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壓力容器焊接接頭設計

文檔作者：劉速志文檔來源：太原鍋爐集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年10月19日
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焊接技術第!" 卷第! 期#$$% 年&amp;amp; 月
導致壓力容器破壞的原因大部分是焊縫質量低劣! 上世
紀’$年代" 英國曾對壓力容器的破壞進行調查" (")#*+(,)!*
的事故原因是焊縫裂紋的產生" 近年來" 我國對壓力容器事
故也作過調研" 因焊縫裂紋#長期使用中疲勞裂紋$ 占總數
!’)%*" 錯用材料占#%*% 提高壓力容器焊接質量是確保壓力
容器安全運行的重要環節!
! 影響焊接質量的因素
-)- 設計因素
設計人員往往只注意焊條&amp;amp; 焊絲&amp;amp; 焊劑和對接焊縫系數!
設計院除特殊工況’疲勞&amp;amp; 低溫&amp;amp; 大的溫度梯度&amp;amp; 毒性極度
危害介質等$ 對殼體焊縫作說明外" 一般只畫節點圖或標注
焊接結構序號" 不作是否焊透或檢驗要求等說明" 忽略了接
管與殼體焊縫形式&amp;amp; 幾何尺寸等" 對焊接工藝缺乏了解!
某氮肥廠氨合成塔圖樣對接焊縫的設計如圖-.所示’合成
塔外殼設計壓力!/-%)’ 01." "/#$$ 2" !- #$$ 334’&amp;amp; ’-&amp;amp;5
-$4&amp;amp;$ 33多層卷板" 技術要求欄注明( 焊接材料6%$’" 焊絲
-$07#" 86"!-$%
從圖-看焊條電弧焊和埋弧焊坡口形式和尺寸一樣% 實際
焊接工藝不同對坡口形式和尺寸影響很大% 當容器壁厚"!’&amp;amp;
33時" 9" :形坡口雙面焊如圖-;所示" 9" :形坡口正面埋
弧焊" 背面焊條電弧焊如圖-<所示%>?或9?檢驗" 外表面進行機加工或修磨平滑% 層板包扎前
應清除鐵銹&amp;amp; 油污和影響貼合的雜物) 下層包扎前將前一層@
類焊縫修磨平滑" 各層@類焊縫均應錯開" 每層包扎按圖樣要
求鉆泄放孔等% 焊接工藝規程按圖樣要求和評定合格的焊接工
藝制定% 圖樣的坡口應當合理準確%
-)# 焊接坡口的形狀和尺寸取決于材料和焊接工藝
焊接不同材料" 焊縫坡口的形狀和尺寸也有差異% 如低碳
鋼由于對焊接熱不敏感" 可用高熱輸入焊接工藝參數" 坡口截
面應大些% 而焊接鎳鉻不銹鋼時" 坡口截面應小些" 因該材料
對焊接熱敏感" 應采用低熱輸入焊接" 并且要避免焊接熱量的
多次作用% 焊縫坡口的形狀和尺寸與焊接方法有關% 焊條電弧
焊由于熔深較淺" &amp;amp; 33以上的鋼板就需開:形坡口) 而埋弧焊
熔深大" #$ 33以下的鋼板可以不開坡口% 又如焊條電弧焊與
氣體保護焊相比" 前者的坡口角度大些" 這是因為焊條的直徑
較粗" 焊縫表面覆蓋較厚的熔渣層" 較大的坡口能使焊條伸入
坡口底部" 便于脫渣% 氣體保護焊焊縫表面無熔渣" 焊絲直徑
較細" 故可采用角度較小的坡口% 熔化極氣體保護電弧焊的:
形坡口一般為"%A+%$A" 而焊條電弧焊:形坡口大于&amp;amp;$A% 另外"
焊縫坡口形式和尺寸的選用" 還與制造廠的加工能力有關%
:" B形坡口" 半自動切割機即可制備% 其特點是填充金屬較
多" 焊接效率較低% 9形坡口與:形坡口相比" 坡口容積較小"
9形坡口的側面斜度取決于焊接方法" 焊條電弧焊和熔化極氣
體保護焊可取#A+%A" 埋弧焊在%A+-$A范圍內%
-)! 嚴格焊接工藝" 提高焊工焊接水平
-)" 制造廠應有全過程的質量保證體系
要求焊工持證上崗" 在規定部位打上焊工鋼印% 焊材應保
存在相對濕度"&amp;amp;$*的庫里% 施工環境( 焊條電弧焊時風速"
-$ 3C D" 氣體保護焊時"# 3C D) 相對濕度",$*) 雨&amp;amp; 雪天
不施焊% 焊接工藝( 按*壓力容器焊接工藝評定+ 進行工藝評
定) 焊接工藝規程應按圖樣要求和評定合格的焊接工藝制定!
焊縫外觀不容許有裂紋&amp;amp; 夾渣&amp;amp; 氣孔&amp;amp; 弧坑&amp;amp; 熔渣等! 焊前預
熱( 施焊處-$$ 33范圍內預熱到-% E左右) 焊件溫度低于$ E
時必須預熱! 質量保證體系的每個環節都要有文字記錄!
" 焊縫結構設計
#)- 焊縫結構設計基礎( 焊縫的設計是在等強度的基礎上"
即焊縫與相鄰的母材具有相同的強度! 焊縫尺寸一般不需要使
用大于規范圖中所示尺寸!
#)# 焊縫應力計算
#)#)- 應力計算的假設
壓力容器焊接接頭設計
劉速志
’太原鍋爐集團有限公司" 山西太原$!"$#-$
摘要! 壓力容器破裂的原因多為焊接質量低劣! 論述了焊縫結構設計基礎" 焊縫應力計算" 焊接接頭設計中應注意的問題#
關鍵詞! 焊接接頭設計! 焊縫裂紋! 焊條電弧焊! 埋弧焊
中圖分類號! ?F"%’)% 文獻標識碼! G
收稿日期! #$$"H-#H$"
文章編號!-$$#H$#%BI#$$%"$!H$$&amp;amp;$H$#
!" ,焊接質量控制與管理,
!"#$%&amp;amp;’ (")*&amp;amp;+#+’, -+#./0 1+.2 34&amp;amp;. 5667
!8" 焊縫強度按作用在焊縫最大高度截面積上的應力進
行計算# 一般不考慮殘余應力對塑性強度的影響$
!5" 焊縫最大高度截面積% !9":#8# 式中% $8
為焊縫有效
長度# $89$;"# $為焊縫全長# "為焊縫厚度!焊縫余高及角焊
的少量熔深不計"$
!2" 焊接區母材載荷分布相等# 整個焊接接頭的載荷分
布相同$
5<5<5 焊接接頭的應力計算
具體計算可根據母材實際狀況!材質&amp;amp; 相關尺寸&amp;amp; 工況
等" 及有關應力計算公式進行$
5<2 焊縫結構設計
5<2<8 焊縫坡口及間隙對焊縫質量有直接影響# 因此# 應提
高坡口尺寸的精度$ 圖樣上焊接接頭的形式可采用序號&amp;amp; 標
準代號&amp;amp; 節點圖2種表示方法中的任意一種# 若采用前5種方
式# 則必須注明標準號及名稱$
某設計院!類容器圖樣上技術要求欄中% 焊接材料
=7687’ 對接焊縫代號標準% 見節點圖$ 但裝配圖中并未見對
接焊縫詳圖# 只在部件圖中有受壓元件邊緣加工圖# 如圖5>$
正確的做法應在裝配圖中分別畫出環焊縫&amp;amp; 縱焊縫詳細節點
圖# 如圖5?# @$ 坡口尺寸不完整&amp;amp; 制造廠照圖施工難以保證
焊接質量$
5<2<5 接管與筒體的焊接
美國ABC=規范認為# 接管設計應最大限度地降低應力集
中$ 最安全的容器是各部分都具有最低的總應力!一次應力
加應力集中等"# 而不是不管局部應力集中只在一次薄膜應力
上取最大的安全系數$ 所以# 有效降低應力集中值# 是設計
接管與容器間焊縫時特別需要重視的問題$
部分設計人員對接管與筒體間焊縫不夠重視!除接管直
徑大# 做開孔補強計算外"# 大量的接管設計都不能遵循以下
原則% "焊接接頭的強度不低于母材標準規定的抗拉強度下
限’ #合理選擇坡口角度&amp;amp; 鈍邊高度&amp;amp; 根部間隙等結構尺寸#
使之有利于坡口加工及焊透# 以減少焊接時產生的各種缺陷’
$焊縫表示應完整&amp;amp; 準確$ 當以標準代號標注焊縫形式時#
在引出線尾部分叉處應標注接頭序號&amp;amp; 是否焊透&amp;amp; 鏟根要求&amp;amp;
檢驗方法等# 見圖2$ 圖中# %% 焊腳尺寸’ &amp;amp;% 鈍邊’ %% 坡
口面角度’ DE% 化工部標準’ FG% 反面清根’ CH% 磁粉檢
驗$ 其它表示符號# 如GI% 全焊透&amp;amp; 全熔合’ JH% 射線檢驗’
IH% 滲透檢驗’ KH% 超聲波檢驗等$
在同種工況下# 接管的直徑及受力不同# 焊縫結構的選
擇也不同$ 美國ABC=規范應力分析篇提出% 不受外載的接
頭&amp;amp; 儀表接管&amp;amp; 檢查孔等均可采用部分焊透或填角焊縫$ 我國
的壓力容器焊接工藝參數在這方面無明確規定$ 某設計院的&amp;amp;
類容器圖樣中接管’8# ’5# ’2# ’0# ’7
直徑分別為576# 76#
566# 57# 56 LL# 接管與筒體焊縫見圖0$
這種焊縫結構對直徑小的接管# 尤其對’57 LL:2 LL接管
是很不合適的$ 因為筒體與接管相差0倍# 填角焊縫高86 LL#
焊縫余高E LL# 熔敷金屬過多# 使接管產生過熱# 產生應力集
中$ 另外# 從焊縫設計等強度角度來講# 也不需要這種結構$
! 結論
壓力容器的焊接質量是個系統工程# 在中國跨設計&amp;amp; 制
造5個獨立體系$ 只有設計&amp;amp; 制造質量同時抓才行$ 設計者應
學習了解制造&amp;amp; 焊接方面知識# 以便根據不同材料&amp;amp; 不同焊
接工藝設計出合理的焊縫坡口形式$ 另外# 對焊工要求&amp;amp; 焊
接工藝規定&amp;amp; 焊接材料保管&amp;amp; 施焊環境&amp;amp; 焊前預熱&amp;amp; 焊縫外
觀檢查等方面必須有全面的質量保證體系$
對不受外力的溫度計&amp;amp; 液面計&amp;amp; 儀表&amp;amp; 檢查孔等接管與
筒體焊接# 應按實際情況規定可否允許部分焊透或填角焊等$
DF MN7中(9!(;)" O 5規定是否合理# 按此規定K# -形坡
口兩側深度相等# 只是多一種機加工形式$ 筆者認為改(986P
Q LL為宜$ 因為這種坡口多用于厚壁筒體環焊縫# 外側K形坡
口深度大# 施工方便# 節省焊接材料# 內側-形坡口深度小#
機加工簡單# 施工量小# 結構合理$
參考文獻!
R8S 錢逸< 壓力容器安全技術基礎RCS< 北京% 中國勞動出版社#
TMMU<22E<
R5S B")V%+&amp;amp; ) W4#"X Y+W @+&amp;amp;XVW4@V%+&amp;amp; +Y ZW"XX4W" ["XX"#X $%[%X%+&amp;amp;5 ;
>#V"W&amp;amp;>V%[" W4#"X A\ !\;E" RBS<]><
R2S DF MNE O H(TMNN^ 埋弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸RBS<
R0S DF MN7 OH(TMNN^ 氣體&amp;amp; 手工電弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸RBS<
R7S DF T7U(TMNN^ 鋼制壓力容器RBS<
)焊接質量控制與管理) !"

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