压力容器的焊接结构设计

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压力容器焊接缺陷分析与防治措施

压力容器焊接缺陷分析与防治措施

压力容器焊接缺陷分析与防治措施1.焊接接头裂纹:焊接接头裂纹是最常见的焊接缺陷之一、裂纹通常会在焊接后出现,局部会有明显的变形。

裂纹的形成原因可能是焊接材料的质量不好,焊接接头的几何形状不合适,焊接过程中的应力集中或温度变化等。

2.焊缝气孔:焊缝气孔是由于焊接过程中产生的气体未能完全排出而形成的。

气孔的存在会导致焊缝的强度降低,容易造成渗漏,进而导致压力容器的失效。

3.焊接结构变形:在压力容器的焊接过程中,由于焊接过程中产生的热量,容易导致焊接结构的变形。

焊接结构的变形会导致内部应力集中,从而引发裂纹和其他缺陷。

针对压力容器焊接缺陷,可以采取以下防治措施:1.选择合适的焊接材料和焊接工艺:选择合适的焊接材料和焊接工艺非常重要。

应根据压力容器的使用环境和材料特性选择合适的焊接材料,确保其具有良好的焊接性能。

同时,采用适当的焊接工艺和参数,控制焊接过程中的温度和应力分布,降低焊接缺陷的产生风险。

2.严格控制焊接质量:在焊接过程中,要严格按照相关的焊接规范和标准进行操作。

采用合适的检测方法和设备,对焊接接头进行检测和评估,及时发现和修复缺陷,确保焊接质量。

3.合理设计焊接结构:在压力容器的设计中,应合理考虑焊接结构的几何形状和焊接方式。

避免焊接接头的集中应力和变形,尽量减少焊接缺陷的发生。

4.加强人员培训和质量管理:培训焊接操作人员的技能和意识,提高其对焊接质量的认识和重视程度。

加强质量管理,建立完善的质量控制体系,确保焊接质量的可靠性。

总之,压力容器焊接缺陷的分析和防治是确保压力容器安全性的重要环节。

通过合适的焊接材料和工艺选择、严格控制焊接质量、合理设计焊接结构以及加强人员培训和质量管理等措施,可以有效减少焊接缺陷的发生风险,提高压力容器的耐压能力和安全性。

大型立式圆筒形储罐的结构设计及焊接工艺设计毕业设计

大型立式圆筒形储罐的结构设计及焊接工艺设计毕业设计

内容摘要油品和各种液体化学品的储存设备—储罐,是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。

近几十年来,发展了各种形式的储罐,但最常用的还是立式圆筒形储罐。

本文设计的即为立式圆筒形储罐。

立式圆筒形储罐需在现场施工,并且外观及内部结构设计上要经济适用,另外在设计的过程中注意储罐所受的自然环境对储罐的影响,如增强储罐的防风、防雪、抗震等功能。

根据储存介质的要求来进行立式圆筒形储罐的选材,本文中储罐的介质为煤油,罐体采用Q235A 钢材。

罐壁结构采用不等厚罐壁,罐底采用设环形边缘板罐底,罐顶采用拱顶结构。

根据施工现场的环境要求及储罐钢材、罐身厚度等参数选择合适的焊接方法及焊接材料,采用埋弧焊及手工电弧焊结合的焊接方法,做到所使用的方法快速简便且耐用。

最后是对储罐整体进行检测。

本文参照压力容器、大型储罐等标准,结合设计经验,着重阐述了大型立式圆筒形储罐的结构设计及焊接工艺设计的要点。

关键词:立式储罐;埋弧焊;手工电弧焊;焊接结构;焊接工艺AbstractOil and various liquid chemicals storage equipment - tanks, chemical plant and oil storage and transportation facilities, an important component of the system. As the vertical cylindrical storage tanks need to site construction, which in appearance and structure design to achieve economical and pay attention to the natural environment of the storage tank storage tank suffered the impact of the design process to be enhanced, to reach wind, snow, earthquake, etc. role. This tank wall structure using ladder-type tank wall, tank bottom edge of plate with circular tank bottom set, tank top with dome structure.Storage medium according to the requirements of the selection of vertical cylindrical tanks, the media in this article for the kerosene tank, tank with Q235A steel. According to the construction site environmental requirements and tank steel, body thickness and other parameters can select the appropriate welding methods and welding materials, this paper combined with submerged arc welding and manual arc welding method, the method used to achieve fast and easy and durable. Finally, the iterative experiments on the overall test.This reference pressure vessels, large tanks and other standards, combined with design experience, focusing on the large vertical cylindrical storage tank structural design and welding process design elements.Keywords:Vertical Tank;SAW;Manual metal arc welding目录()1 绪论 (1)1.1 立式圆筒形储罐的发展 (1)1.2 Q235A钢材 (2)1.3 埋弧焊 (2)1.4 手工电弧焊 (3)2 立式圆筒形储罐的罐壁设计 (4)2.1 储罐的整体设计 (4)2.2 储罐的强度计算 (4)2.2.1 储罐壁厚计算 (4)2.2.2 储罐的应力校核 (5)2.3 储罐的风力稳定计算 (5)2.4 储罐的抗震计算 (6)2.4.1 地震载荷的计算 (6)2.4.2 抗震验算 (8)2.4.3 液面晃动波高计算 (10)2.4.4 地震对储罐的破坏 (10)2.4.5 储罐抗震加固措施 (10)2.5 罐壁结构 (11)2.5.1 截面与连接形式 (15)2.5.2 罐壁的开孔补强 (17)2.5.3 壁板宽度 (17)3 立式圆筒形储罐的罐底设计 (18)3.1 罐底结构设计 (18)3.1.1 罐底的结构形式和特点 (18)3.1.2 罐底的排板形式与特点 (18)3.2 罐底的应力计算 (20)4 立式圆筒形储罐的罐顶设计 (18)4.1 拱顶结构及主要的几何尺寸 (18)4.2 扇形顶板尺寸 (19)4.3 包边角钢 (25)5 储罐的附件及其选用 (25)5.1 透光孔 (25)5.2 人孔 (25)5.3 通气孔 (27)5.4 量液孔 (27)5.5 储罐进出液口 (28)5.6 法兰和垫片 (28)5.7 盘梯 (28)6 备料工艺 (30)6.1 原材料储备 (30)6.2 钢材的预处理 (31)6.2.1 钢材的矫正 (31)6.2.2 钢材的表面清理 (32)6.3 放样、号料 (32)6.4 下料和边缘加工 (26)6.5 弯曲和成型 (26)7 装备工艺 (28)7.1 整体装配与焊接 (28)7.1.1 装配方法概述 (28)7.1.2 倒装法装配和焊接 (28)7.2 部件装配与焊接 (29)7.2.1 罐底的组装 (29)7.2.2 顶圈壁板的组装 (29)7.2.3 顶板的组装 (29)7.2.4 顶板的组装 (29)7.2.5 罐壁与罐底的连接 (37)7.3 罐壁板组对用卡具 (37)7.3.1 专用卡具的结构与工作原理 (37)7.3.2 操作顺序 (38)8 焊接工艺 (39)8.1 材料焊接性分析 (39)8.2 焊接方法 (39)8.3 焊接材料 (42)8.4 焊接设备··························错误!未定义书签。

压力容器支座设计

压力容器支座设计
垫板材料一般应与容器壳体材料相同。 标记方法 JB/T 4713-92,支腿 X X - X 支承高度H,mm
支座号(1~7)
型号(A、AN、B、BN)
(4)裙式支座 应用:高大的立式容器, 特别是塔器。 圆筒形 圆筒形裙座—— 制造方便,经济上合理,故应用广泛。 圆锥形裙座—— 用于受力情况比较差,塔径小且很高的 塔(如DN<1m,且H/DN>25,或DN> 1m,且H/DN>30),为防止风载或地 震载荷引起的弯矩造成塔翻倒,要配置 较多地脚螺栓及具有足够大承载面积的 基础环。
A型支座筋板和底板的材料为Q235-A· F;B型支座钢管 材料钢号为10,底板材料均为Q235-A· F。 垫板材料一般与容器封头材料相同。
标记方法 JB/T 4724,支座 X X 支座号(1~8) 支座型号(A,B)
注:1、若支座高度h、垫板厚度δ3与标准尺寸不同,则在设备图纸 零件名称或备注中注明。如:h=450, δ3 =14。 2、支座及垫板的材料应在设备图样的材料栏内标注,表示方法 如下:支座材料/垫板材料。
选用:1)根据容器公称直 径DN和总质量选取相应的 支座号和支座数量,2)计 算支座承受的实际载荷,使 其不大于支座允许载荷。 应用:多用于高度较小(容 器总高小于5m)的中小型立 式容器中。
材料:A型支腿角钢支柱的材料为Q235-A· F,B型支腿 支柱材料为10号钢,底板、盖板材料均为Q235A· F ,如需要可以改用其它材料,但其强度性能 不得低于Q235-A· F或10号钢的强度性能指标, 且应具有良好焊接性能。
标记示例 JB/T 4724-92,支座 B4,h=600, δ3 =12
材料:10,Q235-A·F/0Cr19Ni9
(3)腿式支座(支腿)

GB150-2011培训宣贯-容标委

GB150-2011培训宣贯-容标委
pc Di QL f1 4
注: 1) 轴向力f1以代数值代入,拉为正,压为负;
2) 以下的计算方法仅针对QL为正的情况,如QL为负,应采用其他分析
方法进行计算。
连接边缘的环向应力:
DiL 2QL c 1 Y 2
该环向应力的极限条件为:
头结构形式作了调整,并增加了若干E类焊接接头的结构
形式
附录E “关于低温压力容器的基本设计要求”
- 按材料和制造技术要求,对低温压力容器的界定作了
修改
- 更加严格了适用“低温低应力工况”的条件
受内压壳体的强度设计
GB150中关于内压壳体的强度计算考虑的失效模式
是结构在一次加载下的塑性破坏
无需加强
增加厚度
0.001 10°
15°
20°
最大角度,α
25°
30°
35°
注:曲线系按最大应力强度(主要为轴向弯曲应力)绘制,控制值为3[σ]t。 图5-11 确定锥壳大端连接处的加强图
注:
1. 曲线系按最大应力强度(主 要为轴向弯曲应力)绘制,控
制值为3[]t;
2. 当pc/[]t < 0.002时(相当 于2 /Di < 0.002)
t
1.0
Mises Tresca
中径公式
p/([ ] )
t
0.5
0.0
1
2
3
径比K
按塑性失效准则时圆筒计算 压力与径比的关系
分析讨论 由级数展开得
K 1 1 K 1 2 1 K 1 5 ln K 2 ... K 1 3 K 1 5 K 1
pL2 2 ln K

压力容器的设计、制造和检验

压力容器的设计、制造和检验

压力容器的设计、制造和检验一、压力容器概述1.压力容器规范化早在19世纪末就有了对锅炉和压力容器规范化的要求。

20世纪最初的十年,发生了近一万起锅炉爆炸,造成了约一万人的死亡和约一万五千人的伤残。

这些血的教训使人们对压力容器制造和安装的规范化有了更清醒的认识。

1907年,美国Massachusetts州继1905年和1906年两次灾难性的锅炉爆炸之后,提出了世界上第一部锅炉制造和安装的法规。

循着Massachusetts州的范例,美国其他州和城市也制定出了蒸气锅炉制造、安装和检验的不同形式的法规或条例。

不同州的技术规范缺乏一致性,使得制造者无法制造出其他州可以接受的标准锅炉。

制造出的锅炉不能运出州界,一个州的有资格的锅炉检验员也得不到其他州的承认。

要求订出蒸气锅炉和压力容器制造的标准规范的呼声越来越强烈,为解决这个问题,美国机械工程师协会于1911年成立了一个专门委员会,后来被称为锅炉规范委员会。

美国机械工程师协会非燃火压力容器规范对压力容器没有给出定义。

压力容器一般是指装有加压流体用于完成某项过程的封闭容器,例如贮罐、热交换器、蒸发器和反应器等。

规范规定压力容器的范围还包括容器外的管线,终止于管线端焊连接的第一条焊缝、螺栓连接的第一个法兰面、或类似连接的第一个有连接迹象的点或面。

美国非燃火压力容器规范的短评U-1列出了超出规范权限的一些例外。

这些例外是必须的还是已被解除,不同地区有很大的不同。

有关这方面的细节,需要查阅“锅炉和压力容器的法规和条例说明书”,或向有管辖权的地方管理机构咨询。

非规范压力容器是指不能满足设计、制造、检验和鉴定规范的最低要求的容器。

这些容器不打印规范代号,除非有特殊的裁定,不得在接受美国机械工程师协会规范的区域安装。

目前,许多国家都设置了压力容器规范的立法和管理机构,颁布了各自的压力容器规范。

在我国,原国家劳动总局1979年颁布了《气瓶安全监察规程》;1980年颁布了《蒸汽锅炉安全监察规程》;1981年颁布了《压力容器安全监察规程》。

压力容器设计(注意事项)

压力容器设计(注意事项)

极度、高度危害:板材超探;全焊透结构;管法兰、紧固件选用;泄漏试验(气密性试验——最高允许工作);热处理;100%探伤;焊接试件;焊缝返修需进行热处理;不得使用GB/T8163、GB/T12771、GB/T24593、GB/T21832及Q235B、Q235C);液化石油气:热处理(有应力腐蚀的——焊缝返修需进行热处理);板材超探(含SH2、液氨使用介质的限制,见HG/T20581-2011的第7.8条规定(P65)NaOH、SH2低温容器:冲击试验;全焊透结构;焊缝返修需进行热处理;试件;圆滑过度,需垫板;需100%检测低温容器的A、B、C、D、E类焊接接头需表面检测;定义:设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器,以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器。

(除低温低应力工况)低温换热器:压力容器法兰和管法兰使用对焊法兰(1.设计压力≥1.6MPa用于极度、高度危害、易燃易爆介质;2.设计压力≥2.5MPa;3.设计温度低于-40℃时)换热器:设计温度≥300℃,采用对焊;厚度大于60mm管板用锻件;U型管不宜热弯,当有耐应力腐蚀要求时,冷弯U型管的弯管段及至少包括150mm的直管段应进行热处理。

(碳钢、低合金钢进行消应力热处理)Q245R和Q345R用于壳体厚度>36mm,用于其他受压元件厚度>50mm,需正火状态Q235B用于壳体厚度≤16mm,用于其他受压元件厚度≤30mm;使用温度:20℃—300℃;设计压力<1.6MPa;厚度>6mm进行冲击试验GB/T8163(不得用于高度危害和极度危害的介质,压力不大于4.0MPa)、GB/T14976不得用于换热管用作容器筒体和封头的筒形、环形、碗形锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级。

高压容器(≥10MPa):锻件Ⅲ级以上(Ⅳ级以上需要复验);壳体厚度>60mm碳素钢和低合金刚板,应每张热处理钢板进行拉伸和V型缺口冲击试验(GB150—P46—4.1.5);板材超探;热处理及焊接试件(改善或者恢复材料力学性能—制作产品焊接试板和母材热处理试板);全焊透结构;100%探伤;JB/T4703-2000长颈法兰,当工作压力≥0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时,法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%RT或UT 1.钢板超声检测要求厚度大于或者等于12mm的碳素钢和低合金钢钢板(不包括多层压力容器的层板)用于制造压力容器壳体时,凡符合下列条件之一的,应当逐张进行超声检测:(1)盛装介质毒性程度为极度、高度危害的;(2)在湿S腐蚀环境中使用的;H2(3)设计压力大于或者等于10MPa的;(4)本规程引用标准中要求逐张进行超声检测的。

压力容器设计_支座


容器支座
标准: JB/T4712.3 《耳式支座》,
它将耳式支座分为A 型(短臂)和B型 (长臂) C型(加 长臂)三类。B、C 型耳式支座有较大 的安装尺寸,一般 当容器外面包有保 温层,或者将容器 直接放置在楼板上 时,宜选用。
耳座数量
一台设备一般配置2-4个支 座。必要时也可适当增加,但在 安装时不容易保证各支座在同一 平面上,也就不能保证各耳座受 力均匀。对于大型薄壁容器或支 座上载荷较大时,可将各支座的 底板连成一体组成圈座,既改善 了容器局部受载过大,又可避免 各耳座受力不均。
下列情况应选用带垫板的支腿;
1,用合金钢制的容器壳体。 2,容器壳体有焊后热处理要求。 3,与支腿连接处的圆筒有效厚度小于表5的最小厚度。
容器支座
材料:A型支腿角钢支柱及C型H型钢支柱的材料为 Q235-A,B型支腿支柱材料为20号钢,底板、盖 板材料均为Q235-A,如需要可以改用其它材料, 但其强度性能不得低于Q235-A或20号钢的强度 性能指标,且应具有良好焊接性能。
容器支座
圈座
耳式支座的选用步骤:
容器支座
(1)根据设备重量和支座个数粗略估算单个支 座的载荷Q。
(2)确定支座型式后,从JB/T 4712.3中按照公 称直径DN和允许载荷等于或大于计算载荷(即 [Q]≥Q)的原则选出标准支座。
容器支座
(3)按照设备重量及作用在容器上的外载荷,算 出每个支座需要承担的实际载荷Q,使Q≤[Q]。
板和不带垫板两种结构形式,当符合下列条件之一时, 必须设置垫板。
1、容器圆筒有效厚度小于或等于3mm时; 2、容器圆筒鞍座处的周向应力大于规定值时;
3、容器圆筒有热处理要求时;
4、容器圆筒与鞍座间温差大于200℃时; 5、容器圆筒材料与鞍座材料不具有相同或相近化学成

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(4)长板条一侧加热(相当于板边堆焊)引起的应力与 变形 如图2-5 a所示 ,
由上述讨论可知:
1)对构件进行不均匀加热,在加热过程中,只要温度高 于 材料屈服点的温度,构件就会产生压缩塑性变形,冷却 后,构件必然有残余应力和残余变形。
2)通常,焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形 方向相反。
影响因素很多,如热输入、接头形式、装配间隙、板 厚、焊接方法以及焊件的刚性等 。
2.角变形 焊后由于焊缝的横向收缩使得两连接件间相对角度发
生变化的变形叫角变形,如图2-9所示。 (1)平板堆焊的角变形
角变形的大小与焊接热输入、板厚等因素有关,当然 也与焊件的刚性有关。
(2)对接接头的角变形 角变形的大小与坡口形式、坡口角度、焊接层数、焊接
顺序等有关。
(3)T形接头角变形 T形接头的角变形可以看成是由立板相对于水平板的回
转与水平板本身的角变形两部分组成 。
3.弯曲变形
弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不 重合或不对称,焊缝的收缩沿构件宽度方向分布不均匀而 引起的。
(1)纵向收缩引起的弯曲变形
如图2-12所示,弯曲变形的大小与塑性变形区的中心线 到焊件截面中性轴的距离(偏心距s)成正比,与焊件的 刚度成反比。
物体的变形还可按拘束条件分为自由变形和非自由变形。
3.焊接应力与焊接变形 焊接过程结束后,残留在焊接结构中的应力与变形,称
为焊接残余应力和焊接残余变形。
二、研究焊接应力与变形的几个假定
由于金属在焊接过程中其物理性能和机械性能都会发生
变化,所以产生焊接应力与变形的原因比较复杂,为了分析 问题方便,对金属材料作以下假定:
2.1 焊接应力与变形的产生 2.2 焊接变形 2.3 焊接残余应力

压力容器设计-开孔及补强设计

注意:
第三章 压力容器的整体设计问题
输入标题
允许不另行补强的开孔情况;
输入标题
输入标题
输入标题
有效补强区。
2
各种补强结构的特点;
等面积补强的原则;
1
4
3
本节重点
平板开小圆孔的应力集中球壳开小圆孔的应力集中柱壳开小圆孔的应力集中开孔的应力集中现象
球壳开孔接管处的变形协调与内力
1
中低压容器应用最多的补强结构,一般使用在静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于1.5tn、壳体名义厚度tn不大38mm的场合。
2
应用:
3
Байду номын сангаас
HG21506-92《补强圈》,JB/T4736-2002《补强圈》
4
标准:
2.厚壁接管补强
第三章 压力容器的整体设计问题
增加筒体和封头的壁厚
1.高强度钢(σb>540MPa)和铬钼钢制造的容器;2.补强圈的厚度超过被补强件壁厚的1.5倍或超过tmax(碳钢tmax=32mm;16MnR tmax=30mm);3.设计压力大于等于4MPa;4.设计温度大于350℃;5.容器壳体壁厚大于等于38mm;6.极度、高度危害介质的压力容器;7.疲劳压力容器。
第三章 压力容器的整体设计问题
(a)外补强-平齐
(b)内补强-平齐
(c)外补强-内伸
(d)内外补强-内伸
图3-11 补强圈补强的基本形式
大多数中低压化工容器采用补强圈补强,最常用的是外补强的平齐接管式,只有在仅靠单向补强不足以达到补强要求时才采用内外双面补强结构。
(四)补强圈和焊接的基本要求
01.
开孔补强设计的要求

压力容器设计一般要点

第四章压力容器设计 Design of Pressure Vessels4.1概述 Introduction在绪论中,介绍了过程设备设计的基本步骤。

就是根据给定设计条件和规范标准的规定,确保安全,经济,正确选择材料,进行结构,强度或刚度设计,密封设计。

设计时应综合考虑各个环节:材料,结构,强度,(刚度),制造,使用,安装,运输,检验等。

每个环节都应重视。

4.1.1设计要求 Specification压力容器设计的基本要示:安全性,经济性。

在保证安全前提下尽可能经济(材料,制造,安装,维修等等)4.1.2设计文件 Design Files设计文件包括:设计条件,设计图样,强度计算书及安装,使用说明书(按分析设计提供应力分析报告)。

强度计算书和设计图样具体内容见P114。

4.1.3设计条件 Design Condition通常用图表表示:简图,设计要求,接管表等,通称为设计条件图。

不同类型的,除公共基本设计要求外,还应注明各自的特殊要求,换热器,换热管规格,管长,根数、排列,换热面积和程数等。

4.2设计准则 Design Criterions4.2.1压力容器失效 Pressure Vessel Failure压力容器失效:压力容器在规定的使用环境和时间内,因尺寸,形状,或材料性能发生改变而不能达到设计要求的现象。

最终形式:泄漏,过度变形,断裂(1)压力容器失效形式大致分为以下四大类:a.强度失效因材料的屈服或断裂引起的失效。

①韧性断裂容器发生了有充分塑性大变形的破裂,破裂前其应力达到或接近所用材料的强度极限。

主要原因:厚度过薄(未经计算,腐蚀)、内压过高,操作失误,反应失控。

避免:严格按规范进行设计,选材,运输,安装,使用和检修。

②脆性断裂:这是一种没有经过充分塑性大变形的容器破裂原因:材料的脆性,严重的超标缺陷或两种原因兼而有之。

断裂时可能裂成碎片飞片,也可能沿纵向裂开一条缝,见彩色封面根源:材料选用不当,焊接与热处理不当使材料脆化外,低温长期在高温下运行,应变时效也会使材料脆化。

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压力容器的焊接结构设计
作者:李新伟
来源:《魅力中国》2018年第17期
摘要:当前随着我国工业化发展及工业化水平的不断提高,一些工业生产中常用到的设备具有了更加广阔的市场,压力容器就是其中之一。

在现代工业生产中,压力容器指的是那些具有承压的设备,其主要是由筒体、支座、法兰、密封元件、开孔、封头以及接管等零部件组成的。

压力容器的应用范围也十分广泛,不仅仅在化工领域,在能源领域、军工领域、航空航天领域、机械制造领域等中,其都有着十分重要的应用。

同时压力容器也是一种典型的焊接结构件,所以其对焊接的要求很高,尤其要保证焊接结构设计合理。

关键词:压力容器;焊接;结构设计
焊接是制造压力容器的重要工艺,焊接质量在很大程度上决定了压力容器的制造质量及使用安全性。

压力容器需全面地、正确地考虑并应用焊接技术要求,规定正确、合理、可靠、可行的焊接技术条件,从设计源头保证压力容器的质量和本质安全。

一、压力容器的焊接接头结构
常见的压力容器的焊接接头结构有3类,一类是搭接接头,一类是角接接头,还有一类是对接接头。

其中搭接接头属于角焊缝,其是由两个零件相互连接,中面平行而接头处有部分重合,且接头处结构不连续性,接头部位的受力较差;这种接头常出现在压力容器与凸缘的焊接、壳体与加强圈间的焊接以及支座垫板间的焊接当中。

角接接头是由两个零件相互连接,中面相交成一定角度,其接头一般会形成角焊缝,且接头处结构不连续性,接头部位的受力较差,存在较严重的应力集中现象;这种接头常出现在凸缘与管板间的焊接、法兰的焊接、夹套的焊接以及接管的焊接等当中。

对接接头是由两个零件相互连接,中面处于同一个弧面或平面,其优点在于受力对称、受热均匀、无损检测方便,所以在质量上更加容易得到保障。

二、压力容器的焊接结构设计
(一)应力分析
压力容器的壳体壁较薄,壳体及底部的主要构成是二维面积承载件,其可以承受均匀分布的平面载荷。

压力容器主要承受的是内压静载,对于每个环形单元来说,其环向合力与切向应力都是相等的,可以通过列内力与外力平衡方程来计算压力容器壳体各处切向应力σt:
2σyΔlt=PeDiΔlσy=DiPe/2t由力学平衡条件可知,轴向合力与纵向力相等,可以通过列内力与外力平衡方程来计算压力容器壳体各处纵向应力σl:σlπDit≈PeDi2π/4σl≈DiPe/4tσt為σl的两倍,若压力容器的周、纵两向焊缝的厚度一样,那么在处于破裂压力时,容器壳体会沿纵向裂开。

再者,在壳体内表面上的内部静压力还会产生向压力Pe,其是逐渐向外减少的,至外表面时
为0,可计算出平均径向应力σr:σr=-Pe/2另外在承受内部静压的同时,压力容器还会承受焊接内应力。

在容器壁上,材料的变形性能会因两向拉应力状态而大大降低,达到极限时可能引起脆性断裂。

(二)材料选择
在压力容器的材料选择时,需要充分考虑到设计压力、温度、焊接性能以及介质特性等。

GB150.2材料的设计压力应≥35MPa,温度应≥-253℃。

碳素钢和低合金钢钢板材料在选择时也可参照GB150.2标准。

(三)纵向及周向焊缝设计
压力容器的纵向及周向焊缝在设计之时,一者首先要遵循焊接的基本规范及工艺,二者还要注意正确选择焊接接头形式,尽量避免采用角焊缝形式,最好是应用对接焊缝形式。

再者为了避免出现应力集中的现象,最好要将多个纵向焊缝错开。

(四)门环形凸底壁厚计算
对于圆柱形压力容器且凸底无开口的,理论上可以通过半球形底来最大化地利用其材料性能,从而使壳体只承受压力而不会发生弯曲。

但在实际上,由于半球形通常较高,不方便养护,因此一般常应用门环形凸底。

门环形凸底是由半球和具有圆柱形边缘的曲面组成的,其会引起应力变向,当壁厚不足时,区域内会产生皱褶。

根据门环形凸底计算系数(一般取
10mm)可计算出门环形凸底壁厚。

(五)凸底与壳体不等厚截面的焊缝设计
假设压力容器的壳体设计厚度为k,环形凸底的设计壁厚为r,k与r差别较大,则除要选择对接焊缝外,还要选择圆弧或斜坡过渡的接头形式。

(六)壁上开口处补强
在压力容器的设计中,一般壳体、底部都会开设一些开口并连接上接管,其主要目的是为了方便安装维修及操作。

但这些开口会在一定程度上降低容器的强度,并且还会产生一些局部的外载荷,而其峰值应力和许用应力若与焊接应力相迭加,则可能会造成压力容器的破坏,所以要进行补强。

补强方式一般有两种,一种是在接管处再焊接一个圆环板,另一种是在开口接管处再焊接一个补强管。

三、结论
综上所述,随着压力容器应用范围的不断扩大,对压力容器的焊接结构设计也提出了更高的要求。

压力容器的焊接结构设计的合理性直接影响着整个压力容器的质量及安全性,所以必须要得到重视。

只有做好压力容器的焊接工作,才能够切实保障其质量。

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