7 压力容器焊接接头设计

7 压力容器焊接接头设计

焊接接头由焊缝金属、热阻碍区及相邻母材三部分组成。在压力容器、锅炉和管道等过程设备中，焊接接头不仅是重要的连接元件，而且与所连接部件一起承担工作压力、其它载荷、温度和化学腐蚀介质的作用。焊接接头作为整个受压部件或承压设备不可分割的组成部分，对运行可靠性和工作寿命起着决定性的阻碍。因此，焊接接头的正确设计关于保证产品的质量具有十分重要的意义。

7．1 焊接接头设计基础

7.1.1 焊接接头的差不多类型与特点

焊接接头要紧起两个作用：一是连接作用，即把被焊件连成一个整体；二是承力作用，即承担被焊工件所受的载荷。焊接与被焊工件并联的接头，焊缝仅承担专门小的载荷，即使焊缝断裂，结构也可不能赶忙失效，这种接头中的焊缝称为联系焊缝，如图7－1a所示。焊缝与被焊工件串联的接头，焊缝承担全部载荷，一旦焊缝断裂，结构会赶忙失效，这种焊缝称为承载焊缝，如图7－1b所示。设计时联系焊缝不一定要求焊透或全长焊接，也不必运算焊缝强度，而承载焊缝必须运算强度，且必须采纳全熔透焊接。过程设备中常用的典型焊接接头类型有对接接头、T形或十字接头、搭接接头和角接接头等，如图7－2所示。

(a) (b)

图7－1 联系和承载焊缝

a）联系焊缝b）承载焊缝

对接接头较其它接头受力状况好，应力集中程度小，焊接时易保证质量，是优先广泛应用的接头。关于不同厚度的焊件，为了保证焊透，大多都要把焊件的对接边缘加工成各种形式的坡口。对接接头焊前对工件的边缘加工和装配要求较高。通常设备壳体上的纵、环焊缝均为对接接头。

T形及十字形接头能承担各种方向的力和力矩，其接头亦有不同类型，有不焊透和焊透的，有不开坡口和开坡口的。不开坡口者通常均为不焊透

的，其应力集中专门大，不适用于重载或动载荷。开坡口焊透的T形或十字形接头其应力集中明显减小，适用于承担动载荷及重载荷。接管、人孔等与设备壳体或封头相连的多为T形或角接接头。

搭接接头的应力分布专门不均，受力状况不行，疲劳强度较低，不宜承担动载荷。压力容器上的补强圈或支座与壳体和封头的连接一样为搭接接头。

搭接接头T形和十字形接头角接接头

图7－2 焊接接头差不多类型

角接接头是两被焊件端部间构成大于30o，但小于135o夹角的接头。其承载能力与其连接形式和坡口类型有关。法兰、平封头、管板等与筒身和封头的连接一样为角接接头。

7.1.2 焊接接头设计的内容与准则

焊接接头与其它连接形式，如铆接、胀接和螺栓连接相比具有令人注目的优点，如减轻结构重量，受力均衡，制造成本低、生产周期短等，但也不可忽视其各区组织不均一性、性能不均一性和存在各种焊接缺陷等缺点。

焊接结构设计师专门应重视上述缺点，从设计上采取有效的措施，尽量克服或减小其不利的阻碍，以确保设备的可靠性。

焊接接头设计的差不多内容为：

①确定接头型式和位置；

②设计坡口形式和尺寸；

③制定对接头质量的具体要求，如探伤要求等。

接头设计的差不多准则是：

①焊接接头与母材的等强性等强性的含意应包括常温、高温短时强度，高温持久强度，静载和交变载荷下的强度。

②焊接接头与母材的等塑性接头的塑性与母材的塑性不同。接头塑性要紧是指接头在结构中的整体变形能力，能经受受压部件在制造过程中和运行过程中复杂的受力条件。

③焊接接头的工艺性焊接接头应布置在便于施工，焊接和检查（包括无损探伤）的部位，焊接坡口形状和尺寸应适应所采纳的焊接工艺，具有较高的抗裂性并能防止焊接变形，应易于形成全焊透的焊缝并能幸免形成其他焊接缺陷。

④焊接接头的经济性焊接是一种消耗能量和优质焊材的工艺过程，故应尽量减小焊接接头的数量，在保证接头强度的前提下减薄焊缝的厚度。在设计焊接坡口形状时，应在保证工艺性的前提下，尽量减小坡口的倾角和截面。关于壁厚较薄的受压部件应尽可能采纳不开坡口的先进焊接工艺。

7.1.3 焊接接头设计注意要点

在设计焊接接头时，设计人员一样除了依据上述差不多设计准则，注意正确合理地选择焊接接头类型，坡口形状和尺寸外，还必须注意接头的可焊到性、可探伤性以及为防止或减小腐蚀等咨询题。

①接头的可焊到性

熔焊接头焊接时，为保证获得理想的接头质量，必须保证焊条、焊丝或电极能方便地到达欲焊部位，这确实是熔焊接头设计时要考虑的可焊到性咨询题。如图7－3所示，左边箭头所指不便于焊接，质量难以保证；中间便于焊接，但为角焊缝，受载时焊缝根部会产生较大的应力集中；右边改为对接焊缝，不但便于焊接，受力状况好，而且也便于无损探伤检验。另外，有的结构只能在一侧进行焊接，另一侧由于空间狭小无法进入。例如各类管道和直径小于500mm的压力容器，均存在不能由内侧施焊的咨询题；大直径容器最后组装的封头与筒体连接环焊缝，若无人孔也无法进入内部焊接。这种情形设计时应注意将坡口开在外侧，便于在不处进行单面焊双面成型工艺。

图7－3 可焊到性接头比较

②尽可能改善施焊环境

在注意可焊到性的同时，还应重视尽可能地改善焊接施工的环境。关于能在内外两侧进行焊接的设备，应注意在壳内进行焊接时大多会有烟尘等有害气氛的阻碍，其焊接环境较不处差。专门是在内部空间狭小，排气不良和预热条件下，其施焊环境就更差，不但有害焊工健康，而且对确保焊接质量也会产生相当的不利阻碍。为此，可采纳内小外大的双面坡口或开在外侧的单面坡口，使大部焊接工作量在不处完成。同时也要注意尽可能选择施焊环境好的焊接方法，如埋弧焊放出的有害气体较手工电弧焊少，又没有明弧的有害作用，劳动强度也小。

③接头的可探伤性

要紧是指无损探伤的可能性与方便性。

焊接质量要求越高的接头越要重视接头的

可探伤性，专门是射线和超声波的可探伤

性。关于射线探伤，探伤前要按照工件形

状和接头形式来选择照耀方向和底片的安

放位置。一样来讲，对接接头最适于射线

探伤，通常一次照耀即可；而T形接头和

角接头的角焊缝有时需从不同方向多次照

耀才不至于漏检。图7－4左面所示接头均

不适于X射线探伤，而改为右面所示接头

就能够了。其中图a是压力容器上的插入

式接管角焊缝接头，其焊缝的下方即不能

平放也不能弯曲放置胶片。图b是平封头

与筒体之间的连接接头，图b1不宜射线探

伤，图b2虽有改善，也不合适，只有图b

3才适宜射线探伤。图c为T型接头，图c

1不宜射线探伤，图c2才能进行射线探伤。

从构件截面过渡考虑，图d1过渡陡峭，使

射线探伤变得困难，图d2过滤平缓，但局

部的壁厚差不仍会阻碍探伤，图d3将接头