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1、压力容器焊接技术要求 概述 1 焊接是压力容器制造的重要工序 焊接质量在很大程度上决定了压力容器的制造质量 2 影响焊接质量包含诸多方面内容 焊接接头尺寸偏差 焊缝外观 焊接缺陷 焊接应力与变形 以及焊接接头的使用性能等 3 容器产品的设计是获得性能优良的焊接接头的基础 焊接母材的 焊接坡口形式 焊接位置 焊材 无损检测 焊后热处理等的选择 直接关系到焊接质量 一 压力容器焊接的基本概念 1 焊缝形式与接头形式 从焊接角度看 容器是由母材和焊接接头组成的 焊缝是焊接接头的组成部分 焊缝有 种 对接焊缝 角焊缝 端接焊缝 塞焊缝和槽焊缝 焊接接头有12种 对接接头 型接头 十字接头 搭接接头 角
2、接接头等 2 焊缝区 熔合区和热影响区 3 焊接性能 焊接工艺评定和焊接工艺规程 压力容器焊接的三个重要环节焊接性能是焊接工艺评定的基础 焊接工艺评定是焊接工艺规程的依据 焊接工艺规程是确保压力容器焊接质量的行动准则 3 1 焊接性能 材料对焊接加工的适应性和使用可靠性 3 2 焊接工艺因素 重要因素 补加因素 次要因素 3 3 焊接工艺评定 JB4708 钢制压力容器焊接工艺评定 JB T4734 铝制焊接容器 JB T4745 钛制焊接容器 3 4 焊接工艺规程 二 常用焊接方法及特点 1 手工电弧焊 SMAW 2 埋弧焊 SAW 3 钨极气体保护焊 GTAW 4 熔化极气体保护焊 GMA
3、W 5 药芯焊丝电弧焊 FCAW 6 等离子弧焊 PAW 7 电渣焊 ESW 三 焊接材料 按JB T4709选用焊材 1 焊条 GB T983 不锈钢焊条 GB T5177 碳钢焊条 2 焊丝3 焊剂4 保护气体 四 压力容器焊接设计 焊接设计是压力容器设计的一个重要组成部分 包括 钢材 焊接方法 焊接材料 焊接坡口 焊接接头形式 预热 层间温度 后热 焊后热处理以及检验 检测等 压力容器焊接设计的原则 1 选用焊接性能良好的材料 2 尽量减少焊接工作量 3 合理分布焊缝 4 焊接施工及焊接检验方便 5 有利于生产组织和管理 四 压力容器焊接设计 1 焊接方法选用 质量可靠 生产效率高 成本
4、低 2 焊接材料选用 焊缝金属力学性能应高于或等于相应母材标准规定值下限 依据JB T4709选用 3 焊接坡口设计 GB T985 88 气焊 手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 GB T986 88 埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 HG20583 98 钢制化工容器结构设计规定 GB150 GB151 封头 管法兰 容器法兰 吊耳 容器支座等标准规定的焊接坡口 四 压力容器焊接设计 4 焊接接头设计 压力容器结构设计时应遵循的原则 1 保证接头满足使用要求 2 施焊 无损检测操作容易 焊接应力小 变形小 3 接头加工容易 经济性好 4 焊接接头设计应符合焊接接头系数规定 5 预
5、热 层间温度和后热预热可以降低焊接接头冷却速度 防止母材和热影响区产生裂纹 降低焊接区的残余应力 但会恶化劳动条件 要认真对待 后热的目的是加快焊接接头中氢的逸出 是防止冷裂纹的有效措施 后热温度与钢材有关 并应在焊后立即进行 五 有关标准对焊接的要求 1 组成压力容器的不同材料 不同形状的零部件 主要是靠焊接方法装配的 与母材相比焊接接头是压力容器壳体的薄弱环节 因此标准规范对焊接给予极大的关注 提出了多方面的技术要求 主要包括如下几方面 a 焊接试板接头的力学性能 产品焊接试板 b 焊接接头的外观与形状尺寸偏差 c 焊接缺陷 五 有关标准对焊接的要求 2 产品焊接试板2 1 按台制备产品焊
6、接试板的条件容器的设计温度 设计温度低于或等于 20 容器的材料 Rm 540MPa钢和Cr Mo低合金钢工作介质 盛装毒性为极度或高度危害介质2 2 以批代台制备试板的条件对于Q235 B Q235 C 20R 16MnR以及不锈钢等材料制造的容器 不要求按台制备试板 注 五 有关标准对焊接的要求 2 3制备产品试板的要求试板对产品焊接接头的代表性 应真实 可信 措施 对试板用材 焊工 施焊条件 焊接工艺 热处理 试板所处部位进行严格规定 2 4产品试板的检验与评定按JB4744 2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验 进行 2 5产品试板检验不合格的处理 五 有关标准对焊接的要求
7、 3 焊缝外观3 1 对口错边 A 1 4 e 且 3mm B 1 4 e 且 5mm 注 3 2 棱角度 e 10 2 mm 且 5mm 3 3 不等厚板材对接 削薄处理注 3 4 焊缝余高 3 4 1 作用 保温 缓冷与正火作用 焊接工艺的需要 3 4 2 危害 筒体表面外形突变 产生附加弯矩 造成较高的局部应力集中 形成裂纹源 缩短容器疲劳寿命 3 4 3 要求 标准 JB4732 规定 凡需疲劳分析设计的容器均应将余高去除 焊缝与母材表面保持齐平 五 有关标准对焊接的要求 3 5 咬边3 5 1 危害 微小区域形状突变 应力集中 介质在咬边内形成死区 浓度上升 出发局部腐蚀 咬边在介质
8、压力作用下易扩展 诱发裂纹 3 5 2 要求 不得有咬边 低温压力容器 用Rm 540MPa钢材和Cr Mo低合金钢制容器 采用不锈钢制造的容器 焊接接头系数取1的压力容器 允许存在一定量的咬边 GB150 压力容器无损检测技术要求 一 基本概念 1 无损检测 NDT NET 是不损坏被检物的完整结构和使用性能的情况下 探测被检物内部和表面的宏观缺陷 并对其种类 形状 尺寸 取向和位置作出判断的工艺方法 2 主要目的 对原材料 零部件 产品各制造工序和产品最终外观 内在质量的检查 评价制造工艺的合理性 为制定和改进制造工艺工程提供依据 作为评定产品质量优劣等级的依据 提高产品在规定条件下工作的
9、可靠性 3 执行标准 JB T4730 2005 承压设备无损检测 4 检测方法 五大常规检测方法 RT UT MT PT ET 5 适用缺陷 RT UT主要用于检测内部缺陷 MT ET检测表面和近表面缺陷 PT仅用于检测表面开口缺陷 二 射线检测RT 1 原理 利用强度均匀的 和 射线照射工件 使照相底片感光 2 主要特点 2 1 根据射线底片的缺陷图像 可以精确地判别在垂直与射线透照方向地二维平面地位置 尺寸和缺陷地种类 但缺陷在厚度方向自身高度和深度难以确定 2 2 对体积状缺陷 体积未焊透 气孔 夹渣 疏松 缩孔 检测灵敏度较高 对面状缺陷 细微裂纹 未熔合 面状未焊透 检测灵敏度较低
10、 2 3 通过底片评价工件地质量记录直观 定性定量准确 重复性好 易于保存档案 2 4 射线对人体有伤害 防护设备投资高 操作危险 2 5 几乎适用于所有材料 碳钢 不锈钢 铜 铝 钛等 2 6 对被检工件的厚度下限没有限制 二 射线检测RT 3 焊缝质量评定等级 根据缺陷的性质和数量 分为四各等级 3 1 级 不允许存在裂纹 未熔合 未焊透和条状缺陷 3 2 级 不允许存在裂纹 未熔合 未焊透 3 3 级 不允许存在裂纹 未熔合 未焊透 3 4 级 焊缝缺陷超过 级的为 级 为不合格焊缝 4 级别划分依据 由缺陷引起的疲劳强度降低程度来确定 4 1 级焊缝对疲劳强度要求很高 核能 超高压或介
11、质为极度和高度危害物质 应将焊缝余高磨平 4 2 级焊缝对疲劳强度有一定要求 高压 介质为有害物质和焊缝承受较大动 静载荷或有限次循环交变载荷 允许保留余高 4 3 级焊缝基本不考虑疲劳强度 低压 无害介质 允许保留余高 三 超声检测UT 1 原理2 主要特点 2 1 缺陷检测灵敏度受缺陷反射面的影响很大 对面状缺陷 裂纹 板材分层 敏感 对体积状缺陷 气孔 夹渣 不灵敏 2 2 一般多数情况没有明确的记录 缺乏直观性 2 3 适用于金属板材 管材 锻件等 不适用于粗晶材料 奥氏体不锈钢 形状复杂或表面粗糙的工件 2 4 操作简单 只要将探头放置在被检工件单面即可 2 5 可较好的确定缺陷在被
12、检工件厚度方向的位置和缺陷自身的高度 四 磁粉检测MT 1 原理2 主要特点 2 1 对钢铁等强磁材料的表面和近表面缺陷的检出率高 但难以检测内部缺陷 2 2 不适用于奥氏体不锈钢等非磁性材料 2 3 能单位缺陷的位置和表面指示长度 但无法确定深度方向的尺寸 2 4 缺陷痕迹可以用透明胶带等复制和固定 2 5 对铁磁材料的灵敏度比渗透高 五 渗透检测PT 1 原理2 主要特点 2 1 适用于检测钢铁材料 有色金属材料 陶瓷 塑料等材料的表面开口缺陷 2 2 检测效果受工件表面光洁度影响较大 2 3 能确定缺陷的位置和表面指示长度 无法确定缺陷的深度 2 4 缺陷痕迹可以用透明胶带等复制和固定
13、3 操作基本程序 预清洗 施加渗透液 去除多余的渗透液 干燥 施加显像剂 观察及评定显示痕迹 后清洗 六 标准中对无损检测的要求 1 压力容器制造全过程中的无损检测工作 可分为三个阶段 1 1 原材料的检测 发现材料中的超标缺陷 保证原材料的质量 钢板 锻件主要采用超声检测 1 2 制造过程中的无损检测 发现工序间的超标缺陷 保证后续工序的顺利实施 JB4726 4728规定 去除超标缺陷后的表面进行渗透或磁粉检测 级合格 保证缺陷清除干净 GB150规定 对Rm 540MPa的钢材及Cr Mo低合金钢用火焰切割加工坡口的表面 或容器的缺陷修磨表面进行渗透或磁粉检测 级合格 1 3 产品的无损
14、检测 对产品及其受压元件焊接接头的无损检测 事压力容器制造检查的主要内容 六 标准中对无损检测的要求 2 A B类焊接接头无损检测率的选择 检测率范围分为100 和局部两大类 2 1 100 进行射线或超声检测的条件 GB150按以下条件划分 2 1 1 厚度 s 30mm的碳素钢 16MnR s 25mm的15MnNbR 20MnMo和奥氏体不锈钢 s 16mm的12CrMo 12CrMoR 15CrMo 因为 容器板厚大 意味着设计参数高 直径大 危险性大 成本高 应严格要求 2 1 2 材质 Rm 540Mpa的高强钢 Cr Mo钢 除12CrMo 12CrMoR 15CrMo 因为 材
15、料的可焊性差 韧性储备相对低 焊接时易产生缺陷 且缺陷在使用过程中易扩展 无论厚度多少都要100 检测 六 标准中对无损检测的要求 2 1 3 安全性 进行气压试验 盛装毒性为极度或高度危害的容器 因为 这类容器一旦发生事故 其后果可能是灾难性的 2 1 4 结构 多层包扎容器内筒的 类焊缝 热套压力容器各单层筒的 类焊接接头 因为 产品制成后 焊缝被覆盖无法再进行检测 2 1 5 低温容器 设计温度低于 40 或接头厚度大于25mm的低温容器 因为 防止容器在低温下发生脆性破坏 2 1 6 图样要求 以上5项是标准的要求 是针对多数产品的最低要求 设计者应根据实际情况提出需要的要求 这是设计
16、者的全力 也是设计者的义务 六 标准中对无损检测的要求 2 2 进行局部射线或超声检测的条件 除需100 检测的容器 可进行局部检测 局部检测实际上是逐台抽检 目的在于保证产品基本质量的前提下 节约费用 局部检测的最小范围 不得少于各条焊接接头长度的20 且不小于250mm 低温容器不得少于各条焊接接头长度的50 且不小于250mm 2 3 允许局部检测的产品中应100 检测的部位 2 3 1 先拼板后成形的凸形封头 在封头成形后进行100 检测 2 3 2 以开孔中心为圆心 以1 5倍开孔直径为半径画圆 该圆中包含的 类焊缝进行100 检测 2 3 3 被补强圈 支座垫板 内件覆盖的A 类焊缝 2 3 4 嵌入式接管与筒体封头对接连接的焊接接头 公称直径不小于250mm的接管与长颈法兰 接管与接管焊缝 六 标准中对无损检测的要求 3 不同无损检测方法的相互复查压力容器壁厚 38mm 或 38mm 但大于20mm且使用材料抗拉强度规定值下限大于等于540MPa 时 其对接接头如采用射线检测 则每条焊缝还应附加局部超声检测 如采用超声检测 则每条焊缝还应附加局部射线检测 该规定不能一概而
