第15章压力容器的焊接结构(精)

第15章压力容器的焊接结构

（Welded structure of pressure vessels）

本章重点讲解内容：

（1）理解焊接接头的定义、接头形式的类型、坡口形式的类型以及焊缝形式的概念；（2）掌握GB150-98对压力容器焊接接头的分类；

（3）熟悉焊接接头缺陷以及检验方式。

第一节焊接接头及其分类

钢制化工容器及设备一般用熔焊方法制造。焊接质量的高低与焊接结构是否合理有密切关系。因此选择合理的焊接结构具有重要意义。

1、焊接接头（welded joints）

定义：指两个零件或者一个零件的两个部分在焊接连接部位处的结构总称。全面描述一个焊接接头应包括：接头形式、坡口形式和焊接形式。

（1）接头形式（types of welded joints）：焊接接头中两个相互连接零件的相对位置关系。有对接焊、角接焊、丁字接焊与搭接焊。

◆对接焊：两个相互连接零件在接头处的中面基本处于同一平面或者同一曲面内；

◆角接焊、丁字接焊；两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或者相交于一个

角度图（b）。

◆搭接焊两个相互连接零件在接头处的中面有部分相互重合在一起，他们的中面

相互平行。

图1 接头的三种形式

（2）坡口形式：

如图2所示五种基本形式。

图2 坡口的基本形式

✧等厚度板的对接缝

为了确保焊缝的质量,应尽量采用等厚度对接。厚度在6mm以下的对接缝可以不开坡口。板厚度大于6㎜时,为了防止焊缝出现焊不透的现象,根据不同板厚,开不同形式的坡口。

●采用单面坡口原则：

对于容器内空间过小,无法从内部进行焊接时的焊缝,采用单面坡口。板厚s<2Omm时用V型坡口,S>2Omm时用U型坡口。

●采用双面坡口原则：

当两面都可以进行焊接时,为了保证焊缝质量,要采用双面坡口。s=20～40mm时用对称X型,s=30～6Omm时用对称U型。

必须注意,自动焊和手工焊对于板厚的适用范围和坡口尺寸均不相同,设计时可参考“GB985—88”气焊、手工焊电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸，“GB986—88”埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸。

●衬垫板的对接焊缝

当容器内侧无法进行焊接而采用单面坡口时,为了保证焊缝根部焊透,常采用带垫板的对接焊缝,以提高焊缝质量，垫板材料可用钢或紫铜。应注意垫板与焊接件的密合,焊后最好将垫板拆除,但却不一定都能做到。

●不等厚钢板的对接焊缝

在不等厚钢板对接时,应将厚板削薄,使对接处的厚度相同。当薄板厚度s23㎜或s2>lOmm, s1-s2>0.3s2或s1-s2>5㎜时，均应按图的要求,削薄厚板边缘。

（3）焊缝形式

定义：表明焊接接头中熔化面间的关系。与接头形式有区别。

对接焊缝由两个相对的熔化面及其中间的焊缝金属组成；

角接焊缝由相互垂直或者相交为某一角度的两个熔化面及呈三角形断面形状的焊缝金属所构成。

组合焊缝是由对接焊缝和角焊缝组合而成的焊缝。

图3 焊缝形式

2、注意事项

（1）纵焊缝间的距离

在同一小区内尽量避免多次焊接，两相邻筒节的纵焊缝要错开一段距离a,a>3s,且a〉40mm(S为板厚)以避免十字交叉焊缝。

（2）焊缝要尽量离开容器的几何形状和壁厚突变的地方，例如当椭圆形封头与简体对焊时，一定要加一个直边过渡部分，让两个圆柱体相连，以使焊缝避开应力复杂的区域。

（3）容器上凡被补强圈、支座、垫板等覆盖的焊缝，均应打磨至与母材齐平。

第二节GB150-1998 关于压力容器上的焊接接头的分类

主要是根据压力容器上的焊接接头按其所处的位置进行划分A、B、C、D四类，化类的目的应该是对焊接接头的检验上有所区别。（要求学生能够准确掌握各类焊接接头的定义与范围）。

图4 压力容器上的焊缝分类

第三节焊接接头的检验

1、焊接接头缺陷

●外部缺陷

（1）焊缝截面不丰满或者余高过高，如图5所示。

图5

●外部缺陷

（2）焊缝漫溢。（3）咬边；

图6 焊缝漫溢

图7 咬边

●内部缺陷

主要指气孔、裂纹、未焊透、夹渣及未熔合等，一般需要采用射线拍片或者超声波探伤来发现。

2、制造过程中的检验

a.容器各部件在组焊之前必须通过各种检验

外观尺寸与尺寸公差的检验，（利用幻灯片让学生熟悉焊缝检验尺的使用）。

b.焊缝检验:

无损检测诊断技术是一门新兴的综合性应用学科。它是在不损伤被检测对象的条件下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化作出判断和评价。

●射线探伤

●超声波探伤

●磁粉探伤

●着色法探伤

超声波探伤是使用最多的无损探伤方法。磁粉探伤与着色探伤辅助以检验是否存在有表面裂纹。近年来，超声波应用日益广泛，技术也迅速进步。射线探伤易于记录保存和备查，检验可靠。制造过程中最好每完成一个组焊过程便进行一次探伤，发现超标缺陷及裂纹，用补焊方法予以消除。几种探伤方法的比较如下表所示：

0.04mm

者检查不出

比荧光法高；与

强度和磁粉

2%的缺

100mm

般为焊缝厚

3%

3、在役检验

定义：指投入运行前通过了检查的容器，在服役一定时间以后往往在定期检修时发现了裂纹的过程。实践证明，压力容器的爆破事故绝大多数起源于裂纹或其它缺陷的扩展。

裂纹的萌生与扩展的原因可能是由于疲劳、应力腐蚀、高温下应力的长期作用等。由于裂纹的萌生与扩展有一个过程，因此，在定期检查时发现了裂纹并不等于容器就不安全了，但必须慎重对待，要么予以消除，要么经专家进行安全评定，只要这些缺陷仍在断裂力学计算所认定的安全范围以内就仍可继续使用。但是保留了裂纹缺陷的容器在以后的服役期间就更要加强检查监督。

（1）在役检验方法

在役检验的方法以射线检验和超声检验为主，辅以磁粉或着色检验以检测表面裂纹。一般化工厂或石油化工厂通常是在年度大修时进行检查，或根据有关规程分别逐年轮流检查。在运行过程中对已知的缺陷部位进行连续的监控当然是最理想的，但实行起来很困难，只是在核电站系统中已实行部分的连续监控，这种监控技术也是一项重大的研究课题。对无法连续监控的重要容器应缩短检测的时间间隔。

【思考题】：

（1）焊接接头是如何分类的？

（2）简述压力容器上的焊接接头分类？

（3）焊接接头的外部缺陷有几种形式？