低温压力容器设计制造中的注意点

结构

1.A类接头，结构应尽量简单，减少约束；B类接头，避免产生过大的温度梯度；c 类接头，应尽量避免结构形状突然变化，以减少局部应力；d类接头，接管与壳体连接部位应圆滑过渡，接管端部内壁处倒圆；e类接头，容器支座或支腿不得直接焊接在壳体上，需设置垫板。GB/T150.3-2011附录E

2.接管补强应尽可能采用整体补强或厚壁管补强，若采用补强板，应为截面全焊透结构，且焊缝圆滑过渡。

3. 容器焊有接管及载荷复杂的附件，需焊后消除应力，而不能整体进行热处理时，应考虑部件单独热处理的可能性。

4. 各几何形状不连续的连接元件之间应有足够大的过渡圆弧半径：厚薄不一致的连接件之间应有足够斜度的削薄过渡；尽可能将结构做成静定结构，使各构件在外载荷作用下可以自由变形，不受约束；各支座和容器受压元件的接触处应设置垫板;圆筒或封头上尽可能沿径向开孔，避免出现非径向接管；尽可能采用整体法兰；避免采用螺纹法兰；各类焊接接头尽可能采用全熔透结构。

5. 应用在真空环境下的焊接接头，其焊后的死角应在背离真空的一面。

1.A类焊接接头应选用双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头（GB/T150-P143-C3.3.1）

2.B类焊接接头的要求与A类相同，但因结构限制不能采用双面焊时，允许采用焊后不拆除垫板的单面对接接头（GB/T150-P143-C

3.3.2）

3.C类焊接接头可采用下列形式：（GB/T150-P143-C3.3.3）

11平盖与圆筒的连接，可采用GB/T150图J10（P226），表7-7序号1、2、9（P66）所示结构；平盖法兰与法兰颈或圆筒的连接可采用GB/T150图9-1（g）、（k）（P89）所示结构；若用图9-1（b-1）、（b-2）、（h）、（i）、（j）（P88-89）和图9-2（a-1）、（a-2）所示的结构，仅适用于以下范围：（a）设计温度不低于-30°C或者设计压力小于或等于1.0MPa（b）钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa

11球冠形封头、半顶角大于30°的锥壳、平盖、管板等部件与壳体的连接，均应采用全焊透结构，如图J10（P226）所示

4.D类焊接接头可采用下列形式：（GB/T150-P143-C3.3.4）

11插入式接管、安放式接管，以及凸缘等与壳体的连接，可分别采用GB/T150图J3（P220）、图J6（a）、（b）、（c）（P223）、图J8（P224）或与其类似的全焊透结构

11带补强圈的接管与壳体的连接、以及补强圈与壳体搭接的角接接头可采用GB/T150图J4（a）、（b）、（c）（P221）所示的全焊透结构

5.接管与壳体之间接头设计应当采用全焊透结构《固规》—P15—3.14.2条

6.应严格控制焊接线能量，在焊接工艺评定所确认的范围内，选用较小的焊接线能量，以多道施焊为宜（GB/T150-P144-C4.3.4）

1.对焊后不进行消除应力热处理的容器，不得采用锤击等强制手段进行成形或组装，不得在受压元件上刻划或敲打材料标记、焊工钢印等（GB/T150-P144-C4.8）

2.采用经过正火、正火加回火，或调质处理的钢材制造的受压元件，宜采用冷成形或回火温度以下的温成形。采用温成形时，须避开钢材的回火脆性区。若在回火温度以上热成形时，应根据需要进行与母材相同或相类同的热处理。（GB/T150-P144-C4.8）

3.铭牌不能直接铆固在壳体上（GB/T150-P144-C

4.8）

4.钢板厚度大于16mm的碳素钢和低合金钢制低温容器或元件应进行焊后热处理

（GB/T150-P144-C4.4.1）

材料

1. 钢板逐张超声检测

（1）板厚大于20mm的16MnDR、Ni系低温钢（调质状态除外），逐张检查，不低于Ⅱ级合格。（GB/T150-2011）

（2）用于制造低温压力容器筒体、凸形封头和球壳的钢板，厚度超过以下数值时，需按《承压设备无损检测》JB4730.3进行超声检测，且不低于Ⅲ级。(HG/T20585-2011 P589 6.0.7)

a 板厚大于16~20mm的钢板，每批抽检20%，最少1张。

b 板厚大于20mm的钢板，逐张检查。(GB/T150规定质量等级不低于Ⅱ级)

c 用作低温压力容器筒体的无缝钢管应逐根按《承压设备无损检测》JB4730.3进行超声检测检查。

2. 焊后热处理

（1）球壳板厚度≥16mm的低温球罐应进行焊后整体热处理。（GB12337-1998附录A）

（2）受压元件焊接接头厚度超过16mm时，低温压力容器或部件全部施焊工作完成后，应进行消除应力热处理。热处理工艺应与焊接工艺评定的热处理制度（温度曲线）一致。（HG/T20585-2011）

（3）钢板厚度大于16mm的碳素钢和低合金钢制低温换热器或元件应进行焊后热处理。（GB151-1999附录A）

3. 100%射线或超声检测

（GB/T150-2011）（1）设计温度低于-40℃的或者焊接接头厚度大于25mm的低温容器。

（2）低温压力容器的对接接头符合下列情况之一者，应经100%射线或超声检测：（HG/T20585-2011）

a 盛装易爆介质的容器，且设计压力大于0.6MPa者

b 设计压力大于等于1.6MPa者

c 壳体板厚大于25mm者

d 钢材标准规定的最低抗拉强度Rm＞540MPa或合金元素含量大于3%的低合金钢。

e 设计温度低于-40℃者。

(3)无损检验方法和评定标准应符合下列要求

a 对接接头的射线检测按《承压设备无损检测》JB/T4730.2的规定进行。射线照相的质量应不低于AB级，焊缝质量不低于Ⅱ级为合格（100%检测及局部检测）

b 焊接接头的超声检测按《承压设备无损检测》JB/T4730.3的规定进行，无论100%检测及局部检测均应不低于Ⅰ级要求。

c 焊接接头的TOFD检测《承压设备无损检测》JB/T4730.10的规定进行，焊缝质量不低于Ⅱ级为合格（100%检测及局部检测）。

4. 磁粉或渗透检测

(1) 10.3.1中低温容器上的A、B、C、D、E类焊接接头，缺陷修磨或补焊处的表面，卡具和拉筋等拆除处的割痕表面。（GB/T150-2011）

（2）设计温度低于-40℃的低合金钢制低温压力容器上的焊接接头（TSG R0004-2009）

（3）低温压力容器下列部位应按《承压设备无损检测》JB/T4730.4或JB/T4730.5

进行表面磁粉检测或表面渗透检测。（HG/T20585-2011）

a 符合本标准第8.7.1条的对接接头，但无法进行射线或超声检测者。

b 符合本标准第8.7.1条的容器壳体上的C类、D类焊接接头以及附件焊接的角接接头、填角焊缝的可及表面。

c 钢材标准规定的最低抗拉强度Rm＞540Mpa的高强度钢容器上的全部焊接接头及热影响区表面。

d 受压壳体上工装卡具、拉筋板等临时附件拆除的焊痕表面，焊补前的坡口及焊补的表面以及电弧擦伤处。

(4) 设计压力大于或等于1.60Mpa，且设计温度低于-40℃的设备法兰用紧固件材料为铁素体钢时，应逐件进行磁粉检测。（HG/T20585-2011）

5. 逐台制备产品焊接试件

(1) 低温容器应逐台制备产品焊接试件（GB/T150-2011）

6. 锻件级别

(1) 使用温度低于-20℃且公称厚度大于200mm的低温用钢锻件, 应选用Ⅲ级或Ⅳ级。（GB/T150-2011）

（2）低温压力容器用锻件按《低温承压设备用低合金钢锻件》NB/T 47009和《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》NB/T 47010，应不低于Ⅱ级要求，设计压力大于或等于1.60Mpa时，应不低于Ⅲ级。（HG/T20585-2011）

7. 管法兰

（1）低温容器、高温容器、疲劳容器以及第三类压力容器的接管法兰宜采用带颈对

焊型管法兰。（HG/T20583-2011）

8. 补强结构

（1）对于高温和低温工况下工作的压力容器，不推荐使用补强圈补强结构：

（HG/T20583-2011）

a 设计温度大于350℃

b 设计温度小于或等于-20℃。

9. 耐压试验

耐压试验后不应再在受压元件上进行焊接之类可能引起焊接应力和缺口应力集中的

加工，否则须重新试压。

10. 附加落锤试验

根据设计文件要求，对厚度大于36mm的标准抗拉强度下限值大于或等于540Mpa的钢板和用于设计温度低于-40℃的钢板，可附加进行落锤试验。试验按GB/T6803进行，采用P-2型试样，无塑性转变（NDT）温度的合格指标在设计文件中规定。（GB/T150-2011）

11.材料

1.受压元件用钢必须是氧气转炉或电炉冶炼的镇静钢，并采用炉外精炼工艺（GB/T150—P141—C

2.1.1）（HG/T20585-2011—P586—6.0.2）《固规》—P4—2.2条

2.用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值小于540MPa的钢材，P≤0.25％、

S≤0.012％；《固规》—P5—2.3.2条第（3）款

3.用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材，P

≤0.020％、S≤0.010％。《固规》—P5—2.3.2条第（4）款

4.直接与受压元件焊接的非受压元件用钢应符合以下要求：（GB/T150—P141—C2.1.2）

（1）承受较大载荷需做强度计算的非受压元件用钢，应具有与受压元件相当的韧性

（2）应是焊接良好的钢材

5.与低温压力容器受压元件直接焊接的非受压附件材料，其低温韧性及焊接接头性能需与受压元件匹配：（HG/T20585-2011—P590—

6.0.12）

（1）与受压元件直接焊接的受力元件如支座垫板等应采用与受压元件相同的材料

（2）对奥氏体不锈钢制低温压力容器，所有焊接附件也应为奥氏体不锈钢

（3）直立容器裙座过渡段应与本体材料相同，过渡段长度不小于4倍保温厚度，且不小于500mm

6.锻件应按《低温承压设备用低合金钢锻件》NB/T47009和《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》NB/T47010，不低于II级要求，设计压力大于或等于1.6MPa时，应不低于III级。（HG/T20585-2011—P589—6.0.8）

7.碳素钢、碳锰钢制容器用焊材，应选用与母材成分和性能相同或相似的高韧性材料，也可选用低镍合金焊材。当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时，焊接材料的选用应符合C4.3.2要求（GB/T150-P143-C2.2.1）

8.焊材应符合以下要求：（HG/T20585-2011—P589—6.0.9）

（1）低温压力容器受压元件或受压元件与非受压元件焊接用手工电弧焊焊条，应选用《碳钢焊条》GB/T5117和《低合金钢焊条》GB/T5118的低氢碱性焊条。埋弧焊焊剂应选用碱性或中性焊剂

（2）铁素体钢之间的焊接一般应采用铁素体型焊接材料（9%Ni钢除外）。

（3）铁素体钢之间的异种钢焊接用焊接材料一般按韧性要求较高侧的母材选用。异种钢焊接工艺评定和产品焊接试板的热处理状态应与容器最终使用状态相同。

（4）原则上应尽量避免铁素体钢与奥氏体钢之间的异种钢焊接，如不可避免，则应遵循以下要求

（5）奥氏体钢之间的焊材选用应当符合：

a) 焊缝金属含碳量小于或等于0.10%

b) 焊缝金属的化学成分应符合《不锈钢焊条》GB/T983中E308、E308L、E309和《惰性气体保护焊接用不锈钢棒及钢丝》GB/T4233、《焊接用不锈钢丝》GB/T4242中

H0Cr21Ni10、H00Cr21Ni10、H0Cr26Ni21的要求

c) 设计温度低于-70°C时，焊接工艺评定应规定进行焊缝金属的低温冲击试验。

12.冲击试验

奥氏体型钢材的使用温度高于或等于-196℃时，可免做冲击试验。低于-196℃~-253℃，由设计文件规定冲击试验要求。（GB/T150-2011）

13.低温低应力

当壳体或受压元件使用在“低温低应力工况”下，可以按设计温度加50℃（对于不要求焊后热处理的容器，加40℃）后的温度值选择材料，但不适用于Q235系列的钢板。

“低温低应力工况”不适用于钢材标准抗拉强度下限值Rm≥540Mpa的材料。

“低温低应力工况”不适用于螺栓材料；螺栓材料的选用应计及螺栓和壳体设计温

度间的差异。（GB/T150-2011）

一、检验

1.壳体的钢板厚度大于20mm时，应逐张进行超声检测，要求按JB/T4730.3规定的III 级合格（GB/T150-P141-C

2.1.3）

2.用于制造低温压力容器筒体、凸形封头和球壳的钢板，厚度超过以下数值时，需按JB/T4730.3进行超声检测，且不低于III级：（HG/T20585-2011—P589—6.0.7）

（1）厚度大于16~20mm的钢板，每批抽检20%，最少1张

（2）厚度大于20mm的钢板，逐张抽检

（3）用作低温压力容器筒体的无缝钢管应逐根超声

3.受压元件用钢需进行低温夏比冲击试验（V形缺口），但符合下列条件之一者可免做（GB/T150—P141—C2.1.4）：

（4）GB/T150中表4-4（GB/T150-P10）所列低温用钢管，因钢材尺寸限制无法制备

5x10x55mm冲击试样时，其使用温度按表4-4的规定

（5）GB/T150中表4-3（GB/T150-P18）所列的低碳钢和碳锰钢钢管，因钢材尺寸限

制无法制备5x10x55mm冲击试样时，其使用温度按表C1（GB/T150-P142）的规定

（6）符合GB/T150附录C1.4（GB/T150-P141）要求的铬镍奥氏体不锈钢

（7）符合GB/T150附录C1.5（GB/T150-P141）要求的低温低应力工况

（8）螺母用材

4.焊接结构用碳素钢、低合金高强度钢和低合金低温钢钢板，其断后伸长率(A)指标

应当符合表2-2的规定；《固规》—P6—2.4.2条第（2）款

表2-2 钢板断后伸长率指标(注2-2)

钢板标准抗拉强度下限值

Rm(MPa) 断后伸长率

A(％)

≤420 ≥23

>420—550 ≥20

>550—680 ≥17

5.焊条应按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验。（GB/T150-P143-C2.2.3）

6.施焊前应按JB4708进行焊接工艺评定试验，包括焊缝和热影响区的低温夏比冲击

试验。（GB/T150-P144-C4.3.1）由不同组别号的母材组成焊接接头时，其焊接接头

的低温冲击试验需重新评定（GB/T150-P144-C4.3.3）

7.当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时，焊缝金属的冲击试验温度应低于或等于两侧母材中的较高者。低温冲击功按两侧母材抗拉强度的较低值符合表C3的要求。

热影响区按相应母材要求确定。接头的拉伸和弯曲性能按两侧母材中的较低要求。（GB/T150-P144-C4.3.2）

8.铁素体之间的焊接接头的低温冲击试验温度以及焊缝金属、熔合线（工艺评定时做）、热影响区低温冲击功要求均与母材相同（HG/T20585-2011—P589—6.0.9第3条）

9.焊接区域内，包括对接接头和角接接头的表面，不得有裂纹、气孔和咬边等缺陷。不应有急剧的形状变化，呈圆滑过渡。（GB/T150-P144-C4.3.5）

10.每台低温容器都应制备产品试板（GB/T150-P144-C4.5.1）《固规》—P20—4.3.1条，且试板应进行焊缝金属及热影响区的低温夏比冲击试验（GB/T150-P144-C4.5.2）

11.容器的对接接头（A、B类焊接接头）凡符合下列条件之一者，应进行100%射线或超声检测：（GB/T150-P144-C4.6.1）

（1）设计温度低于-40°C

（2）设计温度虽高于或等于-40°C，但接头厚度大于25mm

（3）符合GB/T150中10.8.2.1和10.8.2.2者

12.除上述第11条规定外，允许进行局部无损检测，检查长度不得少于各条焊接接头长度的50%，且不少于250mm。（GB/T150-P144-C4.6.2）《固规》—P22—4.5.3.2.1条.

13.凡符合上述第11条规定进行100%射线或超声检测的容器，其T型接头、对接接头、角焊缝，均需做100%磁粉或渗透检测，受压元件与非受压元件的连接焊缝亦按本条要求检查（GB/T150-P144-C4.6.3）

14.凡符合下列条件之一的焊接接头，需按图样规定的方法，对其表面进行磁粉或渗透检测：“(1)设计温度低于-40℃的低合金钢制低温压力容器上的焊接接头……《固规》—P23—4.5.3.2.4条

15.液压试验时的液体温度应不低于壳体材料和焊接接头的冲击试验温度（取其高者）加20°C（GB/T150-P144-C4.7）