压力容器焊接与无损检测XXXX08课件

压力容器焊接与无损检测郑州大学化工设备设计研究所李洪亮压力容器焊接与无损检测郑州大学化工设备设计研究所郑州大学化工设备设计研究所2压力容器焊接与无损检测压力容器焊接的基本概念压力容器常用焊接方法及特点焊接材料压力容器焊接设计焊接变形与焊接应力焊接缺陷及防止压力容器焊接接头检测方法GB150对焊接接头无损检测的有关要求郑州大学化工设备设计研究所2压力容器焊接与无损检测压力容器焊2压力容器焊接的基本概念压力容器焊接的基本概念郑州大学化工设备设计研究所4压力容器焊接的基本概念1.1金属焊接的定义通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连成一体的连接方法。郑州大学化工设备设计研究所4压力容器焊接的基本概念1.1金4郑州大学化工设备设计研究所5压力容器焊接的基本概念1.2焊接方法的分类熔焊将待焊处的母材金属熔化，但不加压力以形成焊缝的焊接方法。是目前应用最广泛的一种焊接方法最常用的有焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等郑州大学化工设备设计研究所5压力容器焊接的基本概念1.2焊5郑州大学化工设备设计研究所6压力容器焊接的基本概念1.2焊接方法的分类压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。包括固态焊、热压焊、锻焊、扩散焊、气压焊和冷压焊等钎焊采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。郑州大学化工设备设计研究所6压力容器焊接的基本概念1.2焊6郑州大学化工设备设计研究所7压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式坡口

根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定形状的沟槽，称为坡口。为保证焊缝全部焊透又无缺陷，当板后超过一定厚度时将焊件开成各种形式的坡口。坡口的作用使焊条或焊丝或焊矩能直接伸到待焊工件的底部便于脱渣能使焊条或焊矩在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合郑州大学化工设备设计研究所7压力容器焊接的基本概念1.3坡7郑州大学化工设备设计研究所8压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式坡口坡口的基本形式郑州大学化工设备设计研究所8压力容器焊接的基本概念1.3坡8郑州大学化工设备设计研究所9压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式焊缝与接头从焊接角度来看，压力容器是由母材与焊接接头组成的焊缝是焊接接头的组成部分焊缝与焊接接头是两个不同概念郑州大学化工设备设计研究所9压力容器焊接的基本概念1.3坡9郑州大学化工设备设计研究所10压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式焊接接头焊接接头形式分为12种对接接头T型接头十字接头搭接接头塞焊搭接接头槽焊接头角接接头端接接头套管接头斜对接接头卷边接头锁底接头郑州大学化工设备设计研究所10压力容器焊接的基本概念1.310郑州大学化工设备设计研究所11压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式焊接接头对接接头两焊件表面构成≥135°，≤180°夹角的接头。对接接头从力学角度分析是比较理想的一种接头形式，它的受力状况较好，应力集中较小，能承受较大的静载荷和动载荷，是焊接结构和压力容器受压元件应用最多的接头形式。郑州大学化工设备设计研究所11压力容器焊接的基本概念1.311郑州大学化工设备设计研究所12压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式焊接接头T形接头一焊件的端面和另一焊件的表面构成直角或近似直角的接头。T形接头由于焊缝向母材过度较急剧，接头在外力作用下内部应力分布极不均匀，特别是角焊缝根部和过渡处都有很大的应力集中。因此这种接头承受载荷尤其是动载荷的能力较低。郑州大学化工设备设计研究所12压力容器焊接的基本概念1.312郑州大学化工设备设计研究所13压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式焊接接头角接接头两焊件端部构成大于30°、小于135°夹角的接头。郑州大学化工设备设计研究所13压力容器焊接的基本概念1.313郑州大学化工设备设计研究所14压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式焊接接头搭接接头两焊件部分重叠在一起所构成的接头。搭接接头的强度较低，尤其是疲劳强度，只用于不重要的结构。郑州大学化工设备设计研究所14压力容器焊接的基本概念1.314郑州大学化工设备设计研究所15压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式焊缝焊件经焊接后所形成的结合部分，即填充与熔化的母材凝固后形成的区域。在熔化焊范围内，焊缝形式分为五种对接焊缝（又称坡口焊缝）角焊缝端接焊缝塞焊缝槽焊缝郑州大学化工设备设计研究所15压力容器焊接的基本概念1.315郑州大学化工设备设计研究所16压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）123郑州大学化工设备设计研究所16压力容器焊接的基本概念接头形16郑州大学化工设备设计研究所17压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）456郑州大学化工设备设计研究所17压力容器焊接的基本概念接头形17郑州大学化工设备设计研究所18压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）789郑州大学化工设备设计研究所18压力容器焊接的基本概念接头形18郑州大学化工设备设计研究所19压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）101112郑州大学化工设备设计研究所19压力容器焊接的基本概念接头形19郑州大学化工设备设计研究所20压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）131415郑州大学化工设备设计研究所20压力容器焊接的基本概念接头形20郑州大学化工设备设计研究所21压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）161718郑州大学化工设备设计研究所21压力容器焊接的基本概念接头形21郑州大学化工设备设计研究所22压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）192021郑州大学化工设备设计研究所22压力容器焊接的基本概念接头形22郑州大学化工设备设计研究所23压力容器焊接的基本概念

接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994《焊接术语》）222324郑州大学化工设备设计研究所23压力容器焊接的基本概念接头形23郑州大学化工设备设计研究所24压力容器焊接的基本概念1.3坡口、焊缝形式与接头形式同一种焊缝形式可以连接成多个接头形式对接接头不一定用对接焊缝连接连接角接接头的焊缝也不一定是角焊缝郑州大学化工设备设计研究所24压力容器焊接的基本概念1.324郑州大学化工设备设计研究所25压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程掌握焊接性能、焊接工艺评定和编制焊接工艺规程是焊接压力容器中的三个重要环节。焊接性能是焊接工艺评定的基础焊接工艺评定是焊接工艺规程的依据焊接工艺规程是确保压力容器焊接质量的行动准则郑州大学化工设备设计研究所25压力容器焊接的基本概念1.425郑州大学化工设备设计研究所26压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接性能是指在限定的施工条件下，焊接成符合设计要求的构件，并满足预订服役要求的能力。在一定的焊接工艺条件下，金属材料可以获得优质焊接接头的难易程度。材料对焊接加工的适应性和使用可靠性。如果一种金属材料能用较普通又简便的焊接工艺获得优质接头，说明这种金属材料具有良好的焊接性能。材料的焊接性能与条件有关，在不同条件下有不同表现。郑州大学化工设备设计研究所26压力容器焊接的基本概念1.426郑州大学化工设备设计研究所27压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接性能施工条件包括：材料牌号、结构条件、焊接设备条件、工艺条件、焊接环境。设计要求包括：焊接尺寸、形位偏差、焊缝内外缺陷要求，焊接接头的性能、焊接技术条件。服役要求包括：焊接接头结合性能、具体工艺介质条件下焊接接头的使用性能及使用环境下结构抗断裂能力。郑州大学化工设备设计研究所27压力容器焊接的基本概念1.427郑州大学化工设备设计研究所28压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接性能焊接性能分为工艺焊接性能及使用焊接性能工艺焊接性能考虑的是在焊接过程中如何避免产生缺陷，以获得优质的焊缝。使用焊接性能考虑的是钢材焊接后性能的变化是否会影响到使用的可靠性，如强度好韧性指标、耐高温或耐低温及耐腐蚀性能的变化等。郑州大学化工设备设计研究所28压力容器焊接的基本概念1.428郑州大学化工设备设计研究所29压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接性能焊接性能的影响因素焊件母材的种类与化学成分不同类别的材料，其焊接性能差异很大。如碳钢与不锈钢，前者主要是保证焊接接头的强度好韧性与母材一致，后者主要是保证接头具有足够的耐蚀性。同类钢材，成分不同，其焊接性能差异也很大。如低碳钢的焊接性能就很容易获得优质接头，但中、高碳钢，仅仅由于含碳量的提高，就使其焊接性能显著变差。郑州大学化工设备设计研究所29压力容器焊接的基本概念1.429郑州大学化工设备设计研究所30压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接性能焊接性能的影响因素焊接方法与工艺当材料一定时，若采用不同的焊接方法，所获得的焊接接头质量也不同。如氩弧焊，由于惰性气体保护效果好，不论什么材料，均易获得优质接头，但一般焊条电弧焊就不一定。当焊接方法相同，而采用不同的焊接工艺措施和规范参数时，所获得的接头质量也会有很大差别。如焊接线能量的大小、焊前预热与不预热、焊接材料的不同等，都对接头的质量有重要影响。郑州大学化工设备设计研究所30压力容器焊接的基本概念1.430郑州大学化工设备设计研究所31压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接性能焊接性能的影响因素焊件的结构主要表现在刚度或拘束度的大小。结构的刚度或拘束度大，焊接中产生的应力就大，对于高强度易淬火钢防裂不利。焊件的使用条件使用条件主要是温度、载荷性质好介质的腐蚀性等。如含氯化物介质易使奥氏体不锈钢焊接接头产生应力腐蚀破坏，低温环境会使接头的韧性显著降低、脆性转变温度升高等。郑州大学化工设备设计研究所31压力容器焊接的基本概念1.431郑州大学化工设备设计研究所32压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接工艺是指制造焊件所有相关的加工方法和实施要求，包括焊接设备、材料选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求等。郑州大学化工设备设计研究所32压力容器焊接的基本概念1.432郑州大学化工设备设计研究所33压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接工艺评定为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价称为焊接工艺评定正确认识焊接工艺评定的目的和作用，是执行焊接工艺评定标准的前提。焊接工艺评定通过焊接试件，进行验证性试验，因此焊接工艺评定结果只对焊接接头有效，焊接工艺评定不能保证产品整体质量符合要求，更不能确保压力容器安全可靠使用。焊接工艺评定规则只对标准规定的检验要求负责，当增加焊接工艺评定试件检验项目时，原标准规定的焊接工艺评定规则对新增加的检验项目便不再适用。郑州大学化工设备设计研究所33压力容器焊接的基本概念1.433郑州大学化工设备设计研究所34压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接工艺规程按照压力容器焊接工艺评定标准，评定合格的焊接工艺只能确保焊接接头的力学性能或堆焊层化学成分或T形接头符合要求。对于焊接接头作为压力容器的一部分还有缺陷、应力、外观要求；对于整个产品还有外形尺寸、位置偏差、使用性能及其它性能要求；对于生产管理来讲，还要求提高生产率、操作方便、安全生产等要求。这是焊接工艺指导书不能解决的，也不是焊接工艺评定的范围，这只能由焊接工艺规程来实现。郑州大学化工设备设计研究所34压力容器焊接的基本概念1.434郑州大学化工设备设计研究所35压力容器焊接的基本概念1.4焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接工艺规程焊接工艺规程是制造焊件所有相关的加工和实践要求的细则文件，可保证由熟练焊工操作时的质量再现性。焊接工艺规程是焊接工艺人员依据评定合格的焊接工艺，针对具体的焊接接头，根据本单位能力与条件，运用焊接实践知识和理论知识编制而成的。焊工必须严格执行焊接工艺规程，才能确保压力容器的焊接质量。郑州大学化工设备设计研究所35压力容器焊接的基本概念1.435压力容器常用焊接方法及特点压力容器常用焊接方法及特点郑州大学化工设备设计研究所37压力容器常用焊接方法及特点手工电弧焊埋弧自动焊钨极气体保护焊熔化极气体保护焊等离子弧焊电渣焊郑州大学化工设备设计研究所37压力容器常用焊接方法及特点37焊接材料焊接材料郑州大学化工设备设计研究所39焊接材料焊接材料是指焊接时所消耗的材料焊接材料包括焊条、焊丝、焊带、焊剂、保护气体等压力容器制造过程中最常用的焊接材料为手工电弧焊焊条、自动焊焊丝及焊剂郑州大学化工设备设计研究所39焊接材料39郑州大学化工设备设计研究所40焊接材料3.1手工电弧焊焊条常用焊条标准GB/T983-1995《不锈钢焊条》GB/T5117-1995《碳钢焊条》GB/T5118-1995《低合金钢焊条》GB/T3670-1995《铜及铜合金焊条》GB/T3669-1983《铝及铝合金焊条》GB/T13814-1992《镍及镍合金焊条》郑州大学化工设备设计研究所40焊接材料3.1手工电弧焊焊条40郑州大学化工设备设计研究所41焊接材料3.2焊剂焊剂具有一定粒度的颗粒状物质，焊接时能够熔化形成熔渣和气体。是埋弧焊和电渣焊不可缺少的焊接材料。在焊接过程中，焊剂的作用相当于焊条药皮，熔化形成熔渣，对焊接熔池起保护、冶金处理和改善焊接工艺性能的作用。烧结焊剂还具有渗合金作用，焊剂与焊丝相组合，即为埋弧焊和电渣焊所需的焊接材料。郑州大学化工设备设计研究所41焊接材料3.2焊剂41郑州大学化工设备设计研究所42焊接材料3.2焊剂焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属化学成分和性能的主要因素之一。采用同样的焊丝和同样的焊接参数，而配用的焊剂不同，所得焊缝的性能将有很大的差别。一种焊丝可与多种焊剂合理组合，无论是在低碳钢还是在低合金钢上都有这种合理的组合。郑州大学化工设备设计研究所42焊接材料3.2焊剂42郑州大学化工设备设计研究所43焊接材料3.3焊接用保护气体焊接用气体标准GB/T4824-1995《纯氩》GB/T10624-1995《高纯氩》GB/T6052-1993《工业气体二氧化碳》GB/T4844.2-1995《纯氦》GB/T7445-1995《纯氢、高纯氢和超纯氢》GB/T3863-1995《工业用氧》GB/T3864-1996《工业氮》郑州大学化工设备设计研究所43焊接材料3.3焊接用保护气体43郑州大学化工设备设计研究所44焊接材料3.4焊丝焊丝与焊剂或保护气体配用，起导电和填充焊缝金属的作用，对焊缝金属的成分有决定性影响。按照适用的焊接方法，焊丝可分为埋弧自动焊焊丝、电渣焊焊丝、CO2焊焊丝和气焊焊丝等。按被焊材料的不同，可分为碳钢焊丝、低合金钢焊丝、不锈钢焊丝、铸铁焊丝和有色金属焊丝等。按制造方法与焊丝的形状，可分为实心焊丝和药心焊丝。郑州大学化工设备设计研究所44焊接材料3.4焊丝44郑州大学化工设备设计研究所45焊接材料3.4焊丝实心焊丝是目前最常用的焊丝，系热轧线材经拉拔加工而成。为了防止生锈，须对焊丝（除不锈钢焊丝外）表面进行特殊处理。目前主要是镀铜处理，包括电镀、浸铜及化学镀铜处理等。实心焊丝主要有碳钢、低合金钢、耐热钢和不锈钢焊丝，广泛用于埋弧焊、电渣焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊等。郑州大学化工设备设计研究所45焊接材料3.4焊丝45郑州大学化工设备设计研究所46焊接材料3.5焊接材料的选用焊条的选用原则对于用低碳钢及普通低合金钢焊接的承压过程设备，一般按等强度原则，使焊缝金属的强度与母材相等或相近。可根据钢材的强度等级来选用强度相当的结构钢焊条。还需根据钢材的焊接性，母材成分，焊接结构的尺寸、形状，坡口和受力情况等影响进行全面考虑。对于低碳钢与普通低合金钢，或普通低合金钢与普通低合金钢之间的异种钢焊接接头，一般选用与强度等级较低的钢相应的焊条。郑州大学化工设备设计研究所46焊接材料3.5焊接材料的选用46郑州大学化工设备设计研究所47焊接材料3.5焊接材料的选用焊条的选用原则对同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选用，主要取决于焊接件的结构形状（简单或复杂）、钢板厚度（刚性小或大）、工作条件（静载荷或动载荷）和钢材的抗裂性能等方面。对要求塑性好、冲击韧性高、抗裂能力强的焊件，选用碱性焊条。如直流电源有困难，可选用交直流两用碱性焊条。如碱性焊条和酸性焊条可以同样满足要求，应尽量用酸性焊条。郑州大学化工设备设计研究所47焊接材料3.5焊接材料的选用47郑州大学化工设备设计研究所48焊接材料3.5焊接材料的选用焊条的选用原则对于承受高温或腐蚀的耐热钢和不锈钢，钢中合金元素对其耐热和腐蚀性起决定性作用。故这类钢在选择焊条时，应以等成分原则为主，使焊缝金属的主要合金成分与母材相近或相同，以保证焊接接头的特殊性能。由于工艺因素的考虑，奥氏体不锈钢多选用酸性药皮焊条。郑州大学化工设备设计研究所48焊接材料3.5焊接材料的选用48郑州大学化工设备设计研究所49焊接材料3.5焊接材料的选用埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则在埋弧焊中，应注意焊丝与焊剂中Mn、Si含量的适当配合。若焊丝中Mn、Si含量较高，则应选配Mn、Si含量低的焊剂。反之，应选配Mn、Si含量高的焊剂。郑州大学化工设备设计研究所49焊接材料3.5焊接材料的选用49郑州大学化工设备设计研究所50焊接材料3.5焊接材料的选用埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则低碳钢与低合金钢选配无锰焊丝配用高锰高硅焊剂，用于焊接低碳钢。低锰焊丝配用中锰焊剂，用于焊接低合金钢。对于电渣焊，由于焊剂更新很少，焊缝合金化主要由焊丝提供，所以焊丝中的Mn、Si含量应较同样条件埋弧焊时高。郑州大学化工设备设计研究所50焊接材料3.5焊接材料的选用50郑州大学化工设备设计研究所51焊接材料3.5焊接材料的选用埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则不锈钢用焊丝与焊剂选配采用的焊丝成分要与被焊接的不锈钢成分基本一致。焊接铬不锈钢时，采用H0Cr14、H1Cr13、H1Cr17等焊丝。焊接铬-镍不锈钢时，采用0Cr19Ni9、H0Cr19Ni9Ti等焊丝。焊接超低碳不锈钢时，采用相应的超低碳焊丝。焊剂可采用熔炼型或烧结型，要求焊剂的氧化性小，以减少合金元素的烧损。郑州大学化工设备设计研究所51焊接材料3.5焊接材料的选用51郑州大学化工设备设计研究所52焊接材料3.5焊接材料的选用埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则钨极氩弧焊焊接有时不加填充焊丝，被焊母材加热熔化后直接连接起来，有时加填充焊丝。由于保护气体为纯Ar，无氧化性，焊丝熔化后成分基本不发生变化，所以焊丝成分即为焊缝成分。也有的采用母材成分作为焊丝成分，使焊缝成分与母材一致。郑州大学化工设备设计研究所52焊接材料3.5焊接材料的选用52郑州大学化工设备设计研究所53焊接材料3.5焊接材料的选用埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则熔化极氩弧焊和活性气体保护焊熔化极氩弧焊主要用于焊接不锈钢等高合金钢，为了改善电弧特性，在Ar气中加入适量O2或CO2，即成为活性气体保护焊。焊接低合金钢时，采用Ar+5%CO2可提高焊缝的抗气孔能力。焊接超低碳不锈钢时，采用Ar+2%O2混合气体，以防止焊缝增碳。低合金钢的钨极氩弧焊正在逐步被Ar+20%CO2的活性气体保护焊所取代。郑州大学化工设备设计研究所53焊接材料3.5焊接材料的选用53郑州大学化工设备设计研究所54焊接材料3.5焊接材料的选用埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则熔化极氩弧焊和活性气体保护焊活性气体保护焊，由于保护气体有一定的氧化性，应适当提高焊丝中Si、Mn等脱氧元素的含量，其它成分可以与母材一致，也可以有所差别。焊接高强钢时，焊缝中C的含量通常低于母材，Mn的含量则应高于母材。为了改善低温韧性，焊缝中Si的含量不宜过高。郑州大学化工设备设计研究所54焊接材料3.5焊接材料的选用54郑州大学化工设备设计研究所55焊接材料3.5焊接材料的选用埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则CO2焊焊丝CO2是活性气体，主要用于焊低碳钢与低合金钢。由于具有较强的氧化性，因此CO2焊所用焊丝必须含有较高的Mn、Si等脱氧元素。CO2焊通常采用C-Mn-Si系焊丝。郑州大学化工设备设计研究所55焊接材料3.5焊接材料的选用55压力容器焊接设计压力容器焊接设计郑州大学化工设备设计研究所57压力容器焊接设计焊接方法焊接材料焊接坡口焊接接头型式预热层间温度后热焊后热处理检验检测

焊接设计是压力容器设计一个重要组成部分，包括郑州大学化工设备设计研究所57压力容器焊接设计焊接方法层间温57郑州大学化工设备设计研究所58压力容器焊接设计压力容器焊接设计原则选用焊接性能良好的母材尽量减少焊接工作量减少焊缝数量减少坡口截面积焊缝最好为直线或圆以利使用机械化、自动化焊接方法郑州大学化工设备设计研究所58压力容器焊接设计压力容器焊接设58郑州大学化工设备设计研究所59压力容器焊接设计压力容器焊接设计原则合理布置焊缝焊缝宜对称布置不采用十字交叉两焊缝之间最小距离最好不小于100mm不在受力截面突变处设置焊缝焊接施工及焊接检验方便，减少现场焊接工作量。有利于生产组织与管理。郑州大学化工设备设计研究所59压力容器焊接设计压力容器焊接设59郑州大学化工设备设计研究所60压力容器焊接设计4.1焊接方法选用选择焊接方法应符合以下要求能保证压力容器质量可靠、生产效率高、生产成本低。焊接方法一经确定，则坡口形式、焊接材料、焊工合格项目、焊接工艺、所需工艺装备（装置）等则随之确定。各种压力容器常用焊接方法各有不同特点和适用条件，应根据产品特点和制造厂的生产条件选用。郑州大学化工设备设计研究所60压力容器焊接设计4.1焊接方60郑州大学化工设备设计研究所61压力容器焊接设计4.2焊接材料选用郑州大学化工设备设计研究所61压力容器焊接设计4.2焊接材61郑州大学化工设备设计研究所62压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计压力容器中的焊接接头焊缝，当壁厚较大时均应开设坡口。目的是为了使焊缝全部焊透和减小或避免焊接缺陷，保证焊接质量。郑州大学化工设备设计研究所62压力容器焊接设计4.3焊接坡62郑州大学化工设备设计研究所63压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计典型焊接坡口各部分名称郑州大学化工设备设计研究所63压力容器焊接设计4.3焊接坡63郑州大学化工设备设计研究所64压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计焊接坡口主要结构参数坡口角度

作用是使焊条或焊丝便于伸到坡口底部并作必要的摆动和偏移，以便获得良好的熔合，便于脱渣和清渣。钝边高度

作用是防止烧穿和熔化金属流失。根部间隙

作用是为了保证焊透。郑州大学化工设备设计研究所64压力容器焊接设计4.3焊接坡64郑州大学化工设备设计研究所65压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计选择坡口形式和尺寸应考虑下列因素焊接方法焊缝填充金属尽量少避免产生缺陷减少焊接残余变形与应力有利于焊接防护焊工操作方便复合钢板的坡口应有利于减少过渡焊缝金属的稀释率郑州大学化工设备设计研究所65压力容器焊接设计4.3焊接坡65郑州大学化工设备设计研究所66压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计相对其它焊接工艺规范参数，焊接坡口与制造单位的实际情况和经验有着更密切联系，坡口变化并不影响焊接接头的力学性能，各制造厂几乎都有坡口企业标准，不应强求采用标准坡口或图样中坡口。郑州大学化工设备设计研究所66压力容器焊接设计4.3焊接坡66郑州大学化工设备设计研究所67压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计坡口标准GB/T985-1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸》GB/T986-1988《埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸》HG20583-1998《钢制化工容器结构设计规定》上述标准中所列坡口形式和尺寸都是可行的，确保焊接接头与母材等强，但不一定是最佳的，最佳的焊接坡口是根据结构特点并结合制造单位的实际条件确定。郑州大学化工设备设计研究所67压力容器焊接设计4.3焊接坡67郑州大学化工设备设计研究所68压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计焊接方法首先决定是否需要开坡口电渣焊均不需开坡口。手工电弧焊由于其熔深较浅，厚度大于6mm的钢板就要开坡口。埋弧自动焊其熔深大，24mm以下钢板双面焊可以不开坡口。郑州大学化工设备设计研究所68压力容器焊接设计4.3焊接坡68郑州大学化工设备设计研究所69压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计焊接方法首先决定是否需要开坡口坡口尺寸也与焊接方法有关手工电弧焊与气体保护焊相比，前者坡口角度应大些。因为手工电弧焊的焊条较粗，且焊缝表面有较厚的熔渣层，较大的坡口便于焊条深入坡口底部，也便于脱渣和清渣。气体保护焊时，焊缝表面无熔渣，焊丝直径也较小，故坡口角度可开小些。熔化极气体保护焊的V形坡口角度一般可取45～50°，而手工电弧焊的V形坡口角度一般要≥60°。郑州大学化工设备设计研究所69压力容器焊接设计4.3焊接坡69郑州大学化工设备设计研究所70压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计单就操作而言，坡口越小，耗用焊接材料越少，生产效率和经济效益越高。因为填充金属的多少直接取决于坡口截面，坡口越大，填充金属越多，焊接时间也就越长。同时大的坡口会引起较大的焊接变形和残余应力，耗用矫正工时。在焊接方法一定时，坡口的形状和尺寸主要决定于板厚的大小。板厚由小到大，应依次分别采用V形、X形和U形等坡口。这样可以减少焊接材料用量，利于控制焊接变形。郑州大学化工设备设计研究所70压力容器焊接设计4.3焊接坡70郑州大学化工设备设计研究所71压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计焊件的材料不同，对坡口的形状和尺寸要求也有差异。低碳钢对焊接热循环不敏感，可以采用高线能量的焊接规范参数，为便于操作，坡口截面应大些。铬镍奥氏体不锈钢，对焊接热循环敏感性大，要求采用小线能量焊接，其坡口应尽量小些，以避免焊接热的多次作用。镍及镍合金焊接时其熔池液体粘度较大，流动性差，熔深浅，焊接过程中易出现夹渣和未熔合等缺陷，故其坡口角度应适当加大，根部钝边适当减小，其V形坡口角度一般为80～90°。郑州大学化工设备设计研究所71压力容器焊接设计4.3焊接坡71郑州大学化工设备设计研究所72压力容器焊接设计4.3焊接坡口和焊接接头设计坡口设计焊接接头设计压力容器焊接结构设计时，为做到合理地选择焊接接头的类型，应综合考虑如下因素：设计要求：保证接头满足使用要求。焊接和无损检测的难易与焊接变形：操作容易实现，焊接应力小，变形能够控制。焊接成本：接头准备和施工时费用低，经济性好。施工条件：制造施工单位具备完成施工要求所需的技术、人员和设备条件。郑州大学化工设备设计研究所72压力容器焊接设计4.3焊接坡72焊接变形与焊接应力

（焊接残余变形与焊接残余应力）焊接变形与焊接应力

（焊接残余变形与焊接残余应力）郑州大学化工设备设计研究所74焊接变形与焊接应力焊接变形与焊接应力的产生焊接是一种局部加热过程熔池冷却凝固成为焊缝后将继续冷却到环境温度随着温度的变化，体积相应发生变化，即局部的膨胀和收缩焊件局部膨胀和收缩，会引起焊件的变形当上述局部体积变化受到限制，就造成焊件内的应力在焊后残留于工件的变形和应力称为残余变形和残余应力郑州大学化工设备设计研究所74焊接变形与焊接应力焊接变形与焊74郑州大学化工设备设计研究所75焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形焊接变形的种类纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直于焊缝方向）变形是焊接变形的最基本形式角变形，亦称转角变形郑州大学化工设备设计研究所75焊接变形与焊接应力5.1焊接75郑州大学化工设备设计研究所76焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形焊接变形的种类弯曲变形波浪变形扭曲变形，亦称螺旋变形郑州大学化工设备设计研究所76焊接变形与焊接应力5.1焊接76郑州大学化工设备设计研究所77焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形影响变形量的因素一般情况下，线膨胀系数大的材料，焊缝收缩量也大。铝、奥氏体不锈钢的线膨胀系数都比低碳钢大，焊后残余变形量也就大。焊件刚性越大则变形量越小。多层焊时，第一层引起的收缩量最大，第二层的收缩量只有第一层的20%，以后逐层减小。用夹具固定焊时，焊接变形可较自由状态下减少40～70%。郑州大学化工设备设计研究所77焊接变形与焊接应力5.1焊接77郑州大学化工设备设计研究所78焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形影响变形量的因素焊接接头型式对角变形的影响符合下述规律：角变形随坡口角度增大而增加。V型坡口的角变形大于U型坡口。V型、U型坡口的角变形大于对称型坡口。具有I型坡口特点的电渣焊焊缝、窄间隙焊焊缝、等离子弧焊等焊缝，其角变形都很小。单层自动弧焊的熔深大，焊缝上、下宽度相差不大，故其角变形较手弧焊为小。郑州大学化工设备设计研究所78焊接变形与焊接应力5.1焊接78郑州大学化工设备设计研究所79焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形减少焊接变形的措施设计方面尽量减少焊缝数量、焊缝长度和焊缝截面积；使结构中所有焊缝尽量对称于中性轴布置；结构上便于施焊时采用胎模夹具固定；合理设计角焊缝焊角尺寸。郑州大学化工设备设计研究所79焊接变形与焊接应力5.1焊接79郑州大学化工设备设计研究所80焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形减少焊接变形的措施工艺方面反变形法郑州大学化工设备设计研究所80焊接变形与焊接应力5.1焊接80郑州大学化工设备设计研究所81焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形减少焊接变形的措施工艺方面刚性夹持进行焊接

利用夹具刚性固定焊件进行焊接设置临时拉杆提高焊件刚性两个相同焊件相互点固后再行焊接郑州大学化工设备设计研究所81焊接变形与焊接应力5.1焊接81郑州大学化工设备设计研究所82焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形减少焊接变形的措施工艺方面选用合适的焊接方法和焊接顺序，以减少焊件受热郑州大学化工设备设计研究所82焊接变形与焊接应力5.1焊接82郑州大学化工设备设计研究所83焊接变形与焊接应力5.1焊接残余变形减少焊接变形的措施工艺方面焊后矫形当采用上述措施后焊接变形仍较大时，则应根据焊件设计要求考虑进行焊后矫形。矫形的方法有机械法和火焰法，机械法可用校平机、压力机、卷板机、锤击等。在选用矫形方法时，要特别注意钢种。对耐腐蚀设备不宜用锤击以防止应力腐蚀。对具有晶间腐蚀倾向的奥氏体不锈钢和淬硬倾向较大的钢材不宜用火焰矫形。对冷裂倾向较大的高强钢要少用机械法矫形。郑州大学化工设备设计研究所83焊接变形与焊接应力5.1焊接83郑州大学化工设备设计研究所84焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力产生原因总的来说，焊接应力是焊接过程中焊件体积变化受阻而产生。在焊接过程中引起体积变化的主要原因是：由于温度降低体积收缩和低温时组织转变而引起的体积变化。郑州大学化工设备设计研究所84焊接变形与焊接应力5.2焊接84郑州大学化工设备设计研究所85焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力焊接应力的类型焊接应力既是焊缝金属体积变化受阻所产生，故应力为三向应力。但鉴于化工设备焊接中是以厚度不大的板材为主要对象，故焊接应力主要为双向应力（纵向、横向）。多数情况下，焊缝及近缝区易产生焊接拉应力。拉应力会降低材料塑性，成为焊接接头产生裂纹或脆断的主要根源。对承受动载的零件危害很大。若焊接应力为压应力，则主要降低受外压薄壁圆筒或其它受压构件的稳定性，是使薄壁壳体焊后产生波浪变形的主要原因之一。郑州大学化工设备设计研究所85焊接变形与焊接应力5.2焊接85郑州大学化工设备设计研究所86焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力焊接应力对焊件使用性能的影响焊件中存在残余应力，会降低焊件的承载能力，同时易导致焊后甚至使用期间的变形。由于焊接时焊件仅产生局部的体积变化，故焊接应力也仅是一个局部效应。郑州大学化工设备设计研究所86焊接变形与焊接应力5.2焊接86郑州大学化工设备设计研究所87焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力降低焊接残余应力的措施设计方面中心问题是正确布置焊缝，以免应力叠加，降低应力峰值。焊缝彼此尽量分散并避免交叉。避免在断面剧烈过渡区设置焊缝。焊缝应尽量分布在结构应力最简单、最小处。对卧式容器环缝应尽量位于支座以外，纵缝则尽量位于壳体下部140°范围以外。改进结构设计，局部降低焊件刚性，减小焊接应力。郑州大学化工设备设计研究所87焊接变形与焊接应力5.2焊接87郑州大学化工设备设计研究所88焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力降低焊接残余应力的措施设计方面郑州大学化工设备设计研究所88焊接变形与焊接应力5.2焊接88郑州大学化工设备设计研究所89焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力降低焊接残余应力的措施设计方面郑州大学化工设备设计研究所89焊接变形与焊接应力5.2焊接89郑州大学化工设备设计研究所90焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力降低焊接残余应力的措施工艺方面采用合理的施焊顺序郑州大学化工设备设计研究所90焊接变形与焊接应力5.2焊接90郑州大学化工设备设计研究所91焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力降低焊接残余应力的措施工艺方面缩小焊接区与结构整体之间的温差整体预热采用低线能量间歇施焊等锤击焊缝郑州大学化工设备设计研究所91焊接变形与焊接应力5.2焊接91郑州大学化工设备设计研究所92焊接变形与焊接应力5.2焊接残余应力降低焊接残余应力的措施对于有应力腐蚀和要求尺寸稳定的结构，承受交变载荷要求有较大抗疲劳强度的焊接结构，以及低温下使用的结构，为了防止低温应力脆性破坏，焊后一般都须消除焊接应力。只有当材料的塑性、韧性都很好时才可以不考虑消除焊接应力的措施。郑州大学化工设备设计研究所92焊接变形与焊接应力5.2焊接92焊接缺陷及防止焊接缺陷及防止郑州大学化工设备设计研究所94焊接缺陷及防止6.1常见焊接缺陷及其分类焊接缺欠与焊接缺陷焊接缺欠：在焊接接头中存在的不连续性、不均匀性以及其它不健全的缺损焊接缺陷：在焊接缺欠中，根据产品相应的制造技术条件的规定，凡不符合焊接产品使用性能要求的焊接缺欠焊接缺陷是焊接缺欠中不可接受的、不合格的缺欠焊接缺欠是绝对的焊接缺陷是相对的郑州大学化工设备设计研究所94焊接缺陷及防止6.1常见焊接94郑州大学化工设备设计研究所95焊接缺陷及防止6.1常见焊接缺陷及其分类常见焊接缺陷常见的焊接缺陷有：裂纹、气孔、咬边、夹渣、夹钨、未熔合、未焊透、未焊满、焊瘤、焊缝外观和尺寸不符合要求等。郑州大学化工设备设计研究所95焊接缺陷及防止6.1常见焊接95郑州大学化工设备设计研究所96焊接缺陷及防止6.1常见焊接缺陷及其分类焊接缺陷的分类按成因分类结构缺陷（缺陷的产生与设计结构有关）工艺缺陷（缺陷的产生与工艺因素有关）冶金缺陷（缺陷的产生与冶金因素有关）郑州大学化工设备设计研究所96焊接缺陷及防止6.1常见焊接96郑州大学化工设备设计研究所97焊接缺陷及防止6.1常见焊接缺陷及其分类焊接缺陷的分类按可见性分类表面缺陷内部缺陷从断裂机理的观点分类平面型非平面型郑州大学化工设备设计研究所97焊接缺陷及防止6.1常见焊接97郑州大学化工设备设计研究所98焊接缺陷及防止6.2焊接缺陷的危害增加焊缝截面积的缺陷余高过大、焊瘤、下塌等。这类缺陷并不会减小焊缝截面应力，反而使截面突变处产生应力集中，截面突变处会导致疲劳强度、承载交变载荷能力的降低，增加脆性破坏机率。郑州大学化工设备设计研究所98焊接缺陷及防止6.2焊接缺陷98郑州大学化工设备设计研究所99焊接缺陷及防止6.2焊接缺陷的危害减少焊缝截面积的缺陷裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、咬边。减少了受力截面积，使容器承载能力下降，而且带有尖端的缺陷极易引起应力集中，促使脆性破坏，在这方面，面形缺陷（未熔合、裂纹）比体形缺陷（气孔、夹渣）更危险。郑州大学化工设备设计研究所99焊接缺陷及防止6.2焊接缺陷99郑州大学化工设备设计研究所100焊接缺陷及防止6.2焊接缺陷的危害表面焊接缺陷导致溶液积聚、浓缩腐蚀介质，而加速局部腐蚀。在应力状态下由于应变促进金属离子脱离晶格进入介质，应力促使表面膜破裂加速氢离子向金属中扩散及导致新的阳极相出现，而加速局部腐蚀进行。静载荷下的应力腐蚀开裂和交变载荷下的腐蚀疲劳最为严重郑州大学化工设备设计研究所100焊接缺陷及防止6.2焊接缺100郑州大学化工设备设计研究所101焊接缺陷及防止6.3余高余高既是焊接工艺的需要，又对容器的安全运行，尤其是疲劳寿命产生一定的影响。余高的作用压力容器的焊接多为多道焊，后焊的焊道相当于对前一焊道起到保温。缓冷与正火的作用，对消除前一焊道的焊接应力、细化晶粒是有益的。余高相当于对最外一层强度焊道起到了保温、缓冷与正火作用，因此余高是有用的，它是焊接工艺的需要。郑州大学化工设备设计研究所101焊接缺陷及防止6.3余高101郑州大学化工设备设计研究所102焊接缺陷及防止6.3余高余高的危害接头焊妥后，余高的工艺作用即完成，此后余高的存在将对容器的运行安全产生某些不利的影响。日本试验：未保留余高的容器疲劳寿命与保留余高的相差2.1～2.5倍。我国三层热套模拟容器的压力疲劳试验。余高的存在破坏了焊缝表面几何形状的连续性，会因外形突变产生附加弯矩，造成较高的局部应力。郑州大学化工设备设计研究所102焊接缺陷及防止6.3余高102郑州大学化工设备设计研究所103焊接缺陷及防止6.3余高如果焊后采用修磨等方法将余高去除，不仅使焊缝外观与母材保持一致，消除了产生局部应力的根源，同时也消除了焊缝表面可能存在的各种焊接缺陷，因而要经过漫长的生核和缓慢的扩展过程，才可能产生疲劳断裂。郑州大学化工设备设计研究所103焊接缺陷及防止6.3余高103郑州大学化工设备设计研究所104焊接缺陷及防止6.4咬边施焊时焊条（或焊丝）碰到母材将母材熔掉一块，即产生了咬边。咬边一般位于焊缝好母材连接处、角焊缝的焊趾处或者坡口焊缝的熔合线处。咬边也可能出现在单面焊接的坡口焊缝根部。咬边通常由于焊接操作不恰当所致。郑州大学化工设备设计研究所104焊接缺陷及防止6.4咬边104郑州大学化工设备设计研究所105焊接缺陷及防止6.4咬边咬边的危害咬边造成微小区域的形状突变，会产生应力集中。据国外资料介绍咬边部位的应力集中系数可能高达3。咬边是“开口”缺陷，尤其是位于容器内表面的咬边将直接和介质接触，介质在压力作用下会进入咬边内部，形成不流动的介质“死区”，在长期使用过程中“死区”的介质会逐渐浓缩，促发局部腐蚀。咬边在渗入其内部介质压力的作用下易扩展，甚至诱发裂纹。郑州大学化工设备设计研究所105焊接缺陷及防止6.4咬边105郑州大学化工设备设计研究所106焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹裂纹是焊接结构中比较普遍而又十分严重的一种缺陷。严重的裂纹明显地削弱容器的承载能力和耐腐蚀性能。即使开始不很严重的裂纹，由于在裂纹尖端处存在应力集中，低温、交变或冲击载荷的作用会使裂纹扩展，从而有造成突然脆断的可能。由于裂纹而造成的事故在国内、外都为数不少。

郑州大学化工设备设计研究所106焊接缺陷及防止6.5焊接裂106郑州大学化工设备设计研究所107焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹焊接裂纹可能产生在焊缝区，也可能产生在热影响区或熔合处。有时出现纵向裂纹，有时出现横向裂纹。在断弧处还会出现火口裂纹亦称弧坑裂纹。从形成裂纹的本质来看，大体上可分为热裂纹和冷裂纹两大类。郑州大学化工设备设计研究所107焊接缺陷及防止6.5焊接裂107郑州大学化工设备设计研究所108焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹焊缝上纵向裂纹焊缝上横向裂纹热影响区纵向裂纹热影响区横向裂纹火口（弧坑）裂纹焊道下裂纹焊缝内部晶间裂纹热影响区焊缝贯穿裂纹焊趾裂纹焊缝根部裂纹郑州大学化工设备设计研究所108焊接缺陷及防止6.5焊接裂108郑州大学化工设备设计研究所109焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹热裂纹

热裂纹又称结晶裂纹，是在焊缝凝固或高温时形成的。其外形特征具有晶间破坏的性质，在多数情况下裂纹面上有强烈氧化的彩色（深兰色或黑色）。多出现在焊缝上，个别情况下也出现于热影响区。热裂纹分微观裂纹和宏观裂纹两种，微观裂纹沿晶界分布，火口裂纹属热裂纹。郑州大学化工设备设计研究所109焊接缺陷及防止6.5焊接裂109郑州大学化工设备设计研究所110焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹热裂纹

形成机理在焊缝凝固过程中，当存在低熔点共晶体时，由于焊接冷却速度很快，故极易在晶界产生微观偏析，使晶粒之间由低熔点共晶体隔开。当晶粒已凝固，而晶界处于液态，变形阻力几乎为零时，若焊接拉伸应变很大，则可能使晶界被拉开，冷却后就形成裂纹。郑州大学化工设备设计研究所110焊接缺陷及防止6.5焊接裂110郑州大学化工设备设计研究所111焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹热裂纹

影响因素热裂纹的形成与金属凝固温度范围的大小，在该温度范围内低熔点共晶体的数量及焊接拉伸应变情况等因素有关。前两个因素可归为冶金因素，主要决定于化学成分，杂质的分布情况，晶粒的大小及方向性以及变形速度等。后一因素可归为力学因素，主要决定于金属的膨胀系数，焊接接头刚性，焊缝位置以及焊接温度分布情况等。

郑州大学化工设备设计研究所111焊接缺陷及防止6.5焊接裂111郑州大学化工设备设计研究所112焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹热裂纹

预防热裂纹的措施严格控制焊缝化学成分，限制碳、硫、磷含量。当上述措施还无法避免热裂纹时，就必须采取工艺措施：焊前预热、伴热用大线能量施焊（但要保证焊缝形状系数不过小）。尽量降低焊件刚性等。郑州大学化工设备设计研究所112焊接缺陷及防止6.5焊接裂112郑州大学化工设备设计研究所113焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹冷裂纹冷裂纹的特点冷裂纹是焊接高强钢、中合金钢和中碳钢等易淬火钢材最易产生的焊接缺陷。冷裂纹与热裂纹有本质区别。产生于焊缝金属凝固之后，一般产生于马氏体转变温度以下或常温。主要产生于热影响区，个别情况下产生于焊缝区。常具有延迟性。裂纹表面无明显氧化色彩，属脆口断裂。郑州大学化工设备设计研究所113焊接缺陷及防止6.5焊接裂113郑州大学化工设备设计研究所114焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹冷裂纹冷裂纹产生原因冷裂纹的产生就其本质而言，是焊件热影响区的低塑性组织，焊接接头中的氢气和焊接应力综合作用的结果。冷裂纹是上述三个因素综合作用的结果，排除或消弱其中任何一个因素都对防冷裂有利。若仅存在某一因素的作用，冷裂纹也不致产生，这也是防冷裂的基本出发点。郑州大学化工设备设计研究所114焊接缺陷及防止6.5焊接裂114郑州大学化工设备设计研究所115焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹冷裂纹预防冷裂纹措施最大限度地降低焊缝氢含量。采用预热、伴热和焊后热处理以及采用大线能量施焊均利于氢的逸出和降低淬火倾向。严格控制母材含磷量，以防冷脆。采取有利于降低焊接残余应力的措施。郑州大学化工设备设计研究所115焊接缺陷及防止6.5焊接裂115郑州大学化工设备设计研究所116焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹再热裂纹(主要是消除应力热处理裂纹)再热裂纹是容器在焊后消除应力热处理或高温操作条件下产生的一种晶间裂纹。这种裂纹沿热影响区的粗晶区的晶粒周界扩展，呈分枝状。裂纹扩展到焊缝或母材的细晶粒区就终止了。郑州大学化工设备设计研究所116焊接缺陷及防止6.5焊接裂116郑州大学化工设备设计研究所117焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹再热裂纹(主要是消除应力热处理裂纹)再热裂纹形成机理再热裂纹的形成机理至今尚无明确定论。再热裂纹的产生与高温应力松驰有关。热影响区中粗晶区的残余应力最高，相应地就要产生较大的塑性应变才能使应力降低。但有些钢种，该处的塑性在消除应力热处理前后有较大变化。热处理后晶界的塑性比晶界内低，晶界成为薄弱环节，容易在此引起开裂。热处理前后粗晶区塑性的变化主要与合金所处状态有关。郑州大学化工设备设计研究所117焊接缺陷及防止6.5焊接裂117郑州大学化工设备设计研究所118焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹再热裂纹(主要是消除应力热处理裂纹)影响因素影响再热裂纹的因素很多，如母材的化学成分、拘束状态、焊接规范、焊条强度、消除应力退火规范和使用温度等。化学成分主要影响热影响区晶界塑性。拘束状态、焊接规范主要影响焊接残余应力大小。消除应力热处理规范或使用温度主要影响再热作用下所引起的塑性变形量。热影响区晶界的塑性应变能力、焊接残余应力和再热引起的塑性应变量是影响再热裂纹的三个基本因素，也是制订预防措施的基本出发点。郑州大学化工设备设计研究所118焊接缺陷及防止6.5焊接裂118郑州大学化工设备设计研究所119焊接缺陷及防止6.5焊接裂纹再热裂纹(主要是消除应力热处理裂纹)再热裂纹预防措施选用再热裂纹敏感性小的母材，这是最根本的措施。采取一切有利于降低残余应力的措施。避免焊接残余应力与其它应力（结构应力、再热过程中的热应力等）的复合。注意再热时热源气氛的选择。在确保消除应力效果的前提下，尽量采用较低的再热温度和较短的保温时间。郑州大学化工设备设计研究所119焊接缺陷及防止6.5焊接裂119郑州大学化工设备设计研究所120焊接缺陷及防止6.6气孔气孔是焊接时熔池中的气体在金属凝固之前未来得及逸出，而在焊缝金属中残留下来所形成的空穴。气孔的危害比裂纹小，但气孔的尺寸好数量超过一定范围时，就是不允许的焊接缺陷。微量气孔对接头静态拉伸或屈服强度无明显影响。气孔对塑性的影响比较显著。母材屈服强度越高，气孔对塑性的影响就越大。焊缝中溶入气体的缝隙是导致焊件开裂的裂纹源。郑州大学化工设备设计研究所120焊接缺陷及防止6.6气孔120压力容器焊接接头检测方法压力容器焊接接头检测方法郑州大学化工设备设计研究所122压力容器焊接接头检测方法7.1无损检测基本概念无损检测是在不损伤被检物（材料、工件或容器）的完整结构和使用性能的情况下，利用电磁波、声、光、热、电、磁等与物质的相互作用，探测被检物内部或表面的宏观缺陷，并对其种类、形状、尺寸、取向和位置作出判断的工艺方法。郑州大学化工设备设计研究所122压力容器焊接接头检测方法7.122郑州大学化工设备设计研究所123压力容器焊接接头检测方法7.1无损检测基本概念在原材料和压力容器制造过程中，产生缺陷是不可避免的，针对具体使用情况，其中某些缺陷可能是不允许的，而对一定程度大小的另一些缺陷则是允许的。设计者应提出合理的检测要求，包括选用合理的检测标准规范和检测方法，确定恰如其分的检测合格级别，以保证压力容器产品既有满足安全使用要求的可靠性，又有经济合理的制造成本。目前在压力容器行业使用JB/T4730《承压设备无损检测》标准，该标准是包括五大常规检测方法（RT、UT、MT、PT、ET）的综合性检测标准。郑州大学化工设备设计研究所123压力容器焊接接头检测方法7.123郑州大学化工设备设计研究所124压力容器焊接接头检测方法7.1无损检测基本概念无损检测的主要目的对原材料、零部件、产品各制造工序间直至最终产品的外观（包括形状、尺寸）和内在质量的检查。通过无损检测评价制造工艺的合理性，为制定和改进制造工艺过程提供依据。作为评定产品质量优劣等级的依据，提高产品在规定使用条件下工作的可靠性。郑州大学化工设备设计研究所124压力容器焊接接头检测方法7.124郑州大学化工设备设计研究所125压力容器焊接接头检测方法7.1无损检测基本概念无损检测方法的选择常用的压力容器无损检测方法主要有目视、射线、超声、磁粉、渗透、涡流、声发射、泄漏等检测方法。每种方法都各有优点和局限性。各种方法对缺陷的检出几率不可能是100%，不同方法对同一缺陷的检测结果也会不完全一致。郑州大学化工设备设计研究所125压力容器焊接接头检测方法7.125郑州大学化工设备设计研究所126压力容器焊接接头检测方法7.1无损检测基本概念无损检测方法的选择在常规无损检测方法中射线和超声检测主要用于检测内部缺陷，磁粉和涡流检测常用于检测表面和近表面缺陷，渗透检测方法仅用于检测表面开口缺陷。为提高检测结果的可靠性，应根据设备的介质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式及预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。郑州大学化工设备设计研究所126压力容器焊接接头检测方法7.126郑州大学化工设备设计研究所127压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测射线检测原理和特点射线检测原理利用强度均匀的X和γ射线照射工件，使照相胶片感光。由于工件内缺陷与无缺陷部位的密度和厚度差异，射线在这些部位的衰减程度也不同，就可得到和工件内部有无缺陷相对应的不同黑度的图像（射线底片）。从而检查出缺陷的种类、大小和分布状况等，并确定工件的质量等级。郑州大学化工设备设计研究所127压力容器焊接接头检测方法7.127郑州大学化工设备设计研究所128压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测射线检测原理和特点射线检测的特点通过底片评价工件的质量记录直观、定性定量准确、重复性好、易于保存归档。射线对人体有伤害作用，防护设备投资高。射线检测时，胶片和有关药品消耗量大，成本高。射线检测可用于碳素钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、镍及镍基合金、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金和复合材料等的焊接接头和铸件，但一般不适合用于锻件、管材、板材等。对被检工件的厚度下限没有限制。射线检测是采用穿透法，因此必须将射线源和射线胶片放置在被检工件两侧。郑州大学化工设备设计研究所128压力容器焊接接头检测方法7.128郑州大学化工设备设计研究所129压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测射线透照检测技术不同用途、不同使用要求的压力容器对于焊接接头有不同的质量检测要求。射线检测技术分为三级：A级——低灵敏度技术AB级——中灵敏度技术B级——高灵敏度技术郑州大学化工设备设计研究所129压力容器焊接接头检测方法7.129郑州大学化工设备设计研究所130压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测压力容器焊接接头的射线检测质量等级焊接缺陷焊缝表面质量（包括焊缝余高）的要求射线底片上缺陷长度和宽度的确定郑州大学化工设备设计研究所130压力容器焊接接头检测方法7.130郑州大学化工设备设计研究所131压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测压力容器焊接接头的射线检测质量等级质量等级评定对于钢制压力容器焊接接头Ⅰ级焊缝内不允许存在有裂纹、未熔合、未焊透和条状缺陷；Ⅱ级焊缝内不允许有裂纹、未熔合和未焊透存在；Ⅲ级焊缝内不允许有裂纹、未熔合以及双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝和加垫板单面焊中的未焊透存在；焊缝缺陷超过Ⅲ级者为Ⅳ级。郑州大学化工设备设计研究所131压力容器焊接接头检测方法7.131郑州大学化工设备设计研究所132压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测压力容器焊接接头的射线检测质量等级钢焊缝质量级别的划分依据实验表明，除低应力断裂情况外，一般由静载荷引起的焊缝强度降低远小于冲击和往复动载荷引起的焊缝强度降低。因此，钢焊缝射线检测质量级别主要是根据由缺陷引起的疲劳强度降低程度来确定。郑州大学化工设备设计研究所132压力容器焊接接头检测方法7.132郑州大学化工设备设计研究所133压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测压力容器焊接接头的射线检测质量等级钢焊缝质量级别的划分依据Ⅰ级焊缝是对疲劳强度要求很高的焊缝通常是指核能、超高压或工作介质为高度和极度危害物质的设备焊缝以及承受很大静载荷、动载荷和交变载荷的焊缝、特别是在循环不对称交变载荷作用下的焊缝。余高的存在将使疲劳强度显著降低，所以Ⅰ级焊缝通常应将余高磨平。郑州大学化工设备设计研究所133压力容器焊接接头检测方法7.133郑州大学化工设备设计研究所134压力容器焊接接头检测方法7.2射线检测压力容器焊接接头的射线检测质量等级钢焊缝质量级别的划分依据Ⅱ级焊缝是对疲劳强度有一定要求的容器焊缝即高压或工作介质为有害气体焊缝以及承受较大动、静载荷或有限循环次数交变载荷的焊缝，允许保留焊缝余高。Ⅲ级焊缝是基本上不考虑疲劳强度主要包括低压或工作介质为无害气体的焊缝以及一般只承受静载荷的焊缝，可保留焊缝余高。Ⅳ级焊缝是不合格焊缝即无法满足正常使用的锅炉、压力容器及压力管道焊缝。郑州大学化工设备设计研究所134压力容器焊接接头检测方法7.134郑州大学化工设备设计研究所135压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测超声检测原理和特点超声检测原理超声波探头在高频电脉冲激发下，发射出持续时间极短的脉冲反射波，通过探头与工件间的耦合剂在工件中传播，当遇到工件内的缺陷或是工件的界面即产生反射，返回的超声波被探头接收，并转换成电信号在仪器荧光屏上显示，根据传播时间和回波的波幅高低，发现缺陷的位置、长度和波幅进行测定。郑州大学化工设备设计研究所135压力容器焊接接头检测方法7.135郑州大学化工设备设计研究所136压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测超声检测原理和特点超声检测的特点由于目前超声检测只能提供波幅和传播时间两个基本参数，对缺陷的判断是依据：缺陷反射回波的形状、静态波形、动态波形、回波包络线工件的材料特性、结构、制造工艺及热处理条件等焊缝的焊接方法、焊接工艺、工件形状、坡口形式、热处理状态等缺陷的波幅高度、位置、取向判断正确性主要取决于检测人员的技术水平和实践经验郑州大学化工设备设计研究所136压力容器焊接接头检测方法7.136郑州大学化工设备设计研究所137压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测超声检测原理和特点超声检测的特点缺陷检测灵敏度受缺陷反射面的影响很大。除了某些先进的带记录或成像的超声检测技术外，一般多数情况是没有明确的记录，缺乏直观性。超声检测通常适用于金属板材、管材、棒材、钢锻件、焊缝等的检测；不适用或很难适用粗晶材料（如奥氏体钢铸件和焊缝）、形状复杂或表面粗糙的工件。郑州大学化工设备设计研究所137压力容器焊接接头检测方法7.137郑州大学化工设备设计研究所138压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测超声检测原理和特点超声检测的特点采用纵波直射法探测工件（如锻件等）其最大有效探测深度可达1m左右，对有些钢种可以高达3m；采用横波斜射法探查工件（如焊缝等）其最大有效探测深度可达0.5m以上。超声检测采用反射法，一般只要将探头放置在被检工件的单面即可。超声检测可以较好地确定缺陷在被检工件在厚度方向的位置和缺陷的自身高度。郑州大学化工设备设计研究所138压力容器焊接接头检测方法7.138郑州大学化工设备设计研究所139压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测压力容器焊接接头超声检测焊接接头的超声检测主要采用单晶斜探头进行横波检测检测区检测区的宽度应是焊缝的宽度加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域，这个区域最小为5mm，最大为10mm适用壁厚范围6～400mm的焊缝郑州大学化工设备设计研究所139压力容器焊接接头检测方法7.139郑州大学化工设备设计研究所140压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测压力容器焊接接头超声检测在JB/T4730-2005中，根据压力容器产品的重要程度，其焊接接头的超声检测技术分为三个检测级别：A级检测适用于压力容器的支承件和结构件的焊接接头检测B级检测适用于一般压力容器的对接焊接接头检测C级检测适用于重要压力容器的对接焊接接头检测郑州大学化工设备设计研究所140压力容器焊接接头检测方法7.140郑州大学化工设备设计研究所141压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测压力容器焊接接头超声检测压力容器焊缝质量等级评定主要根据缺陷的性质、缺陷的波幅、单个缺陷指示长度（mm）、缺陷累计长度（mm）、缺陷的密集程度，按JB/T4730的规定进行评级，共分为三个等级。郑州大学化工设备设计研究所141压力容器焊接接头检测方法7.141郑州大学化工设备设计研究所142压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测衍射时差法(TOFD)TimeofFlightDiffraction是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。超声TOFD法可用于材料探伤、缺陷定位和定量。与常规的超声技术不同，TOFD法不用脉冲回波幅度对缺陷大小做定量测定，而是靠脉冲传播时间来定量。郑州大学化工设备设计研究所142压力容器焊接接头检测方法7.142郑州大学化工设备设计研究所143压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测衍射时差法(TOFD)TOFD技术最早是1972年由英国哈威尔无损检测中心Dr.SilkMG提出的。20年后英标准BS7706问世。1996年起美ASME将其列入规范案例2235[3]和第Ⅴ卷《无损检测》附录。2000年欧、日分别推出专用标准。郑州大学化工设备设计研究所143压力容器焊接接头检测方法7.143郑州大学化工设备设计研究所144压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测衍射时差法(TOFD)在国内的特种设备行业，2003年，最早将TOFD技术用于工程检测并申请成为企业标准的是中国第一重型机械集团公司。应用对象是神华煤液化工程中的壁厚达340mm的加氢反应器。郑州大学化工设备设计研究所144压力容器焊接接头检测方法7.144郑州大学化工设备设计研究所145压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测TOFD检测原理TOFD不同于以往的常规超声技术，它利用的是在固体中声速最快的纵波在缺陷端部产生的衍射能量来进行检测。裂纹衍射波衍射波入射波折射波郑州大学化工设备设计研究所145压力容器焊接接头检测方法7.145郑州大学化工设备设计研究所146压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测TOFD检测原理在焊缝两侧，将一对频率、尺寸和角度相同的纵波斜探头相向对称放置，一个作为发射探头，另一个作为接受探头。郑州大学化工设备设计研究所146压力容器焊接接头检测方法7.146郑州大学化工设备设计研究所147压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测TOFD检测原理发射探头发射的纵波从侧面入射被检焊缝断面。在无缺陷部位，接收探头会接收到沿试件表面传播的直通波和底面反射波。郑州大学化工设备设计研究所147压力容器焊接接头检测方法7.147郑州大学化工设备设计研究所148压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测TOFD检测原理而有缺陷存在时，在上述两波之间，接收探头会接收到缺陷上端部和下端部的衍射波信号。郑州大学化工设备设计研究所148压力容器焊接接头检测方法7.148郑州大学化工设备设计研究所149压力容器焊接接头检测方法7.3超声检测衍射时差法超声检测TOFD优越性一次扫查几乎能够覆盖整个焊缝区域（除上下表面盲区），可以实现非常高的检测速度；对于焊缝中部缺陷检出率很高；能够发现各种类型的缺陷，对缺陷的走向不敏感；