容器焊接结构设计

压力容器焊缝及其结构设计朱连顺Ξ(中国成都化学工程公司)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,论述了焊缝结构设计基础及焊缝设计应注意的问题。

关键词　焊缝结构　焊缝裂纹　手工电弧焊　埋弧自动焊 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。

1　影响焊缝质量的因素1.1　设计因素设计人员往往只注意焊条、焊丝、焊剂及对接焊缝系数。

设计院除特殊工况(疲劳、低温、大的温度梯度、毒性极度危害介质等)对壳体焊缝作说明外,一般只画节点图或标注焊接结构序号,不作是否焊透或检验要求等说明。

忽略了如何设计出接管与壳体焊缝形式、几何尺寸,对焊接工艺缺乏了解。

某氮肥厂氨合成塔图纸,对接焊缝的设计见图1a 。

合成塔外壳设计压力P =15.7MPa ,T =200℃, 1200mm ×76mm (16+10×6)多层卷板。

技术要求栏注明焊接材料J 507,焊丝16MoSi 焊剂250。

a.筒体对接焊简图b.U 、V 形坡口双面手工c.U 、V 形坡口正面埋弧自动电弧焊(环焊缝) 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形式及尺寸一样,实际上,焊接工艺不同对坡口形式和尺寸影响很大。

当容器壁厚S ≥76mm 时,正确的做法是U 、V 形坡口双面手工焊如图1b 所示,U 、V 形坡口正面埋弧自动焊背面手工电弧焊如图1c 所示。

另外,对多层包扎高压容器特别强调:内筒A 类焊缝全焊透,焊后做消除残余应力热处理,外观检查合格后进行100%的R T 或U T 检验,外表面做机加工或修磨平滑;层板包扎前应清除铁锈、油污和影响贴合的杂物;下层包扎前将前一层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。

乙炔瓶的焊接结构与工艺设计第1章乙炔气瓶设计的准备1.1 乙炔气瓶焊接结构设计的简介1.1.1 乙炔容器瓶的结构组成（1）组成：主要有筒体（瓶体）、封头（椭圆形）和接管组成，其中筒体、封头是乙炔压力容器制造的关键部分。

（2）制造关键1）封头2）筒体1.1.2 容器的设计要求1）工作温度：20 °C 对应许用应力：170MPa2）设计压力：10MP1.2 材料的焊接性分析在压力容器用钢的化学成分中，碳、硫和磷等元素对钢的焊接性十分有害，应将其含量控制在最低的限度以下。

锰、硅、镍和钼等合金元素，在一定的范围内对钢材的焊接性起有利的作用。

当其含量超过容许的范围时，则起相反的作用。

有关合金元素含量的适应范围如下：含量（C）0.03%~0.11%；（Si）0.05%~1.2%（Mn）0.2%~1.16%；（Ni）0.05%~1.40%（Mo）<1.2%；（S）0.006%~0.110%（P）0.004%~0.170%1.3 乙炔气瓶材料的选择乙炔压力容器是一种全焊结构，且运行条件苛刻，制造工艺复杂。

乙炔气瓶一旦开裂，后果极其严重，不但造成巨大的经济损失，而且可能遭受人身伤亡灾难。

因此乙炔压力容器的运行必须安全可靠。

毋庸置疑，乙炔压力容器工作的可靠性首先与选用钢材有着密切的关系。

我国和世界各工业国的压力容器设计制造法规，以及相应的材料标准都对压力容器用钢的性能做出了严格而明确的规定。

乙炔压力容器材料作为一种受压部件的结构材料，应具有足够的力学性能，包括抗拉强度、塑性和韧性。

其次，压力容器在制造过程中，必须经过各种成形加工。

因此，所用材料应具有良好的冷成形加工和热成形加工性能。

此外，乙炔压力容器用钢还应具有良好的焊接性、耐蚀性、抗氢能力以及适应各种热处理的特性。

由此可见，为确保乙炔压力容器长期安全可靠地运行，必须从材料着手，选用优质的符合法规和规程要求的钢材制造乙炔压力容器。

1.3.1 乙炔气瓶材料的性能要求（1）对强度性能的要求钢材的强度一般是采用拉伸试验测定的，故又称抗拉强度。

前言１第1局部储罐设计阐发2第1章储罐总体阐发21.1 储罐底子设计要求21.2 储罐材料21.３储罐用钢板31.4 配用锻件51.5 配用螺栓、螺母5第2章储罐罐底设计62.1 储罐罐底板尺寸62.2 罐底布局7第3章罐壁布局设计103.1 罐壁的排板与连接103.2 罐壁厚度113.3 罐壁加强圈12第4章罐顶布局设计13第2局部储罐的焊接工艺阐发14第5章压力容器的焊接接头145.1 压力容器焊接接头的分类145.2 圆筒形容器焊接接头的设计15第6章压力容器的焊接方法176.1 熔化极氩弧焊17CO气体庇护焊186.22埋弧焊19第7章压力容器的焊接工艺21第3局部储罐的组装与查验22第8章储罐的安装施工挨次22储罐底板的焊接挨次22储罐壁板的焊接挨次22储罐固定顶的焊接挨次23第9章储罐焊缝的查验与修补24焊缝检测24焊缝修补25设计体会26参考文献27前言大型油气储罐是油气产物储存运输最便利、廉价的方式之一。

储罐的形式可跟据盖顶的样式不同分为浮顶式储罐〔包罗气柜〕和固定顶式储罐〔包罗内浮顶式储罐〕，而固定顶式储罐又包罗锥顶式储罐和拱顶式储罐两种。

目前原油的储罐使用中浮顶式储罐在不竭减少，液化气储运主要是球罐和立式筒形低压储罐。

常用的几种灌顶形式为双子午线网客机构拱顶、辐射网壳布局拱顶、短程线网壳布局拱顶和梁柱支撑布局拱顶，见图1。

本次课程设计主要讨论立式固定顶筒形钢制焊接储罐的施工工艺。

此中包罗储罐的材料选择、加工工艺路线选择、相关组件形式选择、机械加工装配、施焊成型、焊后检测调试等相关出产内容。

第1局部储罐设计阐发第1章储罐总体阐发1.1 储罐底子设计要求由石油化工立式筒形钢制焊接储罐设计尺度SH 3046-1992，储罐的设计条件不得少于以下内容：（一）地动设防烈度、风载、雪载等气候条件及地质条件；（二）储罐的操作温度及操作压力〔正负压〕；（三）介质的种类及密度；（四）腐蚀裕量；（五）储罐的容积；（六）灌顶形式；（七）开口接管尺寸、形式、数量及法兰规格；（八）附件的安装位置。

第十章压力容器中的焊接结构在以前各章，结合容器的受力分析讨论了容器及其受压元件的结构。

对于多数钢制容器和化工设备说，无论容器本体还是受压元件都离不开焊接，因此焊接是容器制主要工序之一，焊缝的质量又是整个容器安全性的关键。

如何保证焊缝的质量？焊接接头的结构设计、焊接工艺、焊缝的无损探伤、压力试验，焊接接头的结构设计是压力容器设计的重要内容。

第一节焊接接头及其分类一、焊接接头在压力容器和设备中，焊缝几乎遍及容器的各个部位，焊缝不仅将容器主体或各部件连接成一个整体，而且它们和主体材料一起共同承载载荷。

焊接接头的结构包含三项要素：接头形式、坡口形式、焊接形式。

1.接头形式(1) 对接接头接头形式描述的是焊接接头中两个互相连接零件的相对位置关系。

将两个被焊接件（如两块钢板或一块钢板的两个端面(如卷成圆筒以后)对在一起焊接称为对接接头。

（2）角接接头和T形接头将两块钢板互成一定角度（角接接头）或直角连接在一起的焊接接头（T形接头角接接头或T形接头一般要尽量避免，但有时又难以避免，如接口管与壳体的连接，夹套与体的连接，接管与平焊法兰的连接、以及某些封头(无折边球形、平板形)与筒体的连接。

（3）搭接接头下表给出了常见的十种好缝结构及它仍的名称。

2.坡口形式为便于焊接、保证焊接质量，在施焊前一般将钢板接头处（接头的熔化面）加工成各种指定形状，称为好缝坡口。

图14－2是坡口的5种基本形式。

或由基本形式组合的各种组合形坡口。

还有特殊形式的坡口。

(1) 坡口的5种基本形式I形坡口，V形坡口，单边V形坡口，U形坡口，J形坡口.(2) 组合形坡口Y形坡口带钝边的U形坡口双Y形坡口(X形坡口)双U形坡口坡口形式主要根据被焊钢扳的厚度、焊后应力、变形的大小、坡口加工的难易、焊条耗量的多少以及焊接工艺答因素来考虑。

薄板焊接可以不开按口，厚板焊接时为了保证焊透应开坡口。

坡口主要开在一面的有V型（Y形型）和U型，前者焊条耗量多，焊后收缩变形量大，但坡口加工较易。

《焊接结构与工艺》课程设计实训内容一、加氢反应器的焊接焊接结构设计简介1、加氢反应器结构的简介及设计要求该设计题目是：加氢反应器的焊接结构设计，压力容器的设计参数如表1所示。

表1. 设计数据2、加氢反应器结构的组成加氢反应器的结构如图1所示。

有顶部弯管、封头、筒节、热偶法兰、底部弯管、卸料管、冷氢法兰、裙底等几部分组成图1.加氢反应器压力容器结构示意图此压力容器焊缝有A、B、C、D类，各类焊缝的特点及要求；各焊缝的布置原则。

二、加氢反应器焊接结构材料选择及强度校核1、筒体及封头材料的选择、材料特点、力学性能、焊接性1）筒体及封头材料的选择序号项目数值单位备注1 名称加氢反应器的焊接结构设计2 用途普通低压压力容器3 最大工作压力0.8 MPa4 工作温度150 ℃5 公称直径600 mm6 壁厚8-10 mm2.9钢板厚度超过100毫米卷制时，需在加热炉升温到200度，出炉采用吊车4只板钩吊装，板钩在吊装过程中易发生滑脱现象，需要人工量尺寸或找吊装位置来掌握平衡。

卷制时，先进行板端压头，用样板测量弧度，板的两端达到标准要求后进行中间部位卷制。

卷制时开始水平部位使用普通钢管管辅助，吊车配合进行，板材的强度和厚度达到支持拱高塌陷幅度最小为止，卷制到可以合口的部位，吊车配合进行纵缝的点焊加固，吊装到焊接架上进行埋弧焊焊接。

3.1 钢板 80 毫米以下钢板卷制成筒节纵缝焊接好后，回圆时要比组对纵缝时多向下压。

2毫米，在卷板机上多转几圈，通过应力释放达到圆度值，回圆样板检查尤为重要，椭圆度最大值在焊道部分，直径超过4.5米的需要拼板形成两道纵缝，进行回圆必须进行焊道位置多方测量和压力调整，达到圆度值要求。

3.2 钢板厚度超过 100 毫米筒节焊接后还要进行二次加热，回圆时卷板机压力非常大,对钢板产生的外力会作用在筒体其它部位，所以要在钢板200度时尽快利用很短的时间回正、找圆。

3.3圆度达到标准规定(筒节内径的1%，尽量不大于15mm）或图样要求。