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1、7 承压设备焊接接头设计 焊缝金属焊缝金属 热影响区热影响区 相邻母材相邻母材 对承压设备的运行可靠性和工作寿命起着决对承压设备的运行可靠性和工作寿命起着决定性的影响定性的影响,对于保证产品的质量具有十分重要的对于保证产品的质量具有十分重要的意义。意义。7.1 设计基础设计基础7.1.1 基本类型与特点基本类型与特点 作用：连接作用：连接 承力承力 类型类型:联系焊缝联系焊缝 与被焊工件并联与被焊工件并联,焊缝承担载荷焊缝承担载荷很小很小,焊缝断裂焊缝断裂,不导致结构立即失效不导致结构立即失效.不一定要求不一定要求2022/10/27 焊透或全长焊接，不必计算强度焊透或全长焊接，不必计算强度
2、承载焊缝承载焊缝 与被焊工件串联与被焊工件串联,焊缝承受全部焊缝承受全部载荷载荷,断裂将使结构立即失效断裂将使结构立即失效.必须采用全熔透焊必须采用全熔透焊接接,必须计算强度必须计算强度 过程设备中常用的典型焊接接头过程设备中常用的典型焊接接头 对接接头对接接头 受力状况好受力状况好,应力集中小应力集中小,焊接易焊接易保证质量保证质量.多用于环、纵焊缝多用于环、纵焊缝 2022/10/27 T T形及十字接头形及十字接头 能承受各种方向的力和能承受各种方向的力和力矩力矩.不开坡口的不焊透不开坡口的不焊透,应力集中应力集中,开坡口的开坡口的应力集中应力集中.适用于接管、人孔等与设备壳体或适用于接
3、管、人孔等与设备壳体或封头相连的焊缝封头相连的焊缝 搭接接头搭接接头 应力分布不均应力分布不均,受力状况不好受力状况不好,疲劳强度低疲劳强度低.常用于补强圈或支座与壳体和封头常用于补强圈或支座与壳体和封头的连接焊缝的连接焊缝 角接接头角接接头 两被焊件端部间夹角两被焊件端部间夹角3030135135的接头的接头.用于法兰、平封头、管板等与筒用于法兰、平封头、管板等与筒身和封头的连接身和封头的连接焊缝焊缝7.1.2 焊接接头设计的内容与准则焊接接头设计的内容与准则 基本内容基本内容2022/10/27 确定接头形式和位置确定接头形式和位置;设计坡口形式和尺寸设计坡口形式和尺寸;制定对接头质量的具
4、体要求制定对接头质量的具体要求 基本准则基本准则 焊接接头与母材的等强性焊接接头与母材的等强性 焊接接头与母材的等塑性焊接接头与母材的等塑性 焊接接头的工艺性焊接接头的工艺性 焊接接头的经济性焊接接头的经济性7.1.3 7.1.3 设计要点设计要点 (1)(1)接头的可焊到性接头的可焊到性 可焊到性可焊到性必须保证焊条、焊丝等能方便地必须保证焊条、焊丝等能方便地达到欲焊部位达到欲焊部位 2022/10/27 (2)(2)尽可能改善施焊环境尽可能改善施焊环境 (3)(3)接头的可探伤性接头的可探伤性 指无损探伤的可能性与方便性指无损探伤的可能性与方便性 对接接头最适于射线探伤对接接头最适于射线探
5、伤,通常一次照射即可通常一次照射即可;T T形接头、角接头需从不同方向多次照射才形接头、角接头需从不同方向多次照射才不至于漏检不至于漏检2022/10/27 2022/10/27 2022/10/27 2022/10/27 超声波探伤对接头检测面要求具有可接超声波探伤对接头检测面要求具有可接近性和可移动性近性和可移动性 存在间隙的存在间隙的T T接头和未熔透的对接接头接头和未熔透的对接接头,不能或者只能有条件地进行超声波检测不能或者只能有条件地进行超声波检测 接头的根部处理与焊透是采用超声波探接头的根部处理与焊透是采用超声波探伤的先决条件伤的先决条件 奥氏体不锈钢焊缝，不能采用超声波探奥氏体不
6、锈钢焊缝，不能采用超声波探伤伤 对于板厚不等和管壁与底座的对接接头对于板厚不等和管壁与底座的对接接头,应应该选择适当的板该选择适当的板(壁壁)厚过渡区厚过渡区 探头移动区最小尺寸探头移动区最小尺寸 (见图见图7-5,7-6,7-5,7-6,表表7-1)7-1)2022/10/27 (4)(4)提高焊接接头的抗腐蚀性提高焊接接头的抗腐蚀性 材料材料:耐腐蚀的焊接材料耐腐蚀的焊接材料 结构结构:避免在应力集中和高应力区布置焊缝避免在应力集中和高应力区布置焊缝 降低对腐蚀敏感部位的刚度降低对腐蚀敏感部位的刚度 避免可能能引起过大残余应力的结合避免可能能引起过大残余应力的结合 点或区域点或区域2022
7、/10/277.2 7.2 压力容器焊接接头设计压力容器焊接接头设计7.2.1 7.2.1 焊接接头的分类焊接接头的分类 2022/10/27 A A、B B、C C、D D类类 受压壳体上直接承受压受压壳体上直接承受压力载荷的接头力载荷的接头.E E类类 非受压元件与受压壳体间的接头非受压元件与受压壳体间的接头,不不承受压力载荷承受压力载荷 F F类类 受压元件表面上的堆焊接头受压元件表面上的堆焊接头,起耐磨起耐磨或防腐蚀作用或防腐蚀作用7.2.2 7.2.2 焊接接头的特点与设计要求焊接接头的特点与设计要求 (1)A(1)A、B B类接头类接头 受压壳体的主承力焊接接头受压壳体的主承力焊接
8、接头,要求要求:应应采用采用双面焊的全焊透对接会头或相当于双面焊的全焊透对接会头或相当于双面焊的全焊透对接接头双面焊的全焊透对接接头 接头两侧壁厚差接头两侧壁厚差 较薄的较薄的1/41/4或或3mm,3mm,较厚避较厚避2022/10/27应削薄应削薄,斜度至少斜度至少1:31:32022/10/27 接头之间的距离至少应为壁厚的接头之间的距离至少应为壁厚的3 3倍，且倍，且100mm100mm 不得采用十字焊缝，接头附近不应开设不得采用十字焊缝，接头附近不应开设管孔（若不得不开设，则必须管孔（若不得不开设，则必须100%100%探伤）探伤）焊缝根部受到弯曲应力作用时不应采用焊缝根部受到弯曲应
9、力作用时不应采用单面对接接头或直角填角焊缝单面对接接头或直角填角焊缝 应做应做20%20%或或100%100%无损探伤无损探伤 (2)C (2)C类接头类接头 主要用于法兰与筒身或接管的连接主要用于法兰与筒身或接管的连接 接头不必要求采用全焊透接头形式，而允许接头不必要求采用全焊透接头形式，而允许采用局部焊透的采用局部焊透的T T形接头形接头 用于平封头、管板与筒身相接时，应采用全用于平封头、管板与筒身相接时，应采用全2022/10/27焊透脚接接头或对接接头，如下图所示焊透脚接接头或对接接头，如下图所示2022/10/27(3)D(3)D类接头类接头 主要用于接管与壳体和补强圈与壳体间的连主
10、要用于接管与壳体和补强圈与壳体间的连接焊缝接焊缝 受力状况差，较受力状况差，较A A、B B类接头复杂，在载荷作类接头复杂，在载荷作用下会产生较大的应力集中，焊接残余应力亦较用下会产生较大的应力集中，焊接残余应力亦较大，易产生裂纹之类的缺陷大，易产生裂纹之类的缺陷 常见的常见的D D类接头形式有：类接头形式有：插入式接管插入式接管T T形接头、安放式接管和凸缘的形接头、安放式接管和凸缘的角接接头等。角接接头等。结构和焊接要求结构和焊接要求 接管壁厚的区别接管壁厚的区别 厚壁优于薄壁厚壁优于薄壁 接管插人壳内程度的区别接管插人壳内程度的区别 内伸优于平头内伸优于平头2022/10/27 带补强圈
11、与不带补强圈的区别带补强圈与不带补强圈的区别 局部焊透与全焊透的区别局部焊透与全焊透的区别 全焊透优于全焊透优于局部焊透局部焊透 (4)E (4)E类接头类接头 支座和各种内件等非受压元件与受压壳体间支座和各种内件等非受压元件与受压壳体间相连的接头相连的接头 一般是采用搭接或角接接头一般是采用搭接或角接接头 受到风与地震以及支承等载荷的作用时接头受到风与地震以及支承等载荷的作用时接头必须采用全焊透结构必须采用全焊透结构2022/10/277.2.3 7.2.3 压力容器焊接接头坡口设计压力容器焊接接头坡口设计 目的：使焊缝全部焊透和减少或避免焊接缺目的：使焊缝全部焊透和减少或避免焊接缺陷，保证
12、焊接质量陷，保证焊接质量 形式：如下图形式：如下图2022/10/27 主要结构参数：主要结构参数：坡口角度坡口角度 作用是使焊条或焊丝便于作用是使焊条或焊丝便于伸到坡口底部并作必要的摆动或便移，以便获得伸到坡口底部并作必要的摆动或便移，以便获得良好的熔合，便于脱渣和清渣良好的熔合，便于脱渣和清渣 钝边高度钝边高度 p 作用是防止烧穿和熔化作用是防止烧穿和熔化金属流失金属流失 根部间隙根部间隙 b b 作用是为了保证焊透作用是为了保证焊透 (1)(1)坡口形状和尺寸的主要影陶因素坡口形状和尺寸的主要影陶因素 坡口坡口耗用焊材耗用焊材，效率和经济效益，效率和经济效益 手工焊手工焊6mm6mm应开
13、坡口应开坡口;埋弧焊埋弧焊24mm,24mm,双面焊可不开坡口双面焊可不开坡口.电渣焊可不开坡口电渣焊可不开坡口 坡口角度坡口角度 V V形形45459090视焊接方法和视焊接方法和母材的不同而取不同角度母材的不同而取不同角度2022/10/27 根据板厚由小到大，应依次分别采用根据板厚由小到大，应依次分别采用V V形、形、X X形和形和U U形等坡口形等坡口 根据焊件的材料不同，坡口的形状和尺根据焊件的材料不同，坡口的形状和尺寸要求不同寸要求不同,低碳钢坡口截面应大些；而铬镍奥低碳钢坡口截面应大些；而铬镍奥氏体不锈钢，其坡口应尽量小些氏体不锈钢，其坡口应尽量小些 (2)(2)坡口形状与尺寸的
14、设计坡口形状与尺寸的设计 应遵循的原则：保证焊透；坡口易于加工；应遵循的原则：保证焊透；坡口易于加工；尽可能地节省填充金属，提高焊接生产率；焊件尽可能地节省填充金属，提高焊接生产率；焊件产生的变形和残余应力尽可能地小产生的变形和残余应力尽可能地小 形坡口，即不开坡口，留有形坡口，即不开坡口，留有1 12mm2mm，手，手工单面焊板厚工单面焊板厚6mm6mm和双面焊和双面焊12mm12mm可采用可采用坡口坡口;埋弧焊的单面焊和双面焊不开坡口的板厚分别为埋弧焊的单面焊和双面焊不开坡口的板厚分别为12mm12mm和和24mm24mm2022/10/27 单面单面V V形坡口形坡口 用于单面焊或背面清
15、根的用于单面焊或背面清根的双面焊双面焊,加工简单加工简单,易产生角变形易产生角变形.板厚较大时耗板厚较大时耗用焊接材料较多用焊接材料较多.适用于板厚适用于板厚8 830mm30mm。X X形坡口形坡口 金属填充量少金属填充量少,焊后产生的角焊后产生的角变形和残余应较小变形和残余应较小.适用于适用于121260mm60mm的较大板厚的较大板厚或焊接变形要求限制严格的构件或焊接变形要求限制严格的构件,多用于双面手多用于双面手工电弧焊或埋弧自动焊的壳体纵、环焊缝工电弧焊或埋弧自动焊的壳体纵、环焊缝.U U形坡口形坡口 焊接材料消耗少焊接材料消耗少,变形小变形小,加工加工费用高费用高,主要由于板厚大的重要构件主要由于板厚大的重要构件.手工焊手工焊=202060mm;60mm;埋弧焊埋弧焊=40=40160mm160mm时可采用单面或时可采用单面或双面双面U U形坡口形坡口焊缝的标注方法焊缝的标注方法(略略,自学自学)2022/10/27