钢制压力容器的焊接课件

第五章 钢制压力容器的焊接压力容器是典型的焊接结构压力容器是典型的焊接结构,主要的主要的制造方法就是焊接制造方法就是焊接,焊接质量直接关焊接质量直接关系到设备的质量系到设备的质量.5.1 焊焊 接接 接接 头头 压力容器的焊接接头分成四类压力容器的焊接接头分成四类,目的是在设计、目的是在设计、制造、维修、管理时可以分别对待制造、维修、管理时可以分别对待,从而保证质量从而保证质量.圆筒部分的纵向接头多层包扎容器层板层纵向接头除外圆筒部分的纵向接头多层包扎容器层板层纵向接头除外圆筒部分的纵向接头多层包扎容器层板层纵向接头除外圆筒部分的纵向接头多层包扎容器层板层纵向接头除外,球形封球形封球形封球形封头与圆筒连接的环向接头头与圆筒连接的环向接头头与圆筒连接的环向接头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各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入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式接管与壳体对接连接的接头式接管与壳体对接连接的接头式接管与壳体对接连接的接头,均属均属均属均属A A类焊接接头类焊接接头类焊接接头类焊接接头.壳体部分的环向焊缝接头壳体部分的环向焊缝接头壳体部分的环向焊缝接头壳体部分的环向焊缝接头,锥形封头小端与接管连接的接头锥形封头小端与接管连接的接头锥形封头小端与接管连接的接头锥形封头小端与接管连接的接头,长颈法兰长颈法兰长颈法兰长颈法兰与接管连接的接头与接管连接的接头与接管连接的接头与接管连接的接头,均属均属均属均属B B类焊接接头类焊接接头类焊接接头类焊接接头,但已规定为但已规定为但已规定为但已规定为A A、C C、D D类的焊接类的焊接类的焊接类的焊接接头除外接头除外接头除外接头除外.平盖、管板与圆筒非对接连接的接头平盖、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板层纵向接头内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头,均属均属C类类焊接接头焊接接头.接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头,均属均属均属均属D D类焊接接头类焊接接头类焊接接头类焊接接头,但已规定为但已规定为但已规定为但已规定为A A、B B类的焊接接头除外类的焊接接头除外类的焊接接头除外类的焊接接头除外.lAlBlClD分类分类AAAAAAAAAAABBBBBBCCCDDDBl lA A类焊缝是容器中受力最大的接头类焊缝是容器中受力最大的接头类焊缝是容器中受力最大的接头类焊缝是容器中受力最大的接头,因此一般要求采用双面因此一般要求采用双面因此一般要求采用双面因此一般要求采用双面焊或保证全焊透的单面焊缝；焊或保证全焊透的单面焊缝；焊或保证全焊透的单面焊缝；焊或保证全焊透的单面焊缝；l lB B类焊缝的工作应力一般为类焊缝的工作应力一般为类焊缝的工作应力一般为类焊缝的工作应力一般为A A类的一半类的一半类的一半类的一半.除了可采用双面焊除了可采用双面焊除了可采用双面焊除了可采用双面焊的对接焊缝以外的对接焊缝以外的对接焊缝以外的对接焊缝以外,也可采用带衬垫的单面焊；也可采用带衬垫的单面焊；也可采用带衬垫的单面焊；也可采用带衬垫的单面焊；l l在中低容器中在中低容器中在中低容器中在中低容器中,C,C类接头的受力较小类接头的受力较小类接头的受力较小类接头的受力较小,通常采用角焊缝联接通常采用角焊缝联接通常采用角焊缝联接通常采用角焊缝联接.对于高压容器对于高压容器对于高压容器对于高压容器,盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊透的接头透的接头透的接头透的接头.l lD D类焊缝是接管与容器的交叉焊缝类焊缝是接管与容器的交叉焊缝类焊缝是接管与容器的交叉焊缝类焊缝是接管与容器的交叉焊缝.受力条件较差受力条件较差受力条件较差受力条件较差,且存在较且存在较且存在较且存在较高的应力集中高的应力集中高的应力集中高的应力集中.在厚壁容器中这种焊缝的拘束度相当大在厚壁容器中这种焊缝的拘束度相当大在厚壁容器中这种焊缝的拘束度相当大在厚壁容器中这种焊缝的拘束度相当大,残残残残余应力亦较大余应力亦较大余应力亦较大余应力亦较大,易产生裂纹等缺陷易产生裂纹等缺陷易产生裂纹等缺陷易产生裂纹等缺陷.因此在这种容器中因此在这种容器中因此在这种容器中因此在这种容器中D D类焊类焊类焊类焊缝应采取全焊透的焊接接头缝应采取全焊透的焊接接头缝应采取全焊透的焊接接头缝应采取全焊透的焊接接头.对于低压容器可采用局部焊透对于低压容器可采用局部焊透对于低压容器可采用局部焊透对于低压容器可采用局部焊透的单面或双面角焊的单面或双面角焊的单面或双面角焊的单面或双面角焊.5.1 焊焊 接接 接接 头头分类分类5.1 焊焊 接接 接接 头头接头的基本形式接头的基本形式对接接头、对接接头、T形十字形接头、角接头和搭接接头形十字形接头、角接头和搭接接头 T形接头十字形接头、丁字形接头形接头十字形接头、丁字形接头 5.1 焊焊 接接 接接 头头接头的基本形式接头的基本形式T形接头十字形接头、丁字形接头形接头十字形接头、丁字形接头 5.1 焊焊 接接 接接 头头接头的基本形式接头的基本形式角接头角接头5.1 焊焊 接接 接接 头头接头的基本形式接头的基本形式5.1 焊焊 接接 接接 头头接头的基本形式接头的基本形式搭接接头搭接接头搭接接头搭接接头 5.1 焊焊 接接 接接 头头接头的基本形式接头的基本形式 两条正面焊缝之间的距离要大于板厚的两条正面焊缝之间的距离要大于板厚的4倍倍 侧面焊缝的长度不大于焊脚高度的侧面焊缝的长度不大于焊脚高度的50倍倍 5.1 焊焊 接接 接接 头头坡口的基本形式坡口的基本形式 l l坡口的基本形式和尺寸已经有国家标准：坡口的基本形式和尺寸已经有国家标准：坡口的基本形式和尺寸已经有国家标准：坡口的基本形式和尺寸已经有国家标准：GB985GB985和和和和GB986.GB986.l l表表表表5-15-1列出坡口的六个主要尺寸符号列出坡口的六个主要尺寸符号列出坡口的六个主要尺寸符号列出坡口的六个主要尺寸符号.l l表表表表5-25-2列出坡口加工时主要尺寸的允许偏差值列出坡口加工时主要尺寸的允许偏差值列出坡口加工时主要尺寸的允许偏差值列出坡口加工时主要尺寸的允许偏差值.l l各种坡口在图纸上是以各种符号表示的各种坡口在图纸上是以各种符号表示的各种坡口在图纸上是以各种符号表示的各种坡口在图纸上是以各种符号表示的,基本符基本符基本符基本符号表号表号表号表5-45-4表示的是焊缝截面形状的符号坡表示的是焊缝截面形状的符号坡表示的是焊缝截面形状的符号坡表示的是焊缝截面形状的符号坡口、焊接之前；口、焊接之前；口、焊接之前；口、焊接之前；l l辅助符号表辅助符号表辅助符号表辅助符号表5-55-5表示的是焊缝表面形状的符表示的是焊缝表面形状的符表示的是焊缝表面形状的符表示的是焊缝表面形状的符号号号号,焊接以后的表面形状；焊接以后的表面形状；焊接以后的表面形状；焊接以后的表面形状；5.2常用焊接方法及其焊接工艺常用焊接方法及其焊接工艺手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊埋弧自动焊埋弧自动焊埋弧自动焊埋弧自动焊气体保护焊气体保护焊气体保护焊气体保护焊 特点特点:设备简单设备简单,工艺灵活工艺灵活,对工作场地无特殊要求可以全方位施焊对工作场地无特殊要求可以全方位施焊.因为焊条、药皮品种齐全因为焊条、药皮品种齐全,所以对钢材的适应性强几乎所有的钢所以对钢材的适应性强几乎所有的钢种种C钢、低合、不锈、耐热钢、低合、不锈、耐热.其缺点是焊接速度慢其缺点是焊接速度慢.压力容器等焊接结构的重要焊接方法之一压力容器等焊接结构的重要焊接方法之一,它的焊缝质量优良它的焊缝质量优良,因为埋弧焊因为埋弧焊的电弧是在焊剂下的一个封闭空间燃烧的电弧是在焊剂下的一个封闭空间燃烧,并且焊缝在焊剂的保护下冷却并且焊缝在焊剂的保护下冷却,可可以充分地进行冶金反应以充分地进行冶金反应,不用换焊条、熔深大不用换焊条、熔深大.它的自动化程度比较高它的自动化程度比较高,生产生产效率高、质量好效率高、质量好,比较适合于大规模的现代化生产比较适合于大规模的现代化生产.但它只能俯焊但它只能俯焊.包括熔化极和非熔化极；保护性气体主要有惰性气包括熔化极和非熔化极；保护性气体主要有惰性气体和二氧化碳体和二氧化碳.手工电弧焊手工电弧焊 1 焊接电源焊接电源 2 地线地线 3 工件工件 4 焊接电弧焊接电弧 5 焊条焊条 6 焊钳焊钳 7 电缆电缆 手手 工工 电电 弧弧 焊焊 的的 系系 统统 简简 图图 手工电弧焊手工电弧焊 焊接规范及其选择焊接规范及其选择 手工电弧焊手工电弧焊 焊接规范主要包括：焊接电流、焊接电弧电压、焊接速度、焊接规范主要包括：焊接电流、焊接电弧电压、焊接速度、焊接线能量、焊条直径、焊接预热温度和冷却时间焊接线能量、焊条直径、焊接预热温度和冷却时间.l选择焊条的直径选择焊条的直径 l确定焊接电流确定焊接电流 l焊接电弧电压焊接电弧电压 l焊接速度焊接速度 l焊接线能量指得是单位长度焊缝所得到的电弧热能焊接线能量指得是单位长度焊缝所得到的电弧热能量量,与电流、电弧电压和焊接速度有关：与电流、电弧电压和焊接速度有关：埋弧自动焊埋弧自动焊 是一种利用在焊剂层下光焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生的是一种利用在焊剂层下光焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生的热量来熔化焊丝、焊剂和母材金属而形成焊缝的方法热量来熔化焊丝、焊剂和母材金属而形成焊缝的方法.设备：埋弧焊电源和埋弧焊焊机设备：埋弧焊电源和埋弧焊焊机电源也有直流和交流之分：直流电源电弧稳定电源也有直流和交流之分：直流电源电弧稳定,多用多用在对焊接工艺参数要求较高设备焊接上在对焊接工艺参数要求较高设备焊接上.焊机有半自动焊机和全自动焊机焊机有半自动焊机和全自动焊机.两者的不同之处就是前两者的不同之处就是前者的焊接速度需操作者焊工控制者的焊接速度需操作者焊工控制,后者焊丝、焊剂进后者焊丝、焊剂进给、启动停止、焊接速度调节全部自动完成给、启动停止、焊接速度调节全部自动完成.气体保护电弧焊气体保护电弧焊 国内最常用的气体保护电弧焊是钨极氩弧焊简称氩弧焊和氩气、二氧化碳气体保护焊.钨极氩弧焊电极是钨、钍钨合金、铈钨合金钨极氩弧焊电极是钨、钍钨合金、铈钨合金,保护气保护气体通常有氩气、氦气、氩氦混合气和氩氢混合气体通常有氩气、氦气、氩氦混合气和氩氢混合气.钨的熔点是钨的熔点是3410沸点是沸点是5900所以很适合作为不所以很适合作为不熔化电极熔化电极,也因此钨极可以采用较大的电流也因此钨极可以采用较大的电流,电弧仍电弧仍然稳定集中然稳定集中,效率高效率高.l与氩弧焊相比与氩弧焊相比CO2气体保护焊成本低许多气体保护焊成本低许多.但但它只用于低碳钢、低合金钢等金属材料的一般它只用于低碳钢、低合金钢等金属材料的一般结构焊接结构焊接,重要焊接结构很少采用重要焊接结构很少采用.气体保护电弧焊气体保护电弧焊l因为因为CO2属于弱氧化气体属于弱氧化气体,能烧损有益元素；能烧损有益元素；另外飞溅严重另外飞溅严重,电弧不稳电弧不稳.烟雾较多烟雾较多,弧光强弧光强,成型不光滑成型不光滑.常用焊接方法缩写常用焊接方法缩写lMAG焊接焊接 熔化极氧化性混合气体保护电弧焊熔化极氧化性混合气体保护电弧焊,例如：混合气体例如：混合气体75-95%Ar+25-5%CO2,标准配比：标准配比：80%Ar+20%CO2.lMIG焊接焊接 熔化极惰性气体保护电弧焊熔化极惰性气体保护电弧焊.lTIG焊接焊接 用纯钨或活化钨钍钨、铈钨、锆钨、镧钨作为不用纯钨或活化钨钍钨、铈钨、锆钨、镧钨作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊熔化电极的惰性气体保护电弧焊.lSMAW焊接焊接 用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法.5.3常见焊接缺陷的成因常见焊接缺陷的成因 及其防止方法及其防止方法焊缝表面缺陷焊缝表面缺陷 咬咬 边边成因：成因：成因：成因：金属补充不及时金属补充不及时金属补充不及时金属补充不及时危害：强度减弱、应力集中危害：强度减弱、应力集中防止：电流适中防止：电流适中,运条得当运条得当 焊焊瘤瘤焊缝表面缺陷焊缝表面缺陷成因：成因：成因：成因：金属因自重下坠金属因自重下坠金属因自重下坠金属因自重下坠危害：应力集中危害：应力集中防止：电流适中防止：电流适中,运条快运条快,钝边、间隙规范钝边、间隙规范 内内凹凹焊缝表面缺陷焊缝表面缺陷成因：成因：成因：成因：金属因自重下坠金属因自重下坠金属因自重下坠金属因自重下坠危害：应力集中危害：应力集中防止：控制熔池温度防止：控制熔池温度,钝边、间隙规范钝边、间隙规范 溢溢流流焊缝表面缺陷焊缝表面缺陷成因：焊接参数选择不当成因：焊接参数选择不当成因：焊接参数选择不当成因：焊接参数选择不当 坡口清理不干净坡口清理不干净坡口清理不干净坡口清理不干净,电弧热损失在氧化皮电弧热损失在氧化皮电弧热损失在氧化皮电弧热损失在氧化皮 上上上上,使母材未熔化使母材未熔化使母材未熔化使母材未熔化.危害：未熔合危害：未熔合,未焊透；未焊透；弧弧坑坑焊缝表面缺陷焊缝表面缺陷成因：熄弧时焊条未停留成因：熄弧时焊条未停留成因：熄弧时焊条未停留成因：熄弧时焊条未停留,或电流过大或电流过大或电流过大或电流过大危害：强度严重减弱危害：强度严重减弱,坑内常有气孔、夹渣或坑内常有气孔、夹渣或 裂纹裂纹 气气孔孔焊缝内部缺陷焊缝内部缺陷成因：焊缝中吸入了过多的气体成因：焊缝中吸入了过多的气体成因：焊缝中吸入了过多的气体成因：焊缝中吸入了过多的气体.危害：使焊缝有效工作面积减少危害：使焊缝有效工作面积减少,降低抵抗外降低抵抗外 载能力载能力,特别对弯曲和冲击韧性影响较大特别对弯曲和冲击韧性影响较大.防止：注意电弧保护、焊条焊剂烘干、坡口清理防止：注意电弧保护、焊条焊剂烘干、坡口清理 夹夹渣渣 焊缝内部缺陷焊缝内部缺陷成因：冷却过快成因：冷却过快成因：冷却过快成因：冷却过快,电流小等电流小等电流小等电流小等危害：引起的应力集中比气孔严重危害：引起的应力集中比气孔严重,危害更大危害更大防止：防止：边缘清理干净、焊速适当边缘清理干净、焊速适当边缘清理干净、焊速适当边缘清理干净、焊速适当 未未焊焊透透 焊缝内部缺陷焊缝内部缺陷成因：坡口角度小成因：坡口角度小成因：坡口角度小成因：坡口角度小,钝边太大；焊条偏离焊道中心钝边太大；焊条偏离焊道中心钝边太大；焊条偏离焊道中心钝边太大；焊条偏离焊道中心.危害：工作面积减小危害：工作面积减小,尖角易产生应力集中尖角易产生应力集中,引起裂纹引起裂纹 防止：电流不可过小防止：电流不可过小,速度不可过快来不及熔化速度不可过快来不及熔化 未未熔熔合合 焊缝内部缺陷焊缝内部缺陷成因：成因：成因：成因：电流小、速度快、热量不足；电流小、速度快、热量不足；电流小、速度快、热量不足；电流小、速度快、热量不足；坡口或坡口或坡口或坡口或焊道有氧化皮、熔渣等焊道有氧化皮、熔渣等焊道有氧化皮、熔渣等焊道有氧化皮、熔渣等,一部分热量损失在熔化一部分热量损失在熔化一部分热量损失在熔化一部分热量损失在熔化杂物上杂物上杂物上杂物上,剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属.焊条或焊丝的摆动角度偏离正常位置焊条或焊丝的摆动角度偏离正常位置焊条或焊丝的摆动角度偏离正常位置焊条或焊丝的摆动角度偏离正常位置,熔化熔化熔化熔化金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分,容易产生未熔合容易产生未熔合容易产生未熔合容易产生未熔合.危害：因为间隙很小危害：因为间隙很小,可视为片状缺陷可视为片状缺陷,类似于裂类似于裂纹纹.易造成应力集中易造成应力集中,是危险性较大的缺陷是危险性较大的缺陷 纵向裂纹纵向裂纹按裂纹存在的方向分按裂纹存在的方向分 横向裂纹横向裂纹3裂纹裂纹 分类分类：星形裂纹星形裂纹按裂纹存在的形态分按裂纹存在的形态分 网状裂纹网状裂纹 条状裂纹条状裂纹 焊道裂纹 热影响区裂纹按裂纹存在的位置分 弧坑裂纹 根部裂纹 其他位置裂纹3裂纹裂纹 热裂纹热裂纹 生产过程出现的裂纹生产过程出现的裂纹 冷裂纹冷裂纹 再热裂纹再热裂纹4裂纹形成的原因及防止措施裂纹形成的原因及防止措施热裂纹形成及防止热裂纹形成及防止 l常见的热裂纹有两种：结晶裂纹、液化裂纹常见的热裂纹有两种：结晶裂纹、液化裂纹l结晶裂纹是焊接熔池初次结晶过程中形成的裂纹结晶裂纹是焊接熔池初次结晶过程中形成的裂纹,是焊缝金属沿初次结晶晶界的开裂是焊缝金属沿初次结晶晶界的开裂.l而液化裂纹是紧靠熔合线的母材晶界被局部重熔而液化裂纹是紧靠熔合线的母材晶界被局部重熔,在在收缩力的作用下而产生的裂纹收缩力的作用下而产生的裂纹.l低熔点共晶物的多少取决于焊缝金属中低熔点共晶物的多少取决于焊缝金属中C、S、L等等元素的含量元素的含量.4裂纹形成的原因及防止措施裂纹形成的原因及防止措施 一是焊缝金属所经受的应变增加速度大于低熔点一是焊缝金属所经受的应变增加速度大于低熔点共晶物凝固的速度；共晶物凝固的速度；另外另外,初生晶体的长大方向和残留低熔点共晶体初生晶体的长大方向和残留低熔点共晶体的相对位置的影响的相对位置的影响.4裂纹形成的原因及防止措施裂纹形成的原因及防止措施关键的措施就是：关键的措施就是：a.应严格控制焊缝金属中应严格控制焊缝金属中C、S、P和其它易形成低熔点和其它易形成低熔点共晶体的合金成分的含量共晶体的合金成分的含量,这些元素和杂质的含量越这些元素和杂质的含量越低低,焊缝金属的抗裂纹能力越大焊缝金属的抗裂纹能力越大.当焊缝中当焊缝中C0.15%,S0.04%就可能有裂纹出现就可能有裂纹出现,如果如果母材中含碳量很高母材中含碳量很高,就要控制焊接材料的成分就要控制焊接材料的成分,以使混以使混合后的碳含量降下来合后的碳含量降下来.b.改变焊缝横截面的形状也就改变了焊接熔池的结晶方改变焊缝横截面的形状也就改变了焊接熔池的结晶方向向,使之有利于将低熔点共晶体推向不易产生裂纹的使之有利于将低熔点共晶体推向不易产生裂纹的位置位置.4裂纹形成的原因及防止措施裂纹形成的原因及防止措施l液化裂纹产生的原因：焊接时紧靠熔合线的母材区域液化裂纹产生的原因：焊接时紧靠熔合线的母材区域被加热到接近钢熔点的高温被加热到接近钢熔点的高温,此时母材晶体本身未发此时母材晶体本身未发生熔化生熔化,而晶界的低熔点共晶物则已完全熔化而晶界的低熔点共晶物则已完全熔化.当焊接当焊接熔池冷却时熔池冷却时,焊缝应变速度较高焊缝应变速度较高.如果这些低熔点共晶如果这些低熔点共晶物未完全重新凝固之前物未完全重新凝固之前,接合区就已受到较大应变接合区就已受到较大应变,则则在这些晶界上就会出现裂纹在这些晶界上就会出现裂纹.晶间液层的熔点越低晶间液层的熔点越低,凝凝固时间越长固时间越长,则液化裂纹的倾向越大则液化裂纹的倾向越大.l液化裂纹的成因归于母材晶粒边界的低熔点共晶物液化裂纹的成因归于母材晶粒边界的低熔点共晶物,因此液化裂纹多产生于因此液化裂纹多产生于C、S、P杂质较高的母材与焊杂质较高的母材与焊缝的熔合边界缝的熔合边界.4裂纹形成的原因及防止措施裂纹形成的原因及防止措施2.冷裂纹形成及防止冷裂纹形成及防止焊接接头的冷裂纹主要在屈服极限大于焊接接头的冷裂纹主要在屈服极限大于300MPa的低合金的低合金钢中产生钢中产生.钢材的强度越高钢材的强度越高,焊接产生冷裂纹的可能性越焊接产生冷裂纹的可能性越大大,在低碳钢的焊接接头中一般不出现冷裂纹在低碳钢的焊接接头中一般不出现冷裂纹.防止的措施防止的措施a控制近缝区的冷却速度控制近缝区的冷却速度,使之不易形成淬硬组织；使之不易形成淬硬组织；b将工件预热降低冷却速度；将工件预热降低冷却速度；c建立低氢的焊接条件建立低氢的焊接条件.冷裂纹是一种最危险的缺陷冷裂纹是一种最危险的缺陷,具有延迟性具有延迟性.有的甚至在焊有的甚至在焊缝无损探伤后才形成缝无损探伤后才形成,而造成不可弥补的漏检而造成不可弥补的漏检.