7壓力容器焊接接頭設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-26 19:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)力的疊加和熱影響區(qū)的重疊，壓力容器殼體上的A類或B類接頭之間的距離至少應(yīng)為壁厚的3倍，且不小于100mm。同時(shí)不應(yīng)采用十字焊縫，且A、B類接頭及其附近不得開(kāi)設(shè)管孔。若因管子密集必須開(kāi)在A、B類接頭上時(shí)，則要對(duì)開(kāi)孔部位焊縫作100％射線或超聲波探傷，對(duì)超標(biāo)缺陷妥善處理后再焊接接管。容器筒身和封頭上的A、B類接頭均應(yīng)布置在不直接受局部彎曲應(yīng)力作用的部位，（見(jiàn)表4－3中序號(hào)8）。若受壓部件在載荷作用下發(fā)生彎曲而使焊縫根部受到彎曲應(yīng)力作用，則不應(yīng)采用單面對(duì)接接頭或直角填角焊縫，如壓力容器筒體與凸形封頭間的連接不允許采用圖7－10所示的角焊縫，而應(yīng)采用對(duì)接接頭或全熔透的角接接頭。 圖710 筒體與凸形封頭不允許采用的連接型式 圖7—11 法蘭與筒殼或接管連接形式A、B類對(duì)接接頭均應(yīng)按GB150的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行局部或全部射線或超聲波探傷檢查。其中A類接頭中的圓筒縱焊縫還應(yīng)按GB150的要求作焊接試板，作為焊接質(zhì)量的實(shí)際見(jiàn)證，而B(niǎo)類接頭則一般不要求作焊接試板。（2）C類接頭C類接頭以用于法蘭與筒身或接管的連接為最多。法蘭的厚度是按所加彎矩進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算確定的，因此比殼體或接管的壁厚大得多。對(duì)于這類接頭不必要求采用全焊透接頭型式，而允許采用如圖7－11所示的局部焊透的T形接頭，低壓容器中的小直徑法蘭甚至可采用不開(kāi)坡口的角焊縫連接，但必須在法蘭內(nèi)外二面進(jìn)行封焊，這樣既可防止法蘭的焊接變形，又可保證法蘭所要求的剛度。對(duì)于平封頭，管板與筒身相接的C類接頭，因工作應(yīng)力較高，應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，應(yīng)采用圖7－12a所示的全焊透角接接頭或?qū)咏宇^，并提出探傷要求，而圖7－12b所示接頭不允許采用。為減小角焊縫焊趾部位的應(yīng)力集中，角焊縫表面可按要求加工成圓角。圖7－12平封頭或管板與筒殼間的連接示例（3）D類接頭在壓力容器和鍋爐等過(guò)程設(shè)備中，D類接頭主要是接管與殼體和補(bǔ)強(qiáng)圖與殼體間的連接焊縫，其受力狀況差，且較A、B類接頭復(fù)雜，在載荷作用下會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。在壁厚較大時(shí)，D類接頭的拘束度相當(dāng)大，故焊接殘余應(yīng)力亦較大，易產(chǎn)生裂紋之類的缺陷。對(duì)于承受交變載的壓力容器、低溫壓力容器、厚壁壓力容器和高強(qiáng)度鋼制壓力容器的不利影響更為顯著。一般情況下，開(kāi)孔直徑越大，對(duì)容器安全性的不利影響也越大，而且接管與殼體的連接結(jié)構(gòu)不同，其不利影響程度也不同。壓力容器中常見(jiàn)的D類接頭型式有插入式接管T形接頭，安放式接管和凸緣的角接接頭等。其中插入式接管T形接頭又分為帶補(bǔ)強(qiáng)圈和不帶補(bǔ)強(qiáng)圈T形接頭等型式。此處我們僅以插入式接管T形接頭為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)和焊接要求、工作可靠性及適用條件等作簡(jiǎn)要說(shuō)明。①接管壁厚的區(qū)別 當(dāng)接管壁厚大于殼壁厚時(shí)稱為厚壁式接頭，反之為薄壁式接頭。厚壁式接頭其接管區(qū)的應(yīng)力集中系數(shù)顯著低于薄壁式，有利于抗裂性的提高，工作可靠性大為改善，適用于較高工作壓力和高強(qiáng)度鋼殼體。經(jīng)驗(yàn)表明。②接管插入殼內(nèi)程度的區(qū)別 當(dāng)接管插入內(nèi)端部與殼內(nèi)壁齊平時(shí)，稱為平頭式接管，而接管插入端部超過(guò)殼內(nèi)壁一定長(zhǎng)度時(shí)則稱為伸出式接管（見(jiàn)圖4－12）。在接管壁厚相同時(shí)，伸出式較平頭式接管的應(yīng)力集中要緩和一些，抗裂性有一定程度的改善。③帶補(bǔ)強(qiáng)圈與不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的區(qū)別 補(bǔ)強(qiáng)圈主要用于對(duì)殼體開(kāi)孔削弱的補(bǔ)強(qiáng)作用，但同時(shí)也使T形接頭的焊縫厚度約增加了一倍。這不僅加大了焊接工作量，且還提高了接頭的拘束度，使焊接缺陷的形成機(jī)率明顯增高。這類接頭也無(wú)法進(jìn)行射線或超聲波探傷檢查，焊接質(zhì)量較難控制。同時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體間很難做到緊密貼合，在溫度較高時(shí)二者間存在較大的熱膨脹差，使補(bǔ)強(qiáng)區(qū)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，抗疲勞性差。故這種帶補(bǔ)強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)限用于補(bǔ)強(qiáng)圈厚度≤≤38mm和抗拉強(qiáng)度下限бb≤540MPa的鋼制壓力容器。超出此限可采用厚壁管代替補(bǔ)強(qiáng)圈。圖7－13 插入式接管T型接頭a)帶補(bǔ)強(qiáng)圈局部焊透伸入式T型接頭； b)不帶補(bǔ)強(qiáng)圈局部焊透伸入式T型接頭；c)不帶補(bǔ)強(qiáng)圈全焊透平頭式角型接頭。帶和不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的T形接頭，均具有開(kāi)坡口與不開(kāi)坡口、單面焊與雙面焊、全焊透與局部焊透和接管端部為平頭式與伸出式等不同結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮這些區(qū)別。圖7－13僅為個(gè)別結(jié)構(gòu)示例，詳情可參見(jiàn)GB150附錄J。④局部焊透與全焊透的區(qū)別 不論何種型式的接頭，均有局部焊透與全焊透兩種情況。其中局部焊透的接頭在其未焊透處的焊縫根部會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，也易于形成裂紋等焊接缺陷，其工作可靠性不如全焊透結(jié)構(gòu)好。故這種結(jié)構(gòu)一般僅適用于中、低壓和無(wú)急劇溫度梯度的碳鋼與16MnR之類強(qiáng)度較低的普通低合金鋼制壓力容器。長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)證明，在各種型式的接管接頭中，全焊透的插入式接管T形接頭工作可靠性最好，使用壽命最長(zhǎng)。這種結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行超聲波探傷，可以對(duì)接頭的焊接質(zhì)量進(jìn)行有效控制。設(shè)計(jì)時(shí)若恰當(dāng)?shù)夭捎煤癖诮庸?，使接頭在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)具有一定的柔性，減小拘束度，則接頭的應(yīng)力集中系數(shù)會(huì)進(jìn)一步降低，從而使其工作可靠性更好。高溫高壓容器、低溫壓力容器和承受交變載荷與具有急劇溫度梯度的壓力容器，以及低合金高強(qiáng)度鋼制容器上直徑大于100mm的接管均應(yīng)采用這種全焊透T形接頭。對(duì)于承受疲勞載荷、低溫和抗拉強(qiáng)度бb540MPa的鋼制壓力容器，還應(yīng)將接管端部?jī)?nèi)棱角和外表面角焊縫加工成圓角，以便進(jìn)一步降低應(yīng)力集中系數(shù)。據(jù)國(guó)外現(xiàn)行壓力容器規(guī)程規(guī)定，插入式接管的壁厚當(dāng)超過(guò)殼體厚度的一半時(shí)，應(yīng)采用全焊透的T形接頭，但超過(guò)殼體表面的角焊縫厚度僅取殼體厚度的20％或接管壁厚的10％，且不小于6m
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