鋼制壓力容器的焊接

1、壓力容器是典型的焊接結(jié)構(gòu)，主要的制造方法就是焊接，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到設(shè)備的質(zhì)量。,鋼制壓力容器的焊接作者：羅興,5.1 焊 接 接 頭,壓力容器的焊接接頭分成四類，目的是在設(shè)計、 制造、維修、管理時可以分別對待，從而保證質(zhì)量。,圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外），球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭，各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭，均屬A類焊接接頭。,殼體部分的環(huán)向焊縫接頭，錐形封頭

2、小端與接管連接的接頭，長頸法蘭與接管連接的接頭，均屬B類焊接接頭，但已規(guī)定為A、C、D類的焊接接頭除外。,平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬C類焊接接頭。,接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭，均屬D類焊接接頭， 但已規(guī)定為A、B類的焊接接頭除外。,A,B,C,D,分類,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B

3、,B,C,C,C,D,D,D,B,A類焊縫是容器中受力最大的接頭，因此一般要求采用雙面焊或保證全焊透的單面焊縫；B類焊縫的工作應(yīng)力一般為A類的一半。除了可采用雙面焊的對接焊縫以外，也可采用帶襯墊的單面焊；在中低容器中，C類接頭的受力較小，通常采用角焊縫聯(lián)接。對于高壓容器，盛有劇毒介質(zhì)的容器和低溫容器應(yīng)采用全焊透的接頭。D類焊縫是接管與容器的交叉焊縫。受力條件較差，且存在較高的應(yīng)力集中。在厚壁容器中這種焊縫的拘束度相當(dāng)大，殘余應(yīng)力亦

4、較大，易產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此在這種容器中D類焊縫應(yīng)采取全焊透的焊接接頭。對于低壓容器可采用局部焊透的單面或雙面角焊。,5.1 焊 接 接 頭,分類,5.1 焊 接 接 頭,接頭的基本形式,對接接頭、T形（十字形）接頭、角接頭和搭接接頭,T形接頭（十字形接頭、丁字形接頭）,5.1 焊 接 接 頭,接頭的基本形式,T形接頭（十字形接頭、丁字形接頭）,5.1 焊 接 接 頭,接頭的基本形式,角接頭,5.1 焊 接 接 頭,接頭的基本

5、形式,5.1 焊 接 接 頭,接頭的基本形式,搭接接頭,5.1 焊 接 接 頭,接頭的基本形式,兩條正面焊縫之間的距離要大于板厚的4倍,側(cè)面焊縫的長度不大于焊腳高度的50倍,5.1 焊 接 接 頭,坡口的基本形式,坡口的基本形式和尺寸已經(jīng)有國家標(biāo)準(zhǔn)：GB985和GB986。表5-1列出坡口的六個主要尺寸符號。表5-2列出坡口加工時主要尺寸的允許偏差值。各種坡口在圖紙上是以各種符號表示的，基本符號（表5-4）表示的是焊縫截面形

6、狀的符號（坡口、焊接之前）；輔助符號（表5-5）表示的是焊縫表面形狀的符號，焊接以后的表面形狀；,5.2常用焊接方法及其焊接工藝,①手工電弧焊,②埋弧自動焊,③氣體保護(hù)焊,特點: 設(shè)備簡單，工藝靈活，對工作場地?zé)o特殊要求可以全方位施焊。因為焊條、藥皮品種齊全，所以對鋼材的適應(yīng)性強(qiáng)（幾乎所有的鋼種C鋼、低合、不銹、耐熱）。其缺點是焊接速度慢。,壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)的重要焊接方法之一，它的焊縫質(zhì)量優(yōu)良，因為埋弧焊的電弧是在焊劑下的一個封閉空

7、間燃燒，并且焊縫在焊劑的保護(hù)下冷卻，可以充分地進(jìn)行冶金反應(yīng)，不用換焊條、熔深大。它的自動化程度比較高，生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好，比較適合于大規(guī)模的現(xiàn)代化生產(chǎn)。但它只能俯焊。,包括熔化極和非熔化極；保護(hù)性氣體主要有惰性氣體和二氧化碳。,①手工電弧焊,1 焊接電源 2 地線 3 工件 4 焊接電弧 5 焊條 6 焊鉗 7 電纜,手 工 電 弧 焊 的 系 統(tǒng) 簡 圖,焊接規(guī)范及其選擇,①手工電弧焊,焊接規(guī)范主要包括：焊接電流、焊

8、接電弧電壓、焊接速度、焊接線能量、焊條直徑、焊接預(yù)熱溫度和冷卻時間。,選擇焊條的直徑,確定焊接電流,焊接電弧電壓,焊接速度,焊接線能量指得是單位長度焊縫所得到的電弧熱能量，與電流、電弧電壓和焊接速度有關(guān)：,②埋弧自動焊,是一種利用在焊劑層下光焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生的熱量來熔化焊絲、焊劑和母材金屬而形成焊縫的方法。,設(shè)備：埋弧焊電源和埋弧焊焊機(jī),電源也有直流和交流之分：直流電源電弧穩(wěn)定，多用在對焊接工藝參數(shù)要求較高設(shè)備焊接上。,焊

9、機(jī)有半自動焊機(jī)和全自動焊機(jī)。兩者的不同之處就是前者的焊接速度需操作者（焊工）控制，后者焊絲、焊劑進(jìn)給、啟動停止、焊接速度調(diào)節(jié)全部自動完成。,③氣體保護(hù)電弧焊,國內(nèi)最常用的氣體保護(hù)電弧焊是鎢極氬弧焊（簡稱氬弧焊）和氬氣、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。,鎢極氬弧焊電極是鎢、釷鎢合金、鈰鎢合金，保護(hù)氣體通常有氬氣、氦氣、氬氦混合氣和氬氫混合氣。,鎢的熔點是3410℃沸點是5900℃所以很適合作為不熔化電極，也因此鎢極可以采用較大的電流，電弧仍然穩(wěn)定

10、集中，效率高。,與氬弧焊相比CO2氣體保護(hù)焊成本低許多。但它只用于低碳鋼、低合金鋼等金屬材料的一般結(jié)構(gòu)焊接，重要焊接結(jié)構(gòu)很少采用。,③氣體保護(hù)電弧焊,因為CO2屬于弱氧化氣體，能燒損有益元素；另外飛濺嚴(yán)重，電弧不穩(wěn)。 煙霧較多，弧光強(qiáng)，成型不光滑。,常用焊接方法縮寫,MAG焊接,熔化極氧化性混合氣體保護(hù)電弧焊，例如：混合氣體75--95% Ar + 25--5 % CO2 ，標(biāo)準(zhǔn)配比：80%Ar + 20%CO2 。,MIG焊接,熔化極

11、惰性氣體保護(hù)電弧焊。,TIG焊接,用純鎢或活化鎢（釷鎢、鈰鎢、鋯鎢、鑭鎢）作為不熔化電極的惰性氣體保護(hù)電弧焊。,SMAW焊接,用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法 。,5.3常見焊接缺陷的成因 及其防止方法,(1)焊縫表面缺陷,① 咬 邊,成因：金屬補(bǔ)充不及時,危害：強(qiáng)度減弱、應(yīng)力集中,防止：電流適中，運(yùn)條得當(dāng),② 焊瘤,(1)焊縫表面缺陷,成因：金屬因自重下墜,危害：應(yīng)力集中,防止：電流適中，運(yùn)條快，鈍邊、間隙規(guī)范,③

12、 內(nèi)凹,(1)焊縫表面缺陷,成因：金屬因自重下墜,危害：應(yīng)力集中,防止：控制熔池溫度，鈍邊、間隙規(guī)范,④ 溢流,(1)焊縫表面缺陷,成因：焊接參數(shù)選擇不當(dāng) 坡口清理不干凈，電弧熱損失在氧化皮 上，使母材未熔化。,危害：未熔合，未焊透；,⑤ 弧坑,(1)焊縫表面缺陷,成因：熄弧時焊條未停留，或電流過大,危害：強(qiáng)度嚴(yán)重減弱，坑內(nèi)常有氣孔、夾渣或 裂紋,

13、① 氣孔,(2)焊縫內(nèi)部缺陷,成因：焊縫中吸入了過多的氣體。,危害：使焊縫有效工作面積減少，降低抵抗外 載能力，特別對彎曲和沖擊韌性影響較大。,防止：注意電弧保護(hù)、焊條焊劑烘干、坡口清理,② 夾渣,(2)焊縫內(nèi)部缺陷,成因：冷卻過快，電流小等,危害：引起的應(yīng)力集中比氣孔嚴(yán)重，危害更大,防止：邊緣清理干凈、焊速適當(dāng),③ 未焊透,(2)焊縫內(nèi)部缺陷,成因：坡口角度小，鈍邊太大；焊條偏離焊道中心。,危害：工作面積減小，尖角易產(chǎn)生應(yīng)

14、力集中， 引起裂紋,防止：電流不可過小，速度不可過快（來不及熔化）,④ 未熔合,(2)焊縫內(nèi)部缺陷,成因：⒈電流小、速度快、熱量不足；⒉坡口或焊道有氧化皮、熔渣等，一部分熱量損失在熔化雜物上，剩余熱量不足以熔化坡口或焊道金屬。⒊焊條或焊絲的擺動角度偏離正常位置，熔化金屬流動而覆蓋到電弧作用較弱的未熔化部分，容易產(chǎn)生未熔合。,危害：因為間隙很小，可視為片狀缺陷，類似于裂紋。易造成應(yīng)力集中，是危險性較大的缺陷,縱向裂紋

15、按裂紋存在的方向分 橫向裂紋,（3）裂紋,分類：,,星形裂紋按裂紋存在的形態(tài)分 網(wǎng)狀裂紋 條狀裂紋,,焊道裂紋 熱影響區(qū)裂紋按裂紋存在的位置分 弧坑裂紋

16、 根部裂紋 其他位置裂紋,（3）裂紋,,,熱裂紋 生產(chǎn)過程出現(xiàn)的裂紋 冷裂紋 再熱裂紋,,（4）裂紋形成的原因及防止措施,⒈熱裂紋形成及防止,常見的熱裂紋有

17、兩種：結(jié)晶裂紋、液化裂紋結(jié)晶裂紋是焊接熔池初次結(jié)晶過程中形成的裂紋，是焊縫金屬沿初次結(jié)晶晶界的開裂。,而液化裂紋是緊靠熔合線的母材晶界被局部重熔，在收縮力的作用下而產(chǎn)生的裂紋。,低熔點共晶物的多少取決于焊縫金屬中C、S、L等元素的含量。,（4）裂紋形成的原因及防止措施,一是焊縫金屬所經(jīng)受的應(yīng)變增加速度大于低熔點共晶物凝固的速度；,另外，初生晶體的長大方向和殘留低熔點共晶體的相對位置的影響。,（4）裂紋形成的原因及防止措施,關(guān)鍵的措施就

18、是：a. 應(yīng)金屬中C、S、P和其它易形成低熔點共晶體的合金嚴(yán)格控制焊縫成分的含量，這些元素和雜質(zhì)的含量越低，焊縫金屬的抗裂紋能力越大。 當(dāng)焊縫中C>0.15%,S>0.04%就可能有裂紋出現(xiàn)，如果母材中含碳量很高，就要控制焊接材料的成分，以使混合后的碳含量降下來。b. 改變焊縫橫截面的形狀也就改變了焊接熔池的結(jié)晶方向，使之有利于將低熔點共晶體推向不易產(chǎn)生裂紋的位置。,（4）裂紋形成的原因及防止措施,液化裂紋產(chǎn)生的

19、原因：焊接時緊靠熔合線的母材區(qū)域被加熱到接近鋼熔點的高溫，此時母材晶體本身未發(fā)生熔化，而晶界的低熔點共晶物則已完全熔化。當(dāng)焊接熔池冷卻時，焊縫應(yīng)變速度較高。如果這些低熔點共晶物未完全重新凝固之前，接合區(qū)就已受到較大應(yīng)變，則在這些晶界上就會出現(xiàn)裂紋。晶間液層的熔點越低，凝固時間越長，則液化裂紋的傾向越大。液化裂紋的成因歸于母材晶粒邊界的低熔點共晶物，因此液化裂紋多產(chǎn)生于C、S、P雜質(zhì)較高的母材與焊縫的熔合邊界。,（4）裂紋形成的原因及防