压力容器焊接技术要求.pdf

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1、压力容器焊接技术要求 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

2、、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： 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

3、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

4、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

5、，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

6、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：Rm540MPa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

7、.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

8、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Rm540MPa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

9、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

10、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；

11、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。 4.1、级焊缝对疲劳强度要求很高，核能、超高压或介质为极度 和高度危害物质，应将焊缝余高磨平； 4.2、级焊缝对疲劳强度有一定要求，高压、介质为有害物质和 焊缝承受较大动、静载荷或有限次循环交变载荷，允许保留余 高； 4.3、级焊缝基本不考虑疲劳强度，低压、无害介质，允许保留 余高。 三、超声检测 UT 1、原理 2、主要特点： 2.1、缺陷检测灵敏度受缺陷反射面的影响很大，对面状缺陷（裂 纹、板材

12、分层）敏感，对体积状缺陷（气孔、夹渣）不灵敏； 2.2、一般多数情况没有明确的记录、缺乏直观性； 2.3、适用于金属板材、管材、锻件等，不适用于粗晶材料（奥氏 体不锈钢）、形状复杂或表面粗糙的工件； 2.4、操作简单，只要将探头放置在被检工件单面即可； 2.5、可较好的确定缺陷在被检工件厚度方向的位置和缺陷自身的 高度。 四、磁粉检测 MT 1、原理 2、主要特点： 2.1、对钢铁等强磁材料的表面和近表面缺陷的检出率高，但难以 检测内部缺陷； 2.2、不适用于奥氏体不锈钢等非磁性材料； 2.3、能单位缺陷的位置和表面指示长度，但无法确定深度方向的 尺寸； 2.4、缺陷痕迹可以用透明胶带等复制和

13、固定； 2.5、对铁磁材料的灵敏度比渗透高。 五、渗透检测 PT 1、原理 2、主要特点： 2.1、适用于检测钢铁材料、有色金属材料、陶瓷、塑料等材料的 表面开口缺陷； 2.2、检测效果受工件表面光洁度影响较大； 2.3、能确定缺陷的位置和表面指示长度，无法确定缺陷的深度； 2.4、缺陷痕迹可以用透明胶带等复制和固定。 3、操作基本程序：预清洗施加渗透液去除多余的渗透液干 燥施加显像剂观察及评定显示痕迹后清洗。 六、标准中对无损检测的要求 1、压力容器制造全过程中的无损检测工作，可分为三个阶段： 1.1、原材料的检测：发现材料中的超标缺陷，保证原材料的质量。 钢板、锻件主要采用超声检测； 1.

14、2、制造过程中的无损检测：发现工序间的超标缺陷，保证后续 工序的顺利实施。 JB47264728规定，去除超标缺陷后的表面进行渗透或磁粉检 测，级合格，保证缺陷清除干净； GB150规定，对Rm540MPa的钢材及Cr-Mo低合金钢用火焰 切割加工坡口的表面，或容器的缺陷修磨表面进行渗透或磁粉检 测，级合格。 1.3、产品的无损检测：对产品及其受压元件焊接接头的无损检 测，事压力容器制造检查的主要内容。 六、标准中对无损检测的要求 2、A、B类焊接接头无损检测率的选择：检测率范围分为100%和 局部两大类。 2.1、100%进行射线或超声检测的条件：GB150按以下条件划分： 2.1.1、厚度

15、。s30mm的碳素钢、16MnR；s25mm的 15MnNbR、20MnMo和奥氏体不锈钢；s16mm的12CrMo、 12CrMoR、 15CrMo 。 因为：容器板厚大，意味着设计参数高、直径大、危险性大、 成本高，应严格要求。 2.1.2、材质。Rm540Mpa的高强钢、Cr-Mo钢（除12CrMo、 12CrMoR、 15CrMo ）。 因为：材料的可焊性差、韧性储备相对低，焊接时易产生缺陷、 且缺陷在使用过程中易扩展，无论厚度多少都要100%检测。 六、标准中对无损检测的要求 2.1.3、安全性。进行气压试验、盛装毒性为极度或高度危害的容 器。 因为：这类容器一旦发生事故，其后果可能

16、是灾难性的。 2.1.4、结构。多层包扎容器内筒的类焊缝、热套压力容器各单 层筒的类焊接接头。 因为：产品制成后，焊缝被覆盖无法再进行检测。 2.1.5、低温容器。设计温度低于-40或接头厚度大于25mm的低 温容器。 因为：防止容器在低温下发生脆性破坏。 2.1.6、图样要求。以上5项是标准的要求，是针对多数产品的最低 要求，设计者应根据实际情况提出需要的要求，这是设计者的全 力，也是设计者的义务。 六、标准中对无损检测的要求 2.2、进行局部射线或超声检测的条件： 除需100%检测的容器，可进行局部检测。局部检测实际上是逐 台抽检，目的在于保证产品基本质量的前提下，节约费用。 局部检测的最

17、小范围，不得少于各条焊接接头长度的20%，且不 小于250mm；低温容器不得少于各条焊接接头长度的50%，且不 小于250mm。 2.3、允许局部检测的产品中应100%检测的部位： 2.3.1、先拼板后成形的凸形封头，在封头成形后进行100%检测； 2.3.2、以开孔中心为圆心，以1.5倍开孔直径为半径画圆，该圆中 包含的、类焊缝进行100%检测； 2.3.3、被补强圈、支座垫板、内件覆盖的A、类焊缝； 2.3.4、嵌入式接管与筒体封头对接连接的焊接接头；公称直径不 小于250mm的接管与长颈法兰、接管与接管焊缝。 六、标准中对无损检测的要求 3、不同无损检测方法的相互复查 压力容器壁厚38m

18、m（或38mm，但大于20mm且使用材料抗 拉强度规定值下限大于等于540MPa）时，其对接接头如采用射线 检测，则每条焊缝还应附加局部超声检测；如采用超声检测，则 每条焊缝还应附加局部射线检测。 该规定不能一概而论，应对产品及其焊接接头具体分析，区别对 待。应综合考虑经济性与安全性，而有些容器只能做某种无损检 测，如奥氏体不锈钢焊接接头难以采用超声检测。 4、正确执行局部检测 4.1、局部检测是指每条、类焊缝均要进行局部检测，不能用 某条焊缝的检验结果来替代其他焊缝。原因：不同的焊缝的焊接 操作位置、焊工等可能不同。 六、标准中对无损检测的要求 4.2、抽检部位应选择焊缝交叉部位。原因：焊缝

19、交叉部位的金 属，经历了两次焊接过程，且受力状态复杂，易产生焊接缺陷。 4.3、局部检测时如发现超标缺陷，应进行扩探，先为增加10%， 如还不合格，则100%检测，但仅限于该条焊缝。原因：同4.1， 即某条焊缝存在质量问题，并不意味着其他焊缝亦有问题。 4.4、对局部无损检测焊接接头中未检测的部位，但仍要对其质量 负责。 六、标准中对无损检测的要求 5、表面无损检测的要求 5.1、由于结构、规格尺寸等原因难以进行射线、超声检测的重要 焊接接头，应进行磁粉或渗透检测。包括：堆焊层表面、复合钢 复合层、公称直径小于250mm的接管对长颈法兰、接管对接管的 焊缝等； 5.2、对Rm540Mpa的高强

20、钢、s16mm的12CrMo、 12CrMoR、 15CrMo 以及其他任意厚度的 Cr-Mo钢低合金压力容 器，其、类焊缝进行磁粉或渗透检测。 5.3、制造工艺过程中的无损检测。 六、标准中对无损检测的要求 6、设计对无损检测的特殊要求 设计者首先应明确标准对无损检测的各项规定，其次应明白，标 准仅是对各类产品通用的最低质量要求，他不一定满足所有的产 品，尤其是安全性要求较高的特殊产品，因此，设计者的一各重 要职责是根据压力容器的运行参数（压力、温度、介质特性）、 采用的材质、结构、安全性等特殊要求，综合考虑经济性，提出 标准中没有或比标准更为严格的要求，在图样中注明。主要分为 以下几方面：

21、 增加无损检测的次数； 增加无损检测的比率； 提高无损检测的合格等级； 提出无损检测的其他特殊要求。 压力容器热处理技术要求 一、基本概念 1、热处理是改善金属材料或其制品性能的重要工序。依据不同的 目的，将材料或工件加热到规定的温度、保温、随后以不同的方 式冷却，改变其金相组织，以获得所要求的性能。 2、压力容器在制造过程中要经受热过程，如：热卷筒体、热冲压 封头、焊后热处理、以及改善材料力学性能热处理等。 3、热处理的种类很多、分类方法各不相同。压力容器行业依据目 的不同，将常用的热处理分为四类： 焊后热处理； 恢复力学性能热处理； 改善力学性能热处理； 消氢热处理。 二、焊后热处理消除应

22、力热处理 1、目的：改变焊接接头的组织和性能，降低残余应力。 2、作用：松弛焊接残余应力，软化淬硬区，改变组织形态，减少 氢含量，尤其是提高某些钢种的冲击韧性、改善力学性能。 但是，如果温度过高、保温时间过长，反而使焊缝金属 中碳化物聚集、粗化，或脱碳层厚度增加，造成力学性能、蠕变 强度及缺口韧性下降。 3、需进行焊后热处理的条件 3.1、“通用条件”： 材质：随着钢材强度级别的提高以及合金量的增加，焊接性变 差，易产生焊接缺陷，淬硬倾向增加； 厚度：厚度越大意味着焊缝越深，焊缝冷却后收缩的倾向越大， 且刚性越大，抵抗局部收缩变形的能力越强，残余应力越高。 预热温度：焊前预热降低焊缝与母材的温

23、度梯度，降低残余应力。 二、焊后热处理 3.2、“特殊条件” 应力腐蚀容器：残余应力在特定的介质工况条件下会引起应力腐 蚀开裂。注* 盛装毒性为极度或高度危害介质的容器：万一发生事故，会造成 灾难性后果。 3.3、奥氏体不锈钢容器的焊后热处理 奥氏体不锈钢经焊后热处理虽然可以降低残余应力，但焊后热处 理不当时，会加剧晶间腐蚀或相析出造成脆化，焊后热处理对 奥氏体不锈钢的安全使用性能的影响目前尚不清楚； 对有抗应力腐蚀要求，或复合钢板基板要求一定要热处理时，应 进行热处理，但应注意防止焊缝和母材中铬的碳化物Cr23C6析出 和形成相，有效的办法是进行固溶处理。 二、焊后热处理 4、焊后热处理方法

24、 炉内整体热处理：优先选用； 分段炉内热处理：重复加热的长度不小于1500mm； 局部热处理：与炉内热处理有差距，有限制地使用； 现场热处理：方法在国内已成熟，但受天气影响较大。 5、热处理工艺 升温速度； 保温温度； 保温时间； 冷却速度。 三、恢复力学性能热处理 1、目的：压力容器零部件的成形，如筒节的卷制、封头的冲压与 旋压等，在其塑性变形时会产生加工硬化现象，加工硬化可通过 热处理消除，恢复材料的力学性能。 2、需进行恢复材料的力学性能热处理的条件 加工硬化现象与相对变形量以及钢材种类有关，因此GB150以此 两指标来划分。 筒体厚度与筒体内径的比值，就是指相对变形量。 碳素钢、16M

25、nR由于强度低，塑性与韧性储备大，允许相对变形 量比其他低合金可适当放宽。 冷成形封头的变形量远大于筒体，一般要进行热处理。注* 奥氏体不锈钢封头冷成形后可不进行热处理。 3、方法：可采取消除应力退火或正火处理或正火加回火处理，一 般是消除应力退火。 四、消氢处理后热处理 焊接时氢会溶入焊缝液态金属中，冷却后氢保留在焊缝中，使金 属材料的塑性、韧性明显下降，对某些材料会产生裂纹（氢致延 时裂纹），导致脆性破坏。 焊接时氢可能来自于焊接材料吸收的水分。 脆性破坏前容器的外观无任何可见的变形，其破坏具有突然性， 且可能在低应力水平下发生，后果的危害性较大。 氢导致焊接接头的开裂，往往是在焊后几小时或几天内发生。 不是所有的材料都会产生氢致延时裂纹，与材料的强度级别和化 学成分有关，一般是强度较高的低合金钢。 焊缝中的氢可通过热处理使其扩散出来。 需进行消氢处理的容器，如焊后立即进行焊后热处理，则可免做 消氢处理。 五、改善材料力学性能热处理 该相热处理多数在钢厂进行。 当材料供货与使用的热处理状态一致时，则在整个制造过程中不 得破坏供货时的热处理状态，否则应重新进行热处理。