底片的安放位置。一般來(lái)說(shuō),對(duì)接接頭最適于射線探傷,通常一次照射即可；而T形接頭和角接頭的角焊縫有時(shí)需從不同方向多次照射才不至于漏檢。圖7－4左面所示接頭均不適于X射線探傷,而改為右面所示接頭就可以了。其中圖a是壓力容器上的插入式接管角焊縫接頭,其焊縫的下方即不能平放也不能彎曲放置膠片。圖b是平封頭與筒體之間的連接接頭,圖b1不宜射線探傷,圖b2雖有改善,也不合適,只有圖b3才適宜射線探傷。圖c為T(mén)型接頭,圖c1不宜射線探傷,圖c2才能進(jìn)行射線探傷。從構(gòu)件截面過(guò)渡考慮,圖d1過(guò)渡陡峭,使射線探傷變得困難,圖d2過(guò)濾平緩,但局部的壁厚差別仍會(huì)影響探傷,圖d3將接頭移到過(guò)渡段以外,雖然加工復(fù)雜,但最宜于射線探傷。圖e1是未熔透的對(duì)接接頭,由于存在未熔合間隙,不可能進(jìn)行探傷,只有圖e2那樣的熔透接頭,才可進(jìn)行射線探傷。圖f為三通式管接頭,只有如圖f2那樣設(shè)計(jì),才能便于進(jìn)行射線探傷。插入式接管接頭圖g1,由于厚度差別加上空間曲率,也不宜進(jìn)行射線探傷,改成圖g2的形式,射線探傷就方便了。超聲波探傷對(duì)接頭檢測(cè)面要求具有可接近性和可移動(dòng)性。但是,所有存在間隙的T型接頭和未熔透的對(duì)接接頭,都不能或者只能有條件地進(jìn)行超聲波檢測(cè)。所以接頭的根部處理與焊透是采用超聲波探傷的先決條件。此外,對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫,目前一般不能采用超聲波探傷,按射線探傷考慮即可。從缺陷掃查、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(jìn)行雙向探測(cè),而且應(yīng)有探頭移動(dòng)區(qū)。這是因?yàn)橛行┤毕輳哪硞€(gè)方向進(jìn)行顯示,要比從另一個(gè)方向顯示容易。因此,對(duì)于板厚不等和管壁與底座的對(duì)接接頭,應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)陌濉脖诤襁^(guò)渡區(qū)。圖7－5所示壓力容器不等厚對(duì)接接頭和圖7－6所示接頭焊縫超聲波探傷的探頭移動(dòng)區(qū)最小尺寸la,可分別參照表7－1和表7－2確定。圖7－5不同厚度對(duì)接接頭超聲波探傷的探頭移動(dòng)區(qū)l圖7－6幾種壓力容器殼體焊接接頭超聲波探傷的探頭移動(dòng)區(qū)L表7－1不同厚度對(duì)接接頭焊縫超聲波探傷移動(dòng)區(qū)最小尺寸l板厚〔mm10≤t≤2020≤t<40t≥40探頭折射角70o60o45o,60o探頭移動(dòng)區(qū)〔mmL外面5.5t+303.5t+303.5t+50L里面0.7l外面0.7l外面0.7l外面表7－2壓力容器殼體焊縫超聲波探傷探頭移動(dòng)區(qū)最小尺寸l板厚t<mm>R+LLLa≤401.5t1.0t3t>401.0t0.7t2t④提高焊接接頭的抗腐蝕性首先要對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在給定工況條件下可能產(chǎn)生的腐蝕類(lèi)型有個(gè)確切了解,在此基礎(chǔ)上有針對(duì)性地正確選擇相應(yīng)的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料和焊接材料。在結(jié)構(gòu)上要避免在應(yīng)力集中和高應(yīng)力區(qū)布置焊縫,盡量降低對(duì)腐蝕特別敏感部位的剛度和避免可能引起過(guò)大殘余應(yīng)力的結(jié)合點(diǎn)或區(qū)域,避免圖7－7所示妨礙液體流動(dòng)和排放的不合理結(jié)構(gòu)死區(qū)。焊接時(shí)盡可能采用對(duì)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。圖7—7防腐焊接結(jié)構(gòu)比較7－2壓力容器焊接接頭設(shè)計(jì)7.2.1壓力容器焊接接頭的分類(lèi)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(gòu)和要求具有同類(lèi)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A、B、C、D、E、F六類(lèi),如圖7－8所示。其中A、B、C、D四類(lèi)均為受壓殼體上直接承受壓力載荷的接頭；E類(lèi)是非受壓元件與受壓殼體間的接頭,不承受壓力載荷；F類(lèi)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(jì)入承壓厚度。圖7－8壓力容器殼體焊接接頭分類(lèi)A類(lèi)接頭包括圓柱形殼體筒節(jié)〔包括接管的縱向接頭,球形容器和凸形封頭瓜片之間的對(duì)接接頭,球形容器的環(huán)向?qū)咏宇^及球形封頭與筒體相接的環(huán)向?qū)咏宇^,鑲嵌式鍛制接管與筒體或封頭的對(duì)接接頭,大直徑焊接三通支管與母管相接的對(duì)接接頭。B類(lèi)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^,除球形封頭以外的各種凸形封頭與筒身相接的環(huán)向接頭。屬于C類(lèi)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,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頭等。D類(lèi)接頭是指接管、人孔、手孔、補(bǔ)強(qiáng)圈、凸綠與筒身及封頭相接的T形或角接接頭。E類(lèi)接頭包括吊耳、支撐、支座及各種件與筒身或封頭相接的角接接頭。F類(lèi)接頭是在筒身、封頭、接管、法蘭和管板表面上的堆焊接頭。7.2.2壓力容器焊接接頭的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要求上述壓力容器各類(lèi)焊接接頭,由于其結(jié)構(gòu)型式和受力狀態(tài)不同,其焊接和檢驗(yàn)等要求也有所差異。現(xiàn)作如下重點(diǎn)分析〔1A、B類(lèi)接頭壓力容器上的A、B類(lèi)焊接接頭,主要是殼體上的縱、環(huán)向?qū)咏宇^,是受壓殼體上的主承力焊接接頭。這類(lèi)接頭要求采用全焊透結(jié)構(gòu),且如圖7－9a所示,應(yīng)盡量采用雙面焊的全焊透對(duì)接接頭。如因結(jié)構(gòu)尺寸限制,只能從單面焊接時(shí),也可采用單面坡口的接頭,但必須保證能形成相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭。為此,采用氬弧焊之類(lèi)的焊接工藝完成全熔透的打底焊道,或在焊縫背面加襯板來(lái)保焊縫根部完全熔透或成型良好,如圖7－9b、c所示。當(dāng)對(duì)接接頭二側(cè)壁厚不等且厚度差大于較薄殼壁厚度的1/4或3mm時(shí),則應(yīng)將較厚殼壁接頭邊緣削薄。其斜度至少為1:3。圖7—9壓力容器焊接接頭的坡口類(lèi)型雙面對(duì)接焊接接頭b氬弧焊封底的單面對(duì)接焊接接頭c加襯墊的單面焊焊接接頭為避免相鄰焊接接頭焊接殘余應(yīng)力的疊加和熱影響區(qū)的重疊,壓力容器殼體上的A類(lèi)或B類(lèi)接頭之間的距離至少應(yīng)為壁厚的3倍,且不小于100mm。同時(shí)不應(yīng)采用十字焊縫,且A、B類(lèi)接頭及其附近不得開(kāi)設(shè)管孔。若因管子密集必須開(kāi)在A、B類(lèi)接頭上時(shí),則要對(duì)開(kāi)孔部位焊縫作100％射線或超聲波探傷,對(duì)超標(biāo)缺陷妥善處理后再焊接接管。容器筒身和封頭上的A、B類(lèi)接頭均應(yīng)布置在不直接受局部彎曲應(yīng)力作用的部位,〔見(jiàn)表4－3中序號(hào)圖7—9壓力容器焊接接頭的坡口類(lèi)型雙面對(duì)接焊接接頭b氬弧焊封底的單面對(duì)接焊接接頭c加襯墊的單面焊焊接接頭圖7-10筒體與凸形封頭不允許采用的連接型式圖7—11法蘭與筒殼或接管連接形式A、B類(lèi)對(duì)接接頭均應(yīng)按GB150的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行局部或全部射線或超聲波探傷檢查。其中A類(lèi)接頭中的圓筒縱焊縫還應(yīng)按GB150的要求作焊接試板,作為焊接質(zhì)量的實(shí)際見(jiàn)證,而B(niǎo)類(lèi)接頭則一般不要求作焊接試板?！?C類(lèi)接頭C類(lèi)接頭以用于法蘭與筒身或接管的連接為最多。法蘭的厚度是按所加彎矩進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算確定的,因此比殼體或接管的壁厚大得多。對(duì)于這類(lèi)接頭不必要求采用全焊透接頭型式,而允許采用如圖7－11所示的局部焊透的T形接頭,低壓容器中的小直徑法蘭甚至可采用不開(kāi)坡口的角焊縫連接,但必須在法蘭外二面進(jìn)行封焊,這樣既可防止法蘭的焊接變形,又可保證法蘭所要求的剛度。對(duì)于平封頭,管板與筒身相接的C類(lèi)接頭,因工作應(yīng)力較高,應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜,應(yīng)采用圖7－12a所示的全焊透角接接頭或?qū)咏宇^,并提出探傷要求,而圖7－12b所示接頭不允許采用。為減小角焊縫焊趾部位的應(yīng)力集中,角焊縫表面可按要求加工成圓角,圓角半徑r最小為0.25倍筒殼或接管壁厚,且不小于4.5mm。圖7－12平封頭或管板與筒殼間的連接示例〔3D類(lèi)接頭在壓力容器和鍋爐等過(guò)程設(shè)備中,D類(lèi)接頭主要是接管與殼體和補(bǔ)強(qiáng)圖與殼體間的連接焊縫,其受力狀況差,且較A、B類(lèi)接頭復(fù)雜,在載荷作用下會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。在壁厚較大時(shí),D類(lèi)接頭的拘束度相當(dāng)大,故焊接殘余應(yīng)力亦較大,易產(chǎn)生裂紋之類(lèi)的缺陷。對(duì)于承受交變載的壓力容器、低溫壓力容器、厚壁壓力容器和高強(qiáng)度鋼制壓力容器的不利影響更為顯著。一般情況下,開(kāi)孔直徑越大,對(duì)容器安全性的不利影響也越大,而且接管與殼體的連接結(jié)構(gòu)不同,其不利影響程度也不同。壓力容器中常見(jiàn)的D類(lèi)接頭型式有插入式接管T形接頭,安放式接管和凸緣的角接接頭等。其中插入式接管T形接頭又分為帶補(bǔ)強(qiáng)圈和不帶補(bǔ)強(qiáng)圈T形接頭等型式。此處我們僅以插入式接管T形接頭為例,對(duì)其結(jié)構(gòu)和焊接要求、工作可靠性及適用條件等作簡(jiǎn)要說(shuō)明。①接管壁厚的區(qū)別當(dāng)接管壁厚大于殼壁厚時(shí)稱(chēng)為厚壁式接頭,反之為薄壁式接頭。厚壁式接頭其接管區(qū)的應(yīng)力集中系數(shù)顯著低于薄壁式,有利于抗裂性的提高,工作可靠性大為改善,適用于較高工作壓力和高強(qiáng)度鋼殼體。經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)接管壁厚與殼體壁厚之比大于2.3時(shí),全焊透接管區(qū)的應(yīng)力集中系數(shù)一般均在2.5以下。②接管插入殼程度的區(qū)別當(dāng)接管插入端部與殼壁齊平時(shí),稱(chēng)為平頭式接管,而接管插入端部超過(guò)殼壁一定長(zhǎng)度時(shí)則稱(chēng)為伸出式接管〔見(jiàn)圖4－12。在接管壁厚相同時(shí),伸出式較平頭式接管的應(yīng)力集中要緩和一些,抗裂性有一定程度的改善。③帶補(bǔ)強(qiáng)圈與不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的區(qū)別補(bǔ)強(qiáng)圈主要用于對(duì)殼體開(kāi)孔削弱的補(bǔ)強(qiáng)作用,但同時(shí)也使T形接頭的焊縫厚度約增加了一倍。這不僅加大了焊接工作量,且還提高了接頭的拘束度,使焊接缺陷的形成機(jī)率明顯增高。這類(lèi)接頭也無(wú)法進(jìn)行射線或超聲波探傷檢查,焊接質(zhì)量較難控制。同時(shí),補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體間很難做到緊密貼合,在溫度較高時(shí)二者間存在較大的熱膨脹差,使補(bǔ)強(qiáng)區(qū)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,抗疲勞性差。故這種帶補(bǔ)強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)限用于補(bǔ)強(qiáng)圈厚度≤1.5倍殼壁厚度或殼體名義厚度≤38mm和抗拉強(qiáng)度下限бb≤540MPa的鋼制壓力容器。超出此限可采用厚壁管代替補(bǔ)強(qiáng)圈。圖7－13插入式接管T型接頭a>帶補(bǔ)強(qiáng)圈局部焊透伸入式T型接頭；b>不帶補(bǔ)強(qiáng)圈局部焊透伸入式T型接頭；c>不帶補(bǔ)強(qiáng)圈全焊透平頭式角型接頭。帶和不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的T形接頭,均具有開(kāi)坡口與不開(kāi)坡口、單面焊與雙面焊、全焊透與局部焊透和接管端部為平頭式與伸出式等不同結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮這些區(qū)別。圖7－13僅為個(gè)別結(jié)構(gòu)示例,詳情可參見(jiàn)GB150附錄J。④局部焊透與全焊透的區(qū)別不論何種型式的接頭,均有局部焊透與全焊透兩種情況。其中局部焊透的接頭在其未焊透處的焊縫根部會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中,也易于形成裂紋等焊接缺陷,其工作可靠性不如全焊透結(jié)構(gòu)好。故這種結(jié)構(gòu)一般僅適用于中、低壓和無(wú)急劇溫度梯度的碳鋼與16MnR之類(lèi)強(qiáng)度較低的普通低合金鋼制壓力容器。長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)證明,在各種型式的接管接頭中,全焊透的插入式接管T形接頭工作可靠性最好,使用壽命最長(zhǎng)。這種結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行超聲波探傷,可以對(duì)接頭的焊接質(zhì)量進(jìn)行有效控制。設(shè)計(jì)時(shí)若恰當(dāng)?shù)夭捎煤癖诮庸?使接頭在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的同時(shí)具有一定的柔性,減小拘束度,則接頭的應(yīng)力集中系數(shù)會(huì)進(jìn)一步降低,從而使其工作可靠性更好。高溫高壓容器、低溫壓力容器和承受交變載荷與具有急劇溫度梯度的壓力容器,以及低合金高強(qiáng)度鋼制容器上直徑大于100mm的接管均應(yīng)采用這種全焊透T形接頭。對(duì)于承受疲勞載荷、低溫和抗拉強(qiáng)度бb>540MPa的鋼制壓力容器,還應(yīng)將接管端部棱角和外表面角焊縫加工成圓角,以便進(jìn)一步降低應(yīng)力集中系數(shù)。據(jù)國(guó)外現(xiàn)行壓力容器規(guī)程規(guī)定,插入式接管的壁厚當(dāng)超過(guò)殼體厚度的一半時(shí),應(yīng)采用全焊透的T形接頭,但超過(guò)殼體表面的角焊縫厚度僅取殼體厚度的20％或接管壁厚的10％,且不小于6mm即可滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。因此若僅從強(qiáng)度角度來(lái)看,沒(méi)有必要加大此角焊縫的尺寸。相反,角焊縫尺寸加大不僅使焊接工作量增加,多耗焊材,且還會(huì)加劇接頭殘余應(yīng)力和熱影響區(qū)性能的惡化,最終導(dǎo)致接頭可靠性降低。對(duì)于各種D類(lèi)接頭,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意按GB150中的有關(guān)規(guī)定提出磁粉或其它方式的表面探傷要求?！?E類(lèi)接頭支座和各種件等非受壓元件與受壓殼體間相連的E類(lèi)接頭,一般是采用搭接或角接接頭。支座等元件不承受介質(zhì)的壓力載荷,但要承受重量或其它機(jī)械載荷,其接頭的焊接與檢驗(yàn)要求可視元件具體受力情況區(qū)別對(duì)待。例如立式容器裙座與封頭間的搭接接頭〔圖7－14a、b、對(duì)接接頭〔圖7-14c、d和球罐與其支柱間的搭接接頭,除承受設(shè)備和物料的總重外,還要受到風(fēng)與地震等載荷的作用。其接頭必須采用全焊透結(jié)構(gòu),并保證焊縫斷面有足夠的強(qiáng)度尺寸,同時(shí)還應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格控制和檢驗(yàn)。圖7－14裙座與封頭相連的搭接接頭和對(duì)接接頭圖7－15承載附件與殼體的連接接頭吊耳、支架和角撐等附件與殼體的連接接頭要承受相當(dāng)大的支撐載荷。這些接頭應(yīng)采用圖7－15a所示雙面坡口的全焊透角焊縫,其單側(cè)角焊縫的厚度應(yīng)為附件連接厚度的0.7倍,且不小于6mm。而加強(qiáng)筋之類(lèi)無(wú)強(qiáng)度要求的連接焊縫,則可采用圖7－15b所示的不開(kāi)坡口雙面角焊縫,其角焊縫的厚度應(yīng)等于附件連接處厚度的0.7倍且不小于6mm。厚壁殼體上的E類(lèi)接頭要注意產(chǎn)生層狀撕裂的可能,特別是當(dāng)附件與超過(guò)100mm的厚壁殼體相連的焊縫,為防止焊縫底部在厚壁殼上產(chǎn)生層狀撕裂,應(yīng)按圖7－15c所示,在殼體表面的連接部位加工出一定深度的凹槽,采用塑性?xún)?yōu)良的焊條預(yù)堆焊至與殼體表面齊平,再用砂輪將堆焊表面修磨平整,最后將附件與堆焊層相焊。若殼體和附件材料為低合金鋼,應(yīng)注意焊后對(duì)焊縫作表面磁粉探傷,對(duì)發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷,予以修磨除掉或作焊補(bǔ)。7.2.3壓力容器焊接接頭坡口設(shè)計(jì)壓力容器和鍋爐等設(shè)備中的焊接接頭焊縫,當(dāng)壁厚較大時(shí)均應(yīng)開(kāi)設(shè)坡口。其目的是為了使焊縫全部焊透和減少或避免焊接缺陷,保證焊接質(zhì)量。圖7－16所示為對(duì)接接頭中常用的幾種坡口形式,其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有坡口角度α,鈍邊高度p和根部間隙b等。其中α的作用是使焊條或焊絲便于伸到坡口底部并作必要的擺動(dòng)或偏移,以便獲得良好的熔合,便于脫渣和清渣；純邊p的作用是防止燒穿和熔化金屬流失；間隙b是為了保證焊透。坡口的形狀和尺寸與焊接方法、焊接位置、焊件厚度、焊透要求、焊接變形的大小以及生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)師應(yīng)全面考慮這些因素,設(shè)計(jì)或選擇適宜的坡口形狀和尺寸。〔1坡口形狀和尺寸的主要影響因素①單就操作而言,坡口愈小,耗用焊接材料愈少,生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益愈高。因?yàn)樘畛浣饘俚亩嗌僦苯尤Q于坡口截面,坡口愈大,填充金屬愈多,焊接時(shí)間也就越長(zhǎng)。同時(shí)大的坡口會(huì)引起較大的焊接變形和殘余應(yīng)力,耗用矯正工時(shí)。②焊接方法首先決定是否需要開(kāi)坡口,例如電渣焊均不需開(kāi)坡口；手工電弧焊由于其熔深較淺,厚度大于6mm的鋼板就要開(kāi)坡口；而埋弧自動(dòng)焊其熔深大,24mm以下鋼板雙面焊可以不開(kāi)坡口。坡口尺寸也與焊接方法有關(guān),手工電弧焊與氣體保護(hù)焊相比,前者坡口角度應(yīng)大些。因?yàn)槭止る娀『傅暮笚l較粗,且焊縫表面有較厚的熔渣層,較大的坡口便于焊條伸入坡口底部,也便于脫渣和清渣。氣體保護(hù)焊時(shí)焊縫表面無(wú)熔渣,焊絲直徑也較小,故坡口角度可開(kāi)小些。熔化極氣體保護(hù)焊的V形坡口角度一般可取45∽50o,而手工電弧焊的V形坡口角度一般要≥60o。③在焊接方法一定時(shí),坡口的形狀和尺寸主要決定于板厚的大小。板厚由小到大,應(yīng)依次分別采用V形、X形和U形等坡口。這樣可以減少焊接材料用量,利于控制焊接變形。④焊件的材料不同,對(duì)坡口的形狀和尺寸要求也有差異。例如低碳鋼對(duì)焊接熱循環(huán)不敏感,可以采用高線能量的焊接規(guī)參數(shù),為便于操作,坡口截面應(yīng)大些；而鉻鎳奧氏體不銹鋼,對(duì)焊接熱循環(huán)敏感性大,要求采用小線能量焊接,其坡口應(yīng)盡量小些,以避免焊接熱的多次作用。又如鎳及鎳合金焊接時(shí)其溶池液體粘度較大,流動(dòng)性差,熔深淺,焊接過(guò)程中易出現(xiàn)夾渣和末熔合等缺陷,故其坡口角度應(yīng)適當(dāng)加大,根部鈍邊適當(dāng)減小,其V形坡口角度一般為80∽90o?！?坡口形狀與尺寸的設(shè)計(jì)焊接接頭坡口的設(shè)計(jì)或選擇,主要考慮的原則是：保證焊透；坡口易于加工；盡可能地節(jié)省填充金屬,提高焊接生產(chǎn)率；焊件產(chǎn)生的變形和殘余應(yīng)力盡可能地小。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼制壓力容器等過(guò)程設(shè)備的各種焊接接頭,其手工電弧焊,氣體保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊的坡口形式及尺寸,可詳見(jiàn)GB985∽986和GB150附錄J。盡管不同條件時(shí)的坡口形狀和尺寸有所差異,但選用所遵循的原則是一致的。①I(mǎi)形坡口,即不開(kāi)坡口,留有1－2mm間隙,如圖7－16a所示。手工電弧單面焊板厚6mm以下和雙面焊12mm以下均可采用I形坡口,而埋弧自動(dòng)焊的單面焊和雙面焊不開(kāi)坡口時(shí)的板厚分別為12和24mm。但對(duì)于要求全熔透的重要結(jié)構(gòu),手工電弧焊在板厚3mm時(shí)就要開(kāi)坡口。圖7－16常用對(duì)接接頭坡口a－不開(kāi)坡口；b－V形坡口；c－X形坡口；d－單U形坡口；e－雙U形坡口②單面V形坡口,如圖7－16b所示,用于單面焊或背面清根的雙面焊。其特點(diǎn)是加工簡(jiǎn)易,但易產(chǎn)生角變形,且在板厚較大時(shí)耗用焊接材料較多。V形坡口適用于板厚7－30mm。③X形坡口,如圖7－16c所示,有對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)兩種結(jié)構(gòu)。與單面V形坡口相比,在板厚相同時(shí),X形坡口可減少填充金屬量約1/2,且焊后產(chǎn)生的角變形和殘余應(yīng)力也較小。所以X形坡口適用于12－60mm的較大板厚或焊接變形要求限制嚴(yán)格的構(gòu)件。在壓力容器等設(shè)備中,對(duì)稱(chēng)形X形坡口多用于雙面手工電弧焊或埋弧自動(dòng)焊的殼體縱、環(huán)焊縫,而非對(duì)稱(chēng)X形坡口則適用于手工電弧焊封底的單面埋弧焊或雙面埋弧自動(dòng)焊。盡管非對(duì)稱(chēng)X形坡口不如對(duì)稱(chēng)形好些,但下列情況往往還是采用它：1需要清根的接頭,為使焊縫兩面的熔敷金屬量相等,清根一面的坡口要設(shè)計(jì)得小一些；2不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)必須仰焊時(shí),為減少仰焊金屬熔敷量,仰焊一面的坡口應(yīng)小一些；3為防止清根后產(chǎn)生根部深溝槽,淺坡口一側(cè)的坡口角度應(yīng)大一些。在低、中壓容器設(shè)備中,V形和非對(duì)稱(chēng)X形坡口應(yīng)用較多。對(duì)于小直徑圓筒殼,側(cè)不能使用埋弧自動(dòng)焊時(shí),常采用V形坡口,側(cè)用手工電弧焊封底。對(duì)于通風(fēng)不良的容器,應(yīng)盡量減少部施焊的工作量,為此可采用小外大的非對(duì)稱(chēng)X形坡口。④U形坡口,有單面和雙面U形坡口兩種結(jié)構(gòu),如圖7－16d、e所示。這種坡口的突出優(yōu)點(diǎn)是焊接材料消耗少,焊件變形小,焊縫金屬中母材金屬所占比例小,但加工費(fèi)用高。故U形坡口主要用于板厚大的重要構(gòu)件,如高壓厚壁容器與高壓鍋爐等的焊接接頭。手工電弧焊時(shí),板厚20－60mm可采用單面U形坡口,埋弧自動(dòng)焊時(shí),板厚40－160mm可視情況采用單面或雙面U形坡口。7.3焊縫在圖紙上的標(biāo)注方法在技術(shù)圖紙和有關(guān)技術(shù)文件中,焊縫通常用圖示法和焊縫符號(hào)法標(biāo)注。前者較為簡(jiǎn)明直觀,過(guò)程設(shè)備多采用此種方法標(biāo)注；后者是用規(guī)定的符號(hào)表示,這種方法要求熟悉有關(guān)的焊縫符號(hào)。焊縫的圖示法圖示法是用視圖、剖視或剖面圖表示焊縫的結(jié)構(gòu)尺寸圖1—17焊縫透視畫(huà)法焊縫視圖的畫(huà)法如圖1—17所示。圖中表示焊縫的一系列細(xì)實(shí)線段允許用徒手繪制,如圖a、c；也允許采用粗實(shí)線表示焊縫,如圖b。但在同一圖樣中,只允許采用一種畫(huà)法。在表示焊縫端面的視圖中,通常用粗實(shí)線繪出焊縫的輪廓,必要時(shí)可用細(xì)實(shí)線同時(shí)畫(huà)出坡口形狀等,如圖7—18a所示。在剖視圖或剖面圖上,通常將焊縫涂黑,如圖7—18b所示,若同時(shí)需要表示坡口等的形狀,可按圖7—18c所示繪制。必要時(shí)可將焊縫部位局部放大并標(biāo)注焊縫尺寸或數(shù)字,如圖7—圖1—17焊縫透視畫(huà)法圖7—圖7—18焊縫端面視圖、剖視圖和剖面圖的畫(huà)法焊縫的符號(hào)表示法圖7—19焊縫放大圖這種方法是使用統(tǒng)一的符號(hào)或代號(hào)來(lái)表示焊縫的結(jié)構(gòu)。這些符號(hào)和代號(hào)分別由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB324—88《焊縫符號(hào)表示法》和GB5185—85《金屬焊接及釬焊方法在圖樣上的表示代號(hào)》規(guī)定。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2553圖7—19焊縫放大圖①焊接方法代號(hào)與焊縫代號(hào)GB1585規(guī)定了用數(shù)字表示的各