7 壓力容器焊接接頭設(shè)計說明

./7承壓設(shè)備焊接接頭設(shè)計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(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。焊接接頭作為整個受壓部件或承壓設(shè)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(shè)計對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的意義。7．1焊接接頭設(shè)計基礎(chǔ)7.1.1焊接接頭的基本類型與特點焊接接頭主要起兩個作用：一是連接作用,即把被焊件連成一個整體；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)也不會立即失效,這種接頭中的焊縫稱為聯(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)會立即失效,這種焊縫稱為承載焊縫,如圖7－1b所示。設(shè)計時聯(lián)系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,且必須采用全熔透焊接。過程設(shè)備中常用的典型焊接接頭類型有對接接頭、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承載焊縫對接接頭較其它接頭受力狀況好,應(yīng)力集中程度小,焊接時易保證質(zhì)量,是優(yōu)先廣泛應(yīng)用的接頭。對于不同厚度的焊件,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(shè)備殼體上的縱、環(huán)焊縫均為對接接頭。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(yīng)力集中很大,不適用于重載或動載荷。開坡口焊透的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。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,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。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計師尤其應(yīng)重視上述缺點,從設(shè)計上采取有效的措施,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)計的基本容為：①確定接頭型式和位置；②設(shè)計坡口形式和尺寸；③制定對接頭質(zhì)量的具體要求,如探傷要求等。接頭設(shè)計的基本準(zhǔn)則是：①焊接接頭與母材的等強性等強性的含意應(yīng)包括常溫、高溫短時強度,高溫持久強度,靜載和交變載荷下的強度。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程中和運行過程中復(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)濟性焊接是一種消耗能量和優(yōu)質(zhì)焊材的工藝過程,故應(yīng)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(shè)計焊接坡口形狀時,應(yīng)在保證工藝性的前提下,盡量減小坡口的傾角和截面。對于壁厚較薄的受壓部件應(yīng)盡可能采用不開坡口的先進焊接工藝。7.1.3焊接接頭設(shè)計注意要點在設(shè)計焊接接頭時,設(shè)計人員一般除了依據(jù)上述基本設(shè)計準(zhǔn)則,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性、可探傷性以及為防止或減小腐蝕等問題。①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(shè)計時要考慮的可焊到性問題。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,受載時焊縫根部會產(chǎn)生較大的應(yīng)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驗。另外,有的結(jié)構(gòu)只能在一側(cè)進行焊接,另一側(cè)由于空間狹小無法進入。例如各類管道和直徑小于500mm的壓力容器,均存在不能由側(cè)施焊的問題；大直徑容器最后組裝的封頭與筒體連接環(huán)焊縫,若無人孔也無法進入部焊接。這種情況設(shè)計時應(yīng)注意將坡口開在外側(cè),便于在外面進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,還應(yīng)重視盡可能地改善焊接施工的環(huán)境。對于能在外兩側(cè)進行焊接的設(shè)備,應(yīng)注意在殼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,而且對確保焊接質(zhì)量也會產(chǎn)生相當(dāng)?shù)牟焕绊?。為?可采用小外大的雙面坡口或開在外側(cè)的單面坡口,使大部焊接工作量在外面完成。同時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,又沒有明弧的有害作用,勞動強度也小。③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,通常一次照射即可；而T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型接頭,圖c1不宜射線探傷,圖c2才能進行射線探傷。從構(gòu)件截面過渡考慮,圖d1過渡陡峭,使射線探傷變得困難,圖d2過濾平緩,但局部的壁厚差別仍會影響探傷,圖d3將接頭移到過渡段以外,雖然加工復(fù)雜,但最宜于射線探傷。圖e1是未熔透的對接接頭,由于存在未熔合間隙,不可能進行探傷,只有圖e2那樣的熔透接頭,才可進行射線探傷。圖f為三通式管接頭,只有如圖f2那樣設(shè)計,才能便于進行射線探傷。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。超聲波探傷對接頭檢測面要求具有可接近性和可移動性。但是,所有存在間隙的T型接頭和未熔透的對接接頭,都不能或者只能有條件地進行超聲波檢測。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行雙向探測,而且應(yīng)有探頭移動區(qū)。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,對于板厚不等和管壁與底座的對接接頭,應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)陌濉脖诤襁^渡區(qū)。圖7－5所示壓力容器不等厚對接接頭和圖7－6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7－1和表7－2確定。圖7－5不同厚度對接接頭超聲波探傷的探頭移動區(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區(qū)L表7－1不同厚度對接接頭焊縫超聲波探傷移動區(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所設(shè)計的結(jié)構(gòu)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(chǔ)上有針對性地正確選擇相應(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,盡量降低對腐蝕特別敏感部位的剛度和避免可能引起過大殘余應(yīng)力的結(jié)合點或區(qū)域,避免圖7－7所示妨礙液體流動和排放的不合理結(jié)構(gòu)死區(qū)。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7.2.1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,其焊接接頭的結(jié)構(gòu)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A、B、C、D、E、F六類,如圖7－8所示。其中A、B、C、D四類均為受壓殼體上直接承受壓力載荷的接頭；E類是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,起耐磨或防腐蝕作用,一般不計入承壓厚度。圖7－8壓力容器殼體焊接接頭分類A類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,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類接頭是指接管、人孔、手孔、補強圈、凸綠與筒身及封頭相接的T形或角接接頭。E類接頭包括吊耳、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與設(shè)計要求上述壓力容器各類焊接接頭,由于其結(jié)構(gòu)型式和受力狀態(tài)不同,其焊接和檢驗等要求也有所差異?，F(xiàn)作如下重點分析〔1A、B類接頭壓力容器上的A、B類焊接接頭,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接接頭。如因結(jié)構(gòu)尺寸限制,只能從單面焊接時,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接接頭。為此,采用氬弧焊之類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保焊縫根部完全熔透或成型良好,如圖7－9b、c所示。當(dāng)對接接頭二側(cè)壁厚不等且厚度差大于較薄殼壁厚度的1/4或3mm時,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型雙面對接焊接接頭b氬弧焊封底的單面對接焊接接頭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類或B類接頭之間的距離至少應(yīng)為壁厚的3倍,且不小于100mm。同時不應(yīng)采用十字焊縫,且A、B類接頭及其附近不得開設(shè)管孔。若因管子密集必須開在A、B類接頭上時,則要對開孔部位焊縫作100％射線或超聲波探傷,對超標(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,〔見表4－3中序號圖7—9壓力容器焊接接頭的坡口類型雙面對接焊接接頭b氬弧焊封底的單面對接焊接接頭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類對接接頭均應(yīng)按GB150的有關(guān)規(guī)定進行局部或全部射線或超聲波探傷檢查。其中A類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)量的實際見證,而B類接頭則一般不要求作焊接試板?！?C類接頭C類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行剛度和強度計算確定的,因此比殼體或接管的壁厚大得多。對于這類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坡口的角焊縫連接,但必須在法蘭外二面進行封焊,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。對于平封頭,管板與筒身相接的C類接頭,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類接頭在壓力容器和鍋爐等過程設(shè)備中,D類接頭主要是接管與殼體和補強圖與殼體間的連接焊縫,其受力狀況差,且較A、B類接頭復(fù)雜,在載荷作用下會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。在壁厚較大時,D類接頭的拘束度相當(dāng)大,故焊接殘余應(yīng)力亦較大,易產(chǎn)生裂紋之類的缺陷。對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度鋼制壓力容器的不利影響更為顯著。一般情況下,開孔直徑越大,對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。壓力容器中常見的D類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形接頭又分為帶補強圈和不帶補強圈T形接頭等型式。此處我們僅以插入式接管T形接頭為例,對其結(jié)構(gòu)和焊接要求、工作可靠性及適用條件等作簡要說明。①接管壁厚的區(qū)別當(dāng)接管壁厚大于殼壁厚時稱為厚壁式接頭,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度鋼殼體。經(jīng)驗表明,當(dāng)接管壁厚與殼體壁厚之比大于2.3時,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,稱為平頭式接管,而接管插入端部超過殼壁一定長度時則稱為伸出式接管〔見圖4－12。在接管壁厚相同時,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帶補強圈與不帶補強圈的區(qū)別補強圈主要用于對殼體開孔削弱的補強作用,但同時也使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率明顯增高。這類接頭也無法進行射線或超聲波探傷檢查,焊接質(zhì)量較難控制。同時,補強圈與殼體間很難做到緊密貼合,在溫度較高時二者間存在較大的熱膨脹差,使補強區(qū)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,抗疲勞性差。故這種帶補強圈的結(jié)構(gòu)限用于補強圈厚度≤1.5倍殼壁厚度或殼體名義厚度≤38mm和抗拉強度下限бb≤540MPa的鋼制壓力容器。超出此限可采用厚壁管代替補強圈。圖7－13插入式接管T型接頭a>帶補強圈局部焊透伸入式T型接頭；b>不帶補強圈局部焊透伸入式T型接頭；c>不帶補強圈全焊透平頭式角型接頭。帶和不帶補強圈的T形接頭,均具有開坡口與不開坡口、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)計時應(yīng)仔細(xì)考慮這些區(qū)別。圖7－13僅為個別結(jié)構(gòu)示例,詳情可參見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、低壓和無急劇溫度梯度的碳鋼與16MnR之類強度較低的普通低合金鋼制壓力容器。長期的使用經(jīng)驗證明,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。這種結(jié)構(gòu)便于進行超聲波探傷,可以對接頭的焊接質(zhì)量進行有效控制。設(shè)計時若恰當(dāng)?shù)夭捎煤癖诮庸?使接頭在滿足強度要求的同時具有一定的柔性,減小拘束度,則接頭的應(yīng)力集中系數(shù)會進一步降低,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。對于承受疲勞載荷、低溫和抗拉強度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,以便進一步降低應(yīng)力集中系數(shù)。據(jù)國外現(xiàn)行壓力容器規(guī)程規(guī)定,插入式接管的壁厚當(dāng)超過殼體厚度的一半時,應(yīng)采用全焊透的T形接頭,但超過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即可滿足強度要求。因此若僅從強度角度來看,沒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。對于各種D類接頭,設(shè)計時應(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械載荷,其接頭的焊接與檢驗要求可視元件具體受力情況區(qū)別對待。例如立式容器裙座與封頭間的搭接接頭〔圖7－14a、b、對接接頭〔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度尺寸,同時還應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行嚴(yán)格控制和檢驗。圖7－14裙座與封頭相連的搭接接頭和對接接頭圖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。而加強筋之類無強度要求的連接焊縫,則可采用圖7－15b所示的不開坡口雙面角焊縫,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,采用塑性優(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)注意焊后對焊縫作表面磁粉探傷,對發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷,予以修磨除掉或作焊補。7.2.3壓力容器焊接接頭坡口設(shè)計壓力容器和鍋爐等設(shè)備中的焊接接頭焊縫,當(dāng)壁厚較大時均應(yīng)開設(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)濟等因素有關(guān)。設(shè)計師應(yīng)全面考慮這些因素,設(shè)計或選擇適宜的坡口形狀和尺寸?！?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)濟效益愈高。因為填充金屬的多少直接取決于坡口截面,坡口愈大,填充金屬愈多,焊接時間也就越長。同時大的坡口會引起較大的焊接變形和殘余應(yīng)力,耗用矯正工時。②焊接方法首先決定是否需要開坡口,例如電渣焊均不需開坡口；手工電弧焊由于其熔深較淺,厚度大于6mm的鋼板就要開坡口；而埋弧自動焊其熔深大,24mm以下鋼板雙面焊可以不開坡口。坡口尺寸也與焊接方法有關(guān),手工電弧焊與氣體保護焊相比,前者坡口角度應(yīng)大些。因為手工電弧焊的焊條較粗,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。氣體保護焊時焊縫表面無熔渣,焊絲直徑也較小,故坡口角度可開小些。熔化極氣體保護焊的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,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,對坡口的形狀和尺寸要求也有差異。例如低碳鋼對焊接熱循環(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其溶池液體粘度較大,流動性差,熔深淺,焊接過程中易出現(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)計焊接接頭坡口的設(shè)計或選擇,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。對于低碳鋼和低合金鋼制壓力容器等過程設(shè)備的各種焊接接頭,其手工電弧焊,氣體保護焊和埋弧自動焊的坡口形式及尺寸,可詳見GB985∽986和GB150附錄J。盡管不同條件時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形坡口,即不開坡口,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,而埋弧自動焊的單面焊和雙面焊不開坡口時的板厚分別為12和24mm。但對于要求全熔透的重要結(jié)構(gòu),手工電弧焊在板厚3mm時就要開坡口。圖7－16常用對接接頭坡口a－不開坡口；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。其特點是加工簡易,但易產(chǎn)生角變形,且在板厚較大時耗用焊接材料較多。V形坡口適用于板厚7－30mm。③X形坡口,如圖7－16c所示,有對稱和非對稱兩種結(jié)構(gòu)。與單面V形坡口相比,在板厚相同時,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,對稱形X形坡口多用于雙面手工電弧焊或埋弧自動焊的殼體縱、環(huán)焊縫,而非對稱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焊。盡管非對稱X形坡口不如對稱形好些,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)計得小一些；2不可移動結(jié)構(gòu)必須仰焊時,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形和非對稱X形坡口應(yīng)用較多。對于小直徑圓筒殼,側(cè)不能使用埋弧自動焊時,常采用V形坡口,側(cè)用手工電弧焊封底。對于通風(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稱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,板厚20－60mm可采用單面U形坡口,埋弧自動焊時,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法標(biāo)注。前者較為簡明直觀,過程設(shè)備多采用此種方法標(biāo)注；后者是用規(guī)定的符號表示,這種方法要求熟悉有關(guān)的焊縫符號。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焊縫透視畫法焊縫視圖的畫法如圖1—17所示。圖中表示焊縫的一系列細(xì)實線段允許用徒手繪制,如圖a、c；也允許采用粗實線表示焊縫,如圖b。但在同一圖樣中,只允許采用一種畫法。在表示焊縫端面的視圖中,通常用粗實線繪出焊縫的輪廓,必要時可用細(xì)實線同時畫出坡口形狀等,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,若同時需要表示坡口等的形狀,可按圖7—18c所示繪制。必要時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焊縫透視畫法圖7—圖7—18焊縫端面視圖、剖視圖和剖面圖的畫法焊縫的符號表示法圖7—19焊縫放大圖這種方法是使用統(tǒng)一的符號或代號來表示焊縫的結(jié)構(gòu)。這些符號和代號分別由國家標(biāo)準(zhǔn)GB324—88《焊縫符號表示法》和GB5185—85《金屬焊接及釬焊方法在圖樣上的表示代號》規(guī)定。這兩個標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2553圖7—19焊縫放大圖①焊接方法代號與焊縫代號GB1585規(guī)定了用數(shù)字表示的各