压力容器焊接技术要求.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,概述,1,、焊接是压力容器制造的重要工序，焊接质量在很大程度上决定了压力容器的制造质量；,2,、影响焊接质量包含诸多方面内容：焊接接头尺寸偏差、焊缝外观、焊接缺陷、焊接应力与变形、以及焊接接头的使用性能等；,3,、容器产品的设计是获得性能优良的焊接接头的基础：焊接母材的、焊接坡口形式、焊接位置、焊材、无损检测、焊后热处理等的选择，直接关系到焊接质量。,一、压力容器焊接的基本概念,1,、焊缝形式与接头形式：,从焊接角度看，容器是由母材和焊接接头组成的；焊缝是焊接接头的组成部分。,焊缝有种：对接焊缝、角焊缝、端接焊缝、塞焊缝和槽焊缝。,焊接接头有,12,种：对接接头、型接头、十字接头、搭接接头、角接接头等。,2,、焊缝区、熔合区和热影响区,3、焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程,压力容器焊接的三个重要环节,焊接性能是焊接工艺评定的基础，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。,3.1、焊接性能：材料对焊接加工的适应性和使用可靠性。,3.2、焊接工艺因素：重要因素；补加因素；次要因素。,3.3、焊接工艺评定：,JB4708钢制压力容器焊接工艺评定,JB/T4734铝制焊接容器,JB/T4745钛制焊接容器,3.4、焊接工艺规程：,一、压力容器制造工艺简介,1.压力容器筒体加工制造型式：一般有三种,钢管（小直径）,锻造（厚壁、超高压容器）,卷焊,2.,压力容器封头加工制造型式：,冲压,锻造,拼焊,一、压力容器焊接制造工艺简介,3.,压力容器制造的一般过程,1),划线,2),下料与坡口制备,3),板料拼接,4),筒节预弯、卷圆,5),拼接焊缝的焊接,6),筒节矫圆,7),拼接焊缝的检验和无损检测,8),封头、管板、法兰、换热管等制作,9),容器总装,二、压力容器制造连接,材料的连接可分为两类：,可拆式连接：螺纹联接、摩擦联接,不可拆式连接：焊接、粘接、铆接,二、压力容器制造连接,1,、粘结,用胶粘剂把两个零件连接在一起，并使接合处有足够强度的连接工艺粘接的的特点：,可用于多种不同形状的接头和各种不同材料（如各种金属、非金属以及金属与非金属）的连接。,可实现大面积连接。接头的应力分布较均匀，耐疲劳性能好。,接头的密封性能好，并具有耐腐蚀和绝缘等性能。,工艺简便，无焊接的高温，又无螺纹连接和铆接所需的多种机械紧固件（如螺钉、螺母、垫圈、销钉等），生产率高。,粘接的不足之处：,粘接接头的强度不及焊接接头高。,接头的耐热性较低,(,一般在,300,以下,),。,使用中胶粘层易发生老化，接头强度性能不稳定，影响结构使用寿命,二、压力容器制造连接,2,、铆接,采用铆钉将两个零件连接成一个整体的连接工艺。,1),特点,一般不需对接头加热，可保持材料原有的组织和性能，无热应力和变形等问题。,可以对同种材料或导种材料进行连接。,2),铆接的缺点,铆接通常要加垫板，铆钉等附件，增加结构自重和钻孔、加工等工序；,接头处截面增加，易形成较大的应力集中；,较难实现接头的密封性连接。,二、压力容器制造连接,3,、螺纹连接,用螺纹压紧力将分离的零件连接成一个整体的方法,特点,具有可拆御性,连接强度根据需要可在较大范围内调整。,螺纹连接是各种机械、仪器、仪表中应用最广泛的可拆卸连接方法。,二、压力容器制造连接,4,、焊接,焊接是利用加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。,特点：,焊接结构产品的质量轻，生产成本低。,整体性好，具有良好的气密性、水密性,投资少、见效快,适用于几何尺寸大而材料较分散的制品,简化金属结构的加工工艺，缩短加工周期,二、压力容器制造连接,不足：,结构无可拆性。,焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比发生变化，产生焊接残余应力和焊接变形。,焊接缺陷的隐蔽性，易导致焊接结构的意外破坏。,三、压力容器焊接知识,金属焊接的本质,原子之间距离（晶格）非常小,形成了牢固的结合力,固态金属保持固定的形状,施加足够的外力,破坏原子间结合,变形或分离成两块的,金属焊接的困难,表面粗糙度和表面存在的氧化膜及其它污染物，阻碍不同构件表面金属原子之间接近到晶格距离并形成结合力。,三、压力容器焊接知识,焊接过程的本质,通过适当的物理化学过程克服上述困难，使两个分离的固态物体表面的原子接近到晶格距离（即,0.3-0.5nm,），产生原子（或分子）间结合而连接成一体的加工方法。,三、压力容器焊接知识,1,、焊接的分类,熔化焊,将焊件接头加热至熔化状态，然后冷却结晶成一体的方法。熔化焊最容易实现原子结合，是金属焊接的最主要方法。,固相焊接,利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服表面不平度，除去氧化膜及其它污染物，使两个连接表面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接。,钎焊,采用熔点低于焊件,(,母材,),的钎料与焊件一起加热，使钎料熔化,(,焊件不熔化,),后，依靠钎料的流动充填接头预留空隙中，并与固态的母材相互扩散、溶解，冷却后实现焊接的方法。,三、压力容器焊接知识,2,、焊接发展概况,公元前,2000,多年中国的殷朝采用铸焊制造兵器。,公元前,200,年前，中国已经掌握了青铜的钎焊及铁器的锻焊工艺。,1801,年：英国,H.Davy,发现电弧。,1881,年：法国人,De Meritens,发明了最早期的碳弧焊机。,1888,年：俄罗斯人,H.C,发明金属极电弧焊。,1889,1890,年：美国人,C.L.Coffin,首次使用光焊丝作电极进行了电弧焊接。,1890,年：英国人,Brown,第一次使用氧加燃气切割进行了抢劫银行的尝试1900,年：英国人,Strohmyer,发明了薄皮涂料焊条。,1907,年,10,月 瑞典人,O.Kjellberg,完善了焊条,1930,年：前苏联罗比诺夫发明埋弧焊。,1956,年：前苏联楚迪克夫发明了摩擦焊技术。,1957,年：法国施吉尔发明电子束焊。,1957,年：前苏联卡扎克夫发明扩散焊。,1990,年左右：逆变技术得到了长足的发展，其结果使得焊接设备的重量和尺寸大大的下降。,1991,年：英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊，成功的焊接了铝合金平板。,1996,年：以乌克兰巴顿焊接研所,B.K.Lebegev,院士为首的三十多人的研制小组，研究开发了人体组织的焊接技术。,三、压力容器焊接知识,3,、焊接技术的应用,石油石化 房屋建造 舰船制造 汽车制造 航空航天 飞机制造 桥梁建造,三、压力容器焊接知识,三、压力容器焊接知识,4,、焊接技术的发展趋势,提高生产率,多丝多弧焊接新工艺,高效双弧,TIG,焊,双丝,MAG,焊,提高准备工序及焊接过程的机械化、自动化、智能化水平,热源的应用和开发,节能降耗,智能球罐全位置焊接机器人,管道焊接机器人,三、压力容器焊接知识,四、常用的焊接方法,手工焊条电弧焊,埋弧自动焊,气体保护电弧焊,钨极氩弧焊,熔化极氩弧焊,CO,2,气体保护焊,电渣焊,气焊与气割,等离子弧焊接与切割,1,、手工焊条电弧焊,优点,操作灵活，可达性好,设备简单，使用方便,应用范围广,缺点,焊接质量不够稳定,劳动条件差,生产效率低,四、常用的焊接方法,常用接头形式,对接接头,搭接接头,角接接头,形接头,焊缝的空间位置,平焊,横焊,立焊,仰焊,全位置焊,四、常用的焊接方法,焊件的生产步骤,备料,焊前清理,装配、点固,焊接,确定焊接规范（焊接工艺评定、焊接接头机械性能试验和组织观察）,焊接工件,焊后清理及检验,配作零件孔,喷漆,四、常用的焊接方法,焊接电弧,（,1,）焊接电弧的概念。,由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中，产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧，如图所示。,图 电弧示意图,（2）焊接电弧的构造及静特性。,焊接电弧的构造。,焊接电弧的构造可分为,3,个区域：阴极区、阳极区、弧柱区，如图所示。,图 焊接电弧的构造,1,焊条,2,阴极区,3,弧柱区,4,阳极区,5,焊件,2,、埋弧自动焊,四、常用的焊接方法,优点,生产效率高,焊接质量好,节省金属和电能,在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法,劳动条件好,缺点,主要适用于水平位置焊缝焊接,难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金,只适于长焊缝的焊接,不适合焊接薄板,不能直接观察电弧和坡口的对中，容易焊偏,四、常用的焊接方法,埋弧自动焊工艺,焊前准备,接头形式和坡口加工,焊前清理,装配,埋弧焊工艺,平板双面对焊,悬空焊,焊剂垫法,临时工艺垫板法,手弧焊封底法,焊剂垫结构原理,1-,焊件；,2-,焊剂；,3-,橡皮帆布；,4-,橡皮帆布软管,(a),薄钢带垫,(b),石棉绳垫,(c),石棉板垫,临时垫双面焊,四、常用的焊接方法,单面焊双面成形,角焊缝,四、常用的焊接方法,3,、气体保护电弧焊,优点,与手弧焊、埋弧焊相比：,不采用药皮焊条，容易实现自动化、半自动化提高生产率,热量集中，,HAZ,小，焊接变形小,明弧焊，电弧和熔池的加热熔化情况清晰可见，便于操作和控制,焊缝表面没有渣，厚件多层焊时可节省大量的层间清渣工作，生产率高、产生夹渣等焊缝缺陷的可能性少,容易实现全位置焊接,焊接质量高,适用范围广,类型,熔化极,MIG,、,MAG,、,CO,2,气保焊,非熔化极,TIG,、,PAW,四、常用的焊接方法,3.1,钨极氩弧焊,特点,钨极不熔化,适用于焊接厚度为,6mm,以下的薄板,一般不采用直流反接,焊接铝、镁及其合金时，则采用交流电源或直流反接,熔深浅，生产率低,四、常用的焊接方法,3.2,熔化极氩弧焊,原理图,四、常用的焊接方法,熔化极氩弧焊特点,几乎可焊接所有金属，尤其适合铝、铜及其合金以及不锈钢等材料,焊接时几乎没有氧化烧损，只有少量的蒸发损失，冶金过程比较简单,劳动生产率高,MIG,焊可直流反接，焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用,成本比,TIG,焊低,有可能取代,TIG,焊,MIG,焊焊接铝及铝合金时，可以采取亚射流熔滴过渡方式提高接头质量,对焊丝及母材表面的油污、铁锈等较为敏感，容易产生气孔,四、常用的焊接方法,3.3 CO,2,气体保护焊,原理图,四、常用的焊接方法,CO,2,气体保护焊的特点,优点,生产效率高，节省能源,焊接成本低,适用范围广,焊缝质量高,焊后不用清渣，又是明弧，便于监视和控制。,焊接变形小,缺点,飞溅大，焊缝成形差,电弧气氛具有较强的氧化性，必须采取含有脱氧剂的焊丝,CO,2,气体保护焊需要克服的问题,氧化问题,气孔问题,飞溅问题,四、常用的焊接方法,4,、电渣焊,电渣焊的简单过程如图 所示,。,图 电渣焊焊接过程示意图,1,焊件,2,金属熔池,3,渣池,4,导电嘴,5,焊丝,6,冷却滑块,7,引出板,8,金属熔池,9,焊缝,10,引弧板,四、常用的焊接方法,电渣焊用焊接材料,（,1,）焊剂。（,2,）焊接（电极）材料。,丝极电渣焊。,图,2.65,丝极电渣焊示意图,1,导轨,2,焊机机头,3,控制台,4,冷却滑块,6,导电嘴,7,渣池,8,熔池,四、常用的焊接方法,5,、气焊与气割,气焊与气割是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧产生的气体火焰作为热源，进行金属材料的焊接或切割的加工工艺方法。,它具有设备简单、操作方便、质量可靠、成本低、实用性强等特点，因此，气焊与气割技术在工业生产、建筑施工中得到广泛应用。,可燃气体：乙炔、液化石油气、天然气等,助燃气体：氧气,四、常用的焊接方法,图 氧,-,乙炔焰的构造及形状,四、常用的焊接方法,（,1,）气焊,1,）气焊过程,。,图 气焊过程示意图,1,混合气体,2,焊件,3,焊缝,4,焊丝,5,气焊火焰,6,焊嘴,四、常用的焊接方法,2,）气焊特点及应用,。,特点。,气焊具有设备简单、操作方便、成本低、适应性强等优点，但由于火焰温度低、加热分散、热影响区宽、焊件变形大且过热严重，因此，气焊接头质量不如焊条电弧焊容易保证。,应用。,目前，在工业生产中，气焊主要用于焊接薄板、小直径薄壁管、铸铁、有色金属、低熔点金属及硬质合金等。气焊火焰还可用于钎焊、火焰矫正等。,四、常用的焊接方法,(3),气割,气割是利用气体火焰的能量将金属分离的一种加工方法，是生产中钢材分离的重要手段。,1,）气割过程。,气割过程示意图,四、常用的焊接方法,2,）金属气割条件。,金属的燃点应低于金属自身的熔点。,金属氧化物的熔点应低于气割金属熔点，且流动性好。,金属在氧流中燃烧时能释放出较多的热量。,金属的导热性不能太高。,金属中阻碍气割过程和提高钢的可淬性的杂质要少。,四、常用的焊接方法,3,）气割特点及应用。,特点。,a,设备简单操作方便，生产效率高。,b,切割材料受限，如铜、铝、不锈钢等不能用氧,-,乙炔切割。,应用。,气割广泛地用于钢板下料、开焊接坡口和铸件浇冒口的切割，切割厚度可达,300mm,以上。,目前，气割主要用于各种碳钢和低合金钢的切割。,四、常用的焊接方法,气焊设备与工具的连接,1,氧气胶管,2,焊炬,3,乙炔胶管,4,乙炔瓶,5,乙炔减压器,6,氧气减压器,7,氧气瓶,（,3,）气焊气割 设备,四、常用的焊接方法,6,、,等离子弧焊接与切割,（,1,）等离子弧。,（,2,）等离子弧的特点,。,优点。,a,温度高、能量集中。,b,导电及导热性能好。,c,电弧的挺直度好，稳定性强。,d,冲击力大，用于焊接可增加熔深，用于切割，可以吹掉熔渣。,e,焊接参数调节性好。,四、常用的焊接方法,缺点。,a,焊枪尺寸较大，既笨重，又影响焊工在操作时的观察。,b,焊枪的结构及电气的控制线路比较复杂。,c,采用转移弧时，会出现双弧现象。,四、常用的焊接方法,（,3,）等离子弧的类型。,图 等离子弧的类型,1,钨极,2,喷嘴,3,转移弧,4,非转移弧,5,焊件,6,冷却水,7,弧焰,8,离子气,四、常用的焊接方法,7,、常用焊接方法的特点及应用范围,焊接方法,可焊材料,适宜板厚,（,mm,）,焊缝,位置,热影响区及,焊接变形,经济生产批量,生产率,气焊,1,、,2,、,3,、,5,、,6,、,7,、,8,0,5,3,全,大,单件、小批,低,手工电弧焊,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,7,、,8,3,0,20,全,较小,单件、小批,较低,埋弧自动焊,1,、,2,、,4,、,5,、,8,4,0,60,平,小,成批、大量,高,CO,2,保护焊,1,、,2,0,8,25,全,小,成批、大量,较高,氩弧焊,1,、,2,、,4,、,5,、,6,、,7,、,8,TIG,：,0.5,4.0,MIG,：,3,20,全,小,批量不限,较高,等离子弧焊,1,、,2,、,4,、,5,、,6,、,7,、,8,、,9,2,10,全,小,批量不限,高,四、常用的焊接方法,1.碳钢、2.低合金钢、3.铸铁、4.不锈钢,、,5.耐热钢、6铝及其合金、7铜及其合金、,8,.低温钢,、,9,.钼、钴、钛等难熔金属,五、焊接材料,1,、焊条,焊条的组成,焊芯,作为电极，传导焊接电流，产生电弧,作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属,添加合金元素,药皮,改善焊接工艺性能,易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观；,机械保护作用气保护和渣保护,冶金处理作用去除有害杂质（如,O.H.S.P,等），添加有益元素,国 标,部 标,型号（按化学成分分类）,牌号（按用途分类）,国家标准号,名称,代号,类别,名 称,代号,字母,汉字,GB5117-1985,碳钢焊条,E,一,结构钢焊条,J,结,GB5118-1985,低合金钢焊条,E,一,结构钢焊条,J,结,二,钼和铬钼耐热钢焊条,R,热,三,低温钢焊条,W,温,GB983-1985,不锈钢焊条,E,四,不锈钢焊条,G,铬,A,奥,GB984-1985,堆焊焊条,ED,五,堆焊焊条,D,堆,GB10044-1988,铸铁焊条,EZ,六,铸铁焊条,Z,铸,七,镍及镍合金焊条,Ni,镍,GB3670-1983,铜及铜合金焊条条,Tcu,八,铜及铜合金焊条,T,铜,GB3669-1983,铝及铝合金焊条,TAL,九,铝及铝合金焊条,L,铝,十,特殊用途焊条,TS,特,五、焊接材料,五、焊接材料,焊条的选用原则,总原则：尽可能使接头的使用性能与母材保持一致,根据母材的物理、机械性能和化学成分,根据母材工作条件和使用要求,根据焊接结构的特点,根据焊接现场设备条件,根据劳动条件和生产效益,五、焊接材料,酸性焊条和碱性焊条的特性对比,酸 性 焊 条,碱 性 焊 条,1,对水、铁锈的敏感性不大,2,电弧稳定，可用交流或直流施焊,3,焊接电流较大,4,可长弧操作,5,合金元素过渡效果差,6,熔深较浅，焊缝成形较好,7,熔渣呈玻璃状，脱渣较方便,8,焊缝的常、低温冲击韧度一般,9,焊缝的抗裂性较差,10,焊缝的含氢量较高，影响塑性,11,焊接时烟尘较少,1,对水、铁锈的敏感性较大,2,须用直流反接施焊；药皮加稳弧剂后，可交、直流两用施焊,3,比同规格酸性焊条约小,10%4,须短弧操作，否则易引起气孔,5,合金元素过渡效果好,6,熔深稍深，焊缝成形一般,7,熔渣呈结晶状，脱渣不及酸性焊条,8,焊缝的常、低温冲击韧度较高,9,焊缝的抗裂性好,10,焊缝的含氢量低,11,焊接时烟尘稍多,五、焊接材料,2,、焊剂,1),分类,五、焊接材料,2),熔炼焊剂牌号。,五、焊接材料,3),烧结焊剂牌号。,牌号前,“,SJ,”,表示埋弧焊用烧结焊剂；,字母后第,1,位数字表示焊剂焊渣的渣系,五、焊接材料,3,、焊丝,实芯焊丝,药芯焊丝,药芯焊丝的特点：,既有熔渣的保护和冶金作用，又能实现自动化焊接,生产效率高，飞溅少、焊缝成形美观、调节焊缝合金成分方便,和实芯焊丝相比，药芯焊丝也有烟尘量高的缺点,五、焊接材料,-,焊丝的牌号,五、焊接材料,4,、保护气体,焊接用保护气体及适用范围,被焊材料,保护气体,混合比,化学性质,焊接方法,附 注,碳,钢,及,低,合,金,钢,Ar,O,2,加,O,2,1,5%,或,20%,氧化性,熔化极,用于射流电弧、对焊缝要求较高的场合,Ar,CO,2,Ar/CO,2,70,80/30,20,氧化性,熔化极,有良好的熔深，可用于短路、射流及脉冲电弧,Ar,O,2,CO,2,Ar/CO,2,/O,2,80/15/5,氧化性,熔化极,有较佳的熔深，可用于射流、脉冲及短路电弧,CO,2,氧化性,熔化极,适于短路电弧，有一定飞溅,CO,2,O,2,加,20,25%O,2,氧化性,熔化极,用于射流及短路电弧,五、焊接材料,六、焊接应力与变形,焊接应力和变形产生的原因,焊接残余变形,焊接残余变形的类型和产生原因,预防焊接变形的措施,矫正焊接变形的方法,焊接残余应力,焊接残余应力对结构的危害性,减小焊接残余应力的措施,消除残余应力的方法,几个基本概念,内应力,在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力。,残余应力,当产生应力的各种因素的作用不复存在时，由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力,宏观应力或第一类应力,微观应力或第二类应力,超微观应力或第三类应力,温度应力（热应力）,由于构件受热不均引起的应力。,组织应力,是金属发生固态相变所产生的应力。,六、焊接应力与变形,焊接瞬时应力和瞬时变形,由于热源作用的集中性与瞬时性，使焊件局部受热不均匀而产生的内应力和变形，是暂时存在于焊件中的,焊接残余应力和残余变形,焊后冷却至室温残存于焊件中的内应力与变形,通常所说的焊接应力与变形就是指焊接残余应力和残余变形,金属杆件的变形,六、焊接应力与变形,焊接应力和变形产生的原因：,焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀的加热，是产生焊接应力和变形的根本原因,加热时，纵向应力是塑性区以外的中部区域受压，两侧受拉,同时板端向外伸长,e,随后冷却至室温，应力分布如下图,压缩塑性变形引起残余应力，焊缝及其附近受拉，数值一般达,S,，两侧受压,板端向内平移，即残余纵向收缩变形,平板对接焊的纵向残余应力与变形,六、焊接应力与变形,焊接残余变形类型,纵向与横向收缩变形,六、焊接应力与变形,焊接残余变形类型,角变形,波浪变形,角变形引起的波浪变形,六、焊接应力与变形,焊接残余变形类型,弯曲变形,(a),纵向收缩引起的弯曲,(b),横向收缩引起的弯曲,六、焊接应力与变形,焊接残余变形类型,六、焊接应力与变形,焊接残余变形的控制：,1.,设计措施,尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状，合理安排焊缝位置,2.,工艺措施,反变形法：即焊前使构件产生与焊接残余变形方向相反的变形，使焊后变形相互抵消。,加余量法：,工件下料时，给工件尺寸加大一定的收缩余量，以补偿焊后的收缩。,刚性固定法：即焊前将焊件刚性固定，对防止角变形和失稳变形较有效,合理选用焊接方法和焊接规范,选用合理的装配焊接顺序,六、焊接应力与变形,焊接变形的不利影响,1.,影响工件形状、尺寸精度,2.,影响组装质量,3.,增大制造成本,矫正变形费工、费时,4.,降低承载能力,变形产生了附加应力,焊接变形常用的矫正方法,（,1,）机械矫正法：即利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消,（,2,）火焰矫正法：即利用火焰局部加热焊件的适当部位，使其产生压缩塑性变形，以抵消焊接变形。,六、焊接应力与变形,六、焊接应力与变形,焊接残余应力的控制措施,（,1,）设计措施,：,尽量减少焊缝数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉。采用刚性较小的接头，变形大，应力小,（,2,）工艺措施：,采用合理的焊接顺序，使焊缝收缩较为自由。宜先焊错开的短焊缝，再焊直通的长焊缝。降低焊接接头的刚度 加热减应区以便焊后收缩时，加热区与焊缝一起收缩，减少焊缝的约束。锤击焊缝使之产生塑性变形（伸长），以抵消受热时的压缩塑变。预热和后热即焊前或焊后对焊件全部（或局部）进行适当加热减少温差，只适用于塑性差，易产生裂纹的材料,焊接残余应力的控制,六、焊接应力与变形,焊接容器中，焊缝之间的最小距离,六、焊接应力与变形,焊接应力的不利影响,1.,降低承载能力,2.,引起焊接裂纹，甚至脆断,3.,在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹,4.,引起变形,焊接应力的消除方法：,（,1,）去应力退火：又称高温回火，焊后钢件加热温度为,500,650,，可进行整体去应力退火，也可以局部退火。,（,2,）机械拉伸法：即对焊件施加载荷，使焊缝区产生塑性拉伸，以减少其原有的压缩塑变，从而降低或消除应力。如：压力容器的水压试验。,（,3,）温差拉伸法：利用温差使焊缝两侧金属受热膨胀以对焊缝区进行拉伸，使其产生拉伸塑变以抵消原有的压缩塑变，从而减少或消除应力。该法适用于焊缝较规则，厚度在,40,以下的板壳结构。,（,4,）振动法：通过激振器使焊接结构发生共振产生循环应力来降低或消除内应力。,该法设备简单、成本低，处理时间短且无加热缺陷，值得推广。,六、焊接应力与变形,七、常见金属材料的焊接,金属材料的焊接性,碳钢的焊接,合金钢的焊接,1,、焊接性概念,金属焊接性,定义,金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性,含义,金属在焊接加工中是否容易形成缺陷,焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力,工艺焊接性,使用焊接性,七、常见金属材料的焊接,工艺焊接性,定义,某种金属在一定焊接条件下，能否获得优质致密、无缺陷焊接接头的能力,分类,热焊接性,在焊接过程条件下，对,HAZ,组织性能及产生缺陷的影响程度,评定被焊金属对热的敏感性，主要与被焊材质及焊接工艺条件有关,冶金焊接性,冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度,影响焊缝金属化学成分和性能的主要方面,影响工艺焊接性的因素,材料因素,设计因素,工艺因素,使用因素,七、常见金属材料的焊接,使用焊接性,指焊接接头或整体结构满足技术条件所规定的各种使用性能的程度,力学性能,低温韧性,抗脆性断裂性能,高温蠕变,疲劳性能,持久强度,抗腐蚀性能,七、常见金属材料的焊接,2,、碳钢的焊接,低碳钢的焊接,焊接性分析,含碳及其他合金元素少，塑性、韧性好，一般无淬硬倾向，不易产生焊接裂纹等缺陷，焊接性能优良,一般不需要采取预热和焊后热处理等特殊工艺措施,不需要选用特殊和复杂的设备，对焊接电源无特殊要求,焊接材料,等强原则,焊接工艺要点,一般不需要预热、保持层间温度和后热处理,在低温环境下焊接厚件时，应预热焊件，防止产生冷裂纹,厚度超过,50mm,的焊件，应进行焊后热处理以消除应力,电渣焊焊件焊后应正火以细化,HAZ,晶粒,七、常见金属材料的焊接,中碳钢的焊接,焊接性,热影响区易产生低塑性的淬硬组织,焊缝金属易产生热裂纹,焊缝区易产生气孔,焊前经调质处理的中碳钢，在热影响区会出现回火软化区,焊接材料,最好采用低氢焊条,以采用强度级别低的焊条,不允许预热时，可以采用奥氏体不锈钢焊条,焊接工艺要点,设法减小焊件各部位之间的温度差以降低焊后冷速,尽量减小母材在焊缝中的比例从而降低焊缝含碳量,七、常见金属材料的焊接,3,、合金钢的焊接,合金钢的分类,按合金成份总量,低合金钢：合金元素总量,10%,，单一元素,5%,按用途,强度用钢：合金化的目的是为了提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性如低合金高强钢、低碳调质钢、中碳调质钢等,特殊用钢：合金化的目的是使钢具有某些特殊性能，如耐热钢、耐蚀钢、低温用钢、不锈钢等,七、常见金属材料的焊接,强度用钢的焊接,：在焊接时应充分考虑焊缝强度与母材的匹配,热轧及正火钢,（非热处理强化钢）,屈服强度为,294,491MPa,的低合金高强钢,低碳调质钢,屈服强度为,441,980MPa,，热处理强化钢,中碳调质钢,屈服强度高达,880,1176MPa,以上，含碳量 为,0.25,0.45,强度级别较低的普低钢（如,300,400MPa,级）的焊接近于低碳钢；级别高的普低钢焊接冷裂倾向大、焊接性差，一般要预热，见下表,七、常见金属材料的焊接,七常见金属材料的焊接,特殊用钢的焊接：,焊接时要充分考虑焊缝的性能满足使用性能的要求,珠光体耐热钢：,以,Cr,，,Mo,为基础的低、中合金钢,碳当量数值约为,0.45%0.90%,，焊接性较差,焊条电弧焊：选用与母材成分相近的焊条，预热温度,150400,，焊后应及时进行高温回火处理。,低温钢：,含,Ni,量较高的,5Ni,，,9 Ni,钢等,焊前不需预热,焊条成分要与母材匹配,焊接线能量输入要小,焊后回火注意避开“回火脆性区”,耐蚀钢：,含,Cu,、,P,、,Al,、,Cr,除,P,含量较高的钢以外，其它耐蚀钢焊接性较好，不需预热或焊后热处理等。,选择与母材相匹配的耐蚀焊条。,七、常见金属材料的焊接,奥氏体型不锈钢：,Cr,，,Ni,元素含量较高，,C,含量低,焊接性良好，焊接时一般不需要采取工艺措施。,焊条、焊丝和焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成分类型相同,采用小电流、快速不摆动焊，焊后加大冷速,接触腐蚀介质的表面应最后施焊,铁素体型不锈钢,热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化,焊前预热温度应在,150,以下,采用小电流、快速焊等工艺，以降低晶粒粗大倾向,。,马氏体型不锈钢：,焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹,焊前预热温度,200400,焊后要进行热处理，否则应选用奥氏体不锈钢焊条,七、常见金属材料的焊接,八、焊接接头质量检验的内容和方法,焊接质量检验的内容,焊前检验,焊接生产过程中的检验,成品检验,焊前检验,检验焊接基本金属、焊丝、焊条的型号和材质是否符合设计或规定要求,检验其他焊接材料，如埋弧自动焊剂的牌号、气体保护焊保护气体的纯度和配比等是否符合工艺规程的要求,对焊接工艺措施进行检验，以保证焊接能顺利进行,检验焊接坡口的加工质量和焊接接头的装配质量是否符合图样要求,检验焊接设备及其辅助工具是否完好，接线和管道联接是否合乎要求,检验焊接材料是否按照工艺要求进行去锈、烘干、预热等,对焊工操作技术水平进行鉴定,检验焊接产品图样和焊接工艺规程等技术文件是否齐备,八、焊接接头质量检验的内容和方法,焊接生产过程中的检验,检验在焊接过程中焊接设备的运行情况是否正常,对焊接工艺规程和规范规定的执行情况,焊接夹具在焊接过程中的夹紧情况是否牢固,操作过程中可能出现的未焊透、夹渣、气孔、烧穿等焊接缺陷等,焊接接头质量的中间检验，如厚壁焊件的中间检验等,成品检验,检验焊缝尺寸、外观及探伤情况是否合格,产品的外观尺寸是否符合设计要求,变形是否控制在允许范围内,产品是否在规定的时间内进行了热处理等,八、焊接接头质量检验的内容和方法,焊接质量检验的方法,八、焊接接头质量检验的内容和方法,常见焊接接头缺陷：,焊缝形状不好、未焊满、咬边、焊瘤、烧穿,裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔等,八、焊接接头质量检验的内容和方法,常见焊接缺陷,八、焊接接头质量检验的内容和方法,常见焊接缺陷,八、焊接接头质量检验的内容和方法,焊接缺陷,八、焊接接头质量检验的内容和方法,九、焊接接头的非破坏性试验方法,外观检查,焊缝的外形尺寸合不合格,有无焊缝外气孔、咬边、满溢及焊接裂纹等表面缺陷,表面及近表面缺陷的检查,渗透探伤,着色法,荧光法,磁粉探伤,涡流检测,内部缺陷的检查,射线探伤,X,射线,射线,高能射线,超声波探伤,九、焊接接头的非破坏性试验方法,压力容器焊接接头强度试验,水压试验,气压试验,致密性检查（泄漏试验）,气密性试验,氨渗漏试验,煤油渗漏试验,硬度检验,九、焊接接头的非破坏性试验方法,十、焊接接头的破坏性试验方法,力学性能试验,拉伸试验,弯曲试验,冲击试验,硬度试验,金相检验,宏观分析,微观分析,化学分析,晶间腐蚀试验,二、常用焊接方法及特点,1,、手工电弧焊（,SMAW,）,2,、埋弧焊（,SAW,）,3,、钨极气体保护焊（,GTAW,）,4,、熔化极气体保护焊（,GMAW,）,5,、药芯焊丝电弧焊（,FCAW,）,6,、等离子弧焊（,PAW,）,7,、电渣焊（,ESW,）,三、焊接材料,按,JB/T4709,选用焊材。,1,、焊条：,GB/T983,不锈钢焊条,、,GB/T5177,碳钢焊条,；,2,、焊丝,3,、焊剂,4,、保护气体,四、压力容器焊接设计,焊接设计是压力容器设计的一个重要组成部分，包括：钢材、焊接方法、焊接材料、焊接坡口、焊接接头形式、预热、层间温度后热、焊后热处理以及检验、检测等；,压力容器焊接设计的原则：,1,、选用焊接性能良好的材料；,2,、尽量减少焊接工作量；,3,、合理分布焊缝；,4,、焊接施工及焊接检验方便；,5,、有利于生产组织和管理。,四、压力容器焊接设计,1,、焊接方法选用：质量可靠、生产效率高、成本低；,2,、焊接材料选用：焊缝金属力学性能应高于或等于相应母材标准规定值下限；依据,JB/T4709,选用；,3,、焊接坡口设计：,GB/T985-88,气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸,GB/T986-88,埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸,HG20583-98,钢制化工容器结构设计规定,GB150,、GB151,、封头、管法兰、容器法兰、吊耳、容器支座等标准规定的焊接坡口；,四、压力容器焊接设计,4,、焊接接头设计：压力容器结构设计时应遵循的原则,(1),保证接头满足使用要求；,(2),施焊、无损检测操作容易，焊接应力小，变形小；,(3),接头加工容易，经济性好；,(4),焊接接头设计应符合焊接接头系数规定。,5,、预热、层间温度和后热,预热可以降低焊接接头冷却速度，防止母材和热影响区产生裂纹，降低焊接区的残余应力；但会恶化劳动条件，要认真对待。,后热的目的是加快焊接接头中氢的逸出，是防止冷裂纹的有效措施。后热温度与钢材有关，并应在焊后立即进行。,五、有关标准对焊接的要求,1,、组成压力容器的不同材料、不同形状的零部件，主要是靠焊接方法装配的，与母材相比焊接接头是压力容器壳体的薄弱环节，因此标准规范对焊接给予极大的关注，提出了多方面的技术要求。主要包括如下几方面：,(a),焊接试板接头的力学性能产品焊接试板,(b),焊接接头的外观与形状尺寸偏差,(c),焊接缺陷,五、有关标准对焊接的要求,2,、产品焊接试板,2.1,、按台制备产品焊接试板的条件,容器的设计温度：设计温度低于或等于,-20,；,容器的材料：,Rm,540MPa,钢和,Cr-Mo,低合金钢,工作介质：盛装毒性为极度或高度危害介质,2.2,、以批代台制备试板的条件,对于,Q235-B,、,Q235-C,、,20R,16MnR,以及不锈钢等材料制造的容器，不要求按台制备试板。注*,五、有关标准对焊接的要求,2.3,制备产品试板的要求,试板对产品焊接接头的代表性，应真实、可信；,措施：对试板用材、焊工、施焊条件、焊接工艺、热处理、试板所处部位进行严格规定。,2.4,产品试板的检验与评定,按,JB4744-2000,钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验,进行。,2.5,产品试板检验不合格的处理,五、有关标准对焊接的要求,3,、焊缝外观,3.1,、对口错边：,A,：,1/4e,，且,3mm,；,B,：,1/4e,，且,5mm,；注*,3.2,、棱角度：,(e/10+2)mm,，且,5mm,；,3.3,、不等厚板材对接：削薄处理注*,3.4,、焊缝余高：,3.4.1,、作用：保温、缓冷与正火作用，焊接工艺的需要；,3.4.2,、危害：筒体表面外形突变，产生附加弯矩，造成较高的局部应力集中，形成裂纹源，缩短容器疲劳寿命；,3.4.3,、要求：标准（,JB4732,）规定，凡需疲劳分析设计的容器均应将余高去除，焊缝与母材表面保持齐平。,五、有关标准对焊接的要求,3.5,、咬边,3.5.1,、危害：微小区域形状突变，应力集中；,介质在咬边内形成死区，浓度上升，出发局部腐蚀；,咬边在介质压力作用下易扩展，诱发裂纹；,3.5.2,、要求：,不得有咬边：低温压力容器；,用,Rm,540MPa,钢材和,Cr-Mo,低合金钢制容器；,采用不锈钢制造的容器；,焊接接头系数取,1,的压力容器；,允许存在一定量的咬边：,GB150,。,压力容器无损检测技术要求,一、基本概念,1,、无损检测（,NDT/NET,）：是不损坏被检物的完整结构和使用性能的情况下，探测被检物内部和表面的宏观缺陷，并对其种类、形状、尺寸、取向和位置作出判断的工艺方法。,2,、主要目的：对原材料、零部件、产品各制造工序和产品最终外观、内在质量的检查；评价制造工艺的合理性，为制定和改进制造工艺工程提供依据；作为评定产品质量优劣等级的依据，提高产品在规定条件下工作的可靠性。,3,、执行标准：,JB/T4730-2005,承压设备无损检测,4,、检测方法：五大常规检测方法：,RT,、,UT,、,MT,、,PT,、,ET,。,5,、适用缺陷：,RT,、,UT,主要用于检测内部缺陷；,MT,、,ET,检测表面和近表面缺陷；,PT,仅用于检测表面开口缺陷。,二、射线检测,RT,1,、原理：利用强度均匀的和,射线照射工件，使照相底片感光。,2,、主要特点：,2.1,、根据射线底片的缺陷图像，可以精确地判别在垂直与射线透照方向地二维平面地位置、尺寸和缺陷地种类，但缺陷在厚度方向自身高度和深度难以确定；,2.2,、对体积状缺陷（体积未焊透、气孔、夹渣、疏松、缩孔）检测灵敏度较高，对面状缺陷（细微裂纹、未熔合、面状未焊透）检测灵敏度较低；2.3,、通过底片评价工件地质量记录直观、定性定量准确、重复性好、易于保存档案；,2.4,、射线对人体有伤害，防护设备投资高，操作危险；,2.5,、几乎适用于所有材料，碳钢、不锈钢、铜、铝、钛等；,2.6,、对被检工件的厚度下限没有限制。,二、射线检测,RT,3,、焊缝质量评定等级：根据缺陷的性质和数量，分为四各等级：,3.1,、,级：不允许存在裂纹、未熔合、未焊透和条状缺陷；,3.2,、,级：不允许存在裂纹、未熔合、未焊透；,3.3,、,级：不允许存在裂纹、未熔合、未焊透；,3.4,、,级：焊缝缺陷超过,级的为,级，为不合格焊缝。,4,、级别划分依据：由缺陷引起的疲劳强度降低程度来确定。,