压力容器焊接与无损检测XXXX08.ppt

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1、压力容器焊接与无损检测郑州大学化工设备设计研究所李洪亮郑州大学化工设备设计研究所2压力容器焊接与无损检测1.压力容器焊接的基本概念2.压力容器常用焊接方法及特点 3.焊接材料4.压力容器焊接设计5.焊接变形与焊接应力6.焊接缺陷及防止7.压力容器焊接接头检测方法8.GB150对焊接接头无损检测的有关要求1.压力容器焊接的基本概念郑州大学化工设备设计研究所41.压力容器焊接的基本概念1.1 1.1 金属焊接的定义金属焊接的定义l通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使两通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分个分离的金属物体（同

2、种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连成一体的连接方法。子）间结合而连成一体的连接方法。郑州大学化工设备设计研究所51.压力容器焊接的基本概念1.2 1.2 焊接方法的分类焊接方法的分类l熔焊熔焊 将待焊处的母材金属熔化，但不加压力以形成焊将待焊处的母材金属熔化，但不加压力以形成焊缝的焊接方法。缝的焊接方法。n是目前应用最广泛的一种焊接方法是目前应用最广泛的一种焊接方法n最常用的有焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等最常用的有焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等郑州大学化工设备设计研究所61.压力容器焊接的基本概念1.2 1.2 焊接方法的分类焊接方法的分类l压焊压焊 焊接过程中，必须对焊件施加

3、压力（加热或不加热）焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。以完成焊接的方法。n包括固态焊、热压焊、锻焊、扩散焊、气压焊和冷压焊包括固态焊、热压焊、锻焊、扩散焊、气压焊和冷压焊等等l钎焊钎焊 采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。焊件的方法。郑州大学化工设备设计研究所71.压力容器焊接的基本概念1.3

4、 1.3 坡口、焊缝形式与接头形式坡口、焊缝形式与接头形式l坡口坡口 根据设计和工艺需要，在焊件的待焊根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定形状的沟槽，称为坡部位加工并装配成一定形状的沟槽，称为坡口。口。n为保证焊缝全部焊透又无缺陷，当板后超过一定为保证焊缝全部焊透又无缺陷，当板后超过一定厚度时将焊件开成各种形式的坡口。厚度时将焊件开成各种形式的坡口。n坡口的作用坡口的作用u使焊条或焊丝或焊矩能直接伸到待焊工件的底部使焊条或焊丝或焊矩能直接伸到待焊工件的底部u便于脱渣便于脱渣u能使焊条或焊矩在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合能使焊条或焊矩在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合

5、郑州大学化工设备设计研究所81.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l坡口坡口的基本形式郑州大学化工设备设计研究所91.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l焊缝与接头n从焊接角度来看，压力容器是由母材与焊接接头组成的n焊缝是焊接接头的组成部分n焊缝与焊接接头是两个不同概念郑州大学化工设备设计研究所101.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l焊接接头n焊接接头形式分为12种u对接接头对接接头uT T型接头型接头u十字接头十字接头u搭接接头搭接接头u塞焊搭接接头塞焊搭接接头u槽焊接头槽焊接头u角接接头角接接头u端接接头端接接头u套管接头套管

6、接头u斜对接接头斜对接接头u卷边接头卷边接头u锁底接头锁底接头郑州大学化工设备设计研究所111.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l焊接接头n对接接头 两焊件表面构成135，180夹角的接头。u对接接头从力学角度分析是比较理想的一种接头形式，它的受力状况较好，应力集中较小，能承受较大的静载荷和动载荷，是焊接结构和压力容器受压元件应用最多的接头形式。郑州大学化工设备设计研究所121.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l焊接接头nT形接头 一焊件的端面和另一焊件的表面构成直角或近似直角的接头。uT形接头由于焊缝向母材过度较急剧，接头在外力作用下内部应力分布极

7、不均匀，特别是角焊缝根部和过渡处都有很大的应力集中。因此这种接头承受载荷尤其是动载荷的能力较低。郑州大学化工设备设计研究所131.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l焊接接头角接接头 两焊件端部构成大于30、小于135夹角的接头。郑州大学化工设备设计研究所141.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l焊接接头n搭接接头 两焊件部分重叠在一起所构成的接头。u搭接接头的强度较低，尤其是疲劳强度，只用于不重要的结构。郑州大学化工设备设计研究所151.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l焊缝 焊件经焊接后所形成的结合部分，即填充与熔化的母材凝固

8、后形成的区域。n在熔化焊范围内，焊缝形式分为五种u对接焊缝（又称坡口焊缝）u角焊缝u端接焊缝u塞焊缝u槽焊缝郑州大学化工设备设计研究所161.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994GB/T3375-1994焊接术语焊接术语）1坡口形式形接头形式对接接头焊缝形式对接焊缝（双面焊）23坡口形式V形（带垫板）接头形式对接接头焊缝形式对接焊缝坡口形式V形（带钝边）接头形式对接接头焊缝形式对接焊缝（有根部焊道）郑州大学化工设备设计研究所171.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式（接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语焊接术语）

9、4坡口形式V形（带钝边）接头形式对接接头焊缝形式对接焊缝和角接的组合焊缝56坡口形式X形接头形式对接接头焊缝形式对接焊缝坡口形式I形接头形式对接接头焊缝形式角焊缝郑州大学化工设备设计研究所181.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式（接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语焊接术语）7坡口形式单边V形（带钝边）接头形式对接接头焊缝形式对接和角接的组合焊缝89坡口形式单边V形接头形式T形接头焊缝形式对接焊缝坡口形式I形接头形式T形接头焊缝形式角焊缝郑州大学化工设备设计研究所191.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式（接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊

10、接术语焊接术语）10坡口形式K形接头形式T形接头焊缝形式对接和角接的组合焊缝1112坡口形式单边V形接头形式T形接头焊缝形式对接焊缝坡口形式K形接头形式十字接头焊缝形式对接焊缝郑州大学化工设备设计研究所201.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式（接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语焊接术语）13坡口形式I形接头形式搭接接头焊缝形式角焊缝1415坡口形式接头形式塞焊搭接接头焊缝形式塞焊缝坡口形式接头形式槽焊接头焊缝形式槽焊缝郑州大学化工设备设计研究所211.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式（接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语焊接术语）1

11、6坡口形式单边V形（带钝边）接头形式角接接头焊缝形式对接焊缝1718坡口形式接头形式角接接头焊缝形式角焊缝坡口形式接头形式端接接头焊缝形式端接焊缝郑州大学化工设备设计研究所221.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式（接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语焊接术语）19坡口形式接头形式套管接头焊缝形式角焊缝2021坡口形式接头形式斜对接接头焊缝形式对接焊缝坡口形式接头形式卷边接头焊缝形式对接焊缝郑州大学化工设备设计研究所231.压力容器焊接的基本概念l 接头形式和焊缝形式（接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语焊接术语）22坡口形式双J形接头形式T形接头

12、（A）对接接头（B）焊缝形式对接焊缝2324坡口形式V形接头形式锁底接头焊缝形式对接焊缝坡口形式喇叭形接头形式焊缝形式郑州大学化工设备设计研究所241.压力容器焊接的基本概念1.3 坡口、焊缝形式与接头形式l同一种焊缝形式可以连接成多个接头形式l对接接头不一定用对接焊缝连接l连接角接接头的焊缝也不一定是角焊缝郑州大学化工设备设计研究所251.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l掌握焊接性能、焊接工艺评定和编制焊接工艺规程是焊接压力容器中的三个重要环节。n焊接性能是焊接工艺评定的基础n焊接工艺评定是焊接工艺规程的依据n焊接工艺规程是确保压力容器焊接质量的行动准则郑

13、州大学化工设备设计研究所261.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接性能 是指在限定的施工条件下，焊接成符合设计要求的构件，并满足预订服役要求的能力。n在一定的焊接工艺条件下，金属材料可以获得优质焊接接头的难易程度。n材料对焊接加工的适应性和使用可靠性。n如果一种金属材料能用较普通又简便的焊接工艺获得优质接头，说明这种金属材料具有良好的焊接性能。n材料的焊接性能与条件有关，在不同条件下有不同表现。郑州大学化工设备设计研究所271.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接性能n施工条件包括：材料牌号、结构条件、焊接设备条件、工艺

14、条件、焊接环境。n设计要求包括：焊接尺寸、形位偏差、焊缝内外缺陷要求，焊接接头的性能、焊接技术条件。n服役要求包括：焊接接头结合性能、具体工艺介质条件下焊接接头的使用性能及使用环境下结构抗断裂能力。郑州大学化工设备设计研究所281.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接性能n焊接性能分为工艺焊接性能及使用焊接性能u工艺焊接性能考虑的是在焊接过程中如何避免产生缺陷，以获得优质的焊缝。u使用焊接性能考虑的是钢材焊接后性能的变化是否会影响到使用的可靠性，如强度好韧性指标、耐高温或耐低温及耐腐蚀性能的变化等。郑州大学化工设备设计研究所291.压力容器焊接的基本概念1.

15、4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接性能n焊接性能的影响因素u焊件母材的种类与化学成分p不同类别的材料，其焊接性能差异很大。如碳钢与不锈钢，前者主要是保证焊接接头的强度好韧性与母材一致，后者主要是保证接头具有足够的耐蚀性。p同类钢材，成分不同，其焊接性能差异也很大。如低碳钢的焊接性能就很容易获得优质接头，但中、高碳钢，仅仅由于含碳量的提高，就使其焊接性能显著变差。郑州大学化工设备设计研究所301.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接性能n焊接性能的影响因素u焊接方法与工艺p当材料一定时，若采用不同的焊接方法，所获得的焊接接头质量也不同。如氩弧焊，由

16、于惰性气体保护效果好，不论什么材料，均易获得优质接头，但一般焊条电弧焊就不一定。p当焊接方法相同，而采用不同的焊接工艺措施和规范参数时，所获得的接头质量也会有很大差别。如焊接线能量的大小、焊前预热与不预热、焊接材料的不同等，都对接头的质量有重要影响。郑州大学化工设备设计研究所311.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接性能n焊接性能的影响因素u焊件的结构p主要表现在刚度或拘束度的大小。结构的刚度或拘束度大，焊接中产生的应力就大，对于高强度易淬火钢防裂不利。u焊件的使用条件p使用条件主要是温度、载荷性质好介质的腐蚀性等。如含氯化物介质易使奥氏体不锈钢焊接接头产

17、生应力腐蚀破坏，低温环境会使接头的韧性显著降低、脆性转变温度升高等。郑州大学化工设备设计研究所321.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接工艺 是指制造焊件所有相关的加工方法和实施要求，包括焊接设备、材料选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求等。郑州大学化工设备设计研究所331.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接工艺评定 为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价称为焊接工艺评定n正确认识焊接工艺评定的目的和作用，是执行焊接工艺评定标准的前提。n焊接工艺评定通过焊接试件，进行验证性试验，因此焊接工艺评定

18、结果只对焊接接头有效，焊接工艺评定不能保证产品整体质量符合要求，更不能确保压力容器安全可靠使用。n焊接工艺评定规则只对标准规定的检验要求负责，当增加焊接工艺评定试件检验项目时，原标准规定的焊接工艺评定规则对新增加的检验项目便不再适用。郑州大学化工设备设计研究所341.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接工艺规程n按照压力容器焊接工艺评定标准，评定合格的焊接工艺只能确保焊接接头的力学性能或堆焊层化学成分或T形接头符合要求。n对于焊接接头作为压力容器的一部分还有缺陷、应力、外观要求；对于整个产品还有外形尺寸、位置偏差、使用性能及其它性能要求；对于生产管理来讲，还

19、要求提高生产率、操作方便、安全生产等要求。n这是焊接工艺指导书不能解决的，也不是焊接工艺评定的范围，这只能由焊接工艺规程来实现。郑州大学化工设备设计研究所351.压力容器焊接的基本概念1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程l焊接工艺规程n焊接工艺规程是制造焊件所有相关的加工和实践要求的细则文件，可保证由熟练焊工操作时的质量再现性。n焊接工艺规程是焊接工艺人员依据评定合格的焊接工艺，针对具体的焊接接头，根据本单位能力与条件，运用焊接实践知识和理论知识编制而成的。n焊工必须严格执行焊接工艺规程，才能确保压力容器的焊接质量。2.压力容器常用焊接方法及特点郑州大学化工设备设计研究所372.压力容

20、器常用焊接方法及特点手工电弧焊埋弧自动焊钨极气体保护焊熔化极气体保护焊等离子弧焊电渣焊3.焊接材料郑州大学化工设备设计研究所393.焊接材料l焊接材料是指焊接时所消耗的材料n焊接材料包括焊条、焊丝、焊带、焊剂、保护气体等n压力容器制造过程中最常用的焊接材料为手工电弧焊焊条、自动焊焊丝及焊剂郑州大学化工设备设计研究所403.焊接材料3.1 手工电弧焊焊条l常用焊条标准nGB/T983-1995不锈钢焊条nGB/T5117-1995碳钢焊条nGB/T5118-1995低合金钢焊条nGB/T3670-1995铜及铜合金焊条nGB/T3669-1983铝及铝合金焊条nGB/T13814-1992镍及镍

21、合金焊条郑州大学化工设备设计研究所413.焊接材料3.2 焊剂l焊剂 具有一定粒度的颗粒状物质，焊接时能够熔化形成熔渣和气体。n是埋弧焊和电渣焊不可缺少的焊接材料。n在焊接过程中，焊剂的作用相当于焊条药皮，熔化形成熔渣，对焊接熔池起保护、冶金处理和改善焊接工艺性能的作用。n烧结焊剂还具有渗合金作用，焊剂与焊丝相组合，即为埋弧焊和电渣焊所需的焊接材料。郑州大学化工设备设计研究所423.焊接材料3.2 焊剂l焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属化学成分和性能的主要因素之一。l采用同样的焊丝和同样的焊接参数，而配用的焊剂不同，所得焊缝的性能将有很大的差别。l一种焊丝可与多种焊剂合理组合，无

22、论是在低碳钢还是在低合金钢上都有这种合理的组合。郑州大学化工设备设计研究所433.焊接材料3.3 焊接用保护气体l焊接用气体标准nGB/T4824-1995纯氩nGB/T10624-1995高纯氩nGB/T6052-1993工业气体二氧化碳nGB/T4844.2-1995纯氦nGB/T7445-1995纯氢、高纯氢和超纯氢nGB/T3863-1995工业用氧nGB/T3864-1996工业氮郑州大学化工设备设计研究所443.焊接材料3.4 焊丝l焊丝与焊剂或保护气体配用，起导电和填充焊缝金属的作用，对焊缝金属的成分有决定性影响。l按照适用的焊接方法，焊丝可分为埋弧自动焊焊丝、电渣焊焊丝、CO2

23、焊焊丝和气焊焊丝等。l按被焊材料的不同，可分为碳钢焊丝、低合金钢焊丝、不锈钢焊丝、铸铁焊丝和有色金属焊丝等。l按制造方法与焊丝的形状，可分为实心焊丝和药心焊丝。郑州大学化工设备设计研究所453.焊接材料3.4 焊丝l实心焊丝是目前最常用的焊丝，系热轧线材经拉拔加工而成。为了防止生锈，须对焊丝（除不锈钢焊丝外）表面进行特殊处理。目前主要是镀铜处理，包括电镀、浸铜及化学镀铜处理等。l实心焊丝主要有碳钢、低合金钢、耐热钢和不锈钢焊丝，广泛用于埋弧焊、电渣焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊等。郑州大学化工设备设计研究所463.焊接材料3.5 焊接材料的选用l焊条的选用原则n对于用低碳钢及普通低合金钢焊

24、接的承压过程设备，一般按等强度原则，使焊缝金属的强度与母材相等或相近。u可根据钢材的强度等级来选用强度相当的结构钢焊条。u还需根据钢材的焊接性，母材成分，焊接结构的尺寸、形状，坡口和受力情况等影响进行全面考虑。n对于低碳钢与普通低合金钢，或普通低合金钢与普通低合金钢之间的异种钢焊接接头，一般选用与强度等级较低的钢相应的焊条。郑州大学化工设备设计研究所473.焊接材料3.5 焊接材料的选用l焊条的选用原则n对同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选用，主要取决于焊接件的结构形状（简单或复杂）、钢板厚度（刚性小或大）、工作条件（静载荷或动载荷）和钢材的抗裂性能等方面。u对要求塑性好、冲击韧性高、抗裂能

25、力强的焊件，选用碱性焊条。u如直流电源有困难，可选用交直流两用碱性焊条。u如碱性焊条和酸性焊条可以同样满足要求，应尽量用酸性焊条。郑州大学化工设备设计研究所483.焊接材料3.5 焊接材料的选用l焊条的选用原则n对于承受高温或腐蚀的耐热钢和不锈钢，钢中合金元素对其耐热和腐蚀性起决定性作用。故这类钢在选择焊条时，应以等成分原则为主，使焊缝金属的主要合金成分与母材相近或相同，以保证焊接接头的特殊性能。n由于工艺因素的考虑，奥氏体不锈钢多选用酸性药皮焊条。郑州大学化工设备设计研究所493.焊接材料3.5 焊接材料的选用l埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则n在埋弧焊中，应注意焊丝与焊剂中Mn、Si含量的适

26、当配合。n若焊丝中Mn、Si含量较高，则应选配Mn、Si含量低的焊剂。反之，应选配Mn、Si含量高的焊剂。郑州大学化工设备设计研究所503.焊接材料3.5 焊接材料的选用l埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则n低碳钢与低合金钢选配u无锰焊丝配用高锰高硅焊剂，用于焊接低碳钢。u低锰焊丝配用中锰焊剂，用于焊接低合金钢。u对于电渣焊，由于焊剂更新很少，焊缝合金化主要由焊丝提供，所以焊丝中的Mn、Si含量应较同样条件埋弧焊时高。郑州大学化工设备设计研究所513.焊接材料3.5 焊接材料的选用l埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则n不锈钢用焊丝与焊剂选配u采用的焊丝成分要与被焊接的不锈钢成分基本一致。u焊接铬不锈钢

27、时，采用H0Cr14、H1Cr13、H1Cr17等焊丝。u焊接铬-镍不锈钢时，采用0Cr19Ni9、H0Cr19Ni9Ti等焊丝。u焊接超低碳不锈钢时，采用相应的超低碳焊丝。u焊剂可采用熔炼型或烧结型，要求焊剂的氧化性小，以减少合金元素的烧损。郑州大学化工设备设计研究所523.焊接材料3.5 焊接材料的选用l埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则n钨极氩弧焊u焊接有时不加填充焊丝，被焊母材加热熔化后直接连接起来，有时加填充焊丝。u由于保护气体为纯Ar，无氧化性，焊丝熔化后成分基本不发生变化，所以焊丝成分即为焊缝成分。u也有的采用母材成分作为焊丝成分，使焊缝成分与母材一致。郑州大学化工设备设计研究所53

28、3.焊接材料3.5 焊接材料的选用l埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则n熔化极氩弧焊和活性气体保护焊u熔化极氩弧焊主要用于焊接不锈钢等高合金钢，为了改善电弧特性，在Ar气中加入适量O2或CO2，即成为活性气体保护焊。u焊接低合金钢时，采用Ar+5%CO2可提高焊缝的抗气孔能力。u焊接超低碳不锈钢时，采用Ar+2%O2混合气体，以防止焊缝增碳。u低合金钢的钨极氩弧焊正在逐步被Ar+20%CO2的活性气体保护焊所取代。郑州大学化工设备设计研究所543.焊接材料3.5 焊接材料的选用l埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则n熔化极氩弧焊和活性气体保护焊u活性气体保护焊，由于保护气体有一定的氧化性，应适当提高焊丝

29、中Si、Mn等脱氧元素的含量，其它成分可以与母材一致，也可以有所差别。u焊接高强钢时，焊缝中C的含量通常低于母材，Mn的含量则应高于母材。u为了改善低温韧性，焊缝中Si的含量不宜过高。郑州大学化工设备设计研究所553.焊接材料3.5 焊接材料的选用l埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则nCO2焊焊丝uCO2是活性气体，主要用于焊低碳钢与低合金钢。u由于具有较强的氧化性，因此CO2焊所用焊丝必须含有较高的Mn、Si等脱氧元素。uCO2焊通常采用C-Mn-Si系焊丝。4.压力容器焊接设计郑州大学化工设备设计研究所574.4.压力容器焊接设计压力容器焊接设计n焊接方法焊接方法n焊接材料焊接材料n焊接坡口焊

30、接坡口n焊接接头型式焊接接头型式n预热预热n层间温度层间温度n后热后热n焊后热处理焊后热处理n检验检验n检测检测l 焊接设计是压力容器设计一个重要组成部分，包括焊接设计是压力容器设计一个重要组成部分，包括郑州大学化工设备设计研究所584.压力容器焊接设计压力容器焊接设计原则选用焊接性能良好的母材尽量减少焊接工作量减少焊缝数量减少坡口截面积焊缝最好为直线或圆以利使用机械化、自动化焊接方法郑州大学化工设备设计研究所594.压力容器焊接设计压力容器焊接设计原则合理布置焊缝焊缝宜对称布置不采用十字交叉两焊缝之间最小距离最好不小于100mm不在受力截面突变处设置焊缝焊接施工及焊接检验方便，减少现场焊接工

31、作量。有利于生产组织与管理。郑州大学化工设备设计研究所604.压力容器焊接设计4.1 焊接方法选用l选择焊接方法应符合以下要求n能保证压力容器质量可靠、生产效率高、生产成本低。n焊接方法一经确定，则坡口形式、焊接材料、焊工合格项目、焊接工艺、所需工艺装备（装置）等则随之确定。n各种压力容器常用焊接方法各有不同特点和适用条件，应根据产品特点和制造厂的生产条件选用。郑州大学化工设备设计研究所614.压力容器焊接设计4.2 焊接材料选用郑州大学化工设备设计研究所624.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n压力容器中的焊接接头焊缝，当壁厚较大时均应开设坡口。n目的是为了使焊缝全部

32、焊透和减小或避免焊接缺陷，保证焊接质量。郑州大学化工设备设计研究所634.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n典型焊接坡口各部分名称郑州大学化工设备设计研究所644.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n焊接坡口主要结构参数u坡口角度 作用是使焊条或焊丝便于伸到坡口底部并作必要的摆动和偏移，以便获得良好的熔合，便于脱渣和清渣。u钝边高度 作用是防止烧穿和熔化金属流失。u根部间隙 作用是为了保证焊透。郑州大学化工设备设计研究所654.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计n选择坡口

33、形式和尺寸应考虑下列因素u焊接方法u焊缝填充金属尽量少u避免产生缺陷u减少焊接残余变形与应力u有利于焊接防护u焊工操作方便u复合钢板的坡口应有利于减少过渡焊缝金属的稀释率郑州大学化工设备设计研究所664.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n相对其它焊接工艺规范参数，焊接坡口与制造单位的实际情况和经验有着更密切联系，坡口变化并不影响焊接接头的力学性能，各制造厂几乎都有坡口企业标准，不应强求采用标准坡口或图样中坡口。郑州大学化工设备设计研究所674.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n坡口标准uGB/T985-1988气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口

34、的基本型式与尺寸uGB/T986-1988埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸uHG20583-1998钢制化工容器结构设计规定u上述标准中所列坡口形式和尺寸都是可行的，确保焊接接头与母材等强，但不一定是最佳的，最佳的焊接坡口是根据结构特点并结合制造单位的实际条件确定。郑州大学化工设备设计研究所684.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n焊接方法首先决定是否需要开坡口u电渣焊均不需开坡口。u手工电弧焊由于其熔深较浅，厚度大于6mm的钢板就要开坡口。u埋弧自动焊其熔深大，24mm以下钢板双面焊可以不开坡口。郑州大学化工设备设计研究所694.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接

35、头设计l坡口设计n焊接方法首先决定是否需要开坡口u坡口尺寸也与焊接方法有关p手工电弧焊与气体保护焊相比，前者坡口角度应大些。因为手工电弧焊的焊条较粗，且焊缝表面有较厚的熔渣层，较大的坡口便于焊条深入坡口底部，也便于脱渣和清渣。p气体保护焊时，焊缝表面无熔渣，焊丝直径也较小，故坡口角度可开小些。熔化极气体保护焊的V形坡口角度一般可取4550，而手工电弧焊的V形坡口角度一般要60。郑州大学化工设备设计研究所704.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n单就操作而言，坡口越小，耗用焊接材料越少，生产效率和经济效益越高。u因为填充金属的多少直接取决于坡口截面，坡口越大，填充金属越多

36、，焊接时间也就越长。同时大的坡口会引起较大的焊接变形和残余应力，耗用矫正工时。n在焊接方法一定时，坡口的形状和尺寸主要决定于板厚的大小。u板厚由小到大，应依次分别采用V形、X形和U形等坡口。这样可以减少焊接材料用量，利于控制焊接变形。郑州大学化工设备设计研究所714.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n焊件的材料不同，对坡口的形状和尺寸要求也有差异。n低碳钢对焊接热循环不敏感，可以采用高线能量的焊接规范参数，为便于操作，坡口截面应大些。n铬镍奥氏体不锈钢，对焊接热循环敏感性大，要求采用小线能量焊接，其坡口应尽量小些，以避免焊接热的多次作用。n镍及镍合金焊接时其熔池液体粘度

37、较大，流动性差，熔深浅，焊接过程中易出现夹渣和未熔合等缺陷，故其坡口角度应适当加大，根部钝边适当减小，其V形坡口角度一般为8090。郑州大学化工设备设计研究所724.压力容器焊接设计4.3 焊接坡口和焊接接头设计l坡口设计n焊接接头设计u压力容器焊接结构设计时，为做到合理地选择焊接接头的类型，应综合考虑如下因素：p设计要求：保证接头满足使用要求。p焊接和无损检测的难易与焊接变形：操作容易实现，焊接应力小，变形能够控制。p焊接成本：接头准备和施工时费用低，经济性好。p施工条件：制造施工单位具备完成施工要求所需的技术、人员和设备条件。5.焊接变形与焊接应力（焊接残余变形与焊接残余应力）郑州大学化工

38、设备设计研究所745.焊接变形与焊接应力l焊接变形与焊接应力的产生n焊接是一种局部加热过程n熔池冷却凝固成为焊缝后将继续冷却到环境温度n随着温度的变化，体积相应发生变化，即局部的膨胀和收缩n焊件局部膨胀和收缩，会引起焊件的变形n当上述局部体积变化受到限制，就造成焊件内的应力n在焊后残留于工件的变形和应力称为残余变形和残余应力郑州大学化工设备设计研究所755.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l焊接变形的种类n纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直于焊缝方向）变形u是焊接变形的最基本形式n角变形，亦称转角变形郑州大学化工设备设计研究所765.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l焊接变形的种类n弯

39、曲变形n波浪变形n扭曲变形，亦称螺旋变形郑州大学化工设备设计研究所775.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l影响变形量的因素n一般情况下，线膨胀系数大的材料，焊缝收缩量也大。u铝、奥氏体不锈钢的线膨胀系数都比低碳钢大，焊后残余变形量也就大。n焊件刚性越大则变形量越小。u多层焊时，第一层引起的收缩量最大，第二层的收缩量只有第一层的20%，以后逐层减小。u用夹具固定焊时，焊接变形可较自由状态下减少4070%。郑州大学化工设备设计研究所785.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l影响变形量的因素n焊接接头型式对角变形的影响符合下述规律：角变形随坡口角度增大而增加。uV型坡口的角变形大于U型

40、坡口。uV型、U型坡口的角变形大于对称型坡口。u具有I型坡口特点的电渣焊焊缝、窄间隙焊焊缝、等离子弧焊等焊缝，其角变形都很小。u单层自动弧焊的熔深大，焊缝上、下宽度相差不大，故其角变形较手弧焊为小。郑州大学化工设备设计研究所795.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l减少焊接变形的措施n设计方面u尽量减少焊缝数量、焊缝长度和焊缝截面积；u使结构中所有焊缝尽量对称于中性轴布置；u结构上便于施焊时采用胎模夹具固定；u合理设计角焊缝焊角尺寸。郑州大学化工设备设计研究所805.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l减少焊接变形的措施n工艺方面u反变形法郑州大学化工设备设计研究所815.焊接变形与

41、焊接应力5.1 焊接残余变形l减少焊接变形的措施n工艺方面u刚性夹持进行焊接 p利用夹具刚性固定焊件进行焊接p设置临时拉杆提高焊件刚性p两个相同焊件相互点固后再行焊接郑州大学化工设备设计研究所825.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l减少焊接变形的措施n工艺方面u选用合适的焊接方法和焊接顺序，以减少焊件受热郑州大学化工设备设计研究所835.焊接变形与焊接应力5.1 焊接残余变形l减少焊接变形的措施n工艺方面u焊后矫形u当采用上述措施后焊接变形仍较大时，则应根据焊件设计要求考虑进行焊后矫形。矫形的方法有机械法和火焰法，机械法可用校平机、压力机、卷板机、锤击等。u在选用矫形方法时，要特别注意

42、钢种。u对耐腐蚀设备不宜用锤击以防止应力腐蚀。u对具有晶间腐蚀倾向的奥氏体不锈钢和淬硬倾向较大的钢材不宜用火焰矫形。u对冷裂倾向较大的高强钢要少用机械法矫形。郑州大学化工设备设计研究所845.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l产生原因n总的来说，焊接应力是焊接过程中焊件体积变化受阻而产生。n在焊接过程中引起体积变化的主要原因是：由于温度降低体积收缩和低温时组织转变而引起的体积变化。郑州大学化工设备设计研究所855.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l焊接应力的类型n焊接应力既是焊缝金属体积变化受阻所产生，故应力为三向应力。但鉴于化工设备焊接中是以厚度不大的板材为主要对象，故焊接应力主

43、要为双向应力（纵向、横向）。u多数情况下，焊缝及近缝区易产生焊接拉应力。拉应力会降低材料塑性，成为焊接接头产生裂纹或脆断的主要根源。对承受动载的零件危害很大。u若焊接应力为压应力，则主要降低受外压薄壁圆筒或其它受压构件的稳定性，是使薄壁壳体焊后产生波浪变形的主要原因之一。郑州大学化工设备设计研究所865.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l焊接应力对焊件使用性能的影响n焊件中存在残余应力，会降低焊件的承载能力，同时易导致焊后甚至使用期间的变形。n由于焊接时焊件仅产生局部的体积变化，故焊接应力也仅是一个局部效应。郑州大学化工设备设计研究所875.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l降低焊

44、接残余应力的措施n设计方面u中心问题是正确布置焊缝，以免应力叠加，降低应力峰值。u焊缝彼此尽量分散并避免交叉。u避免在断面剧烈过渡区设置焊缝。u焊缝应尽量分布在结构应力最简单、最小处。u对卧式容器环缝应尽量位于支座以外，纵缝则尽量位于壳体下部140范围以外。u改进结构设计，局部降低焊件刚性，减小焊接应力。郑州大学化工设备设计研究所885.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l降低焊接残余应力的措施n设计方面郑州大学化工设备设计研究所895.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l降低焊接残余应力的措施n设计方面郑州大学化工设备设计研究所905.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l降低焊接

45、残余应力的措施n工艺方面u采用合理的施焊顺序郑州大学化工设备设计研究所915.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l降低焊接残余应力的措施n工艺方面u缩小焊接区与结构整体之间的温差p整体预热p采用低线能量p间歇施焊等u锤击焊缝郑州大学化工设备设计研究所925.焊接变形与焊接应力5.2 焊接残余应力l降低焊接残余应力的措施n对于有应力腐蚀和要求尺寸稳定的结构，承受交变载荷要求有较大抗疲劳强度的焊接结构，以及低温下使用的结构，为了防止低温应力脆性破坏，焊后一般都须消除焊接应力。n只有当材料的塑性、韧性都很好时才可以不考虑消除焊接应力的措施。6.焊接缺陷及防止郑州大学化工设备设计研究所946.焊接

46、缺陷及防止6.1 常见焊接缺陷及其分类l焊接缺欠与焊接缺陷n焊接缺欠：在焊接接头中存在的不连续性、不均匀性以及其它不健全的缺损n焊接缺陷：在焊接缺欠中，根据产品相应的制造技术条件的规定，凡不符合焊接产品使用性能要求的焊接缺欠u焊接缺陷是焊接缺欠中不可接受的、不合格的缺欠n焊接缺欠是绝对的n焊接缺陷是相对的郑州大学化工设备设计研究所956.焊接缺陷及防止6.1 常见焊接缺陷及其分类l常见焊接缺陷n常见的焊接缺陷有：裂纹、气孔、咬边、夹渣、夹钨、未熔合、未焊透、未焊满、焊瘤、焊缝外观和尺寸不符合要求等。郑州大学化工设备设计研究所966.焊接缺陷及防止6.1 常见焊接缺陷及其分类l焊接缺陷的分类n按

47、成因分类u结构缺陷（缺陷的产生与设计结构有关）n工艺缺陷（缺陷的产生与工艺因素有关）n冶金缺陷（缺陷的产生与冶金因素有关）郑州大学化工设备设计研究所976.焊接缺陷及防止6.1 常见焊接缺陷及其分类l焊接缺陷的分类n按可见性分类u表面缺陷u内部缺陷n从断裂机理的观点分类u平面型u非平面型郑州大学化工设备设计研究所986.焊接缺陷及防止6.2 焊接缺陷的危害l增加焊缝截面积的缺陷n余高过大、焊瘤、下塌等。n这类缺陷并不会减小焊缝截面应力，反而使截面突变处产生应力集中，截面突变处会导致疲劳强度、承载交变载荷能力的降低，增加脆性破坏机率。郑州大学化工设备设计研究所996.焊接缺陷及防止6.2 焊接缺

48、陷的危害l减少焊缝截面积的缺陷n裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、咬边。n减少了受力截面积，使容器承载能力下降，而且带有尖端的缺陷极易引起应力集中，促使脆性破坏，在这方面，面形缺陷（未熔合、裂纹）比体形缺陷（气孔、夹渣）更危险。郑州大学化工设备设计研究所1006.焊接缺陷及防止6.2 焊接缺陷的危害l表面焊接缺陷导致溶液积聚、浓缩腐蚀介质，而加速局部腐蚀。l在应力状态下由于应变促进金属离子脱离晶格进入介质，应力促使表面膜破裂加速氢离子向金属中扩散及导致新的阳极相出现，而加速局部腐蚀进行。n静载荷下的应力腐蚀开裂和交变载荷下的腐蚀疲劳最为严重郑州大学化工设备设计研究所1016.焊接缺陷及防止6.

49、3 余高l余高既是焊接工艺的需要，又对容器的安全运行，尤其是疲劳寿命产生一定的影响。l余高的作用n压力容器的焊接多为多道焊，后焊的焊道相当于对前一焊道起到保温。缓冷与正火的作用，对消除前一焊道的焊接应力、细化晶粒是有益的。n余高相当于对最外一层强度焊道起到了保温、缓冷与正火作用，因此余高是有用的，它是焊接工艺的需要。郑州大学化工设备设计研究所1026.焊接缺陷及防止6.3 余高l余高的危害n接头焊妥后，余高的工艺作用即完成，此后余高的存在将对容器的运行安全产生某些不利的影响。u日本试验：未保留余高的容器疲劳寿命与保留余高的相差2.12.5倍。u我国三层热套模拟容器的压力疲劳试验。l余高的存在破

50、坏了焊缝表面几何形状的连续性，会因外形突变产生附加弯矩，造成较高的局部应力。郑州大学化工设备设计研究所1036.焊接缺陷及防止6.3 余高l如果焊后采用修磨等方法将余高去除，不仅使焊缝外观与母材保持一致，消除了产生局部应力的根源，同时也消除了焊缝表面可能存在的各种焊接缺陷，因而要经过漫长的生核和缓慢的扩展过程，才可能产生疲劳断裂。郑州大学化工设备设计研究所1046.焊接缺陷及防止6.4 咬边l施焊时焊条（或焊丝）碰到母材将母材熔掉一块，即产生了咬边。l咬边一般位于焊缝好母材连接处、角焊缝的焊趾处或者坡口焊缝的熔合线处。l咬边也可能出现在单面焊接的坡口焊缝根部。l咬边通常由于焊接操作不恰当所致。