壓力容器焊縫及其結(jié)構(gòu)設計

1、 壓力容器焊縫及其結(jié)構(gòu)設計摘要：壓力容器破裂的主要原因是焊接質(zhì)量低劣，指出了影響焊縫質(zhì)量的因素，論述了焊縫結(jié)構(gòu)設計基礎及焊縫設計應注意的問題。關(guān)鍵詞： 焊縫結(jié)構(gòu) 焊縫裂紋 手工電弧焊埋弧 自動焊壓力容器成報采用電焊，導致壓力容器破壞的主要原因是焊縫質(zhì)量低劣。根據(jù)國內(nèi)外壓力容器事故分析，因裂紋而導致事故占總事故的50%一89，英國因裂紋造成的事故占89，中國因裂紋造成的事故占50（因焊縫裂紋造成的事故占375）。因此，提高壓力容器焊接質(zhì)量是確保壓力容器安全運行的重要環(huán)節(jié)。本文就影響焊縫質(zhì)量的因素及焊縫設計應注意的一些問題做了探討。1 影響焊縫質(zhì)量的因素 11 設計因素設計人員往往只注意焊條、焊絲

2、、焊劑及對接手工電弧焊和埋弧自動焊的坡口形式及尺寸一樣，實際上，焊接工藝不同對坡口形式和尺寸影響很大。當容器壁厚S76mm時，正確的做法是U、V形?？陔p面手工焊如圖1b所示，U、V形玻口正面埋弧自動焊背面手工電弧焊焊縫系數(shù)。設計院除特殊工況（疲勞、低溫、大的溫度梯度、毒性極度危害介質(zhì)等）對殼體焊縫作說明外，一般只畫節(jié)點圖或標注焊接結(jié)構(gòu)序號，不作是否焊透或檢驗要求等說明。忽略了如何設計出接管與殼體焊縫形式、幾何尺寸，對焊接工藝缺乏了解。某氮肥廠氨合成塔圖紙，對接焊縫的設計見。合成塔外殼設計壓力P 157MPa，T200，1200mmx76mm（l10x6）多層卷板。技術(shù)要求欄注明焊接材料J507

3、，焊絲16MoSi焊劑250。另外，對多層包扎高壓容器特別強調(diào)；內(nèi)筒A類焊縫全焊透，焊后做消除殘余應力熱處理，外觀檢查合格后進行100的RT或UT檢驗，外表面做機加工孬修磨平滑；層板包扎前應清除鐵銹、油污和影響貼合的雜物；下層包扎前將前一層C類焊縫磨平滑，各層C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(guī)程按圖樣要求和評定合格的焊接工藝制定。圖紙的坡口應當合理準確。12 焊接坡口的形狀和尺寸主要取決于材料和焊接工藝焊接不同材料，焊縫?？诘男螤詈统叽缫灿胁町?。如普通碳鋼由于焊接熱不敏感，可采用高線能焊接規(guī)范，?？诮孛鎽敶笮?；焊鎳、鉻不銹鋼時，坡日截面應當小些，因這種材料焊接熱敏感，

4、應采用低線能焊接，并且避免焊熱的多次作用。焊縫坡口的形狀和尺寸與焊接方法有關(guān)。手工電弧焊由于熔深較淺，6mm以上的鋼板就需開V形坡口；而埋弧自動焊具有深熔的特點，20mm以下的鋼板可以不開坡口。又如手工電弧焊與氣體保護焊相比，前者的開口角度較大些。這是因為手工電弧焊的焊條直徑較粗，焊縫表面覆蓋較厚的熔渣層，較大的?？谀苁购笚l伸入坡回底部，便于脫渣。氣體保護焊焊縫表面無熔渣，焊絲直徑較細，故可采用張角較小的坡口。熔化氣體保護電弧焊的V形坡口一般為45一500，而手工電弧焊V形坡口大于600。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(guān)，V、X形坡口用半自動切割機即可制備，其缺點是填充

5、金屬較多，焊接效率較低。U形坡口與V形坡口相比，坡回容積較小。U形坡口的側(cè)面斜度取決于焊接方法，手工電弧焊和熔化極氣體保護焊可取25o，埋弧焊51O0范圍內(nèi)。13 自覺遵守焊接規(guī)范，提高焊工的焊接技術(shù)和知識水平。14 制造廠應有全過程的質(zhì)量保證體系對焊工要求持證上崗，在規(guī)定部位打上焊工鋼印。焊材應保存在相對濕度不大于60的庫里。施工環(huán)境：風速對手工焊不大于10ms；對氣體保護焊不大于2ms；相對濕度不大于90，雨、雪天不施焊。焊接工藝按“壓力容器焊接工藝評定”進行焊接工藝評定，焊接工藝規(guī)程應按圖樣要求和評定合格的焊接工藝制定。焊縫外觀不允許有裂紋、夾渣與孔、弧坑和熔渣等。焊前預熱：施焊處100

6、mm范圍內(nèi)預熱匕左右；焊件溫度低于O 0時必須預熱。質(zhì)量保證體系的每個環(huán)節(jié)都有文字記錄。2 焊縫結(jié)構(gòu)設計21 焊縫結(jié)構(gòu)設計基礎焊縫的設計是在等強度的基礎上，即焊縫與相鄰母村具有相同的強度。一般不需要使用大于規(guī)范圖中所示的焊縫尺寸。22 焊縫結(jié)構(gòu)設計221 焊縫坡口設計坡口及間隙對焊縫質(zhì)量有直接影響，因此，應提高坡口尺寸的精度。圖紙上焊接接頭的形式可采用序號、標準代號、節(jié)點圖3種表示方法中任意一種，當采用前兩種方式時，必須注明標準號和名稱。某設計院三類壓力容器圖紙上技術(shù)要求欄中：焊接材料J507，對接焊縫代號標準見節(jié)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2a

7、所示。正確的做法是應在裝配圖中，分別畫出環(huán)焊縫、縱焊縫詳細節(jié)點圖。焊縫?？诔叽绮煌暾?、不準確，制造廠按照圖施工，故難以保證焊接質(zhì)量。222 接管與簡體的焊接美國ASME規(guī)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），而不是在次簿膜應力上取最大的安全系數(shù)，不管局部應力集中。所以，有效降低應力集中值是設計接管與容器間焊縫時應特別重視的問題。一部分設計人員對接管與簡體間焊縫不夠重視（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下面原則：a焊接接頭的強度不低于母村標準規(guī)定的抗拉強度下限。b合理選擇?？诮嵌取⑩g邊高、根部間隙等結(jié)構(gòu)

8、尺寸，使之有利于?？诩庸ぜ昂竿?，以減少各種焊接時產(chǎn)生缺陷。c.焊縫表示應完整、準確。當以標準代號標志焊縫形式時，在引出線尾部分叉處應標注接頭序號、是否焊透、鏟根要求、檢驗方法等。在同種工況下，接管的直徑及受力不同，應選擇不同焊縫結(jié)構(gòu)。美國ASME規(guī)范應力分析篇提出，不受外載的接頭、儀表接管、檢查孔等可采用部分焊透或填角焊縫。我國的壓力容器焊接規(guī)范在這方面未有明確規(guī)定。某設計院的一類容器圖紙，接管風N1、N2、N3、N4、N5分別為250、50、200、25、20規(guī)，接術(shù)要求：接管與筒體焊接見書點圖，這種焊縫結(jié)構(gòu)對直徑小的接管，尤其對O），25mmx3mm接管是很不合理的。因為簡體與接管壁厚相差4倍，填角焊縫高10mm，焊縫余高6mm，焊縫的金屬量太多，使接管產(chǎn)生過熱甚至焊穿。另外，從焊縫設計等強度理論，也不需要這種結(jié)構(gòu)。3 結(jié)束語壓力容器的焊接質(zhì)量是個系統(tǒng)工程，在我國跨過設計和制造兩個獨立的體系，因此在抓設計質(zhì)量的同時也要抓制造質(zhì)量。設計者應學習于解制造、焊接方面的知識，以便根據(jù)不同材料、不同焊接