过程设备设计-课件.ppt

1、第四章压力容器设计第四章压力容器设计八、焊接结构设计八、焊接结构设计对接接头对接接头角接接头及角接接头及T T字形接头字形接头搭接接头搭接接头焊接接头形式焊接接头形式（一）焊接接头形式（一）焊接接头形式1PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计（a）对接接头；）对接接头；（b）角接接头；）角接接头；（c）搭接接头）搭接接头图图4-50 焊接接头的三种形式焊接接头的三种形式受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容易得到保证。易得到保证。1、对接接头、对接接头 两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平

2、面或同一弧面内进行焊接的接头。同一弧面内进行焊接的接头。最常用的焊接结构形式。最常用的焊接结构形式。结构结构特点特点应用应用2PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计结构不连续，承载后受力状态不如对接接头，应力集中结构不连续，承载后受力状态不如对接接头，应力集中比较严重，且焊接质量也不易得到保证。比较严重，且焊接质量也不易得到保证。2角接接头和角接接头和T型接头型接头 结构结构两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相交成两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相交成某一角度进行焊接的接头。两构件成某一角度进行焊接的接头。两构件成T字形焊接在一起字形焊接在一起的接头，叫的接头，叫T型接头

3、。角接接头和型接头。角接接头和T字接头都形成角焊字接头都形成角焊缝。缝。特点特点某些特殊部位：接管、法兰、夹套、管板和凸缘的焊某些特殊部位：接管、法兰、夹套、管板和凸缘的焊接等。接等。应用应用3PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计3搭接接头搭接接头 主要用于加强圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸缘主要用于加强圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸缘与容器的焊接。与容器的焊接。两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起，中面两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起，中面相互平行，进行焊接的接头。相互平行，进行焊接的接头。属于角焊缝，与角接接头一样，在接头处结构明显不属于角焊缝，与角接接头一样，在接头

4、处结构明显不连续，承载后接头部位受力情况较差。连续，承载后接头部位受力情况较差。结构结构特点特点应用应用4PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计焊接坡口焊接坡口为保证全熔透和焊接为保证全熔透和焊接质量，减少焊接变形，质量，减少焊接变形，施焊前，一般将焊件施焊前，一般将焊件连接处预先加工成各连接处预先加工成各种形状。种形状。不同的焊接坡口，适不同的焊接坡口，适用于不同的焊接方法用于不同的焊接方法和焊件厚度。和焊件厚度。（二）坡口形式（二）坡口形式 形形V型型单边单边V形形U形形J形形基本坡口形状基本坡口形状组合形状组合形状坡口形状坡口形状5PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图

5、图4-51 坡口的基本形式坡口的基本形式特例：一般接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。特例：一般接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。J型型U型型单边单边V型型V型型I型型6PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图图4-52 双双V形坡口形坡口7PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计（三）压力容器焊接接头分类（三）压力容器焊接接头分类圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头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

6、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。接的接头。目的目的为对口错边量、热处理、无损检测、焊缝尺寸等方面为对口错边量、热处理、无损检测、焊缝尺寸等方面有针对性地提出不同的要求，有针对性地提出不同的要求，GB150根据根据，根据，根据该接头所连接两元件的该接头所连接两元件的以及以及，把接，把接头分成头分成A、B、C、D四类，如图四类，如图4-47。A类类8PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计 图图4-53 压力容器焊接接头分类压力容器焊接接头分类必须必须掌握掌握9PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接壳体部分的环向接

7、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。类的焊接接头除外。平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、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。包扎容器层板层纵向接头。接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。但接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。但已规定为已规定为A、B类的焊接接头除外。类的焊接接头除外。D类类 C类类 B类类10PPT课件第四章压力容器设计第四章压

8、力容器设计焊接接头分类的原则仅根据焊接接头在容器焊接接头分类的原则仅根据焊接接头在容器所处的位置而不是按焊接接头的结构形式分所处的位置而不是按焊接接头的结构形式分类，所以，在设计焊接接头形式时，应由容类，所以，在设计焊接接头形式时，应由容器的重要性、设计条件以及施焊条件等确定器的重要性、设计条件以及施焊条件等确定焊接结构。这样，同一类别的焊接接头在不焊接结构。这样，同一类别的焊接接头在不同的容器条件下，就可能有不同的焊接接头同的容器条件下，就可能有不同的焊接接头形式。形式。注意注意11PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计易于保证焊接质量，所有的纵向及环向焊接接头、凸易于保证焊接质量，

9、所有的纵向及环向焊接接头、凸形封头上的拼接焊接接头，必须采用对接接头外，其形封头上的拼接焊接接头，必须采用对接接头外，其它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。（四）压力容器焊接结构设计的基本原则（四）压力容器焊接结构设计的基本原则1、尽量采用对接接头、尽量采用对接接头角焊缝，改用对接焊缝图角焊缝，改用对接焊缝图54（a）改为（）改为（b）和（）和（c）。减小了应力集中，方便了无损检测，有利于保证接头减小了应力集中，方便了无损检测，有利于保证接头的内部质量。的内部质量。举例举例12PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图图4-54 容器接管的角接和对

10、接容器接管的角接和对接（a）（b）（c）13PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计2、尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷、尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷 选择合适的坡口形式，如双面焊；当容器直径选择合适的坡口形式，如双面焊；当容器直径较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或采用带垫板的坡口等。采用带垫板的坡口等。指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下空隙的现象。未熔透导致脆性破坏的起裂点，空隙的现象。未熔透

11、导致脆性破坏的起裂点，在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。未熔透未熔透改进改进14PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接，尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接，应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接，应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接，以避免形状突变，减缓应力集中程度。一般当薄板以避免形状突变，减缓应力集中程度。一般当薄板厚度厚度2不大于不大于10mm，两板厚度差超过，两板厚度差超过3mm；或当；或当薄板厚度薄板厚度2大于大于10mm，两板厚度差超过薄板的，两板厚度差超过薄板的3

12、0%，或超过，或超过5mm时，均需按图时，均需按图4-55的要求削薄厚的要求削薄厚板边缘。板边缘。3、尽量减少焊缝处的应力集中、尽量减少焊缝处的应力集中 接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处，因此，在设计接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处，因此，在设计焊接结构时必须尽量减少应力集中。焊接结构时必须尽量减少应力集中。措施措施15PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计 图图4-55 板厚不等时的对接接头板厚不等时的对接接头16PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计尽量减少填充金属量；尽量减少填充金属量；保证熔透，避免产生各种焊接缺陷；保证熔透，避免产生各种焊接缺陷；便于施焊，改善

13、劳动条件；便于施焊，改善劳动条件；减少焊接变形和残余变形量，对较厚元件焊接应减少焊接变形和残余变形量，对较厚元件焊接应 尽量选用沿厚度对称的坡口形式，如尽量选用沿厚度对称的坡口形式，如X形坡口等。形坡口等。（五）压力容器常用焊接结构设计（五）压力容器常用焊接结构设计主要内容主要内容选择合适的焊缝坡口，方便焊材选择合适的焊缝坡口，方便焊材(焊条或焊丝）伸焊条或焊丝）伸入坡口根部，以保证全熔透。入坡口根部，以保证全熔透。坡口选择因素坡口选择因素17PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计纵、环焊缝必须采用对接接头。纵、环焊缝必须采用对接接头。对接接头的坡口形式可分为不开坡口（又称齐边坡口）、

14、对接接头的坡口形式可分为不开坡口（又称齐边坡口）、V形坡口、形坡口、X形坡口、单形坡口、单U形坡口和双形坡口和双U形坡口等数种，应根形坡口等数种，应根据筒体或封头厚度、压力高低、介质特性及操作工况选择据筒体或封头厚度、压力高低、介质特性及操作工况选择合适的坡口形式。合适的坡口形式。1、筒体、封头及其相互间连接的焊接结构、筒体、封头及其相互间连接的焊接结构一般采用角接焊和搭接焊，具体的焊接结构与容器的强度一般采用角接焊和搭接焊，具体的焊接结构与容器的强度和安全性有关。有多种接头形式，涉及是否开坡口、单面和安全性有关。有多种接头形式，涉及是否开坡口、单面焊与双面焊、熔透与不熔透等问题。设计时，应根

15、据压力、焊与双面焊、熔透与不熔透等问题。设计时，应根据压力、介质、温度、是否需要考虑交变载荷与疲劳问题等来选择介质、温度、是否需要考虑交变载荷与疲劳问题等来选择合理的焊接结构。合理的焊接结构。2、接管与壳体及补强圈间的焊接结构、接管与壳体及补强圈间的焊接结构18PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图图4-56不带补强圈的插入式接管焊接结构不带补强圈的插入式接管焊接结构(a)(b)(c)19PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计（a）图：）图：单面焊接结构，适用于内径小于单面焊接结构，适用于内径小于600mm、盛装无、盛装无 腐蚀性介质的接管与壳体之间的焊接，接管厚度应小腐蚀性

16、介质的接管与壳体之间的焊接，接管厚度应小 于于6mm；（b）图：）图：最常用的插入式接管焊接结构之一，为全熔透结最常用的插入式接管焊接结构之一，为全熔透结 构。适用于具备从内部清根及施焊条件、壳体厚度在构。适用于具备从内部清根及施焊条件、壳体厚度在 425mm、接管厚度大于等于、接管厚度大于等于0.5倍壳体厚度的情况；倍壳体厚度的情况；（c）图：）图：在（在（b）的基础上，将接管内径边角处倒圆，可用）的基础上，将接管内径边角处倒圆，可用 于疲劳、低温及有较大温度梯度的操作工况。于疲劳、低温及有较大温度梯度的操作工况。不带补强圈的插入式接管焊接结构不带补强圈的插入式接管焊接结构中低压容器不需另作

17、补强的小直径接管用得最多的焊接中低压容器不需另作补强的小直径接管用得最多的焊接结构，接管与壳体间隙应小于结构，接管与壳体间隙应小于3mm，否则易产生裂纹或，否则易产生裂纹或其它焊接缺陷。图其它焊接缺陷。图4-5620PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图（图（b）：）：承受低温、疲劳及温度梯度较大工况的容器，承受低温、疲劳及温度梯度较大工况的容器，保证接管根部及补强圈内侧焊缝熔透。图保证接管根部及补强圈内侧焊缝熔透。图4-57带补强圈的接管焊接结构带补强圈的接管焊接结构要求要求尽量与补强处的壳体贴合紧密，焊接结构力求完尽量与补强处的壳体贴合紧密，焊接结构力求完善合理。善合理。但只能采

18、用塔接和角接，难于保证全熔透，也无但只能采用塔接和角接，难于保证全熔透，也无法进行无损检测，因而焊接质量不易保证。法进行无损检测，因而焊接质量不易保证。坡口坡口大间隙小角度，利于焊条伸入到底，减少焊接工作量大间隙小角度，利于焊条伸入到底，减少焊接工作量图（图（a）：）：一般要求的容器，即非低温、无交变载荷的容器一般要求的容器，即非低温、无交变载荷的容器21PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图图4-57 带补强圈的插入式接管焊接结构带补强圈的插入式接管焊接结构（a）（b）22PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图（图（a）：）：适用于接管内径小于或等于适用于接管内径小于或等

19、于100mm的场合；的场合；图（图（b）和（）和（c）：）：适用于壳体厚度适用于壳体厚度n16mm的碳素钢和碳的碳素钢和碳 锰钢，或锰钢，或 n25mm的奥氏体不锈钢容器。其中图的奥氏体不锈钢容器。其中图 （b）的接管内径应小于或等于）的接管内径应小于或等于50mm，厚度，厚度 nt6mm。图（。图（c）的接管内径应大于）的接管内径应大于50mm，且，且 小于或等于小于或等于150mm，厚度，厚度nt6mm。图。图4-57安放式接管的焊接结构安放式接管的焊接结构优点优点结构拘束度低、焊缝截面小、较易进行射线检测等。结构拘束度低、焊缝截面小、较易进行射线检测等。23PPT课件第四章压力容器设计第

20、四章压力容器设计图图4-58 安放式接管与壳体的焊接结构安放式接管与壳体的焊接结构（a）（b）（c）/3,6,ntntKmm h且不小于24PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计（a）（b）属于整体补强结构中的一种，适用于承受交变载荷、低温和属于整体补强结构中的一种，适用于承受交变载荷、低温和大温度梯度等较苛刻的工况。大温度梯度等较苛刻的工况。（a）图：）图：适用于球形封头或椭圆形封头中心部位的接管与适用于球形封头或椭圆形封头中心部位的接管与 封头的连接，且封头厚度封头的连接，且封头厚度n 50mm。嵌入式接管的焊接结构嵌入式接管的焊接结构 图图4-59 嵌入式接管与封头的焊接结构嵌入

21、式接管与封头的焊接结构25PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图图4-60 凸缘与壳体的角接焊接结构凸缘与壳体的角接焊接结构（b）（a）（c）环与壳体应紧贴环与壳体应紧贴内径侧应允许进行内部填角焊内径侧应允许进行内部填角焊 凸缘与壳体的焊接结构凸缘与壳体的焊接结构 1）角焊连接：连接不承受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如）角焊连接：连接不承受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如 图图4-60 所示。所示。2）对接连接：连接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳）对接连接：连接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳 体，如图体，如图4-61。26PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计图图4-61

22、凸缘与壳体的对接焊接结构凸缘与壳体的对接焊接结构K6mm(a)K6mm(b)(c)(d)27PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计九、压力试验九、压力试验（一）目的（一）目的目的目的考虑缺陷对压力容器安全性的影响。考虑缺陷对压力容器安全性的影响。在制造完毕后或定期检验时，都要进行压力试验。在制造完毕后或定期检验时，都要进行压力试验。内容内容液压试验液压试验气压试验气压试验耐压试验耐压试验气密性试验气密性试验压力试验压力试验28PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计以内压试验进行以内压试验进行“试漏试漏”。1、耐压试验、耐压试验在在下进行的液压（或气压）试验下进行的液压（或气压）

23、试验压容器试验目的：压容器试验目的：在超设计压力下，考在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开速扩展造成破坏或开裂造成渗漏，检验密裂造成渗漏，检验密封结构的密封性能。封结构的密封性能。压容器试验目的：压容器试验目的：检查是否存在穿透性缺陷。检查是否存在穿透性缺陷。方法：方法：原因原因外压下，容器中的缺陷受压应力的作外压下，容器中的缺陷受压应力的作用，不可能发生开裂，且外压临界失用，不可能发生开裂，且外压临界失稳压力主要与容器的几何尺寸、制造稳压力主要与容器的几何尺寸、制造精度有关，跟缺陷无关。精度有关，跟缺陷无关。29PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设

24、计对密封性要求高的容器在强度合格后进行的泄漏检对密封性要求高的容器在强度合格后进行的泄漏检查。在等于或低于设计压力下进行的气压试验。查。在等于或低于设计压力下进行的气压试验。2、气密性试验、气密性试验（二）试验压力及应力校核（二）试验压力及应力校核 液压试验液压试验用水。水的压缩系数比气体用水。水的压缩系数比气体 要小得多，经济实用。要小得多，经济实用。气压试验气压试验用气体。因结构或支承等原用气体。因结构或支承等原 因，不能向容器内充灌水或其因，不能向容器内充灌水或其 它液体，或运行条件不允许残它液体，或运行条件不允许残 留液体时才用气压试验。留液体时才用气压试验。耐压试验耐压试验30PPT

25、课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计1、液压试验、液压试验 温度：考虑韧脆转变温度温度：考虑韧脆转变温度5：碳素钢、：碳素钢、16MnR和和 正火正火15MnVR15：其它低合金钢制容器：其它低合金钢制容器水质：水质：奥氏体不锈钢，氯离子含奥氏体不锈钢，氯离子含量控制在量控制在25mg/L以内，并以内，并在试验后立即将水渍清除在试验后立即将水渍清除干净。（氯离子能破坏其干净。（氯离子能破坏其表面钝化膜）表面钝化膜）tTp25.1P当各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等）当各元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元件材料许用应力比所用材料不同时，应取各元件材料许用

26、应力比/t的最小值。的最小值。试验压力：试验压力：内压容器内压容器31PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计无须考虑温度修正，因为以内压代替外压进行试验，无须考虑温度修正，因为以内压代替外压进行试验，已将工作时趋于闭合状态的器壁和焊缝中缺陷改以已将工作时趋于闭合状态的器壁和焊缝中缺陷改以“张张开开”状态接受检验。状态接受检验。外压容器和真空容器外压容器和真空容器试验压力：试验压力：夹套容器夹套容器夹套容器是由内筒和夹套组成的多腔压力容器，各腔的夹套容器是由内筒和夹套组成的多腔压力容器，各腔的设计压力通常是不同的，应在图样上分别注明内筒和夹设计压力通常是不同的，应在图样上分别注明内筒和夹

27、套的试验压力值。套的试验压力值。内筒为内筒为容器：按外压容器确定试验压力；容器：按外压容器确定试验压力；内筒为内筒为容器：按内压容器确定试验压力。容器：按内压容器确定试验压力。pPT25.132PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计在确定了夹套试验压力后，还必须校核内筒在该试在确定了夹套试验压力后，还必须校核内筒在该试验压力下的稳定性。验压力下的稳定性。如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套的液压试如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套的液压试验时，必须同时在内筒保持一定的压力，以确保夹验时，必须同时在内筒保持一定的压力，以确保夹套试压时内筒的稳定性。套试压时内筒的稳定性。夹套：夹套：按内

28、压容器确定试验压力。按内压容器确定试验压力。注意：注意：33PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计为使液压试验时容器材料处于弹性状态，在压力试验前必为使液压试验时容器材料处于弹性状态，在压力试验前必须按下式校核试验时筒体的薄膜应力须按下式校核试验时筒体的薄膜应力T。液压试验应力校核液压试验应力校核)(9.02)(2.0seeiTTDP34PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计气压试验较液压试验危险，故试验压力比液压试验低，气压试验较液压试验危险，故试验压力比液压试验低，容器上的对接接头应进行容器上的对接接头应进行100%射线或超声检测。射线或超声检测。2、气压试验、气压试验 气

29、体：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体，气体：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体，温度：温度：1515内压容器内压容器tTp15.1P外压容器和真空容器外压容器和真空容器p15.1PT气压试验应力校核气压试验应力校核)(8.02)(2.0seeiTTDP/t t的取值要的取值要求同液压求同液压试验。试验。35PPT课件第四章压力容器设计第四章压力容器设计注意：气密性试验的危险性大，应在液压试验合格后进行。注意：气密性试验的危险性大，应在液压试验合格后进行。在进行气密性试验前，应将容器上的安全附件装配齐全。在进行气密性试验前，应将容器上的安全附件装配齐全。3、气密性试验、气密性试验 规定规定介质

30、为易燃或毒性程度为极度、高度危害或设计上介质为易燃或毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏（如真空度要求较高时）的压力不允许有微量泄漏（如真空度要求较高时）的压力容器，必须进行气密性试验。容器，必须进行气密性试验。气密性试验压力气密性试验压力大小视容器上是否配置安全泄放装置而定。大小视容器上是否配置安全泄放装置而定。若容器上没有安全泄放装置，其气密性试验压力值一般取设若容器上没有安全泄放装置，其气密性试验压力值一般取设计压力的计压力的1.0倍；倍；但若容器上设置了安全泄放装置，为保证安全泄放装置的正但若容器上设置了安全泄放装置，为保证安全泄放装置的正常工作，其气密性试验压力值应低于安全阀的开启压力或爆常工作，其气密性试验压力值应低于安全阀的开启压力或爆破片的设计爆破压力，建议取容器最高工作压力的破片的设计爆破压力，建议取容器最高工作压力的1.0倍。倍。36PPT课件