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压力容器焊接与无损检测,开封市锅炉压力容器检验所张士全,郑州大学化工设备设计研究所,2,压力容器焊接与无损检测,压力容器焊接的基本概念压力容器常用焊接方法及特点 焊接材料压力容器焊接设计焊接变形与焊接应力焊接缺陷及防止压力容器焊接接头检测方法容器建造标准对焊接接头无损检测的有关要求,压力容器焊接的基本概念,郑州大学化工设备设计研究所,4,压力容器焊接的基本概念,1.1 金属焊接的定义通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连成一体的连接方法。,郑州大学化工设备设计研究所,5,压力容器焊接的基本概念,1.2 焊接方法的分类1.2.1 熔焊将待焊处的母材金属熔化，但不加压力以形成焊缝的焊接方法。是目前应用最广泛的一种焊接方法。最常用的有焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等。,郑州大学化工设备设计研究所,6,压力容器焊接的基本概念,1.2 焊接方法的分类1.2.2 压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。包括热压焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊、气压焊和冷压焊等。,郑州大学化工设备设计研究所,7,压力容器焊接的基本概念,1.2 焊接方法的分类1.2.3 钎焊采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。包括火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊和电子束焊等。,郑州大学化工设备设计研究所,8,压力容器焊接的基本概念,1.3 坡口、焊缝形式与接头形式1.3.1 坡口根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定形状的沟槽，称为坡口。为保证焊缝全部焊透又无缺陷，当板厚超过一定厚度时将焊件开成各种形式的坡口。,郑州大学化工设备设计研究所,9,压力容器焊接的基本概念,1.3.1 坡口坡口的作用使焊条或焊丝或焊矩能直接伸到待焊工件的底部，使根部焊透。便于脱渣。能使焊条或焊矩在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。调节母材金属与焊缝金属的比例。,郑州大学化工设备设计研究所,10,压力容器焊接的基本概念,1.3.1 坡口坡口的基本形式,郑州大学化工设备设计研究所,11,压力容器焊接的基本概念,1.3.2 焊缝形式与接头形式从焊接角度来看，压力容器是由母材与焊接接头组成的。焊缝是焊接接头的组成部分。焊缝与焊接接头是两个不同概念。,郑州大学化工设备设计研究所,12,压力容器焊接的基本概念,对接接头T型接头十字接头搭接接头塞焊搭接接头槽焊接头,角接接头端接接头套管接头斜对接接头卷边接头锁底接头,焊接接头形式分为12种,郑州大学化工设备设计研究所,13,压力容器焊接的基本概念,对接接头两焊件表面构成135，180夹角的接头。对接接头从力学角度分析是比较理想的一种接头形式，它的受力状况较好，应力集中较小，能承受较大的静载荷和动载荷，是焊接结构和压力容器受压元件应用最多的接头形式。,郑州大学化工设备设计研究所,14,压力容器焊接的基本概念,T形接头一焊件的端面和另一焊件的表面构成直角或近似直角的接头。T形接头由于焊缝向母材过度较急剧，接头在外力作用下内部应力分布极不均匀，特别是角焊缝根部和过渡处都有很大的应力集中。因此这种接头承受载荷尤其是动载荷的能力较低。,郑州大学化工设备设计研究所,15,压力容器焊接的基本概念,角接接头两焊件端部构成大于30、小于135夹角的接头。,郑州大学化工设备设计研究所,16,压力容器焊接的基本概念,搭接接头两焊件部分重叠在一起所构成的接头。搭接接头的强度较低，尤其是疲劳强度，只用于不重要的结构。,郑州大学化工设备设计研究所,17,压力容器焊接的基本概念,焊缝焊件经焊接后所形成的结合部分，即填充与熔化的母材凝固后形成的区域。在熔化焊范围内，焊缝形式分为五种对接焊缝（又称坡口焊缝）角焊缝端接焊缝塞焊缝槽焊缝,郑州大学化工设备设计研究所,18,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,1,2,3,郑州大学化工设备设计研究所,19,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,4,5,6,郑州大学化工设备设计研究所,20,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,7,8,9,郑州大学化工设备设计研究所,21,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,10,11,12,郑州大学化工设备设计研究所,22,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,13,14,15,郑州大学化工设备设计研究所,23,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,16,17,18,郑州大学化工设备设计研究所,24,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,19,20,21,郑州大学化工设备设计研究所,25,压力容器焊接的基本概念,接头形式和焊缝形式（GB/T3375-1994焊接术语）,22,23,24,郑州大学化工设备设计研究所,26,压力容器焊接的基本概念,同一种焊缝形式可以连接成多个接头形式对接接头不一定用对接焊缝连接连接角接接头的焊缝也不一定是角焊缝,郑州大学化工设备设计研究所,27,压力容器焊接的基本概念,1.4 焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程焊接是制造压力容器的重要工艺，焊接质量在很大程度上决定了制造质量。压力容器焊接质量包括诸多方面的内容：焊缝外观、焊接缺陷、焊接变形与应力、焊接接头的使用性能（力学性能、弯曲性、耐腐蚀性能、低温性能、高温性能等）和焊接接头外型尺寸等。掌握焊接性能、进行焊接工艺评定和编制焊接工艺规程是焊接压力容器中的三个重要环节。,郑州大学化工设备设计研究所,28,1.压力容器焊接的基本概念,“焊接工艺评定”与“焊接性能试验”是两个不同概念，不能相互代替。母材的焊接性能是焊接工艺评定基础，或前提。“以可靠的材料焊接性能为依据”，并没有要求进行焊接工艺评定的单位亲自从头到尾做出钢材焊接性能全部试验，材料的焊接性能可以通过调研、查找资料、咨询及必要的试验获得，但真实性必须可靠。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焊接工艺评定规则只是在焊接工艺评定时使用，焊接工艺评定规则与焊接规程是两个不同概念。,郑州大学化工设备设计研究所,29,压力容器焊接的基本概念,1.4.1 焊接性能金属材料的焊接性能是指在限定的施工条件下，焊接成符合设计要求的构件，并满足预订服役要求的能力。亦即材料对焊接加工的适应性和使用可靠性。施工条件包括：材料牌号、结构条件、焊接设备条件、工艺条件、焊接环境。设计要求包括：焊接尺寸、形位偏差、焊缝内外缺陷要求，焊接接头的性能、焊接技术条件。服役要求包括：焊接接头结合性能、具体工艺介质条件下焊接接头的使用性能及使用环境下结构抗断裂能力。,郑州大学化工设备设计研究所,30,压力容器焊接的基本概念,1.4.1 焊接性能材料的焊接性能与条件有关，在不同条件下有不同表现。焊接性能可分为工艺焊接性能和使用焊接性能：工艺焊接性能是指在一定焊接工艺条件下，能否获得优质、无缺陷或少缺陷的焊接接头能力。使用焊接性能是指焊接接头或整体结构满足各种使用要求的程度。影响焊接性能的因素为材料、焊接方法、结构类型和使用要求。,郑州大学化工设备设计研究所,31,压力容器焊接的基本概念,1.4.2 焊接工艺焊接工艺是指制造焊件所有相关的加工方法和实施要求，包括焊接设备、材料选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求等。,郑州大学化工设备设计研究所,32,压力容器焊接的基本概念,1.4.3 焊接工艺评定为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价称为焊接工艺评定。正确认识焊接工艺评定的目的和作用，是执行焊接工艺评定标准的前提。有人以为承压设备焊接工艺评定只是施焊试件并通过了拉伸、弯曲、冲击试验即可施焊产品，产品焊接质量便得到保证，这是十分错误的，焊接工艺评定只对焊接接头的力学性能与弯曲性能和堆层焊层化学成分负责，并不对焊接接头的耐腐蚀性、抗裂性、回火脆化、低温冲击韧性、再热裂纹、高温蠕变等等使用性能与焊接缺陷敏感性负责，对承压设备焊接工艺评定的监督检查，应首先对施焊单位掌握材料焊接性能的程度进行测定检验，尤其对耐蚀钢、耐热钢、低温钢、标准抗拉强度下限值大于540Mpa的高强钢更应如此。焊接工艺评定规则只对标准规定的检验要求负责，当增加焊接工艺评定试件检验项目时，原标准规定的焊接工艺评定规则对新增加的检验项目便不再适用。“本单位技能熟练的焊接人员”、“使用本单位焊接设备”限定了焊接工艺评定需在本单位进行，不允许“借用”、“输入”或“交换”。,郑州大学化工设备设计研究所,33,压力容器焊接的基本概念,1.4.3 焊接工艺评定GB150.4-2011规定：7.2.1 容器施焊前，受压元件焊缝、与受压元件相焊的焊缝、熔入永久焊缝内的定位焊缝、受压元件母材表面堆焊与补焊，以及上述焊缝的返修焊缝都应按 NB/T 47014 进行焊接工艺评定或者具有经过评定合格的焊接工艺支持。7.2.2 用于焊接结构受压元件的境外材料(含填充材料)，压力容器制造单位在首次使用前，应按NB/T 47014 进行焊接工艺评定。7.2.7 焊接工艺评定技术档案应保存至该工艺评定失效为止，焊接工艺评定试样保存期不少于 5 年。（GB150-98为7年）,郑州大学化工设备设计研究所,34,1.压力容器焊接的基本概念,1.4.3 焊接工艺评定一般过程 根据金属材料的焊接性能，按照设计文件规定和制造工艺拟定“预焊接工艺规程”，施焊试件和制取试样，检测焊接接头是否符合规定的要求，并形成焊接工艺评定报告对预焊接工艺规程进行评价。焊接工艺评定具体过程：(1)对于产品上每条需要评定的焊缝，拟定“预焊接工艺规程”，内容包括每种焊接方法的重要因素、补加因素和次要因素。(2)按照“预焊接工艺规程”和工艺评定标准的规定施焊试件、检验和测定试样性能、填写“焊接工艺评定报告”，内容主要包括每种焊接方法施焊试件所需控制的重要因素、补加因素数据和各项检测结果，如果评定不合格应修改预焊接工艺规程继续评定，直到评定合格。(3)当进行冲击试验时，预焊接工艺规程上每个重要因素和补加因素都要得到评定，当不规定冲击试验时，预焊接工艺规程上每个重要因素都要得到评定。,郑州大学化工设备设计研究所,35,压力容器焊接的基本概念,1.4.4 焊接工艺规程WPS（焊接作业指导书WWI）按照压力容器焊接工艺评定标准，评定合格的焊接工艺只能确保焊接接头的力学性能或堆焊层化学成分符合要求。对于焊接接头作为压力容器的一部分还有缺陷、应力、外观要求；对于整个产品还有外形尺寸、位置偏差、使用性能及其它性能要求；对于生产管理来讲，还要求提高生产率、操作方便、安全生产等要求。这是预焊接工艺规程不能解决的，也不是焊接工艺评定的范围，这只能由焊接工艺规程来实现。,郑州大学化工设备设计研究所,36,压力容器焊接的基本概念,1.4.4 焊接工艺规程WPS（焊接作业指导书WWI）焊接工艺规程是制造焊件所有相关的加工和实践要求的细则文件，可保证由熟练焊工操作时的质量再现性。焊接工艺规程是焊接工艺人员依据评定合格的焊接工艺，针对具体的焊接接头，根据本单位能力与条件，运用焊接实践知识和理论知识编制而成的。焊工必须严格执行焊接工艺规程，才能确保压力容器的焊接质量。,压力容器常用焊接方法及特点,郑州大学化工设备设计研究所,38,压力容器常用焊接方法及特点,焊条电弧焊(SMAW),郑州大学化工设备设计研究所,39,压力容器常用焊接方法及特点,焊条电弧焊(SMAW)焊条电弧焊的电源设备分三类：交流电弧焊变压器直流弧焊电源逆变弧焊电源焊条电弧焊的特点：焊条电弧焊设备简单、轻便，操作灵活。可以应用子维修及装配中短缝的焊接，特别是可以用于难以达到的部位的焊接。焊条电弧焊配用相应的焊条可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及其合金的焊接。,郑州大学化工设备设计研究所,40,压力容器常用焊接方法及特点,埋弧焊（SAW）,郑州大学化工设备设计研究所,41,压力容器常用焊接方法及特点,埋弧焊（SAW）埋弧焊的焊接过程与焊条电弧焊的基本一样，热源也是 电弧，但把焊丝上的药皮改变成了颗粒状的焊剂。焊接前先把焊剂铺撒在焊缝上，大约4060毫米厚，焊接时，焊丝与焊件之间的电弧，完全淹埋在焊剂层下燃烧。埋弧焊的特点：埋弧焊的优点：（1）生产效率高。埋弧自动焊的生产率可比手工焊提高510倍。可采用大电流焊接（比手工焊大68倍），电弧热量大，焊丝熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多，而且焊接变形小。（2）焊剂层对焊缝金属的保护好，所以焊缝质量好。（3）节约钢材和电能。钢板厚度一般在10毫米以下时，埋弧自动焊可不开坡口，这就大大节省了钢材，而且由于电弧被焊剂保护着，使电弧的热得到充分利用，从而节省了电能；（4）改善了劳动条件。减少劳动量，无弧光，焊接过程中发出的气体量少，这对保护焊工眼睛和身体健康是很有益。埋弧自动焊的缺点：适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的环焊缝。,郑州大学化工设备设计研究所,42,压力容器常用焊接方法及特点,钨极气体保护焊,郑州大学化工设备设计研究所,43,压力容器常用焊接方法及特点,钨极气体保护焊/钨极氩弧焊（GTAW/TIG)电极：纯钨或活化钨，如：钍钨极、铈钨极等钨极只起导电作用不熔化，通电后在钨极和工件间产生电弧。保护气体：氩气、氦气等钨极气体保护焊的特点：优点：焊缝保护好，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接时加热集中，焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流（10A）时电弧也能稳定燃烧。缺点：氩气较贵，焊前对焊件的清理要求很严格。,郑州大学化工设备设计研究所,44,压力容器常用焊接方法及特点,熔化极气体保护焊（GMAW)(MIG/MAG),郑州大学化工设备设计研究所,45,压力容器常用焊接方法及特点,熔化极气体保护焊（GMAW)(MIG/MAG)常见的熔化极气体保护焊有混合气体保护焊（MAG）、熔化极氩弧焊（MIG）、CO2气体保护焊等。操作方式主要是半自动焊和自动焊两种。/直流电源熔化极气体保护焊的特点：优点：1)焊接效率高。2)熔深大。3)焊接厚板时，可以用较低的焊接电弧和较快的焊接速度，其焊接变形小。缺点：有飞溅、易产生气孔,焊接材料,郑州大学化工设备设计研究所,47,焊接材料,焊接材料是指焊接时所消耗的材料。焊接材料包括焊条、焊丝、填充丝、焊带、焊剂、保护气体等。压力容器制造过程中最常用的焊接材料为焊条电弧焊焊条、埋弧焊焊丝及焊剂。,郑州大学化工设备设计研究所,48,焊接材料,3.1 焊条电弧焊焊条常用焊条标准GB/T983-1995不锈钢焊条GB/T5117-1995碳钢焊条GB/T5118-1995低合金钢焊条GB/T3670-1995铜及铜合金焊条GB/T3669-1983铝及铝合金焊条GB/T13814-2008镍及镍合金焊条NB/T47018 承压设备用焊接材料订货技术条件,郑州大学化工设备设计研究所,49,焊接材料,3.1 焊条电弧焊焊条焊条统一编号的意义 焊条通常用型号和牌号来反映其主要性能特点及类别。焊条型号是以焊条国家标准为依据、反映焊条主要特性的一种表示方法。焊条牌号是根据焊条的主要用途及性能特点，对焊条产品的具体命名。由焊条厂家制定。我国焊条行业采用型号。注意：不管是焊条厂自定的牌号，还是全国焊接材料行业牌号，都必须在质量证明书上注明该产品是“符合国标”、“相当国标”或不加标注（即与国标不符），以便用户结合产品性能要求，对照标准去选用。多种牌号焊条可同时对应一个型号。如：牌号J507RH和J507R，型号均为E5015-G。,郑州大学化工设备设计研究所,50,3.焊接材料,焊条牌号的表示方法 通常用一个汉语拼音字母（或汉字）与三位数字表示。如A302（奥302）、W607（温607）有的焊条牌号在三位数字后面加注后缀字母和/或数字。如J507RH、A022Mo、J422Fe16 第一位字母：表示焊条种类；前两位数字：表示熔敷金属强度或合金类型；第三位数字：表示药皮类型及电流种类；数字后面的字母和数字：附加合金元素或焊条特性（具有特殊性能和用途）。如：G高韧性焊条；R压力容器用焊条；Fe高效铁粉焊条：X向下立焊用焊条；H超低氢焊条；RH高韧性超低氢焊条；,郑州大学化工设备设计研究所,51,焊接材料,3.1 焊条电弧焊焊条焊条型号的表示方法1、碳钢焊条：根据GB/T5117-1995碳钢焊条标准规定，碳钢焊条型号按熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。碳钢焊条型号的编制方法：首位字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为kgf/mm2；第三位数字表示焊条的焊接位置：“0”和“1”表示焊条适用于全位置焊接；“2”表示焊条适用于平焊及平角焊；“4”表示焊条适用于向下立焊。第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。,郑州大学化工设备设计研究所,52,焊接材料,焊条型号的表示方法续：在第四位数字后面附加字母或数字：“R”表示耐吸潮焊条，“M”表示对吸潮和力学性能有特殊规定的焊条，“-1”表示冲击性能有特殊规定的焊条。举例：E4303：43kgf/mm2；全位置；钛钙型；交直流两用。E5015：50kgf/mm2；全位置；低氢钠型；直流反接。E50181：50kgf/mm2；全位置；铁粉低氢型；交流或直流反接；-46低温冲击保证值。,郑州大学化工设备设计研究所,53,焊接材料,焊条型号的表示方法续：2、低合金钢焊条：根据GB/T5118-1995低合金钢焊条标准规定，低合金钢焊条型号按熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。低合金钢焊条型号的编制方法：首位字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值（kgf/mm2）；第三位数字表示焊条的焊接位置：“0”和“1”表示焊条适用于全位置焊接；“2”表示焊条适用于平焊及平角焊。第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型；后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号，并以短划“-”与前面分开。若还具有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并以短划“-”与前面后缀字母分开。如：E5515-B2-V（R317）对于E50XX-X、E55XX-X、E60XX-X型低氢焊条的熔敷金属化学成 分分类后缀字母或附加化学成分后面加字母“R”时，表示耐吸潮焊条。,郑州大学化工设备设计研究所,54,焊接材料,焊条型号的表示方法续：2、低合金钢焊条：举例：（1）E5015-G（J507RH、J507R等）：50kgf/mm2（490 MPa）；低氢钠型；高韧性（低温冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。（2）E6015-G（J607RH）：60kgf/mm2（610 MPa）；低氢钠型；超低氢高韧性；（-40低温冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。（3）E5515-C1（W707Ni）：低氢钠型；含2.5Ni；55kgf/mm2（540 MPa）；高韧性（-70冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。（4）E5515-C2（W907Ni）：低氢钠型；含3.5Ni；55kgf/mm2（540 MPa）；高韧性（-90冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。（5）E5515-B1（R207）：低氢钠型；540 MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。（6）E5515-B2（R307）：低氢钠型；1Cr-0.5Mo；540 MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。（7）E5515-B2-V（R317）：低氢钠型；1Cr-0.5Mo-V；540 MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。（8）E6015-B3（R407）：低氢钠型；2.5Cr-1Mo；590 MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。,郑州大学化工设备设计研究所,55,焊接材料,焊条型号的表示方法续：3、不锈钢焊条：根据GB/T983-1995不锈钢焊条标准规定，不锈钢焊条型号按熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。不锈钢焊条型号的编制方法：首位字母“E”表示焊条；“E”后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号，如有特殊要求的化学成分，该化学成分用元素符号表示，放在数字的后面；短线“-”后面的两数字表示药皮类型、焊接位置及焊接电流种类。“16”表示碱性、钛型或钛钙型药皮，全位置焊接，交流或直流反接；“15”表示低氢钠型、全位置焊接、直流反接；“17”是“16”的变型。不锈钢焊条型号与美国、日本等工业发达国家的不锈钢焊条型号相同。举例：（1）E308L-16（A002）：钛钙型；超低碳（含C0.04%）；公称成分00-19Cr-10Ni；交流或直流反接（尽可能采用直流电源）；全位置焊接。（2）E308-15（A107）：碱性；低碳（含C0.08%）；公称成分0-19Cr-10Ni；直流反接；全位置焊接。,郑州大学化工设备设计研究所,56,焊接材料,焊条型号的表示方法续：3、不锈钢焊条：举例：（3）E316L-16（A022）：钛钙型；超低碳（含C0.04%）；公称成分00-18Cr-12Ni-2Mo；交流或直流反接（尽可能采用直流电源）；全位置焊接。（4）E316-15（A207）：碱性；低碳（含C0.08%）；熔敷金属公称成分0-18Cr-12Ni-2Mo；直流反接；全位置焊接。（5）E347-15（A137）：碱性；低碳（含C0.08%）；含Nb稳定剂；公称成分0-19Cr-10Ni-Nb；直流反接；全位置焊接。（6）E309-15（A307）：碱性；含C0.15%；公称成分1-23Cr-13Ni；直流反接；全位置焊接。（7）E310-16（A402）：钛钙型；含C=0.08-0.20%；纯奥氏体组织，公称成分2-26Cr-21Ni；交流或直流反接（尽量采用直流电源）；全位置焊接。（注：L表示碳含量较低（C0.04%）；H表示碳含量较高（C 0.15%）特殊情况：E5MoV-15（R507）：低氢钠型；5Cr-0.5Mo-V；520 MPa E9Mo-15（R707）：低氢钠型；9Cr-1Mo，590 MPa 按牌号：属于珠光体耐热钢（低合金钢）焊条。按型号：属于不锈钢焊条。GB/T983-1995提出：将放入下次修订的GB/T5118标准中。,郑州大学化工设备设计研究所,57,焊接材料,3.2 焊剂焊剂是具有一定粒度的颗粒状物质，焊接时能够熔化形成熔渣和气体。是埋弧焊和电渣焊不可缺少的焊接材料。在焊接过程中，焊剂的作用相当于焊条药皮，熔化形成熔渣，对焊接熔池起保护、冶金处理和改善焊接工艺性能的作用。烧结焊剂还具有渗合金作用，焊剂与焊丝相组合，即为埋弧焊和电渣焊所需的焊接材料。,郑州大学化工设备设计研究所,58,焊接材料,3.2 焊剂焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属化学成分和性能的主要因素之一。采用同样的焊丝和同样的焊接参数，而配用的焊剂不同，所得焊缝的性能将有很大的差别。一种焊丝可与多种焊剂合理组合，无论是在低碳钢还是在低合金钢上都有这种合理的组合。,郑州大学化工设备设计研究所,59,焊接材料,3.3 焊接用保护气体焊接用气体标准GB/T4842-2006氩GB/T6052-1993工业液体二氧化碳GB/T4844.2-1995纯氦GB/T7445-1995纯氢、高纯氢和超纯氢GB/T3863-2008工业氧GB/T3864-2008工业氮,郑州大学化工设备设计研究所,60,焊接材料,3.4 焊丝焊丝与焊剂或保护气体配用，起导电和填充焊缝金属的作用，对焊缝金属的成分有决定性影响。按照适用的焊接方法，焊丝可分为埋弧焊焊丝、电渣焊焊丝、CO2焊焊丝和气体保护焊焊丝等。按被焊材料的不同，可分为碳钢焊丝、低合金钢焊丝、不锈钢焊丝、铸铁焊丝和有色金属焊丝等。按制造方法与焊丝的形状，可分为实心焊丝和药心焊丝。,郑州大学化工设备设计研究所,61,焊接材料,3.4 焊丝实心焊丝是目前最常用的焊丝，系热轧线材经拉拔加工而成。为了防止生锈，须对焊丝（除不锈钢焊丝外）表面进行特殊处理。例如镀铜处理，包括电镀、浸铜及化学镀铜处理等。实心焊丝主要有碳钢、低合金钢、耐热钢和不锈钢焊丝，广 泛用于埋弧焊、电渣焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊等。,压力容器焊接设计,郑州大学化工设备设计研究所,63,压力容器焊接设计,焊接方法焊接材料焊接坡口焊接接头型式预热,层间温度后热焊后热处理检验检测,焊接设计是压力容器设计一个重要组成部分，包括,郑州大学化工设备设计研究所,64,压力容器焊接设计,压力容器焊接设计原则选用焊接性能良好的母材尽量减少焊接工作量减少焊缝数量。减少坡口截面积。焊缝最好为直线或圆以利使用机械化、自动化焊接方法。,郑州大学化工设备设计研究所,65,压力容器焊接设计,压力容器焊接设计原则合理布置焊缝焊缝宜对称布置不采用十字交叉两焊缝之间最小距离最好不小于100mm不在受力截面突变处设置焊缝焊接施工及焊接检验方便，减少现场焊接工作量。有利于生产组织与管理。,郑州大学化工设备设计研究所,66,压力容器焊接设计,4.1 焊接方法选用选择焊接方法应符合以下要求能保证压力容器质量可靠、生产效率高、生产成本低。焊接方法一经确定，则坡口形式、焊接材料、焊工合格项目、焊接工艺、所需工艺装备（装置）等则随之确定。各种压力容器常用焊接方法各有不同特点和适用条件，应根据产品特点和制造厂的生产条件选用。,郑州大学化工设备设计研究所,67,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用4.2.1 焊条的选用原则对于用低碳钢及普通低合金钢焊接的承压过程设备，一般按等强度原则，使焊缝金属的强度与母材相等或相近。可根据钢材的强度等级来选用强度相当的焊条。还需根据钢材的焊接性，母材成分，焊接结构的尺寸、形状，坡口和受力情况等影响进行全面考虑。对于低碳钢与普通低合金钢，或普通低合金钢与普通低合金钢之间的异种钢焊接接头，一般选用与强度等级较低的钢相应的焊条。NB/T47018-2011（JB/T4709)压力容器焊接规程,郑州大学化工设备设计研究所,68,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用4.2.1 焊条的选用原则对同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选用，主要取决于焊接件的结构形状（简单或复杂）、钢板厚度（刚性小或大）、工作条件（静载荷或动载荷）和钢材的抗裂性能等方面。对要求塑性好、冲击韧性高、抗裂能力强的焊件，选用碱性焊条。如直流电源有困难，可选用交直流两用碱性焊条。如碱性焊条和酸性焊条可以同样满足要求，一般用酸性焊条。,郑州大学化工设备设计研究所,69,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用4.2.1 焊条的选用原则对于承受高温或腐蚀的耐热钢和不锈钢，钢中合金元素对其耐热和腐蚀性起决定性作用。故这类钢在选择焊条时，应以等成分原则为主，使焊缝金属的主要合金成分与母材相近或相同，以保证焊接接头的特殊性能。如果主要考虑操作及焊缝外观因素，奥氏体不锈钢多选用钛钙药皮焊条。,郑州大学化工设备设计研究所,70,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用（参考）4.2.2 埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则（需做匹配）在埋弧焊中，应注意焊丝与焊剂中Mn、Si含量的适当配合。若焊丝中Mn、Si含量较高，则应选配Mn、Si含量低的焊剂。反之，应选配Mn、Si含量高的焊剂。低碳钢与低合金钢选配无锰焊丝配用高锰高硅焊剂，用于焊接低碳钢。低锰焊丝配用中锰焊剂，用于焊接低合金钢。对于电渣焊，由于焊剂更新很少，焊缝合金化主要由焊丝提供，所以焊丝中的Mn、Si含量应较同样条件埋弧焊时高。,郑州大学化工设备设计研究所,71,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用（参考）4.2.2 埋弧焊和电渣焊与焊剂的选配原则不锈钢用焊丝与焊剂选配采用的焊丝成分要与被焊接的不锈钢成分基本一致。焊接铬-镍不锈钢时，采用H08Cr21Ni10(S30408)、H08Cr19Ni10Ti(S32168)、H03Cr21Ni10(S30403)等焊丝。焊接超低碳不锈钢时，采用相应的超低碳焊丝。焊剂可采用熔炼型或烧结型，要求焊剂的氧化性小，以减少合金元素的烧损。,郑州大学化工设备设计研究所,72,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用（参考）4.2.3 气体保护焊对焊丝的要求钨极氩弧焊焊接有时不加填充焊丝，被焊母材加热熔化后直接连接起来，有时加填充焊丝。由于保护气体为纯Ar，无氧化性，焊丝熔化后成分基本不发生变化，所以焊丝成分即为焊缝成分。也有的采用母材成分作为焊丝成分，使焊缝成分与母材一致。,郑州大学化工设备设计研究所,73,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用4.2.3 气体保护焊对焊丝的要求钨极氩弧焊焊接有时不加填充焊丝，被焊母材加热熔化后直接连接起来，有时加填充焊丝。由于保护气体为纯Ar，无氧化性，焊丝熔化后成分基本不发生变化，所以焊丝成分即为焊缝成分。也有的采用母材成分作为焊丝成分，使焊缝成分与母材一致。,郑州大学化工设备设计研究所,74,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用4.2.3 气体保护焊对焊丝的要求熔化极氩弧焊和活性气体保护焊熔化极氩弧焊主要用于焊接不锈钢等高合金钢，为了改善电弧特性，在Ar气中加入适量O2或CO2，即成为活性气体保护焊。焊接低合金钢时，采用Ar+5%CO2可提高焊缝的抗气孔能力。焊接超低碳不锈钢时，采用Ar+2%O2混合气体，以防止焊缝增碳。,郑州大学化工设备设计研究所,75,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用4.2.3 气体保护焊对焊丝的要求熔化极氩弧焊和活性气体保护焊Ar+20%CO2的活性气体保护焊用于低合金钢的焊接正逐步增多。活性气体保护焊，由于保护气体有一定的氧化性，应适当提高焊丝中Si、Mn等脱氧元素的含量，其它成分可以与母材一致，也可以有所差别。焊接高强钢时，焊缝中C的含量通常低于母材，Mn的含量则应高于母材。为了改善低温韧性，焊缝中Si的含量不宜过高。,郑州大学化工设备设计研究所,76,压力容器焊接设计,4.2 焊接材料选用4.2.3 气体保护焊对焊丝的要求CO2焊焊丝CO2是活性气体，主要用于焊低碳钢与低合金钢。由于具有较强的氧化性，因此CO2焊所用焊丝必须含有较高的Mn、Si等脱氧元素。CO2焊通常采用C-Mn-Si系焊丝。,郑州大学化工设备设计研究所,77,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计压力容器中的焊接接头焊缝，当壁厚较大时均应开设坡口。目的是为了使焊缝全部焊透和减小或避免焊接缺陷，保证焊接质量。,郑州大学化工设备设计研究所,78,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计典型焊接坡口各部分名称,郑州大学化工设备设计研究所,79,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计常用对接接头坡口型式,郑州大学化工设备设计研究所,80,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计焊接坡口主要结构参数坡口角度钝边高度p根部间隙b的作用是使焊条或焊丝便于伸到坡口底部并作必要的摆动和偏移，以便获得良好的熔合，便于脱渣和清渣。钝边p的作用是防止烧穿和熔化金属流失。间隙b是为了保证焊透。,郑州大学化工设备设计研究所,81,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计选择坡口形式和尺寸应考虑下列因素焊接方法焊缝填充金属尽量少避免产生缺陷减少焊接残余变形与应力有利于焊接防护焊工操作方便复合钢板的坡口应有利于减少过渡焊缝金属的稀释率,郑州大学化工设备设计研究所,82,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计相对其它焊接工艺规范参数，焊接坡口与制造单位的实际情况和经验有着更密切联系，坡口变化并不影响焊接接头的力学性能，各制造厂几乎都有坡口企业标准，不应强求采用标准坡口或图样中坡口。,郑州大学化工设备设计研究所,83,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计坡口标准GB/T985.1-2008气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口GB/T985.2-2008埋弧焊的推荐坡口GB/T985.3-2008铝及铝合金气体保护焊的推荐坡口GB/T985.4-2008铝及铝合金气体保护焊的推荐坡口GB/T985.5-2008复合钢的推荐坡口HG20583-2011钢制化工容器结构设计规定上述标准中所列坡口形式和尺寸都是可行的，确保焊接接头与母材等强，但不一定是最佳的，最佳的焊接坡口是根据结构特点并结合制造单位的实际条件确定。,郑州大学化工设备设计研究所,84,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计单就操作而言，坡口越小，耗用焊接材料越少，生产效率和经济效益越高。因为填充金属的多少直接取决于坡口截面，坡口越大，填充金属越多，焊接时间也就越长。同时大的坡口会引起较大的焊接变形和残余应力，耗用矫正工时。,郑州大学化工设备设计研究所,85,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计焊接方法首先决定是否需要开坡口电渣焊不需开坡口。焊条电弧焊由于其熔深较浅，厚度大于2mm的钢板就要开坡口。埋弧焊其熔深大，一般10mm以下钢板双面焊可以不开坡口。,郑州大学化工设备设计研究所,86,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计焊接方法首先决定是否需要开坡口坡口尺寸也与焊接方法有关焊条电弧焊与气体保护焊相比，前者坡口角度应大些。因为焊条电弧焊的焊条较粗，且焊缝表面有较厚的熔渣层，较大的坡口便于焊条深入坡口底部，也便于脱渣和清渣。气体保护焊时，焊缝表面无熔渣，焊丝直径也较小，故坡口角度可开小些。熔化极气体保护焊的V形坡口角度一般可取4550，而焊条电弧焊的V形坡口角度一般要60。,郑州大学化工设备设计研究所,87,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计在焊接方法一定时，坡口的形状和尺寸主要决定于板厚的大小。板厚由小到大，应依次分别采用V形、X形和U形等坡口。这样可以减少焊接材料用量，利于控制焊接变形。,郑州大学化工设备设计研究所,88,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计焊件的材料不同，对坡口的形状和尺寸要求也有差异。低碳钢对焊接热循环不敏感，可以采用高线能量的焊接规范参数，为便于操作，坡口截面应大些。铬镍奥氏体不锈钢，对焊接热循环敏感性大，要求采用小线能量焊接，其坡口应尽量小些，以避免焊接热的多次作用。镍及镍合金焊接时其熔池液体粘度较大，流动性差，熔深浅，焊接过程中易出现夹渣和未熔合等缺陷，故其坡口角度应适当加大，根部钝边适当减小，其V形坡口角度一般为7080。,郑州大学化工设备设计研究所,89,压力容器焊接设计,4.3 焊接坡口和焊接接头设计4.3.1 坡口设计 GB150.4-2011对坡口要求6.3 坡口坡口应符合下列要求:a)坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷;b)标准抗拉强度下限值 R m 540 MPa 的低合金钢材及 Cr-Mo 低合金钢材经热切割的坡口表面，加工完成后应按JB/T4730.4行磁粉检测，级合格;C)施焊前，应清除坡口及其母材两侧表面20mm范围内（以离坡口边缘的距离计）的氧化皮、油污、熔渣及其它有害杂质。,郑州大学化工设备设计研究所,90,压力容器焊接设计,4.3.2 焊接接头设计压力容器焊接结构设计时，为做到合理地选择焊接接头的类型，应综合考虑如下因素：设计要求：保证接头满足使用要求。焊接和无损检测的难易与焊接变形：操作容易实现，焊接应力小，变形能够控制。焊接成本：接头准备和施工时费用低，经济性好。施工条件：制造施工单位具备完成施工要求所需的技术、人员和设备条件。,郑州大学化工设备设计研究所,91,压力容器焊接设计,焊接接头的分类:GB150-2011规定容器受压元件之间的焊接接头