第七章压力容器焊接

1、1过程设备焊接 郑州大学化工学院郑州大学化工学院 电电 话话: 63887306 63887306 27 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计 焊接接头由焊缝金属、热影响区及相邻母材三部焊接接头由焊缝金属、热影响区及相邻母材三部分组成。在压力容器、锅炉和管道等过程设备中，分组成。在压力容器、锅炉和管道等过程设备中，焊接接头不仅是重要的连接元件，而且与所连接部焊接接头不仅是重要的连接元件，而且与所连接部件一起承受工作压力，其他载荷、温度和化学腐蚀件一起承受工作压力，其他载荷、温度和化学腐蚀介质的作用。焊接接头作为整个受压部件或承压设介质的作用。焊接接头作为整个受压部件或承压设备不可分割的组成

2、部分，对运行可靠性和工作寿命备不可分割的组成部分，对运行可靠性和工作寿命起着决定性的影响。因此，焊接接头的正确设计对起着决定性的影响。因此，焊接接头的正确设计对于保证产品的质量具有十分重要的意义。于保证产品的质量具有十分重要的意义。第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计37 71 1 焊接接头设计基础焊接接头设计基础7 71 11 1 焊接接头的基本类型与特点焊接接头的基本类型与特点 焊接接头主要起两个作用：一是焊接接头主要起两个作用：一是连接作用连接作用，即把被焊件，即把被焊件连成一个整体；二是连成一个整体；二是承力作用承力作用，即承受被焊工件所受的载荷。，即承受被焊工件所受

3、的载荷。焊接与被焊工件并联的接头，焊缝仅承担很小的载荷，即使焊接与被焊工件并联的接头，焊缝仅承担很小的载荷，即使焊缝断裂，结构也不会立即失效，这种接头中的焊缝称为焊缝断裂，结构也不会立即失效，这种接头中的焊缝称为联联系焊缝系焊缝，如图，如图7-1(a)所示。焊缝与所示。焊缝与被焊工件串联的接头，被焊工件串联的接头，焊缝承受全部载荷，焊缝承受全部载荷，一旦焊缝断裂，结构一旦焊缝断裂，结构会立即失效，这种焊会立即失效，这种焊缝称为缝称为承载焊缝承载焊缝，如，如图图7-1(b)所示。所示。 第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计4 设计时联系焊缝不一定要求焊透或全长焊接，也设计时联系

4、焊缝不一定要求焊透或全长焊接，也不必计算焊缝强度，而承载焊缝必须计算强度，且不必计算焊缝强度，而承载焊缝必须计算强度，且必须采用全熔透必须采用全熔透焊接。过程设备焊接。过程设备中常用的典型焊中常用的典型焊接接头类型有对接接头类型有对接接头、接接头、T形或形或十字接头、搭接十字接头、搭接接头和角接接头接头和角接接头等，如图等，如图7-2所所示。示。 第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计5 对接接头较其他接头受力状况好，应力集中程度小，焊对接接头较其他接头受力状况好，应力集中程度小，焊接时易保证质量，是优先广泛应用的接头。对于不同厚度的接时易保证质量，是优先广泛应用的接头。对于不

5、同厚度的焊件，为了保证焊透，大多都要把焊件的对接边缘加工成各焊件，为了保证焊透，大多都要把焊件的对接边缘加工成各种形式的坡口。对接接头焊前对工件的边缘加工和装配要求种形式的坡口。对接接头焊前对工件的边缘加工和装配要求较高。通常设备壳体上的纵、环焊缝均为对接接头。较高。通常设备壳体上的纵、环焊缝均为对接接头。 T形及十字接头能承受各种方向的力和力矩，其接头亦有形及十字接头能承受各种方向的力和力矩，其接头亦有不同类型，有不焊透和焊透的，有不开坡口和开坡口的。不不同类型，有不焊透和焊透的，有不开坡口和开坡口的。不开坡口者通常均为不焊透的，其应力集中很大，不适用于重开坡口者通常均为不焊透的，其应力集中

6、很大，不适用于重载或动载荷。开坡口焊透的载或动载荷。开坡口焊透的T形或十字接头其应力集中显著形或十字接头其应力集中显著减小，适用于承受动载荷及重载荷。接管、人孔等与设备壳减小，适用于承受动载荷及重载荷。接管、人孔等与设备壳体或封头相连的多为体或封头相连的多为T形或角接接头。形或角接接头。第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计6 搭接接头的应力分布很不均，受力状况不好，疲搭接接头的应力分布很不均，受力状况不好，疲劳强度较低，不宜承受动载荷。压力容器上的补强劳强度较低，不宜承受动载荷。压力容器上的补强圈或支座与壳体和封头的连接一般为搭接接头。圈或支座与壳体和封头的连接一般为搭接接头

7、。 角接接头是两被焊件端部间构成大于角接接头是两被焊件端部间构成大于30，但，但小于小于135夹角的接头。其承载能力与其连接形式夹角的接头。其承载能力与其连接形式和坡口类型有关。法兰、平封头、管板等与筒身和和坡口类型有关。法兰、平封头、管板等与筒身和封头的连接一般为角接接头。封头的连接一般为角接接头。第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计77 71 12 2 焊接接头设计的内容与准则焊接接头设计的内容与准则 焊接接头与其他连接形式，如铆接、胀接和螺栓焊接接头与其他连接形式，如铆接、胀接和螺栓连接相比具有令人注目的优点，如减轻结构重量、连接相比具有令人注目的优点，如减轻结构重量、

8、受力均衡、制造成本低、生产周期短等，但也不可受力均衡、制造成本低、生产周期短等，但也不可忽视其各区组织不均一性、性能不均一性和存在各忽视其各区组织不均一性、性能不均一性和存在各种焊接缺陷等缺点。种焊接缺陷等缺点。焊接接头焊接接头设计的基本内容设计的基本内容为：为： 确定接头形式和位置；确定接头形式和位置； 设计坡口形式和尺寸；设计坡口形式和尺寸； 制定对接头质量的具体要求，如探伤要求等。制定对接头质量的具体要求，如探伤要求等。 第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计8 接头接头设计的基本准则设计的基本准则如下。如下。 焊接接头与母材的等强性焊接接头与母材的等强性 等强性的含义应

9、包等强性的含义应包括常温、高温短时强度，高温持久强度，静载和交括常温、高温短时强度，高温持久强度，静载和交变载荷下的强度。变载荷下的强度。 焊接接头与母材的等塑性焊接接头与母材的等塑性 接头的塑性与母材接头的塑性与母材的塑性不同。接头塑性主要是指接头在结构中的整的塑性不同。接头塑性主要是指接头在结构中的整体变形能力，能经受受压部件在制造过程中和运行体变形能力，能经受受压部件在制造过程中和运行过程中复杂的受力条件。过程中复杂的受力条件。 焊接接头的工艺性焊接接头的工艺性 焊接接头应布置在便于施焊接接头应布置在便于施工、焊接和检查工、焊接和检查(包括无损探伤包括无损探伤)的部位，焊接坡口形的部位，

10、焊接坡口形状和尺寸应适应所采用的焊接工艺，具有较高的抗状和尺寸应适应所采用的焊接工艺，具有较高的抗裂性并能防止焊接变形，应易于形成全焊透的焊缝裂性并能防止焊接变形，应易于形成全焊透的焊缝第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计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。 焊接接头的经济性焊接接头的经济性 焊接是一种消耗能量和优焊接是一种消耗能量和优质焊材的工艺过程，故应尽量减小焊接接头的数量，质焊材的工艺过程，故应尽量减小焊接接头的数量，在保证接头强度的前提下减薄焊缝的厚度。在设计在保证接头强度的前提下减薄焊缝的厚度。在设计焊接坡口形状时，应在保证工艺性的前提下，尽量焊

11、接坡口形状时，应在保证工艺性的前提下，尽量减小坡口的倾角和截面。对于壁厚较薄的受压部件减小坡口的倾角和截面。对于壁厚较薄的受压部件应尽可能采用不开坡口的先进焊接工艺。应尽可能采用不开坡口的先进焊接工艺。 第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计10 7 71 13 3 焊接接头设计要点焊接接头设计要点 在设计焊接接头时，设计人员要注意正确合理地选择焊在设计焊接接头时，设计人员要注意正确合理地选择焊接接头类型，坡口形状和尺寸外，还必须注意接头的可焊到接接头类型，坡口形状和尺寸外，还必须注意接头的可焊到性、可探伤性以及防止或减小腐蚀等问题。性、可探伤性以及防止或减小腐蚀等问题。 (1

12、)(1)接头的可焊到性接头的可焊到性 熔焊接头焊接时，为保证获得理想的接头质量，必须保熔焊接头焊接时，为保证获得理想的接头质量，必须保证焊条、焊丝或电极能方便地到达欲焊部位，这就是熔焊接证焊条、焊丝或电极能方便地到达欲焊部位，这就是熔焊接头设计时要考虑的可焊到性问题。如图头设计时要考虑的可焊到性问题。如图73所示，左边箭头所示，左边箭头所指不便于焊接，质量难以保证；中间便于焊接，但为角焊所指不便于焊接，质量难以保证；中间便于焊接，但为角焊缝，受载时焊缝根部会产生较大的应力集中；右边改为对接缝，受载时焊缝根部会产生较大的应力集中；右边改为对接焊缝，不但便于焊接，受力状况好，而且也便于无损探伤检焊

13、缝，不但便于焊接，受力状况好，而且也便于无损探伤检验。另外，有的结构只能在一侧进行焊接，另一侧由于空间验。另外，有的结构只能在一侧进行焊接，另一侧由于空间狭小无法进入。这种情况设计时应注意将坡口开在外侧，便狭小无法进入。这种情况设计时应注意将坡口开在外侧，便于在外面进行单面焊双面成形工艺。于在外面进行单面焊双面成形工艺。 第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计11 (2)(2)尽可能改善施焊环境尽可能改善施焊环境 在注意可焊到性的同时，还应重视尽可能地改善在注意可焊到性的同时，还应重视尽可能地改善焊接施工的环境。对于能在内外两侧进行焊接的设焊接施工的环境。对于能在内外两侧进行焊

14、接的设备，应注意在壳内进行焊接时大多会有烟尘等有害备，应注意在壳内进行焊接时大多会有烟尘等有害气氛的影响，其焊接环境较外面差。特别是在内部气氛的影响，其焊接环境较外面差。特别是在内部空间狭小，排气不良和预热条件下，其施焊环境就空间狭小，排气不良和预热条件下，其施焊环境就更差，不但有害焊工健康，而且对确保焊接质量也更差，不但有害焊工健康，而且对确保焊接质量也会产生相当的不利影响。会产生相当的不利影响。第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计12 (3)(3)接头的可探伤性接头的可探伤性 主要是指无损探伤的可能性与方便性。焊接质量主要是指无损探伤的可能性与方便性。焊接质量要求越高的接

15、头越要重视接头的可探伤性，特别是要求越高的接头越要重视接头的可探伤性，特别是射线和超声波的可探伤性。对于射线探伤，探伤前射线和超声波的可探伤性。对于射线探伤，探伤前要根据工件形状和接头形式来选择照射方向和底片要根据工件形状和接头形式来选择照射方向和底片的安放位置。一般来说，对接接头最适于射线探伤，的安放位置。一般来说，对接接头最适于射线探伤，通常一次照射即可，而通常一次照射即可，而T形接头和角接头的角焊缝有形接头和角接头的角焊缝有时需从不同方向多次照射才不至于漏检。图时需从不同方向多次照射才不至于漏检。图74左左面所示接头均不适于面所示接头均不适于X射线探伤，而改为右面所示接射线探伤，而改为右

16、面所示接头就可以了。头就可以了。第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计13第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计 超声波探伤对接头检超声波探伤对接头检测面要求具有可接近性和测面要求具有可接近性和可移动性可移动性。但是，所有存。但是，所有存在间隙的在间隙的T形接头和未熔形接头和未熔透的对接接头，都不能或透的对接接头，都不能或者只能有条件地进行超声者只能有条件地进行超声波检测。所以接头的根部波检测。所以接头的根部处理与焊透是采用超声波处理与焊透是采用超声波探伤的先决条件。此外，探伤的先决条件。此外，对奥氏体不锈钢焊缝，目对奥氏体不锈钢焊缝，目前一般还不能采用超声波前

17、一般还不能采用超声波探伤，应考虑射线探伤。探伤，应考虑射线探伤。14 从从缺陷扫描、缺陷定量定位以及探伤的可靠性出缺陷扫描、缺陷定量定位以及探伤的可靠性出发，超声波探伤往往要求尽量进行双向探测发，超声波探伤往往要求尽量进行双向探测，而且，而且应有应有探头移动区探头移动区。这是因为有些缺陷从某个方向进。这是因为有些缺陷从某个方向进行显示，要比从另一个方向显示容易。因此，对于行显示，要比从另一个方向显示容易。因此，对于板厚不等和管壁与底座的对接接头，应该选择适当板厚不等和管壁与底座的对接接头，应该选择适当的板的板(壁壁)厚过渡区。厚过渡区。 图图75所示压力容器不等厚对接接头和图所示压力容器不等厚

18、对接接头和图76所示接头焊缝超声波探伤的探头移动区最小尺寸所示接头焊缝超声波探伤的探头移动区最小尺寸la，可分别参照表可分别参照表71和表和表72确定。确定。第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计15第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计16第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计17 (4)(4)提高焊接接头的抗腐蚀性提高焊接接头的抗腐蚀性 首先要对所设计的结构在给定工况条件下可能产首先要对所设计的结构在给定工况条件下可能产生的腐蚀类型有个确切了解，在此基础上有针对性生的腐蚀类型有个确切了解，在此基础上有针对性地正确选择相应的耐腐蚀结构材料和焊接

19、材料。在地正确选择相应的耐腐蚀结构材料和焊接材料。在结构上要避免在应力集中和高应力区布置焊缝，尽结构上要避免在应力集中和高应力区布置焊缝，尽量降低对腐蚀特别敏感部位的刚度和避免可能引起量降低对腐蚀特别敏感部位的刚度和避免可能引起过大残余应力的结合点或区域，过大残余应力的结合点或区域，避免图避免图7777所示妨所示妨碍液体流动和排放的不合理结构死区碍液体流动和排放的不合理结构死区。焊接时尽可。焊接时尽可能采用对接接头和连续焊，而不采用搭接接头和间能采用对接接头和连续焊，而不采用搭接接头和间断焊，以免形成缝隙加剧腐蚀。断焊，以免形成缝隙加剧腐蚀。 第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头

20、设计18第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计19 7 72 2 压力容器焊接接头设计压力容器焊接接头设计 7 72 21 1 压力容器焊接接头的分类压力容器焊接接头的分类 锅炉锅筒、管道和各种压力容器均为受压壳体，锅炉锅筒、管道和各种压力容器均为受压壳体，其焊接接头的结构和要求具有同类性。其壳体上的其焊接接头的结构和要求具有同类性。其壳体上的焊接接头按受力状态及所处的部位可分为焊接接头按受力状态及所处的部位可分为A、B、C、D、E、F六类，如图六类，如图78所示。其中所示。其中A、B、C、D四四类均为受压壳体上直接承受压力载荷的接头；类均为受压壳体上直接承受压力载荷的接头；E

21、类是类是非受压元件与受压壳体间的接头，不承受压力载荷；非受压元件与受压壳体间的接头，不承受压力载荷；F类是受压元件表面上的堆焊接头，起耐磨或防腐蚀类是受压元件表面上的堆焊接头，起耐磨或防腐蚀作用，一般不计入承压厚度。作用，一般不计入承压厚度。第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计20第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计21 A类接头包括圆柱形壳体筒节类接头包括圆柱形壳体筒节(包括接管包括接管)的纵向的纵向接头，球形容器和凸形封头瓜片之间的对接接头，接头，球形容器和凸形封头瓜片之间的对接接头，球形容器的环向对接接头及球形封头与简体相接的球形容器的环向对接接头及球

22、形封头与简体相接的环向对接接头环向对接接头,镶嵌式锻制接管与简体或封头的对接镶嵌式锻制接管与简体或封头的对接接头接头,大直径焊接三通支管与母管相接的对接接头。大直径焊接三通支管与母管相接的对接接头。 B类接头系指圆柱形、锥形筒节间的环向接头，类接头系指圆柱形、锥形筒节间的环向接头，接管筒节间及其高颈法兰相接的环向对接接头接管筒节间及其高颈法兰相接的环向对接接头,除球除球形封头以外的各种凸形封头与筒身相接环向接头。形封头以外的各种凸形封头与筒身相接环向接头。 属于属于C类接头的有法兰、平封头、端盖、管板与类接头的有法兰、平封头、端盖、管板与筒身、封头和接管相连的角接接头，内凹封头与筒筒身、封头和接管相连的角接接头，内凹封头与筒身间的搭接接头以及多层包扎容器层板间的纵向接身间的搭接接头以及多层包扎容器层板间的纵向接头等。头等。 第七章第七章 承压设备焊接接头设计承压设备焊接接头设计22 D类接头是指接管、人孔、手孔、补强圈、凸缘类接头是指接管、人孔、手孔、补强圈、凸缘与筒身及封头相接的与筒身及封头