焊接結構設計ppt課件

1、一、焊接接頭形式一、焊接接頭形式 對接接頭對接接頭角接接頭及角接接頭及 T字形接頭字形接頭搭接接頭搭接接頭焊接接頭形式焊接接頭形式（a對接接頭；對接接頭； （b角接接頭；角接接頭； （c搭接接頭搭接接頭圖圖14-1 焊接接頭的三種形式焊接接頭的三種形式受熱均勻，受力對稱，便于無損檢測，焊接質量容受熱均勻，受力對稱，便于無損檢測，焊接質量容易得到保證。易得到保證。1對接接頭對接接頭 構造：構造：兩個相互連接零件在接頭處的中面處于同一平面或兩個相互連接零件在接頭處的中面處于同一平面或同一弧面內進行焊接的接頭。同一弧面內進行焊接的接頭。特點：特點：運用：運用：最常用的焊接結構形式。最常用的焊接結構形

2、式。結構不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對接接頭，應力集中結構不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對接接頭，應力集中比較嚴重，且焊接質量也不易得到保證。比較嚴重，且焊接質量也不易得到保證。2角接接頭和角接接頭和T型接頭型接頭 構造：構造：兩個相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或相交成兩個相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或相交成某一角度進行焊接的接頭。兩構件成某一角度進行焊接的接頭。兩構件成T字形焊接在一起字形焊接在一起的接頭，叫的接頭，叫T型接頭。角接接頭和型接頭。角接接頭和T字接頭都形成角焊字接頭都形成角焊縫?？p。特點：特點：某些特殊部位：接納、法蘭、夾套、管板和凸緣的焊某些特殊部位：接納、法蘭、夾套、管

3、板和凸緣的焊接等。接等。運用：運用：3搭接接頭搭接接頭 主要用于加強圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣主要用于加強圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣與容器的焊接。與容器的焊接。構造：構造：兩個相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中面兩個相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中面相互平行，進行焊接的接頭。相互平行，進行焊接的接頭。特點：特點：屬于角焊縫，與角接接頭一樣，在接頭處結構明顯不屬于角焊縫，與角接接頭一樣，在接頭處結構明顯不延續(xù)，承載后接頭部位受力情況較差。延續(xù)，承載后接頭部位受力情況較差。運用：運用：焊接坡口焊接坡口為保證全熔透和焊為保證全熔透和焊接質量，減少焊接接質量，減少焊接變形，施

4、焊前，一變形，施焊前，一般將焊件連接處預般將焊件連接處預先加工成各種形狀。先加工成各種形狀。不同的焊接坡口，不同的焊接坡口，適用于不同的焊接適用于不同的焊接方法和焊件厚度。方法和焊件厚度。二、坡口形式二、坡口形式 形形V型型單邊單邊V形形U形形J形形基本坡口形狀基本坡口形狀組合形狀組合形狀坡口形狀坡口形狀圖圖14-2 坡口的基本形式坡口的基本形式特例：一般接頭應開設坡口，而搭接接頭無需開坡口即可焊接。特例：一般接頭應開設坡口，而搭接接頭無需開坡口即可焊接。J型型U型型單邊單邊V型型V型型I型型雙雙V形坡口由兩個形坡口由兩個V形坡口和一個形坡口和一個I形坡口組合而成形坡口組合而成圖圖14-3 雙

5、雙V形坡口形坡口三、壓力容器焊接接頭分類三、壓力容器焊接接頭分類圓筒部分的縱向接頭多層包扎容器層板層縱向接頭圓筒部分的縱向接頭多層包扎容器層板層縱向接頭除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭。接的接頭。目的：目的：為對口錯邊量、熱處理、無損檢測、焊縫尺寸等方面為對口錯邊量、熱處理、無損檢測、焊縫尺寸等方面有針對性地提出不同的要求，有針對性地提出不同的要求，GB150根據(jù)位置，根據(jù)根據(jù)位置，根據(jù)該接頭所連接兩元件的結構類型該接頭所連接兩元件的結

6、構類型 以及應力水平，把接以及應力水平，把接頭分成頭分成A、B、C、D四類，如圖四類，如圖14-47。 A類：類： 圖圖14-4 壓力容器焊接接頭分類壓力容器焊接接頭分類必須必須掌握掌握殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長頸法蘭與接管連接的接頭。但已規(guī)定為頭、長頸法蘭與接管連接的接頭。但已規(guī)定為A、C、D類的焊接接頭除外。類的焊接接頭除外。B類：類：平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體、平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內封頭與圓筒的搭接接頭以及多層接管連接的接頭，內封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包

7、扎容器層板層縱向接頭。包扎容器層板層縱向接頭。C類：類：接納、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭。但接納、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭。但已規(guī)定為已規(guī)定為A、B類的焊接接頭除外。類的焊接接頭除外。D類：類：焊接接頭分類的原則僅根據(jù)焊接接頭在容器焊接接頭分類的原則僅根據(jù)焊接接頭在容器所處的位置而不是按焊接接頭的結構形式分所處的位置而不是按焊接接頭的結構形式分類，所以，在設計焊接接頭形式時，應由容類，所以，在設計焊接接頭形式時，應由容器的重要性、設計條件以及施焊條件等確定器的重要性、設計條件以及施焊條件等確定焊接結構。這樣，同一類別的焊接接頭在不焊接結構。這樣，同一類別的焊接接頭在不同的

8、容器條件下，就可能有不同的焊接接頭同的容器條件下，就可能有不同的焊接接頭形式。形式。留意：留意：易于保證焊接質量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸易于保證焊接質量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其它位置的焊接結構也應盡量采用對接接頭。它位置的焊接結構也應盡量采用對接接頭。四、壓力容器焊接結構設計的基本原則四、壓力容器焊接結構設計的基本原則1盡量采用對接接頭盡量采用對接接頭角焊縫，改用對接焊縫圖角焊縫，改用對接焊縫圖5a改為改為b和和c）。減小了應力集中，方便了無損檢測，有利于保證接頭減小了應力集中，方便了無損檢

9、測，有利于保證接頭的內部質量。的內部質量。舉例：舉例：圖圖14-5 容器接管的角接和對接容器接管的角接和對接（a）（b）（c）2盡量采用全熔透的結構，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷盡量采用全熔透的結構，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷 選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當容器直徑選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當容器直徑較小，且無法從容器內部清根時，應選用單面較小，且無法從容器內部清根時，應選用單面焊雙面成型的對接接頭，如用氬弧焊打底，或焊雙面成型的對接接頭，如用氬弧焊打底，或采用帶墊板的坡口等。采用帶墊板的坡口等。指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔合而留下指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔合而留下空隙的現(xiàn)象。未熔透導致脆性

10、破壞的起裂點，空隙的現(xiàn)象。未熔透導致脆性破壞的起裂點，在交變載荷作用下，它也可能誘發(fā)疲勞破壞。在交變載荷作用下，它也可能誘發(fā)疲勞破壞。未熔透未熔透改良改良盡可能采用等厚度焊接，對于不等厚鋼板的對接，盡可能采用等厚度焊接，對于不等厚鋼板的對接，應將較厚板按一定斜度削薄過渡，然后再進行焊接，應將較厚板按一定斜度削薄過渡，然后再進行焊接，以避免形狀突變，減緩應力集中程度。一般當薄板以避免形狀突變，減緩應力集中程度。一般當薄板厚度厚度2不大于不大于10mm，兩板厚度差超過，兩板厚度差超過3mm；或當；或當薄板厚度薄板厚度2大于大于10mm，兩板厚度差超過薄板的，兩板厚度差超過薄板的30%，或超過，或超

11、過5mm時，均需按圖時，均需按圖14-6的要求削薄厚的要求削薄厚板邊緣。板邊緣。3盡量減少焊縫處的應力集中盡量減少焊縫處的應力集中 接頭常常是脆性破壞和疲勞破壞的起源處，因此，在設計接頭常常是脆性破壞和疲勞破壞的起源處，因此，在設計焊接結構時必須盡量減少應力集中。焊接結構時必須盡量減少應力集中。措施：措施： 圖圖14-6 板厚不等時的對接接頭板厚不等時的對接接頭盡量減少填充金屬量；盡量減少填充金屬量；保證熔透，避免產(chǎn)生各種焊接缺陷；保證熔透，避免產(chǎn)生各種焊接缺陷；便于施焊，改善勞動條件；便于施焊，改善勞動條件；減少焊接變形和殘余變形量，對較厚元件焊接應減少焊接變形和殘余變形量，對較厚元件焊接應

12、 盡量選用沿厚度對稱的坡口形式，如盡量選用沿厚度對稱的坡口形式，如X形坡口等。形坡口等。五、壓力容器常用焊接結構設計五、壓力容器常用焊接結構設計主要內容：主要內容：選擇合適的焊縫坡口，方便焊材選擇合適的焊縫坡口，方便焊材(焊條或焊絲伸焊條或焊絲伸入坡口根部，以保證全熔透。入坡口根部，以保證全熔透。坡口選擇因素：坡口選擇因素：縱、環(huán)焊縫必須采用對接接頭?？v、環(huán)焊縫必須采用對接接頭。對接接頭的坡口形式可分為不開坡口又稱齊邊坡口）、對接接頭的坡口形式可分為不開坡口又稱齊邊坡口）、V形坡口、形坡口、X形坡口、單形坡口、單U形坡口和雙形坡口和雙U形坡口等數(shù)種，應根形坡口等數(shù)種，應根據(jù)筒體或封頭厚度、壓力

13、高低、介質特性及操作工況選擇據(jù)筒體或封頭厚度、壓力高低、介質特性及操作工況選擇合適的坡口形式。合適的坡口形式。1筒體、封頭及其相互間連接的焊接結構筒體、封頭及其相互間連接的焊接結構一般只能采用角接焊和搭接焊，具體的焊接結構還與容器一般只能采用角接焊和搭接焊，具體的焊接結構還與容器的強度和安全性要求有關。有多種接頭形式，涉及是否開的強度和安全性要求有關。有多種接頭形式，涉及是否開坡口、單面焊與雙面焊、熔透與不熔透等問題。設計時，坡口、單面焊與雙面焊、熔透與不熔透等問題。設計時，應根據(jù)壓力高低、介質特性、是否低溫、是否需要考慮交應根據(jù)壓力高低、介質特性、是否低溫、是否需要考慮交變載荷與疲勞問題等來

14、選擇合理的焊接結構。下面介紹常變載荷與疲勞問題等來選擇合理的焊接結構。下面介紹常用的幾種結構。用的幾種結構。2. 接管與殼體及補強圈間的焊接結構接管與殼體及補強圈間的焊接結構圖圖14-7 不帶補強圈的插入式接管焊接結構不帶補強圈的插入式接管焊接結構(a)(b)(c)（a圖：單面焊接結構，適用于內徑小于圖：單面焊接結構，適用于內徑小于600mm、盛裝無、盛裝無 腐蝕性介質的接管與殼體之間的焊接，接管厚度應小腐蝕性介質的接管與殼體之間的焊接，接管厚度應小 于于6mm；（b圖：最常用的插入式接管焊接結構之一，為全熔透結圖：最常用的插入式接管焊接結構之一，為全熔透結 構。適用于具備從內部清根及施焊條件

15、、殼體厚度在構。適用于具備從內部清根及施焊條件、殼體厚度在 425mm、接管厚度大于等于、接管厚度大于等于0.5倍殼體厚度的情況；倍殼體厚度的情況；（c圖：在圖：在b的基礎上，將接管內徑邊角處倒圓，可用的基礎上，將接管內徑邊角處倒圓，可用 于疲勞、低溫及有較大溫度梯度的操作工況。于疲勞、低溫及有較大溫度梯度的操作工況。（1不帶補強圈的插入式接管焊接結構不帶補強圈的插入式接管焊接結構中低壓容器不需另作補強的小直徑接管用得最多的焊接中低壓容器不需另作補強的小直徑接管用得最多的焊接構造，接管與殼體間隙應小于構造，接管與殼體間隙應小于3mm，否則易產(chǎn)生裂紋或，否則易產(chǎn)生裂紋或其它焊接缺陷。其它焊接缺陷

16、。圖圖b）：承受低溫、疲勞及溫度梯度較大工況的容器，）：承受低溫、疲勞及溫度梯度較大工況的容器， 保證接管根部及補強圈內側焊縫熔透。保證接管根部及補強圈內側焊縫熔透。（2帶補強圈的接管焊接結構帶補強圈的接管焊接結構要求：要求： 盡量與補強處的殼體貼合緊密，焊接結構力求完盡量與補強處的殼體貼合緊密，焊接結構力求完善合理。善合理。但只能采用塔接和角接，難于保證全熔透，也無但只能采用塔接和角接，難于保證全熔透，也無法進行無損檢測，因而焊接質量不易保證。法進行無損檢測，因而焊接質量不易保證。坡口：坡口： 大間隙小角度，利于焊條伸入到底，減少焊接工作量大間隙小角度，利于焊條伸入到底，減少焊接工作量圖圖a

17、）：一般要求的容器，即非低溫、無交變載荷的容器）：一般要求的容器，即非低溫、無交變載荷的容器圖圖14-8 帶補強圈的插入式接管焊接結構帶補強圈的插入式接管焊接結構（a）（b）圖圖a）：適用于接管內徑小于或等于）：適用于接管內徑小于或等于100mm的場合；的場合；圖圖b和和c）：適用于殼體厚度）：適用于殼體厚度n16mm的碳素的碳素 鋼和碳錳鋼，或鋼和碳錳鋼，或 n25mm的奧氏體不銹鋼的奧氏體不銹鋼 容器，容器， 其中圖其中圖b的接管內徑應小于或等于的接管內徑應小于或等于 50mm， 厚度厚度nt6mm， 圖圖c的接管內徑應大于的接管內徑應大于50mm，且小于或等于，且小于或等于 150mm，

18、厚度，厚度nt6mm。（3安放式接管的焊接結構安放式接管的焊接結構優(yōu)點：優(yōu)點： 結構拘束度低、焊縫截面小、較易進行射線檢測等。結構拘束度低、焊縫截面小、較易進行射線檢測等。圖圖14-9 安放式接管與殼體的焊接結構安放式接管與殼體的焊接結構（a）（b）（c）/3,6,ntntKmm h且不小于（a）（b）屬于整體補強結構中的一種，適用于承受交變載荷、低溫和屬于整體補強結構中的一種，適用于承受交變載荷、低溫和大溫度梯度等較苛刻的工況。大溫度梯度等較苛刻的工況。（a圖：適用于球形封頭或橢圓形封頭中心部位的接管與圖：適用于球形封頭或橢圓形封頭中心部位的接管與 封頭的連接，且封頭厚度封頭的連接，且封頭厚

19、度n 50mm。（4嵌入式接管的焊接結構嵌入式接管的焊接結構 圖圖14-10 嵌入式接管與封頭的焊接結構嵌入式接管與封頭的焊接結構圖圖14-11 凸緣與殼體的角接焊接結構凸緣與殼體的角接焊接結構（b）（a）（c）環(huán)與殼體應緊貼環(huán)與殼體應緊貼內徑側應允許進行內部填角焊內徑側應允許進行內部填角焊 （5凸緣與殼體的焊接結構凸緣與殼體的焊接結構 1角焊連接：連接不承受脈動載荷的容器凸緣與殼體，如角焊連接：連接不承受脈動載荷的容器凸緣與殼體，如 圖圖14-11 所示。所示。2對接連接：連接壓力較高或要求全熔透的容器凸緣與殼對接連接：連接壓力較高或要求全熔透的容器凸緣與殼 體，如圖體，如圖14-12。圖圖

20、14-12 凸緣與殼體的對接焊接結構凸緣與殼體的對接焊接結構K6mm(a)K6mm(b)(c)(d) 焊接材料一、手工電弧焊用焊接材料電焊條：內部鋼芯和外側藥皮1、鋼芯主要作用導電，并在焊條端部形成具有一定成分的熔敷金屬。要求焊芯盡量減少有害元素的含量，限制S、P，有些焊條要求焊芯控制As 、Sb、Sn等元素。2、藥皮又稱為涂料，保證熔敷金屬具有一定的成分和性能。采用氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽、有機物、氟化物、鐵合金及化工產(chǎn)品等上百種原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。藥皮中各種組分作用：1穩(wěn)弧劑：凡易電離的物質均能穩(wěn)弧。用堿金屬及堿土金屬化合物，碳酸鉀、碳酸鈉、大理石等。2造渣劑：形成溶渣，覆

21、蓋熔化金屬表面，保護熔池及改善焊縫成形 3脫氧劑：降低含氧量，提高機械性能。主要脫氧劑有錳鐵、硅鐵、鈦鐵。 4造氣劑：高溫下分解出氣體，保護電弧及熔池，防止空氣中氧和氮侵入藥皮中各種組分作用：5合金劑：補償合金元素的燒損及向焊縫過渡合金元素，以保證焊縫的化學成分及性能等。6增塑潤滑劑：增加藥皮粉料在焊條壓涂過程的塑性、滑性及流動性，以提高焊條的壓涂質量，減小偏心度。 7粘接劑：使藥皮粉料在壓涂過程中有一定粘性，與焊芯牢固粘接，并使之在烘干后具有一定的強度。 3、電焊條的分類（1按用途分（2按熔渣的堿度分類酸性焊條和堿性焊條。酸性焊條焊接工藝性好，成形整潔,去渣容易，不易產(chǎn)生氣孔和夾渣。但藥皮氧

22、化性強使合金元素燒損大,機械性能沖擊韌性比較低。酸性焊條一般均可用交直流電源。典型的酸性焊條是J422。堿性焊條焊接的焊縫機械性能良好，特別是沖擊韌性比較高，主要用于重要結構的焊接。氟化物粉塵有害，應加強現(xiàn)場的通風排氣，以改善勞動條件。典型的堿性焊條有J507。（3按焊條藥皮主要成分分類當藥皮中含有30以上的二氧化鈦及20以下的鈣、鎂的碳酸鹽時，就稱為鈦鈣型。 4、電焊條牌號與型號(1)焊條牌號是焊條產(chǎn)品的具體命名。根據(jù)主要用途及性能特點命名。每種產(chǎn)品只有一個牌號，但多種牌號可同時對應于一種型號。焊條牌號通常以一個漢語拼音字母或漢字與三位數(shù)字表示。 結構鋼焊條牌號J422，中“J表示結構鋼焊條

23、,按用途分第一、二位數(shù)字“42表示焊縫金屬的抗拉強度等級用MPa值的1/10表示），末位數(shù)字“2表示藥皮類型及焊接電源的種類奧氏體鉻鎳不銹鋼焊條牌號A132中“A表示奧氏體不銹鋼焊條；第一、第二位數(shù)字表示焊縫金屬主要化學成分組成末位數(shù)字表示藥皮類型和焊接電源種類（2焊條型號是以焊條國家標準為依據(jù)、反映焊條主要特性的一種表示方法。焊條型號根據(jù)焊縫金屬的力學性能、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類劃分。碳鋼焊條型號E4315中“E表示焊條；前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為MPa值的1/10；第三位數(shù)字表示焊條焊接位置，“0及“1表示用于全位置焊接平、立、仰、橫），“2表示適用于平焊及平

24、角焊，“4適用于向下立焊；第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型。常用焊條a.E4303、E5003焊條鈦鈣型。主要用于較重要的碳鋼結構。b. E4315、E5015 焊條 低氫鈉型，主要用于重要的低碳鋼結構及低合金鋼結構，也被用于焊接高硫鋼和涂漆鋼c. E4316、E5016型焊條低氫鉀型，電弧穩(wěn)定，主要用于重要的低碳鋼結構與低合金鋼結構。低合金鋼焊條型號如E5018A1，后綴字母為熔敷金屬的化學成分分類代號不銹鋼焊條型號E30815，字母E表示焊條，“E后面數(shù)字表示熔敷金屬化學成分分類代號，短劃“-”后面的兩位數(shù)字表示焊條藥皮類型、焊接位置及焊接電流種類二、埋弧焊用焊絲和焊劑焊絲牌號與優(yōu)質碳素鋼鋼號的表示方法類似，前面加上“H”。強度鋼用焊絲牌號如H08、H08A、H10Mn2。若牌號最后帶有A字，表示為S、P含量較少的優(yōu)質焊絲。國產(chǎn)焊劑依據(jù)化學成分分類，在牌號前