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1、压力容器设计焊接设计基础篇:熟练运用 :大致理解 :一般了解焊接设计是压力容器设计的重要组成部分第6章钢材焊接方法焊接材料焊接坡口焊接接头形式施焊中控制焊后热处理检验检测设计材料工艺焊接焊接材料设计焊接设计焊接焊接质检热处理理化质检无损第1章第3章第4章第4章第2章第5章构成部分涉及到的 各方面一、焊接方法及特点金属的焊接，按其工艺过程的特点可分为熔焊、压焊、钎 焊三大类。v熔焊使被连接的构件接头局部加热熔化成液体，然后再冷却结晶成一体的方法称 为熔焊。v压焊是指利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接表面的不平度，除去 （挤去）氧化膜及其他污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距
2、离，从而在固态条件下实现的连接，统称固相焊接。固相焊接时通常都必须 加压，所以称压焊。v钎焊一般采用熔点比母材低的金属材料作钎料，把焊件和钎料加热至高于钎料熔 点，但低于母材的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材，填充接头间隙 ，并与母材相互扩散连接焊件的方法称为钎焊。金属 焊 接熔焊气 焊 电弧焊电渣焊 电子束焊激光焊 铝热焊 压焊锻 焊 摩擦焊 气压焊电阻焊 冷压焊 爆炸焊超声波焊 扩散焊 高频焊钎焊火焰钎焊 烙铁钎焊感应钎焊 电阻钎焊盐浴钎焊 炉中钎焊焊接方法按工艺过程特点分类电弧焊手动电 弧焊埋弧自动焊气体保护焊药芯焊丝 自保护 焊等离子弧焊惰性气体保护焊CO2气体保护焊 混合气体保护
3、焊1.自动化程度（焊接方法分人工、机械化、自动化三个档次）手工焊：指用手操纵焊钳、焊炬或焊枪使焊条或焊丝运行以形成焊缝的焊接；机械化焊：指焊机在焊工观察和操纵下进行焊接；自动焊：指焊机无需焊工调节、控制进行焊接。焊工则称为手工焊焊工（welder），从事机械化焊接或自动化焊接的焊工称为焊机操作工（welding operator）。焊接位置压力容器常用焊接方法及特点压力容器常用焊接方法及特点2.焊条电弧焊（药皮焊条手动电弧焊）手持焊矩、焊枪、或焊钳进行操作的 焊接方法。特点： a）能源电加热，电能热能 b）保护方式气渣联合保护c）适用位置任意焊缝空间位置 d）施焊材料大部分钢材及部分有色金属e
4、）可焊工件厚度大多用在340mm之间。缺点：生产率低,劳动强度大,劳动条件恶劣,对焊工操作技能水平要求高。 焊接原理示意 焊接装置示意3.埋弧焊电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。特点：焊接过程中引弧、熄弧，送进焊丝。移动焊缝或工件由机械自动完成 的为自动焊。优点：与手弧焊相比：a）生产率高：2-5倍，热能集中 ，高熔深，连续送给。b）焊接接头组织与性能好：焊接质量稳定，焊缝成分均匀，成形美 观。 c）节约金属与电能，工艺损失少，不开坡口。 d）改善劳动条件：无弧光、烟尘少，机械操作。缺点： a）焊接位置受限制，主要适用于平焊 。b）装配要求严格，最适合长焊缝的焊接。c）设备昂贵，辅助设备、设施
5、要求高。 焊接原理示意焊接装置示意 4.氩弧焊用氩气做保护气体的气保焊。钨极惰性气体保护焊英文简称TIG（Tungsten inert gas welding）GTAW（Gas tungsten arc welding）优点：a）保护效果好，焊缝质量好。b）电弧稳定，易实现单面焊双面成形。c）可全位置焊。d）设备简单，操作灵活。e）主要用于焊接铝、镁、铜等有色金属，不锈钢和耐热钢。缺点：a）熔深浅，熔敷速度小，生产率较低，适用薄板。b）惰性气体较贵，成本较高。c) 钨极微粒可能进入熔池，造成对焊缝金属的污染。焊接原理示意焊接装置示意5.熔化极气体保护焊 GMAW（Gas metal arc w
6、elding）MAG （ Metal arc gas）优点：与焊条电弧焊a）连续送丝，焊接效率高；焊道不需清渣，节省时间。b）电流密度大，熔敷速度高；熔深大。c）焊接厚板时，电弧低，其焊接变形小。d）烟雾小。与埋弧自动焊a）明弧焊接，焊工可以观察到电弧和熔池的状态。b）可进行全位置焊接。无需清渣。缺点：与焊条电弧焊a）需防风装置。b）半自动焊枪比焊条电弧焊钳重，不轻便，操作灵活差。c）设备复杂，使用和维护要求高。焊接原理示意 焊接装置示意二、 金属材料的焊接性特点焊接性指材料在一定的焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、焊接工艺参 数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使
7、用 条件下可靠运行。能否获得优质致密、无缺陷焊接接头的能力是工艺焊接性。能否满足技术条件所规定的各种使用性能的程度是使用焊接性。常用金属材料的焊接性特点 金属材料可能出现的问题工艺方面使用方面低碳钢厚板的刚性拘束裂纹 硫带裂纹板厚方向延伸率减少 厚板方向缺口韧性低低合金钢 （热轧 及正火钢）焊道下裂纹 热影响区硬化焊缝 区塑性低 抗拉强度低、疲劳极限低 容易引起脆性破坏 板的异向性大 引起H2S应力腐蚀裂纹低温用低碳钢焊缝 金属晶粒粗化 高温加热引起的脆化热影响区冲击韧 性低 缺口韧性低奥氏体不锈钢焊缝热 裂纹 由于高温加热碳化物脆化 焊接变形大高温使用时相脆化 焊接热影响区耐腐蚀性下降 氯离
8、子引起的应力腐蚀裂纹 焊缝 低温冲击韧 性下降铜及其合金高温塑性下降，脆化裂纹 焊缝 收缩裂纹热影响区软化 焊缝 金属化学成分不一致 热影响区脆化金属材料可能产生的焊接裂纹类 型金属材料热裂纹冷裂纹层状撕裂再热裂纹碳素钢S0.01有时有时S0.01有时有时常低合金钢常常不锈 钢马氏体有时常铁素体常奥氏体常铜及铜合金常有时三、 焊接材料焊条分类根据熔渣的酸碱氧化物的比例划分为酸性焊条和碱性焊条。根据药皮主要成分分氧化铁型、高钛型、钛钙型、钛铁矿型、高纤维素型 和低氢型六类。焊条、焊丝和焊剂都有两种表示方法：型号和牌号。型号是国家标准对焊接材料不同品种的表示方法，牌号是焊材行业 对产品的统一命名。
9、每种焊材对应一种牌号，但某一型号可对应多 种牌号。如低温钢用焊条W607与结构钢用焊条J507RH都对应于焊 条型号E5015-G。焊条的选用原则a 根据产品对焊缝的性能要求选择焊条b 根据焊件的工作条件和结构刚性选择焊条c 考虑加工工艺的影响d 考虑操作的工艺性和施工条件e 提高劳动生产率当焊件焊后需要回火、正火或热成型时，应考虑焊缝金属的热处理 后的性能。酸性焊条操作性好，对铁锈和油污不敏感，有害气体少。立焊时选用立向下焊条；小口径管接头可选用底层焊条。压力容器常用钢材焊接用焊条钢号焊条备注 牌号型号Q235、10、20J422 J426 J427E4303 E4316 E4315一般结构
10、用J422，形状复杂、刚性大、大 厚度焊件用J426、J427 Q235-C、Q235-D用J426、J42720R、20gJ426 J427E4316 E431516MnRJ502 J506 J507 J506R J507RE5003 E5016 E5015 E5016-G E5015-G一般情况下用前三种焊条，当结构刚性较 小，强度要求较高时选 用后两种焊条。16MnDRJ506RH J507RHE5016-G E5015-G焊后600650回火处理，消除焊接应力 ，可以降低低温钢焊 接产品的脆断倾向。0Cr18Ni9A102E308-16 00Cr17Ni14Mo2A002E316L-1
11、6不同钢号材料相焊推荐选用焊条 接头钢 号焊条牌号型号Q23516MnJ427E431520、20R16MnRJ427E4315Q235、20、16MnR 0Cr18Ni9A302E309-16Q235、20、16MnR 00Cr17Ni14Mo2A312E309Mo-160Cr18Ni9 00Cr17Ni14Mo2A102E308-16四 、焊接接头形式焊接接头包括：焊缝金属、熔合区、热影响区与母材。焊接接头的基本形式主要有对接、角接、T形和搭接四种形式。焊接接头形式的选择，一般取决于下列设计条件要求：载荷的性质、 焊接质量要求和检查条件、焊接应力和变形 。对接接头对接接头是受压元件使用最广
12、 泛的接头形式。从焊接力学角 度来讲是比较理想的接头形式 。角接接头由于角接接头的承载能力差，常用于不重要的焊接结构中。T形接头搭接接头在GB150中把容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类。A类焊缝：圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒连 接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头。B类焊缝：壳部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接 头，但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。C类焊缝：平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与 圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层
13、板层纵向接头。D类焊缝：接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，但已规定为A、B类的焊接接头 除外。坡口尺寸坡口角度：坡口角度由坡口形式和焊件厚度而定。根部间隙：预留根部间隙的目的在于保证焊缝根部的焊透。钝边：钝边的作用在于防止焊接时根部的焊透。根部半径：目的在于增大坡口根部的空间，保证焊缝根部的焊透 。焊接结构形式可参考HG20583-98 P332362页五、焊接缺陷焊接缺陷焊接过程中在焊接接头中产生的不连续性、不致密性或连接不良的现象。 焊接缺欠泛指焊接接头中的不连续性、不均匀性、不完善性及其它不健全的缺欠（原称焊接缺陷）。焊接缺陷不符合具体焊接产品性能要求的焊接缺欠。焊接缺陷标 志
14、判废或必须返修。 GB6417金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明将焊接缺陷分为六类。第一类：裂纹:热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂。热裂纹焊接过程中，焊缝和热影响区金属 冷 却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。冷裂纹焊接接头冷却到较低温度下（Ms 温度以下）（200300）时产生的裂纹。延迟裂纹焊接接头冷却到室温后并在一定 时间（几小时、甚至十几天）才会出现的冷裂纹。再热裂纹在焊后消除应力热处理等重新加热 过程中，在焊接热影响区的粗晶区产生的裂纹。层状撕裂焊接时，在焊接构件中沿钢板轧 层形成的呈阶梯状的一种裂纹。应力腐蚀裂纹（冷裂纹）服役过程中，焊 接应力与工作应力和腐蚀介质作用下，产生的裂纹
15、。 第二类：孔穴：气孔,缩孔等第三类：固态夹渣：夹渣、氧化物、金属夹杂。第四类：未焊透，未熔合。第五类：形状缺陷：咬边、缩沟、超标余高、焊缝外表形状不良、错边 、焊瘤、烧穿、未焊满、焊脚不对称、根部收缩、接头处结合不良等。第六类：其它缺陷：电弧擦伤、飞溅、表面撕裂、打磨过量、定位焊缺 陷等。六、压力容器焊接设计合理选择和利用材料所选用的金属材料必须同时满足使用性能和加工性能的要求，前者包 括强度、韧度、耐磨、耐腐蚀、抗蠕变等性能；后者主要是焊接性能，其 次是冷、热加工的性能。在结构上有特殊性能要求的部位，可采用特种金属材料，其余采用能 满足一般要求的廉价材料。有防腐蚀要求的结构，可常用复合钢板；有耐 磨要求的结构，采用堆焊耐磨合金和涂镀。充分发挥异种金属材料能进行 焊接的特点。尽可能选用轧制的标准型材和异型材。在划分结构的零、部件时，要考虑到备料过程中合理排料的可能性， 以减少余料，提高材料的利用率。压力容器焊接设计原则：合理设计结构形式根据强度或刚度要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺 寸。既要重视结构的整体设计，也要重视结构的细部处理。避免局部结构不 合理和应力过于集中。要有利于实现机械化和自动化焊接。减少焊接量合理布置焊缝有对称轴的焊接结构，焊缝宜对称布置，或接近对称轴处；要避免焊缝 交汇和密集，交汇时应使重要焊缝连续；尽可能使焊缝避开
