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1、7 承压设备焊接接头设计焊接接头由由焊缝金属属、热影响响区及相邻邻母材三部部分组成。在在压力容器器、锅炉和和管道等过过程设备中中,焊接接接头不仅是是重要的连连接元件,而而且与所连连接部件一一起承受工工作压力、其其它载荷、温温度和化学学腐蚀介质质的作用。焊焊接接头作作为整个受受压部件或或承压设备备不可分割割的组成部部分,对运运行可靠性性和工作寿寿命起着决决定性的影影响。因此此,焊接接接头的正确确设计对于于保证产品品的质量具具有十分重重要的意义义。71 焊接接头头设计基础础7.1.11 焊接接接头的基基本类型与与特点焊接接头主主要起两个个作用:一一是连接作作用,即把把被焊件连连成一个整整体;二是是
2、承力作用用,即承受受被焊工件件所受的载载荷。焊接接与被焊工工件并联的的接头,焊焊缝仅承担担很小的载载荷,即使使焊缝断裂裂,结构也也不会立即即失效,这这种接头中中的焊缝称称为联系焊焊缝,如图图71aa所示。焊焊缝与被焊焊工件串联联的接头,焊焊缝承受全全部载荷,一一旦焊缝断断裂,结构构会立即失失效,这种种焊缝称为为承载焊缝缝,如图771b所示。设设计时联系系焊缝不一一定要求焊焊透或全长长焊接,也也不必计算算焊缝强度度,而承载载焊缝必须须计算强度度,且必须须采用全熔熔透焊接。过过程设备中中常用的典典型焊接接接头类型有有对接接头头、T形或或十字接头头、搭接接接头和角接接接头等,如如图722所示。(a)
3、 (bb)图71 联系和和承载焊缝缝a)联系焊焊缝 b)承载载焊缝对接接头较较其它接头头受力状况况好,应力力集中程度度小,焊接接时易保证证质量,是是优先广泛泛应用的接接头。对于于不同厚度度的焊件,为为了保证焊焊透,大多多都要把焊焊件的对接接边缘加工工成各种形形式的坡口口。对接接接头焊前对对工件的边边缘加工和和装配要求求较高。通通常设备壳壳体上的纵纵、环焊缝缝均为对接接接头。T形及十字字形接头能能承受各种种方向的力力和力矩,其其接头亦有有不同类型型,有不焊焊透和焊透透的,有不不开坡口和和开坡口的的。不开坡坡口者通常常均为不焊焊透的,其其应力集中中很大,不不适用于重重载或动载载荷。开坡坡口焊透的的
4、T形或十十字形接头头其应力集集中显著减减小,适用用于承受动动载荷及重重载荷。接接管、人孔孔等与设备备壳体或封封头相连的的多为T形形或角接接接头。搭接接头的的应力分布布很不均,受受力状况不不好,疲劳劳强度较低低,不宜承承受动载荷荷。压力容容器上的补补强圈或支支座与壳体体和封头的的连接一般般为搭接接接头。搭接接头 T形和十十字形接头头 角接接头头图72 焊接接接头基本类类型角接接头是是两被焊件件端部间构构成大于330o,但小于于135oo夹角的接接头。其承承载能力与与其连接形形式和坡口口类型有关关。法兰、平平封头、管管板等与筒筒身和封头头的连接一一般为角接接接头。7.1.22 焊接接接头设计计的内
5、容与与准则焊接接头与与其它连接接形式,如如铆接、胀胀接和螺栓栓连接相比比具有令人人注目的优优点,如减减轻结构重重量,受力力均衡,制制造成本低低、生产周周期短等,但但也不可忽忽视其各区区组织不均均一性、性性能不均一一性和存在在各种焊接接缺陷等缺缺点。焊接结构设设计师尤其其应重视上上述缺点,从从设计上采采取有效的的措施,尽尽量克服或或减小其不不利的影响响,以确保保设备的可可靠性。焊接接头设设计的基本本内容为:确定接头头型式和位位置;设计坡口口形式和尺尺寸;制定对接接头质量的的具体要求求,如探伤伤要求等。接头设计的的基本准则则是:焊接接头头与母材的的等强性 等强性性的含意应应包括常温温、高温短短时强
6、度,高高温持久强强度,静载载和交变载载荷下的强强度。焊接接头头与母材的的等塑性 接头的的塑性与母母材的塑性性不同。接接头塑性主主要是指接接头在结构构中的整体体变形能力力,能经受受受压部件件在制造过过程中和运运行过程中中复杂的受受力条件。焊接接头头的工艺性性 焊接接接头应布布置在便于于施工,焊焊接和检查查(包括无无损探伤)的的部位,焊焊接坡口形形状和尺寸寸应适应所所采用的焊焊接工艺,具具有较高的的抗裂性并并能防止焊焊接变形,应应易于形成成全焊透的的焊缝并能能避免形成成其他焊接接缺陷。焊接接头头的经济性性 焊接接是一种消消耗能量和和优质焊材材的工艺过过程,故应应尽量减小小焊接接头头的数量,在在保证
7、接头头强度的前前提下减薄薄焊缝的厚厚度。在设设计焊接坡坡口形状时时,应在保保证工艺性性的前提下下,尽量减减小坡口的的倾角和截截面。对于于壁厚较薄薄的受压部部件应尽可可能采用不不开坡口的的先进焊接接工艺。7.1.33 焊接接接头设计计注意要点点在设计焊接接接头时,设设计人员一一般除了依依据上述基基本设计准准则,注意意正确合理理地选择焊焊接接头类类型,坡口口形状和尺尺寸外,还还必须注意意接头的可可焊到性、可可探伤性以以及为防止止或减小腐腐蚀等问题题。 接头的可可焊到性熔焊接头焊焊接时,为为保证获得得理想的接接头质量,必必须保证焊焊条、焊丝丝或电极能能方便地到到达欲焊部部位,这就就是熔焊接接头设计时
8、时要考虑的的可焊到性性问题。如如图733所示,左左边箭头所所指不便于于焊接,质质量难以保保证;中间间便于焊接接,但为角角焊缝,受受载时焊缝缝根部会产产生较大的的应力集中中;右边改改为对接焊焊缝,不但但便于焊接接,受力状状况好,而而且也便于于无损探伤伤检验。另另外,有的的结构只能能在一侧进进行焊接,另另一侧由于于空间狭小小无法进入入。例如各各类管道和和直径小于于500mmm的压力力容器,均均存在不能能由内侧施施焊的问题题;大直径径容器最后后组装的封封头与筒体体连接环焊焊缝,若无无人孔也无无法进入内内部焊接。这这种情况设设计时应注注意将坡口口开在外侧侧,便于在在外面进行行单面焊双双面成型工工艺。图
9、73 可焊到到性接头比比较尽可能改改善施焊环环境在注意可焊焊到性的同同时,还应应重视尽可可能地改善善焊接施工工的环境。对对于能在内内外两侧进进行焊接的的设备,应应注意在壳壳内进行焊焊接时大多多会有烟尘尘等有害气气氛的影响响,其焊接接环境较外外面差。特特别是在内内部空间狭狭小,排气气不良和预预热条件下下,其施焊焊环境就更更差,不但但有害焊工工健康,而而且对确保保焊接质量量也会产生生相当的不不利影响。为为此,可采采用内小外外大的双面面坡口或开开在外侧的的单面坡口口,使大部部焊接工作作量在外面面完成。同同时也要注注意尽可能能选择施焊焊环境好的的焊接方法法,如埋弧弧焊放出的的有害气体体较手工电电弧焊少
10、,又又没有明弧弧的有害作作用,劳动动强度也小小。接头的可可探伤性主要是指无无损探伤的的可能性与与方便性。焊焊接质量要要求越高的的接头越要要重视接头头的可探伤伤性,特别别是射线和和超声波的的可探伤性性。对于射射线探伤,探探伤前要根根据工件形形状和接头头形式来选选择照射方方向和底片片的安放位位置。一般般来说,对对接接头最最适于射线线探伤,通通常一次照照射即可;而T形接接头和角接接头的角焊焊缝有时需需从不同方方向多次照照射才不至至于漏检。图图74左左面所示接接头均不适适于X射线线探伤,而而改为右面面所示接头头就可以了了。其中图图a是压力容容器上的插插入式接管管角焊缝接接头,其焊焊缝的下方方即不能平平
11、放也不能能弯曲放置置胶片。图图b是平封头头与筒体之之间的连接接接头,图图b1不宜射射线探伤,图图b2虽有改改善,也不不合适,只只有图b33才适宜射射线探伤。图图c为T型接接头,图cc1不宜射射线探伤,图图c2才能进进行射线探探伤。从构构件截面过过渡考虑,图图d1过渡陡陡峭,使射射线探伤变变得困难,图图d2过滤平平缓,但局局部的壁厚厚差别仍会会影响探伤伤,图d33将接头移移到过渡段段以外,虽虽然加工复复杂,但最最宜于射线线探伤。图图e1是未熔熔透的对接接接头,由由于存在未未熔合间隙隙,不可能能进行探伤伤,只有图图e2那样的的熔透接头头,才可进进行射线探探伤。图ff为三通式式管接头,只只有如图ff
12、2那样设设计,才能能便于进行行射线探伤伤。插入式式接管接头头图g1,由于于厚度差别别加上空间间曲率,也也不宜进行行射线探伤伤,改成图图g2的形式式,射线探探伤就方便便了。 超声波波探伤对接接头检测面面要求具有有可接近性性和可移动动性。但是是,所有存存在间隙的的T型接头头和未熔透透的对接接接头,都不不能或者只只能有条件件地进行超超声波检测测。所以接接头的根部部处理与焊焊透是采用用超声波探探伤的先决决条件。此此外,对奥奥氏体不锈锈钢焊缝,目目前一般不不能采用超超声波探伤伤,按射线线探伤考虑虑即可。从缺陷扫查查、缺陷定定量定位以以及探伤的的可靠性出出发,超声声波探伤往往往要求尽尽量进行双双向探测,而
13、而且应有探探头移动区区。这是因因为有些缺缺陷从某个个方向进行行显示,要要比从另一一个方向显显示容易。因因此,对于于板厚不等等和管壁与与底座的对对接接头,应应该选择适适当的板(壁壁)厚过渡渡区。图75所所示压力容容器不等厚厚对接接头头和图76所示接接头焊缝超超声波探伤伤的探头移移动区最小小尺寸laa,可分别别参照表771和表表72确确定。图75 不同厚厚度对接接接头超声波波探伤的探探头移动区区l图76 几种压压力容器壳壳体焊接接接头超声波波探伤的探探头移动区区L表71 不同厚厚度对接接接头焊缝超超声波探伤伤移动区最最小尺寸ll板厚(mmm)10t2020t401.0t0.7t2t提高焊接接接头的
14、抗抗腐蚀性首先要对所所设计的结结构在给定定工况条件件下可能产产生的腐蚀蚀类型有个个确切了解解,在此基基础上有针针对性地正正确选择相相应的耐腐腐蚀结构材材料和焊接接材料。在在结构上要要避免在应应力集中和和高应力区区布置焊缝缝,尽量降降低对腐蚀蚀特别敏感感部位的刚刚度和避免免可能引起起过大残余余应力的结结合点或区区域,避免免图777所示妨碍碍液体流动动和排放的的不合理结结构死区。焊焊接时尽可可能采用对对接接头和和连续焊,而而不采用搭搭接接头和和间断焊,以以免形成缝缝隙加剧腐腐蚀。图77 防腐焊接接结构比较较72 压压力容器焊焊接接头设设计7.2.11 压力力容器焊接接接头的分分类锅炉锅筒、管管道和
15、各种种压力容器器均为受压压壳体,其其焊接接头头的结构和和要求具有有同类性。其其壳体上的的焊接接头头按受力状状态及所处处的部位可可分为A、BB、C、DD、E、FF六类,如如图788所示。其其中A、BB、C、DD四类均为为受压壳体体上直接承承受压力载载荷的接头头;E类是是非受压元元件与受压压壳体间的的接头,不不承受压力力载荷;FF类是受压压元件表面面上的堆焊焊接头,起起耐磨或防防腐蚀作用用,一般不不计入承压压厚度。图78 压力容容器壳体焊焊接接头分分类A类接头包包括圆柱形形壳体筒节节(包括接接管)的纵纵向接头,球球形容器和和凸形封头头瓜片之间间的对接接接头,球形形容器的环环向对接接接头及球形形封头
16、与筒筒体相接的的环向对接接接头,镶镶嵌式锻制制接管与筒筒体或封头头的对接接接头,大直直径焊接三三通支管与与母管相接接的对接接接头。B类接头系系指圆柱形形、锥形筒筒节间的环环向接头,接接管筒节间间及其高颈颈法兰相接接的环向对对接接头,除除球形封头头以外的各各种凸形封封头与筒身身相接的环环向接头。属于C类接接头的有法法兰、平封封头、端盖盖、管板与与筒身、封封头和接管管相连的角角接接头,内内凹封头与与筒身间的的搭接接头头以及多层层包扎容器器层板间的的纵向接头头等。D类接头是是指接管、人人孔、手孔孔、补强圈圈、凸绿与与筒身及封封头相接的的T形或角角接接头。E类接头包包括吊耳、支支撑、支座座及各种内内件
17、与筒身身或封头相相接的角接接接头。F类接头是是在筒身、封封头、接管管、法兰和和管板表面面上的堆焊焊接头。7.2.22 压力力容器焊接接接头的特特点与设计计要求上述压力容容器各类焊焊接接头,由由于其结构构型式和受受力状态不不同,其焊焊接和检验验等要求也也有所差异异。现作如如下重点分分析(1)A、BB类接头压力容器上上的A、BB类焊接接接头,主要要是壳体上上的纵、环环向对接接接头,是受受压壳体上上的主承力力焊接接头头。这类接接头要求采采用全焊透透结构,且且如图79a所示,应应尽量采用用双面焊的的全焊透对对接接头。如如因结构尺尺寸限制,只只能从单面面焊接时,也也可采用单单面坡口的的接头,但但必须保证
18、证能形成相相当于双面面焊的全焊焊透对接接接头。为此此,采用氩氩弧焊之类类的焊接工工艺完成全全熔透的打打底焊道,或或在焊缝背背面加衬板板来保焊缝缝根部完全全熔透或成成型良好,如如图799b、c所示。当对接接头头二侧壁厚厚不等且厚厚度差大于于较薄壳壁壁厚度的11/4或3mm时,则则应将较厚厚壳壁接头头边缘削薄薄。其斜度度至少为11:3。图79 压力容器焊接接头的坡口类型a) 双面对接焊接接头 b)氩弧焊封底的单面对接焊接接头 c)加衬垫的单面焊焊接接头为避免相邻邻焊接接头头焊接残余余应力的叠叠加和热影影响区的重重叠,压力力容器壳体体上的A类类或B类接接头之间的的距离至少少应为壁厚厚的3倍,且且不小
19、于1100mmm。同时不不应采用十十字焊缝,且且A、B类类接头及其其附近不得得开设管孔孔。若因管管子密集必必须开在AA、B类接接头上时,则则要对开孔孔部位焊缝缝作1000射线或或超声波探探伤,对超超标缺陷妥妥善处理后后再焊接接接管。容器器筒身和封封头上的AA、B类接接头均应布布置在不直直接受局部部弯曲应力力作用的部部位,(见见表433中序号44、8)。若受受压部件在在载荷作用用下发生弯弯曲而使焊焊缝根部受受到弯曲应应力作用,则则不应采用用单面对接接接头或直直角填角焊焊缝,如压压力容器筒筒体与凸形形封头间的的连接不允允许采用图图7100所示的角角焊缝,而而应采用对对接接头或或全熔透的的角接接头头
20、。 图7-10 筒体与与凸形封头头不允许采采用的连接接型式 图图711 法法兰与筒壳壳或接管连连接形式A、B类对对接接头均均应按GBB150的的有关规定定进行局部部或全部射射线或超声声波探伤检检查。其中中A类接头头中的圆筒筒纵焊缝还还应按GBB150的的要求作焊焊接试板,作作为焊接质质量的实际际见证,而而B类接头头则一般不不要求作焊焊接试板。(2)C类类接头C类接头以以用于法兰兰与筒身或或接管的连连接为最多多。法兰的的厚度是按按所加弯矩矩进行刚度度和强度计计算确定的的,因此比比壳体或接接管的壁厚厚大得多。对对于这类接接头不必要要求采用全全焊透接头头型式,而而允许采用用如图711所示示的局部焊焊
21、透的T形形接头,低低压容器中中的小直径径法兰甚至至可采用不不开坡口的的角焊缝连连接,但必必须在法兰兰内外二面面进行封焊焊,这样既既可防止法法兰的焊接接变形,又又可保证法法兰所要求求的刚度。对对于平封头头,管板与与筒身相接接的C类接接头,因工工作应力较较高,应力力状态较复复杂,应采采用图712a所示的全全焊透角接接接头或对对接接头,并并提出探伤伤要求,而而图7112b所示接头头不允许采采用。为减减小角焊缝缝焊趾部位位的应力集集中,角焊焊缝表面可可按要求加加工成圆角角,圆角半半径r最小为0.25倍筒筒壳或接管管壁厚,且且不小于44.5mmm。图7122平封头或或管板与筒筒壳间的连连接示例(3)D类
22、类接头在压力容器器和锅炉等等过程设备备中,D类类接头主要要是接管与与壳体和补补强图与壳壳体间的连连接焊缝,其其受力状况况差,且较较A、B类类接头复杂杂,在载荷荷作用下会会产生较大大的应力集集中。在壁壁厚较大时时,D类接接头的拘束束度相当大大,故焊接接残余应力力亦较大,易易产生裂纹纹之类的缺缺陷。对于于承受交变变载的压力力容器、低低温压力容容器、厚壁壁压力容器器和高强度度钢制压力力容器的不不利影响更更为显著。一一般情况下下,开孔直直径越大,对对容器安全全性的不利利影响也越越大,而且且接管与壳壳体的连接接结构不同同,其不利利影响程度度也不同。压压力容器中中常见的DD类接头型型式有插入入式接管TT形
23、接头,安安放式接管管和凸缘的的角接接头头等。其中中插入式接接管T形接接头又分为为带补强圈圈和不带补补强圈T形形接头等型型式。此处处我们仅以以插入式接接管T形接接头为例,对对其结构和和焊接要求求、工作可可靠性及适适用条件等等作简要说说明。接管壁厚厚的区别 当接管管壁厚大于于壳壁厚时时称为厚壁壁式接头,反反之为薄壁壁式接头。厚厚壁式接头头其接管区区的应力集集中系数显显著低于薄薄壁式,有有利于抗裂裂性的提高高,工作可可靠性大为为改善,适适用于较高高工作压力力和高强度度钢壳体。经经验表明,当当接管壁厚厚与壳体壁壁厚之比大大于2.33时,全焊焊透接管区区的应力集集中系数一一般均在22.5以下下。接管插入
24、入壳内程度度的区别 当接管管插入内端端部与壳内内壁齐平时时,称为平平头式接管管,而接管管插入端部部超过壳内内壁一定长长度时则称称为伸出式式接管(见见图4112)。在在接管壁厚厚相同时,伸伸出式较平平头式接管管的应力集集中要缓和和一些,抗抗裂性有一一定程度的的改善。带补强圈圈与不带补补强圈的区区别 补补强圈主要要用于对壳壳体开孔削削弱的补强强作用,但但同时也使使T形接头头的焊缝厚厚度约增加加了一倍。这这不仅加大大了焊接工工作量,且且还提高了了接头的拘拘束度,使使焊接缺陷陷的形成机机率明显增增高。这类类接头也无无法进行射射线或超声声波探伤检检查,焊接接质量较难难控制。同同时,补强强圈与壳体体间很难
25、做做到紧密贴贴合,在温温度较高时时二者间存存在较大的的热膨胀差差,使补强强区产生较较大的热应应力,抗疲疲劳性差。故故这种带补补强圈的结结构限用于于补强圈厚厚度1.5倍壳壁壁厚度或壳壳体名义厚厚度388mm和抗抗拉强度下下限b540MMPa的钢制压压力容器。超超出此限可可采用厚壁壁管代替补补强圈。图7133 插入入式接管TT型接头a)带补强强圈局部焊焊透伸入式式T型接头头; b)不带补补强圈局部部焊透伸入入式T型接接头;c)不带补补强圈全焊焊透平头式式角型接头头。带和不带补补强圈的TT形接头,均均具有开坡坡口与不开开坡口、单单面焊与双双面焊、全全焊透与局局部焊透和和接管端部部为平头式式与伸出式式
26、等不同结结构,设计计时应仔细细考虑这些些区别。图图7133仅为个别别结构示例例,详情可可参见GBB150附附录J。局部焊透透与全焊透透的区别 不论何何种型式的的接头,均均有局部焊焊透与全焊焊透两种情情况。其中中局部焊透透的接头在在其未焊透透处的焊缝缝根部会产产生较大的的应力集中中,也易于于形成裂纹纹等焊接缺缺陷,其工工作可靠性性不如全焊焊透结构好好。故这种种结构一般般仅适用于于中、低压压和无急剧剧温度梯度度的碳钢与与16MnnR之类强强度较低的的普通低合合金钢制压压力容器。长期的使用用经验证明明,在各种种型式的接接管接头中中,全焊透透的插入式式接管T形形接头工作作可靠性最最好,使用用寿命最长长
27、。这种结结构便于进进行超声波波探伤,可可以对接头头的焊接质质量进行有有效控制。设设计时若恰恰当地采用用厚壁接管管,使接头头在满足强强度要求的的同时具有有一定的柔柔性,减小小拘束度,则则接头的应应力集中系系数会进一一步降低,从从而使其工工作可靠性性更好。高高温高压容容器、低温温压力容器器和承受交交变载荷与与具有急剧剧温度梯度度的压力容容器,以及及低合金高高强度钢制制容器上直直径大于1100mmm的接管均均应采用这这种全焊透透T形接头头。对于承承受疲劳载载荷、低温温和抗拉强强度b540MPPa的钢制制压力容器器,还应将将接管端部部内棱角和和外表面角角焊缝加工工成圆角,以以便进一步步降低应力力集中系
28、数数。据国外现行行压力容器器规程规定定,插入式式接管的壁壁厚当超过过壳体厚度度的一半时时,应采用用全焊透的的T形接头头,但超过过壳体表面面的角焊缝缝厚度仅取取壳体厚度度的20或接管壁壁厚的100,且不不小于6mmm即可满满足强度要要求。因此此若仅从强强度角度来来看,没有有必要加大大此角焊缝缝的尺寸。相相反,角焊焊缝尺寸加加大不仅使使焊接工作作量增加,多多耗焊材,且且还会加剧剧接头残余余应力和热热影响区性性能的恶化化,最终导导致接头可可靠性降低低。对于各种DD类接头,设设计时应注注意按GBB150中中的有关规规定提出磁磁粉或其它它方式的表表面探伤要要求。(4)E类类接头支座和各种种内件等非非受压
29、元件件与受压壳壳体间相连连的E类接接头,一般般是采用搭搭接或角接接接头。支支座等元件件不承受介介质的压力力载荷,但但要承受重重量或其它它机械载荷荷,其接头头的焊接与与检验要求求可视元件件具体受力力情况区别别对待。例例如立式容容器裙座与与封头间的的搭接接头头(图714a、b)、对接接接头(图图7-144c、d)和和球罐与其其支柱间的的搭接接头头,除承受受设备和物物料的总重重外,还要要受到风与与地震等载载荷的作用用。其接头头必须采用用全焊透结结构,并保保证焊缝断断面有足够够的强度尺尺寸,同时时还应按有有关标准进进行严格控控制和检验验。图7144 裙座座与封头相相连的搭接接接头和对对接接头图7155
30、 承载载附件与壳壳体的连接接接头吊耳、支架架和角撑等等附件与壳壳体的连接接接头要承承受相当大大的支撑载载荷。这些些接头应采采用图715a所示双面面坡口的全全焊透角焊焊缝,其单单侧角焊缝缝的厚度应应为附件连连接厚度的的0.7倍,且且不小于66mm。而加加强筋之类类无强度要要求的连接接焊缝,则则可采用图图7155b所示的不不开坡口双双面角焊缝缝,其角焊焊缝的厚度度应等于附附件连接处处厚度的00.7倍且且不小于66mm。厚壁壳壳体上的EE类接头要要注意产生生层状撕裂裂的可能,特特别是当附附件与超过过100mmm的厚壁壁壳体相连连的焊缝,为为防止焊缝缝底部在厚厚壁壳上产产生层状撕撕裂,应按按图7115
31、c所示,在在壳体表面面的连接部部位加工出出一定深度度的凹槽,采采用塑性优优良的焊条条预堆焊至至与壳体表表面齐平,再再用砂轮将将堆焊表面面修磨平整整,最后将将附件与堆堆焊层相焊焊。若壳体体和附件材材料为低合合金钢,应应注意焊后后对焊缝作作表面磁粉粉探伤,对对发现的超超标缺陷,予予以修磨除除掉或作焊焊补。7.2.33 压力力容器焊接接接头坡口口设计压力容器和和锅炉等设设备中的焊焊接接头焊焊缝,当壁壁厚较大时时均应开设设坡口。其其目的是为为了使焊缝缝全部焊透透和减少或或避免焊接接缺陷,保保证焊接质质量。图7716所所示为对接接接头中常常用的几种种坡口形式式,其主要要结构参数数有坡口角角度,钝边高高度
32、p和根部间间隙b等。其中中的作用是是使焊条或或焊丝便于于伸到坡口口底部并作作必要的摆摆动或偏移移,以便获获得良好的的熔合,便便于脱渣和和清渣;纯纯边p的作用是是防止烧穿穿和熔化金金属流失;间隙b是为了保保证焊透。坡坡口的形状状和尺寸与与焊接方法法、焊接位位置、焊件件厚度、焊焊透要求、焊焊接变形的的大小以及及生产率和和经济等因因素有关。设设计师应全全面考虑这这些因素,设设计或选择择适宜的坡坡口形状和和尺寸。(1)坡口口形状和尺尺寸的主要要影响因素素单就操作作而言,坡坡口愈小,耗耗用焊接材材料愈少,生生产效率和和经济效益益愈高。因因为填充金金属的多少少直接取决决于坡口截截面,坡口口愈大,填填充金属
33、愈愈多,焊接接时间也就就越长。同同时大的坡坡口会引起起较大的焊焊接变形和和残余应力力,耗用矫矫正工时。焊接方法法首先决定定是否需要要开坡口,例例如电渣焊焊均不需开开坡口;手手工电弧焊焊由于其熔熔深较浅,厚厚度大于66mm的钢板板就要开坡坡口;而埋埋弧自动焊焊其熔深大大,24mmm以下钢钢板双面焊焊可以不开开坡口。坡坡口尺寸也也与焊接方方法有关,手手工电弧焊焊与气体保保护焊相比比,前者坡坡口角度应应大些。因因为手工电电弧焊的焊焊条较粗,且且焊缝表面面有较厚的的熔渣层,较较大的坡口口便于焊条条伸入坡口口底部,也也便于脱渣渣和清渣。气气体保护焊焊时焊缝表表面无熔渣渣,焊丝直直径也较小小,故坡口口角度
34、可开开小些。熔熔化极气体体保护焊的的V形坡口口角度一般般可取45550o,而手工工电弧焊的的V形坡口口角度一般般要60o。在焊接方方法一定时时,坡口的的形状和尺尺寸主要决决定于板厚厚的大小。板板厚由小到到大,应依依次分别采采用V形、XX形和U形形等坡口。这这样可以减减少焊接材材料用量,利利于控制焊焊接变形。焊件的材材料不同,对对坡口的形形状和尺寸寸要求也有有差异。例例如低碳钢钢对焊接热热循环不敏敏感,可以以采用高线线能量的焊焊接规范参参数,为便便于操作,坡坡口截面应应大些;而而铬镍奥氏氏体不锈钢钢,对焊接接热循环敏敏感性大,要要求采用小小线能量焊焊接,其坡坡口应尽量量小些,以以避免焊接接热的多
35、次次作用。又又如镍及镍镍合金焊接接时其溶池池液体粘度度较大,流流动性差,熔熔深浅,焊焊接过程中中易出现夹夹渣和末熔熔合等缺陷陷,故其坡坡口角度应应适当加大大,根部钝钝边适当减减小,其VV形坡口角角度一般为为8090o。(2)坡口口形状与尺尺寸的设计计焊接接头坡坡口的设计计或选择,主主要考虑的的原则是:保证焊透透;坡口易易于加工;尽可能地地节省填充充金属,提提高焊接生生产率;焊焊件产生的的变形和残残余应力尽尽可能地小小。对于低低碳钢和低低合金钢制制压力容器器等过程设设备的各种种焊接接头头,其手工工电弧焊,气气体保护焊焊和埋弧自自动焊的坡坡口形式及及尺寸,可可详见GBB985986和和GB1550
36、附录JJ。尽管不不同条件时时的坡口形形状和尺寸寸有所差异异,但选用用所遵循的的原则是一一致的。I形坡口口,即不开开坡口,留留有12mm间隙,如如图7116a所示。手手工电弧单单面焊板厚厚6mm以下和和双面焊112mm以下均均可采用II形坡口,而而埋弧自动动焊的单面面焊和双面面焊不开坡坡口时的板板厚分别为为12和244mm。但对对于要求全全熔透的重重要结构,手手工电弧焊焊在板厚33mm时就要要开坡口。图7166 常用用对接接头头坡口a不开坡坡口;bV形坡坡口;cX形坡坡口;d单U形形坡口;ee双U形形坡口单面V形形坡口,如如图7116b所示,用用于单面焊焊或背面清清根的双面面焊。其特特点是加工工
37、简易,但但易产生角角变形,且且在板厚较较大时耗用用焊接材料料较多。VV形坡口适适用于板厚厚7300mm。X形坡口口,如图7716cc所示,有有对称和非非对称两种种结构。与与单面V形形坡口相比比,在板厚厚相同时,XX形坡口可可减少填充充金属量约约1/2,且且焊后产生生的角变形形和残余应应力也较小小。所以XX形坡口适适用于12260mmm的较大大板厚或焊焊接变形要要求限制严严格的构件件。在压力力容器等设设备中,对对称形X形形坡口多用用于双面手手工电弧焊焊或埋弧自自动焊的壳壳体纵、环环焊缝,而而非对称XX形坡口则则适用于手手工电弧焊焊封底的单单面埋弧焊焊或双面埋埋弧自动焊焊。尽管非非对称X形形坡口不
38、如如对称形好好些,但下下列情况往往往还是采采用它:11)需要清清根的接头头,为使焊焊缝两面的的熔敷金属属量相等,清清根一面的的坡口要设设计得小一一些;2)不不可移动结结构必须仰仰焊时,为为减少仰焊焊金属熔敷敷量,仰焊焊一面的坡坡口应小一一些;3)为为防止清根根后产生根根部深沟槽槽,浅坡口口一侧的坡坡口角度应应大一些。在低、中压压容器设备备中,V形形和非对称称X形坡口口应用较多多。对于小小直径圆筒筒壳,内侧侧不能使用用埋弧自动动焊时,常常采用V形形坡口,内内侧用手工工电弧焊封封底。对于于通风不良良的容器,应应尽量减少少内部施焊焊的工作量量,为此可可采用内小小外大的非非对称X形形坡口。U形坡口口,
39、有单面面和双面UU形坡口两两种结构,如如图7116d、e所示。这这种坡口的的突出优点点是焊接材材料消耗少少,焊件变变形小,焊焊缝金属中中母材金属属所占比例例小,但加加工费用高高。故U形形坡口主要要用于板厚厚大的重要要构件,如如高压厚壁壁容器与高高压锅炉等等的焊接接接头。手工工电弧焊时时,板厚220600mm可采用用单面U形形坡口,埋埋弧自动焊焊时,板厚厚401160mmm可视情况况采用单面面或双面UU形坡口。7.3 焊缝在图图纸上的标标注方法在技术图纸纸和有关技技术文件中中,焊缝通通常用图示示法和焊缝缝符号法标标注。前者者较为简明明直观,过过程设备多多采用此种种方法标注注;后者是是用规定的的符
40、号表示示,这种方方法要求熟熟悉有关的的焊缝符号号。(1) 焊缝的图示示法图示法是用用视图、剖剖视或剖面面图表示焊焊缝的结构构尺寸图117 焊缝透视画法焊缝视图的的画法如图图117所示示。图中表表示焊缝的的一系列细细实线段允允许用徒手手绘制,如如图a、cc;也允许许采用粗实实线表示焊焊缝,如图图b。但在在同一图样样中,只允允许采用一一种画法。在在表示焊缝缝端面的视视图中,通通常用粗实实线绘出焊焊缝的轮廓廓,必要时时可用细实实线同时画画出坡口形形状等,如如图718a所所示。在剖剖视图或剖剖面图上,通通常将焊缝缝涂黑,如如图718b所所示,若同同时需要表表示坡口等等的形状,可可按图718c所所示绘制
41、。必必要时可将将焊缝部位位局部放大大并标注焊焊缝尺寸或或数字,如如图719所示示,这就是是焊缝的局局部放大图图。图718 焊缝端面视图、剖视图和剖面图的画法(2) 焊缝的符号号表示法图719焊缝放大图这种方法是是使用统一一的符号或或代号来表表示焊缝的的结构。这这些符号和和代号分别别由国家标标准GB332488焊焊缝符号表表示法和和GB5118585金金属焊接及及钎焊方法法在图样上上的表示代代号规定定。这两个个标准与国国际标准IISO2555384焊焊缝在图样样上的表示示方法等等基本相同同,便于国国际交流。采采用符号表表示法可使使制图简化化,但要掌掌握各种符符号的意义义。焊接方法法代号与焊焊缝代
42、号 GB11585规规定了用数数字表示的的各种焊接接方法的代代号。常用用的有:手手工电弧焊焊111;丝极埋弧弧焊1222;熔化极极氩弧焊1131;钨钨极氩弧焊焊141;大电流等等离子焊1151;电电渣焊722标注方法法GB3244中规定的的焊缝符号号包括基本本符号、辅辅助符号、补补充符号和和焊缝尺寸寸符号。其其焊缝尺寸寸符号主要要有:焊缝缝长度l;焊缝宽度度c;焊缝缝段数n;焊缝间距距k;相同同焊缝数量量符号n等等。图720 焊缝符号的指引线基本符号是是表示焊缝缝截面形状状的符号。图图纸上焊缝缝标注一般般由基本符符号与指引引线组成;必要时加加上辅助符符号和其它它符号。辅辅助符号表表示焊缝表表面
43、形状特特征,在对对焊缝表面面有特殊要要求时采用用。补充符符号是说明明焊缝某些些特征用的的,如封底底焊缝加垫垫板等。部部分基本符符号和其它它符号如表表73至表776所示。指引线指引线是用用以表示指指引焊缝位位置的符号号,如图7720所示示。它是由由箭头线和和两条基准准线(一条条实线和一一条虚线)两两部分组成成,基准线线应与主标标题栏平行行,基准线线的虚线可可以画在基基准实线的的下侧或上上侧,箭头头线应指到到有关焊缝缝处,需要要时可在实实现末端加加一尾部,作作为标注焊焊接工艺方方法等其它它内容。GB3244和GB55185中中均对焊缝缝符号与焊焊接方法代代号的标注注列举了大大量的标注注事例。其其标
44、注的基基本原则是是:焊缝横横断面上的的尺寸标在在基本符号号的左侧;焊缝长度度方向的尺尺寸标注在在基本符号号的右侧;坡口角度度、坡口间间隙等尺寸寸标注在基基本符号的的上侧或下下侧;相同同数量焊缝缝的数量和和焊接方法法代号标在在指引线的的尾部。图721 焊缝符号和焊接方法代号的标注示例图719 焊缝的局部放大图焊缝符号和和焊接方法法代号的标标注举例如如图721所示示。其中aa表示T型型接头交错错断续角焊焊缝,焊角角尺寸为55mm,相相邻焊缝的的间距为330mm,焊焊缝段数为为35,每每段焊缝长长度为500mm。bb表示对焊焊接接头周周围焊缝,由由埋弧焊焊焊成的V型型焊缝在箭箭头一侧,要要求焊缝表表
45、面平齐;由于弧焊焊焊成的封封底焊缝在在非箭头一一侧,也要要求焊接表表面平齐。表75 补充符号表76 焊缝尺寸符号学习提示题题1按照结结构,压力力容器设备备中有哪几几种型式焊焊接接头,各各有哪些特特点?2焊接接接头设计的的主要内容容和原则是是什么?3压力容容器焊接接接头设计有有哪些注意意要点?压压力容器壳壳体焊接接接头有哪些些要注意可可探伤性?其可探伤伤性如何改改进?4按照所所处部位、结结构形式、受受力状态和和探伤要求求说明压力力容器上AA、BF各类焊焊接接头的的特点与焊焊接要求。5试从加加工、焊接接变形、焊焊透性、焊焊接材料消消耗和应用用等方面比比较I、VV、X和UU形坡口的的区别。6. 焊缝缝在图纸上上有哪几种种标示方法法?如何标标注?应用思考题题图7222所示卧式式贮罐,其其直径为11200mmm,壁厚厚为16mmm,材料料为16MMnR。10886接管为110号钢,支支座为Q2235AA。操作时时压力在003.00MPa间间每天波动动一次。18处处各属何类类焊接接头头?试合理理分别设计计其坡口形形式,并画画出剖面示示意图。分析各接接头焊接中中的有利与与不利因素素,提出适适宜的焊接接方法和相相应的焊接接材料。各接头中中何者焊接接质量较难难控制?为为什么?试试提出保证证质量的相相应工艺措措施。哪些接头头需要进行行无损探伤伤?应采用用什么探伤伤方法?图722 卧式储罐21
限制150内