压力容器焊缝及其结构设计

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　压力容器成形采用电焊,导致压力容器破坏的
主要原因是焊缝质量低劣。根据国内外压力容器
事故分析,因裂纹而导致事故占总事故的50 %～
89 %,英国因裂纹造成的事故占89 %,中国因裂纹
造成的事故占50 %(因焊缝裂纹造成的事故占37.
5 %) [1 ] 。因此,提高压力容器焊接质量是确保压力
容器安全运行的重要环节。本文就影响焊缝质量
的因素及焊缝设计应注意的一些问题做了探讨。

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化工机械 1999
压力容器焊缝及其结构设计
(中国成都化学工程公可)
摘要压力容器破裂的主要原因是焊接质量低劣，指出了影响焊缝质量的因素，论述了
动焊结构设 ／， 关键词焊缝结构焊缝裂纹手工电弧焊埋弧自7) 叫 乙 ，
军 ) I
压力容器成形采用电焊，导致压力容器破坏的l焊缝系数。设计院除特殊工况(疲劳、低温、大的
主要原因是焊缝质量低劣。根据国内外压力容器 温度梯度、毒性极度危害介质等)对壳体焊缝作说
事故分析，因裂纹而导致事故占总事故的50％ 一 明外，一般只画节点图或标注焊接结构序号，不作
89％，英国因裂纹造成的事故占89％ ，中国因裂纹 是否焊透或检验要求等说明。忽略了如何设计出
造成的事故占50％(因焊缝裂纹造成的事故占 接管与壳体焊缝形式、几何尺寸．对焊接工艺缺乏
37．5％)LI2o因此，提高压力容器焊接质量是确保压 了解。
力容器安全运行的重要环节。本文就影响焊缝质量 某氮肥厂氨合成塔图纸，对接焊缝的设计见
的因素及焊缝设计应注意的一些问题做了探讨。 图la。合成塔外壳设计压力P=15．7MPa，T：
1 影响焊缝质量的因素 200~C， 1 200mm×76mm(16+10×6)多层卷板。
1．1 设计因素 技术要求栏注明焊接材料J507，焊丝16MoSI焊剂
设计人员往往只注意焊条、焊丝、焊剂及对接 250。
a．简体对接焊茼图 b．u、V形坡口双面手工
电弧焊(环焊缝)
U、V形坡口正面埋弧自动
焊背面手工电弧焊(环焊缝)
图1 筒体对接焊简图(焊接方法不同)
从图纸看，手工电弧焊和埋弧自动焊的坡口 如图lc所示。另外，对多层包扎高压容器特别强
形式及尺寸一样，实际上，焊接工艺不同对坡口形 调：内筒A类焊缝全焊透，焊后儆消除残余应力
式和尺寸影响很大。当容器壁厚S~>76nan时，正 热处理，外观检查合格后进行100％ 的RT或uT
确的做法是u、v形坡口双面手工焊如图lb所 检验，外表面做机加工或修磨平滑；层板包扎前应
示，u、V形坡口正面埋弧自动焊背面手工电弧焊 清除铁锈、油污和影响贴合的杂物；下层包扎前将
束连顺，男，1942年8月生，高级工程师。四川省成都市，610041。
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第26卷第3期 化工机械 l51
前一层c类焊缝磨平滑，各层c类焊缝均应错
开；每层包扎按图样要求钻泄放孔等。焊接工艺
规程按图样要求和评定合格的焊接工艺制定 图
纸的坡口应当合理准确。
1．2 焊接坡口的形状和尺寸主要取决于材料和
焊接工艺
焊接不同材料，焊缝坡口的形状和尺寸也有差
异。如普通碳钢由于焊接热不敏感，可采用高线能
焊接规范，坡口截面应当大些；焊镍、铬不锈钢时，
坡口截面应当小些，因这种材辩焊接热敏感，应采
用低线能焊接，并且避免焊热的多次作用。
焊缝坡口的形状和尺寸与焊接方法有关。手
工电弧焊由于熔探较浅，6n'~n以上的钢板就需开v
形坡口；而埋弧自动焊具有深熔的特点，20mm以下
的钢板可以不开坡口。又如手工电弧焊与气体保
护焊相比，前者的开口角度较大些。这是因为手工
电弧焊的焊条直径较粗，焊缝表面覆盖较厚的焙渣
层，较大的坡口能使焊条伸人坡口底部，便于脱渣。
气体保护焊焊缝表面无熔渣，焊丝直径较细，故可
采用张角较小的坡口。熔化气体保护电弧焊的v
形坡口一般为45 50o，而手工电弧焊v形坡口大
于60~。
另外，焊缝坡口形式和尺寸的选用，还与制造
厂的加工能力有关，v、X形坡口用半自动切割机即
可制备，其缺点是填充金属较多，焊接效率较低。u
形坡口与v形坡口相比，坡口容积较小。u形坡口
的侧面斜度取决于焊接方法，手工电弧焊和熔化极
气体保护焊可取2—5。，埋弧焊5～lo。范围内。
1．3 自觉遵守焊接规范，提高焊工的焊接技术和
知识水平
1．4 制造厂应有全过程的质量保证体系
对焊工要求持证上岗，在规定部位打上焊工钢
印。焊材应保存在相对湿度不大于6o％的库里。
施工环境：风速对手工焊不大于10m／s；对气体保
护焊不大于2m／s；相对湿度不大于90％ ，雨、雪天
不施焊。焊接工艺按“压力容器焊接工艺评定”进
行焊接工艺评定，焊接工艺规程应按图样要求和评
定合格的焊接工艺制定。焊缝外观不允许有裂纹、
夹渣、气孔、弧坑和熔渣等 焊前预热：施焊处l∞
r叽I范围内预热15％左右；焊件温度低于0。c时必
须预热。质量保证体系的每个环节都有文字记录。
2 焊缝结构设计
2．1 焊缝结构设计基础
焊缝的设计是在等强度的基础上，即焊缝与相
邻母材具有相同的强度。一般不需要使用大于规
范图中所示的焊琏尺寸
2．2 焊缝结构设计
2．2、1 焊缝坡口设计
坡口及间隙对焊缝质量有直接影响，因此，应
提高坡口尺寸的精度。图纸上焊接接头的形式可
采用序号、标准代号、节点图3种表示方法中任意
～ 种，当采用前两种方式时，必须注明标准号和名
称。
某设计院三类压力容器图纸上技术要求栏
中 焊接材料J5O7，对接焊缝代号标准见节点图。
但装配图中并未见对接焊缝详图，只在部件图中，
有受压元件边缘加工图，如图2a所示。正确的做
法是应在装配图中，分别画出环焊缝、纵焊缝详细
节点图，如图2b、c所示。
焊缝坡口尺寸不完整、不准确，制造厂按照图
施工，故难以保证焊接质量。
a．坡口 b．环型焊缝 C 纵焊缝
图2 对接焊缝
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l52 化工机械 l999年
2 2．2 接管与筒体的焊接
美国ASME规范认为，接管设计应最大限度
地降低应力集中。最安全的容器是各部分都具有
最低的总应力(一次应力加应力集中等)，而不是
在一次薄膜应力上取最大的安全系数，不管局部
应力集中。所以，有效降低应力集中值是设计接
管与容器间焊缝时应特别重视的问题。
一部分设计人员对接管与筒体间焊缝不够重
视(除接管直径大，做开孔补强计算外)，大量的接
管设计都不能遵循下面原则：
a．焊接接头的强度不低于母材标准规定的
抗拉强度下限。
b．合理选择坡口角度、钝边高、根部间隙等
结构尺寸，使之有利于坡口加工及焊透，以减少各
种焊接时产生缺陷。
c．焊缝表示应完整、准确。当以标准代号标
志焊缝形式时，在引出线尾部分叉处应标注接头序
号、是否焊透、铲根要求、检验方法等，如图3所示。
图3 焊缝形式标注示例
在同种工况下，接管的直径及受力不同，应选
择不同焊缝结构。美国ASME规范应力分析篇提
出，不受外载的接头、仪表接管、检查孔等可采用部
分焊透或填角焊缝 2J。我国的压力容器焊接规范
在这方面未有明确规定。某设计院的一类容器图
纸，接管Nl、N2、N3、N4、 分别为250、50、200、25、20
ITfn，接术要求：接管与筒体焊接见节点图(图4)，这
种焊缝结构对直径小的接管，尤其对e25ITfn×3ITfn
接管是很不合理的。因为筒体与接管壁厚相差4
倍，填角焊缝高10nun，焊缝余高6一，焊缝的金属
量太多，使接管产生过热甚至焊穿。另外，从焊缝
设计等强度理论，也不需要这种结构。
图4 接管与筒体焊缝
3 结束语
压力容器的焊接质量是个系统工程，在我国
跨过设计和制造两个独立的体系，因此在抓设计
质量的同时也要抓制造质量。设计者应学习了解
制造、焊接方面的知识，以便根据不同材料、不同
焊接工艺设计出合理的焊缝坡口形式。另外，要
加强焊接质量保证体系，对焊工要求、焊接工艺规
定、焊接材料保管、施焊环境、焊前预热及焊缝外
观检查等方面必须有全过程的质量保证体系。
对不受外力的温度计、液面计、仪表、检查孔
等接管与筒体焊接，应按实际情况规定可否允许
部分焊透或填角焊等。
GB985-88／3中H = 的规定是否合理?
‘
按此规定U、v形坡口两侧深度相等，只是多一种
机加工形式。笔者认为改H=10±2ITfn为宜。
因为这种坡口多用于厚壁筒体环焊缝，外侧u形
坡口深度大，施工方便，省焊接金属；内侧v形坡
口深度小，机加工简单，施工量小，结构合理。
参考文献
1 钱逸等．压力窑器安全技术基础．北京：中国劳动出版
社，336
2 A Boiler and Pressul'e Vessel Code．An lntemafiona~y
Recognized Code，Section．Ⅷ ．Rule h Construction of Pressure
Vessds．Division 2-Alternative Rules．ASME Botier and
Pressul'e Vessel Cormfittee Sub唧田it【ee 011 Pressure Ves-
． 1995．(AD D-6)AD一621
(收稿日期：1998．12．14)

qcj

好文章呀，大家一起学吧。

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good,在以后的设计中可以注意到这些问题拉.

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压力容器焊接的重要性大家都知道，但如何做好各有见解，下来学习。
谢谢楼主分享。

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