第15章 壓力容器的焊接結(jié)構(gòu)

1、第15章 壓力容器的焊接結(jié)構(gòu)（Welded structure of pressure vessels）本章重點(diǎn)講解內(nèi)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(duì)壓力容器焊接接頭的分類；（3）熟悉焊接接頭缺陷以及檢驗(yàn)方式。第一節(jié) 焊接接頭及其分類鋼制化工容器及設(shè)備一般用熔焊方法制造。焊接質(zhì)量的高低與焊接結(jié)構(gòu)是否合理有密切關(guān)系。因此選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)具有重要意義。1、焊接接頭（welded joints）定義：指兩個(gè)零件或者一個(gè)零件的兩個(gè)部分在焊接連接部位處的結(jié)構(gòu)總稱。全面描述一個(gè)焊接接頭應(yīng)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(gè)相互連接零件的相對(duì)位置關(guān)系。有對(duì)接焊、角接焊、 丁字接焊與搭接焊。u 對(duì)接焊：兩個(gè)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(nèi)； u 角接焊、 丁字接焊；兩個(gè)相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或者相交于一個(gè)角度圖（b）。u 搭接焊 兩個(gè)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(duì)接縫為了確保焊縫的質(zhì)量,應(yīng)盡量采用等厚度對(duì)接。厚度在6mm以下的對(duì)接縫可以不開坡口。板厚度大于6時(shí),為了防止焊縫出現(xiàn)

3、焊不透的現(xiàn)象,根據(jù)不同板厚,開不同形式的坡口。采用單面坡口原則： 對(duì)于容器內(nèi)空間過小,無法從內(nèi)部進(jìn)行焊接時(shí)的焊縫,采用單面坡口。板厚 s2Omm時(shí)用U型坡口。采用雙面坡口原則： 當(dāng)兩面都可以進(jìn)行焊接時(shí),為了保證焊縫質(zhì)量,要采用雙面坡口。s=2040mm時(shí)用對(duì)稱X型,s=306Omm時(shí)用對(duì)稱U型。 必須注意,自動(dòng)焊和手工焊對(duì)于板厚的適用范圍和坡口尺寸均不相同,設(shè)計(jì)時(shí)可參考“GB98588”氣焊、手工焊電弧焊及氣體保護(hù)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(duì)接焊縫 當(dāng)容器內(nèi)側(cè)無法進(jìn)行焊接而采用單面坡口時(shí),為了保證焊縫根部焊透,常采用帶墊板的對(duì)接焊縫,

4、以提高焊縫質(zhì)量，墊板材料可用鋼或紫銅。應(yīng)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(duì)接焊縫 在不等厚鋼板對(duì)接時(shí),應(yīng)將厚板削薄,使對(duì)接處的厚度相同。當(dāng)薄板厚度s23或s2lOmm, s1-s20.3s2或s1-s25時(shí)，均應(yīng)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(guān)系。與接頭形式有區(qū)別。 對(duì)接焊縫 由兩個(gè)相對(duì)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(gè)熔化面及呈三角形斷面形狀的焊縫金屬所構(gòu)成。 組合焊縫 是由對(duì)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(xiàng)（1）縱焊縫間的距離在同一小區(qū)

5、內(nèi)盡量避免多次焊接，兩相鄰?fù)补?jié)的縱焊縫要錯(cuò)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(dāng)橢圓形封頭與簡(jiǎn)體對(duì)焊時(shí)，一定要加一個(gè)直邊過渡部分，讓兩個(gè)圓柱體相連，以使焊縫避開應(yīng)力復(fù)雜的區(qū)域。（3）容器上凡被補(bǔ)強(qiáng)圈、支座、墊板等覆蓋的焊縫，均應(yīng)打磨至與母材齊平。第二節(jié) GB150-1998 關(guān)于壓力容器上的焊接接頭的分類主要是根據(jù)壓力容器上的焊接接頭按其所處的位置進(jìn)行劃分A、B、C、D四類，化類的目的應(yīng)該是對(duì)焊接接頭的檢驗(yàn)上有所區(qū)別。（要求學(xué)生能夠準(zhǔn)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(yàn)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(nèi)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(yàn) 外觀尺寸與尺寸公差的檢驗(yàn)，（利用幻燈片讓學(xué)生熟悉焊縫檢驗(yàn)尺的使用）。b.焊縫檢驗(yàn):無損檢測(cè)診斷技術(shù)是一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科。它是在不損傷被檢測(cè)對(duì)象的條件下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽嬖谒鸬膶?duì)熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，來探測(cè)各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件等內(nèi)部和表面缺陷，并對(duì)缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及

7、其變化作出判斷和評(píng)價(jià)。 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(yàn)是否存在有表面裂紋。 近年來，超聲波應(yīng)用日益廣泛，技術(shù)也迅速進(jìn)步。射線探傷易于記錄保存和備查，檢驗(yàn)可靠。制造過程中最好每完成一個(gè)組焊過程便進(jìn)行一次探傷，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷及裂紋，用補(bǔ)焊方法予以消除。幾種探傷方法的比較如下表所示：檢驗(yàn)方法可發(fā)現(xiàn)缺陷檢驗(yàn)厚度靈敏度判傷方法備注著色檢驗(yàn)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(yàn)磁粉探傷表面及近表面

8、缺陷（微裂紋，未焊透，氣孔）被檢驗(yàn)表面最好與磁場(chǎng)正交表面，近表面 比熒光法高；與磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁粉質(zhì)量有關(guān)直接根據(jù)磁粉分布情況判定缺陷位置。缺陷深度不能確定 被檢驗(yàn)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(nèi)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(cè)能探出直徑大于1mm的氣孔和夾渣。檢驗(yàn)內(nèi)部裂紋靈敏度較高據(jù)儀器熒光屏上波形判斷缺陷位置及大小。確定缺陷性質(zhì)較困難被檢驗(yàn)部位需加工到射線探傷內(nèi)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(yàn)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(yàn)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(yàn)定義：指投入運(yùn)行前通過了檢查的容器，在服役一定時(shí)間以后往往在定期檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)了裂紋的過程。實(shí)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(kuò)展。 裂紋的萌生與擴(kuò)展的原因可能是由于疲勞、應(yīng)力腐蝕、高溫下應(yīng)力的長(zhǎng)期作用等。由于裂紋的萌生與擴(kuò)展有一個(gè)過程，因此，在定期檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)了裂紋并不等于容器就不安全了，但必須慎重對(duì)待，要么予以消除，要么經(jīng)專家進(jìn)行安全評(píng)定，只要這些缺陷仍在斷裂力學(xué)計(jì)算所認(rèn)定的安全范圍以內(nèi)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(qiáng)檢查監(jiān)督。（1）在役檢驗(yàn)方法 在役檢驗(yàn)的方法以射線檢驗(yàn)和超聲檢驗(yàn)為主，輔以磁粉或著色檢驗(yàn)以檢測(cè)表面裂紋。一般化工廠或石油化工廠通常是在年度大修時(shí)進(jìn)行檢查，或根據(jù)有關(guān)規(guī)程分別逐年輪流檢查。在運(yùn)行過程中對(duì)已知