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注意：
焊接接头分类的原则仅根据焊接接头在容器 所处的位置而不是按焊接接头的结构形式分 类，所以，在设计焊接接头形式时，应由容 器的重要性、设计条件以及施焊条件等确定 焊接结构。这样，同一类别的焊接接头在不 同的容器条件下，就可能有不同的焊接接头 形式。
四、压力容器焊接结构设计的基本原则 1．尽量采用对接接头
1．筒体、封头及其相互间连接的焊接结构 纵、环焊缝必须采用对接接头。 对接接头的坡口形式可分为不开坡口（又称齐边坡口）、V 形坡口、X形坡口、单U形坡口和双U形坡口等数种，应根 据筒体或封头厚度、压力高低、介质特性及操作工况选择 合适的坡口形式。
2. 接管与壳体及补强圈间的焊接结构 一般只能采用角接焊和搭接焊，具体的焊接结构还与容器 的强度和安全性要求有关。有多种接头形式，涉及是否开 坡口、单面焊与双面焊、熔透与不熔透等问题。设计时， 应根据压力高低、介质特性、是否低温、是否需要考虑交 变载荷与疲劳问题等来选择合理的焊接结构。下面介绍常 用的几种结构。
焊接结构学 – 绪论
焊接技术在工业部门中应用的历史并不 长，但其发展却非常迅速。短短的几十 年中，焊接已在许多工业部门的金属结 构中，如建筑钢结构，船体，铁道车辆、 压力容器等几乎全部取代了铆接。此外， 在机械制造业中，以往由整铸整锻方法 生产的大型毛坯改成了焊接结构，目前， 世界主要工业国家生产的焊接结构占到 钢产量的45%。
图4 压力容器焊接接头分类
B类： 壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接 头、长颈法兰与接管连接的接头。但已规定为A、C、 D类的焊接接头除外。
C类： 平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、 接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层 包扎容器层板层纵向接头。
D类： 接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。但 已规定为A、B类的焊接接头除外。
焊接结构设计
对接接头
焊接接头形式
角接接头及 T字形接头 搭接接头
（a）对接接头； （b）角接接头； （c）搭接接头 图1 焊接接头的三种形式
1．对接接头
结构： 两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或 同一弧面内进行焊接的接头。
特点： 受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容 易得到保证。
图6 板厚不等时的对接接头
五、压力容器常用焊接结构设计
主要内容： 选择合适的焊缝坡口，方便焊材(焊条或焊丝）伸 入坡口根部，以保证全熔透。
坡口选择因素： ①尽量减少填充金属量； ②保证熔透，避免产生各种焊接缺陷； ③便于施焊，改善劳动条件； ④减少焊接变形和残余变形量，对较厚元件焊接应 尽量选用沿厚度对称的坡口形式，如X形坡口等。
压力容器实物图
压力 容器 生产 工艺 流程 框图
三、压力容器焊接接头分类
目的：
为对口错边量、热处理、无损检测、焊缝尺寸等方面
有针对性地提出不同的要求，GB150根据位置，根据 该接头所连接两元件的结构类型 以及应力水平，把接
头分成A、B、C、D四类，如图4。
A类：
圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头 除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形 封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连 接的接头。
（a）
（b）
K nt / 3,且不小于6mm, h nt
（c）
图9 安放式接管与壳体的焊接结构
（4）嵌入式接管的焊接结构
属于整体补强结构中的一种，适用于承受交变载荷、低温和 大温度梯度等较苛刻的工况。 （a）图：适用于球形封头或椭圆形封头中心部位的接管与
封头的连接，且封头厚度δn ≤50mm。
应用： 某些特殊部位：接管、法兰、夹套、管板和凸缘的焊 接等。
3．搭接接头 结构： 两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起，中面
相互平行，进行焊接的接头。
特点： 属于角焊缝，与角接接头一样，在接头处结构明显不 连续，承载后接头部位受力情况较差。
应用： 主要用于加强圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸缘 与容器的焊接。
3．尽量减少焊缝处的应力集中
接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处，因此，在设计 焊接结构时必须尽量减少应力集中。
措施： 尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接， 应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接， 以避免形状突变，减缓应力集中程度。一般当薄板 厚度δ2不大于10mm，两板厚度差超过3mm；或当 薄板厚度δ2大于10mm，两板厚度差超过薄板的 30%，或超过5mm时，均需按图6的要求削薄厚板 边缘。
⑤可与其它工艺方法联合使用：铸—焊 锻—焊 栓——焊 冲压—焊接等联合的金属结构；
⑥可实现异种材料的连接：同一结构的不同部位可 按需要配置不同性能的材料，做到物尽其用。
绪论 – 焊接结构的特点
3、焊接接头密封性好
气密性，水密性均优于其它方法，特别是 在高温，高压容器上，只有焊接接头才是最理 想的连接形式。
(a)
(b)
(c)
图7 不带补强圈的插入式接管焊接结构
（1）不带补强圈的插入式接管焊接结构
中低压容器不需另作补强的小直径接管用得最多的焊接 结构，接管与壳体间隙应小于3mm，否则易产生裂纹或 其它焊接缺陷。
（a）图：单面焊接结构，适用于内径小于600mm、盛装无 腐蚀性介质的接管与壳体之间的焊接，接管厚度应小 于6mm；
2．尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷
未熔透
指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下 空隙的现象。未熔透导致脆性破坏的起裂点， 在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。
改进
选择合适的坡口形式，如双面焊；当容器直径 较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面 焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或 采用带垫板的坡口等。
（9）封头与筒体节及筒体节之间的装配和定位焊 压力容器装配和定位焊实物图
3. 接管和法兰生产工序图
（1）出口接管切割成形
（2）人孔接管板材卷圆成形
（3）法兰毛坯下料 （4）法兰切削成形
绪论 – 焊接结构的特点
与铆接、螺栓连接的结构相比 较，或者与铸造锻造的结构相比较， 焊接结构有下列特点（优点）： 1、焊接接头强度高
铆接、螺栓连接的结构，要在 母材上钻孔，削弱了工作截面，强 度下降约20%
焊接；接头强度可达到与母材 等强度甚至高于母材强度。
2、焊接结构设计灵活性大，主要表现在：
①焊接结构的几何形状不受限制：如铆、铸、锻等 方法无法制造空心结构，焊接则可以；
②结构的壁厚不受限制：两被连接构件的壁厚可以 相差很大，薄厚均可；
③结构的外形尺寸不受限制：对大型结构可分段制 成部件，现场组焊、锻、铸、工艺则不允许；
④可利用标准或非标准型材组焊接成所需要结构， 段结构重量减轻。焊缝减少；
图3 双V形坡口 双V形坡口由两个V形坡口和一个I形坡口组合而成
§1 焊接结构材料的选择
焊接结构材料的选择原则： 1.满足使用要求，选易焊材； 2.高强度结构钢，尽量优先选； 3.重要结构应选用：镇静钢； 4.异种钢材互焊时偏弱者跟措施； 5.多用锻、压、型材，减少焊缝。
§2 焊接接头的工艺设计
图（a）：适用于接管内径小于或等于100mm的场合； 图（b）和（c）：适用于壳体厚度δn≤16mm的碳素
钢和碳锰钢，或 δn≤25mm的奥氏体不锈钢 容器， 其中图（b）的接管内径应小于或等于 50mm， 厚度δnt≤6mm， 图（c）的接管内径应大于50mm，且小于或等于 150mm，厚度δnt＞6mm。
K≥6mm (a)
K≥6mm (b)
(c)
(d)
图12 凸缘与壳体的对接焊接结构
1. 封头生产工序
（1）下料
（2）拉深 （3）消除应力退火
（4）切边 （5）缩口
2. 筒体节生产工序
（1）下料
（2）加工坡口
（3）卷圆
（4）装配及定位焊 （5）焊接双面纵焊缝
筒体节纵焊实物图
（6）去引弧板和引出板并清理 （7）筒体节校圆 （8）筒体节开接管孔
焊接金属是由母材料和填充金属在焊接热作 用下熔合而成的铸造组织，靠近焊接金属的母 材（近缝区）受焊接热的影响，组织和性能发 生变化（谓之热影响区），因此，焊接接头在 成分，组织和性能上都是一个不均匀体，其不 均匀程度远远超过了铸、锻件，这种不均匀性 对结构的力学行为，特别是断裂行为有重要影 响。
一、焊接接头形式
一、焊缝布置的一般原则： 1.避开应力最大处； 2.焊缝远离加工面； 3.对称布置变形小； 4.焊缝布置求分散； 5.便于操作想周到； 6.尽量平焊效率高。
二、接头形式的选择与设计 1.接头形式 2.坡口形式 3.接头过渡形式
4.其他焊接方法的接头与坡口形式
一、压力容器简介
压力容器示意图
易于保证焊接质量，所有的纵向及环向焊接接头、凸 形封头上的拼接焊接接头，必须采用对接接头外，其 它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。
举例：
角焊缝，改用对接焊缝［图5（a）改为（b）和（c）]。 减小了应力集中，方便了无损检测，有利于保证接头 的内部质量。
（a）
（b） 图5 容器接管的角接和对接
（c）
（b）图：最常用的插入式接管焊接结构之一，为全熔透结 构。适用于具备从内部清根及施焊条件、壳体厚度在 4～25mm、接管厚度大于等于0.5倍壳体厚度的情况；
（c）图：在（b）的基础上，将接管内径边角处倒圆，可用 于疲劳、低温及有较大温度梯度的操作工况。
（2）带补强圈的接管焊接结构
要求： 尽量与补强处的壳体贴合紧密，焊接结构力求完 善合理。 但只能采用塔接和角接，难于保证全熔透，也无 法进行无损检测，因而焊接质量不易保证。
二、坡口形式
焊接坡口—— 为保证全熔透和焊 接质量，减少焊接 变形，施焊前，一 般将焊件连接处预 先加工成各种形状。 坡口形状 不同的焊接坡口， 适用于不同的焊接 方法和焊件厚度。
基本坡口形状 组合形状
Ⅰ形 V型 单边V形 U形 J形
I型
V型
单边V型
U型
J型
图2 坡口的基本形式
特例：一般接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。
绪论 – 焊接结构的特点
焊接结构所存在的问题（缺点）： 2、对应力集中敏感
焊接结构具有整体性，其刚度大，焊 缝的布置、数量和次序等都会影响到应 力分布，对应力集中敏感，而应力集中 是疲劳，脆断等破坏的接结构的特点
焊接结构所存在的问题（缺点）： 3、焊接接头的性能不均匀
（a）
（b）
图10 嵌入式接管与封头的焊接结构
（5）凸缘与壳体的焊接结构
1）角焊连接：连接不承受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如 图11 所示。
2）对接连接：连接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳 体，如图12。
（a）
环与壳体应紧贴
（b）
内径侧应允许进行内部填角焊
（c）
图11 凸缘与壳体的角接焊接结构
坡口： 大间隙小角度，利于焊条伸入到底，减少焊接工作量
图（a）：一般要求的容器，即非低温、无交变载荷的容器
图（b）：承受低温、疲劳及温度梯度较大工况的容器， 保证接管根部及补强圈内侧焊缝熔透。
（a）
（b）
图8 带补强圈的插入式接管焊接结构
（3）安放式接管的焊接结构
优点： 结构拘束度低、焊缝截面小、较易进行射线检测等。
结构 大 简单 批量小 焊接占优势
结构 小 复杂 批量大 铸锻占优势
7、成品率高
一旦出现缺陷，可以修复、很少产生废品。
绪论 – 焊接结构的特点
焊接结构所存在的问题（缺点）： 1、存在较大的焊接应力和变形
焊接（局部加热）—内应力—变形— 工艺缺欠—承载能力（刚度、强度、稳 定性）下降—尺寸精度，尺寸稳定性下 降—校形—增加工作量—增加成本
应用： 最常用的焊接结构形式。
2．角接接头和T型接头
结构： 两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相交成 某一角度进行焊接的接头。两构件成T字形焊接在一起 的接头，叫T型接头。角接接头和T字接头都形成角焊 缝。
特点： 结构不连续，承载后受力状态不如对接接头，应力集中 比较严重，且焊接质量也不易得到保证。
4、焊前准备工作简单
由于近年来数控精密气割设备的发展，对 于各种厚度或形式状复杂的待焊接，不必预划 线就能直接从板料上切割出来，一般不用再机 械加工就可投入装配焊接。
绪论 – 焊接结构的特点
5、易于结构的变更和改型
铸造—铸型（木型）
锻造—开模具
周期长、成本高
焊接、则快速、简便、投资少
6、适用于制作大型或重型、结构简单而且 是单件小批量生产的产品结构