14. 焊接构造接构造设计一、一、焊接接接接头方式方式 对接接接接头角接接角接接头及及 T字形接字形接头搭接接搭接接头焊接接接接头方式方式a对接接头；对接接头； b角接接头；角接接头； c搭接接头搭接接头图图14-1 焊接接头的三种方式焊接接头的三种方式受受热均匀，受力均匀，受力对称，便于无称，便于无损检测，焊接接质量容量容易得到保易得到保证。1对接接接接头 构造：构造：两个相互两个相互衔接零件在接接零件在接头处的中面的中面处于同一平面或于同一平面或同一弧面内同一弧面内进展展焊接的接接的接头。特点：特点：运用：运用：最常用的最常用的焊接构造方式。接构造方式。构造不延构造不延续，承，承载后受力形状不如后受力形状不如对接接接接头，应力集中力集中比比较严重，且重，且焊接接质量也不易得到保量也不易得到保证。2角接接角接接头和和T型接型接头 构造：构造：两个相互两个相互衔接零件在接接零件在接头处的中面相互垂直或相交成的中面相互垂直或相交成某一角度某一角度进展展焊接的接接的接头。两构件成。两构件成T字形字形焊接在一同接在一同的接的接头，叫，叫T型接型接头。角接接。角接接头和和T字接字接头都构成角都构成角焊缝。特点：特点：某些特殊部位：接某些特殊部位：接纳、法、法兰、夹套、管板和凸套、管板和凸缘的的焊接接等。等。运用：运用：3搭接接搭接接头 主要用于加主要用于加强圈与壳体、支座圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸板与器壁以及凸缘与容器的与容器的焊接。接。构造：构造：两个相互两个相互衔接零件在接接零件在接头处有部分重合在一同，中面有部分重合在一同，中面相互平行，相互平行，进展展焊接的接接的接头。特点：特点：属于角属于角焊缝，与角接接，与角接接头一一样，在接，在接头处构造明构造明显不不延延续，承，承载后接后接头部位受力情况部位受力情况较差。差。运用：运用：焊接坡口接坡口为保保证全熔透和全熔透和焊接接质量，减少量，减少焊接接变形，施形，施焊前，普前，普通将通将焊件件衔接接处预先加工成各种外形。先加工成各种外形。不同的不同的焊接坡口，接坡口，适用于不同的适用于不同的焊接接方法和方法和焊件厚度。件厚度。二、坡口方式二、坡口方式 形形V型型单边V形形U形形J形形根本坡口外形根本坡口外形组合外形合外形坡口外形坡口外形图图14-2 坡口的根本方式坡口的根本方式特例：普通接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。特例：普通接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。J型型U型型单边单边V型型V型型I型型双双V形坡口由两个形坡口由两个V形坡口和一个形坡口和一个I形坡口组合而成形坡口组合而成图图14-3 双双V形坡口形坡口三、三、压力容器力容器焊接接接接头分分类圆筒部分的筒部分的纵向接向接头多多层包扎容器包扎容器层板板层纵向接向接头除外、球形封除外、球形封头与与圆筒筒衔接的接的环向接向接头、各、各类凸形凸形封封头中的一切拼中的一切拼焊接接头以及嵌入式接以及嵌入式接纳与壳体与壳体对接接连接的接接的接头。目的：目的：为对口口错边量、量、热处置、无置、无损检测、焊缝尺寸等方面尺寸等方面有有针对性地提出不同的要求，性地提出不同的要求，GB150根据位置，根据根据位置，根据该接接头所所衔接两元件的构造接两元件的构造类型型 以及以及应力程度，把接力程度，把接头分成分成A、B、C、D四四类，如，如图14-47。 A类：图图14-4 压力容器焊接接头分类压力容器焊接接头分类必需必需掌握掌握壳体部分的壳体部分的环向接向接头、锥形封形封头小端与接小端与接纳衔接的接接的接头、长颈法法兰与接与接纳衔接的接接的接头。但已。但已规定定为A、C、D类的的焊接接接接头除外。除外。B类：平盖、管板与平盖、管板与圆筒非筒非对接接衔接的接接的接头，法，法兰与壳体、与壳体、接接纳衔接的接接的接头，内封，内封头与与圆筒的搭接接筒的搭接接头以及多以及多层包扎容器包扎容器层板板层纵向接向接头。C类：接接纳、人孔、凸、人孔、凸缘、补强圈等与壳体圈等与壳体衔接的接接的接头。但。但已已规定定为A、B类的的焊接接接接头除外。除外。D类：焊接接接接头分分类的原那么的原那么仅根据根据焊接接接接头在容在容器所器所处的位置而不是按的位置而不是按焊接接接接头的构造方式的构造方式分分类，所以，在，所以，在设计焊接接接接头方式方式时，应由由容器的重要性、容器的重要性、设计条件以及施条件以及施焊条件等确条件等确定定焊接构造。接构造。这样，同一，同一类别的的焊接接接接头在在不同的容器条件下，就能不同的容器条件下，就能够有不同的有不同的焊接接接接头方式。方式。留意：留意：易于保易于保证焊接接质量，一切的量，一切的纵向及向及环向向焊接接接接头、凸、凸形封形封头上的拼接上的拼接焊接接接接头，必需采用，必需采用对接接接接头外，其外，其它位置的它位置的焊接构造也接构造也应尽量采用尽量采用对接接接接头。四、四、压力容器力容器焊接构造接构造设计的根本原那么的根本原那么1尽量采用尽量采用对接接接接头角角焊缝，改用，改用对接接焊缝图5a改改为b和和c。减小了减小了应力集中，方便了无力集中，方便了无损检测，有利于保，有利于保证接接头的内部的内部质量。量。举例：例：图图14-5 容器接纳的角接和对接容器接纳的角接和对接abc2尽量采用全熔透的构造，不允尽量采用全熔透的构造，不允许产生未熔透缺陷生未熔透缺陷 选择适宜的坡口方式，如双面适宜的坡口方式，如双面焊；当容器直径；当容器直径较小，且无法从容器内部清根小，且无法从容器内部清根时，应选用用单面面焊双面成型的双面成型的对接接接接头，如用，如用氩弧弧焊打底，或打底，或采用采用带垫板的坡口等。板的坡口等。指基体金属和指基体金属和焊缝金属部分未完全熔合而留下金属部分未完全熔合而留下空隙的景象。未熔透空隙的景象。未熔透导致脆性破坏的起裂点，致脆性破坏的起裂点，在交在交变载荷作用下，它也能荷作用下，它也能够诱发疲疲劳破坏。破坏。未熔透未熔透改良改良尽能尽能够采用等厚度采用等厚度焊接，接，对于不等厚于不等厚钢板的板的对接，接，应将将较厚板按一定斜度削薄厚板按一定斜度削薄过渡，然后再渡，然后再进展展焊接，接，以防止外形突以防止外形突变，减，减缓应力集中程度。普通当薄板力集中程度。普通当薄板厚度厚度2不大于不大于10mm，两板厚度差超越，两板厚度差超越3mm；或当；或当薄板厚度薄板厚度2大于大于10mm，两板厚度差超越薄板的，两板厚度差超越薄板的30%，或超越，或超越5mm时，均需按，均需按图14-6的要求削薄厚的要求削薄厚板板边缘。3尽量减少尽量减少焊缝处的的应力集中力集中 接接头经常是脆性破坏和疲常是脆性破坏和疲劳破坏的来源破坏的来源处，因此，在，因此，在设计焊接构造接构造时必需尽量减少必需尽量减少应力集中。力集中。措施：措施：图图14-6 板厚不等时的对接接头板厚不等时的对接接头尽量减少填充金属量；尽量减少填充金属量；保保证熔透，防止熔透，防止产生各种生各种焊接缺陷；接缺陷；便于施便于施焊，改善，改善劳动条件；条件；减少减少焊接接变形和剩余形和剩余变形量，形量，对较厚元件厚元件焊接接应 尽量尽量选用沿厚度用沿厚度对称的坡口方式，如称的坡口方式，如X形坡口等。形坡口等。五、五、压力容器常用力容器常用焊接构造接构造设计主要内容：主要内容：选择适宜的适宜的焊缝坡口，方便坡口，方便焊材材(焊条或条或焊丝伸伸入坡口根部，以保入坡口根部，以保证全熔透。全熔透。坡口坡口选择要素：要素：纵、环焊缝必需采用对接接头。纵、环焊缝必需采用对接接头。对接接头的坡口方式可分为不开坡口又称齐边坡口、对接接头的坡口方式可分为不开坡口又称齐边坡口、V形坡口、形坡口、X形坡口、单形坡口、单U形坡口和双形坡口和双U形坡口等数种，应根形坡口等数种，应根据筒体或封头厚度、压力高低、介质特性及操作工况选择据筒体或封头厚度、压力高低、介质特性及操作工况选择适宜的坡口方式。适宜的坡口方式。1筒体、封头及其相互间衔接的焊接构造筒体、封头及其相互间衔接的焊接构造普通只能采用角接焊和搭接焊，详细的焊接构造还与容器普通只能采用角接焊和搭接焊，详细的焊接构造还与容器的强度和平安性要求有关。有多种接头方式，涉及能否开的强度和平安性要求有关。有多种接头方式，涉及能否开坡口、单面焊与双面焊、熔透与不熔透等问题。设计时，坡口、单面焊与双面焊、熔透与不熔透等问题。设计时，应根据压力高低、介质特性、能否低温、能否需求思索交应根据压力高低、介质特性、能否低温、能否需求思索交变载荷与疲劳问题等来选择合理的焊接构造。下面引见常变载荷与疲劳问题等来选择合理的焊接构造。下面引见常用的几种构造。用的几种构造。2. 接纳与壳体及补强圈间的焊接构造接纳与壳体及补强圈间的焊接构造图图14-7 不带补强圈的插入式接纳焊接构造不带补强圈的插入式接纳焊接构造(a)(b)(c)a图：单面面焊接构造，适用于内径小于接构造，适用于内径小于600mm、盛装无、盛装无 腐腐蚀性介性介质的接的接纳与壳体之与壳体之间的的焊接，接接，接纳厚度厚度应小小 于于6mm；b图：最常用的插入式接：最常用的插入式接纳焊接构造之一，接构造之一，为全熔透全熔透结 构。适用于具构。适用于具备从内部清根及施从内部清根及施焊条件、壳体厚度在条件、壳体厚度在 425mm、接、接纳厚度大于等于厚度大于等于0.5倍壳体厚度的情况；倍壳体厚度的情况；c图：在：在b的根底上，将接的根底上，将接纳内径内径边角角处倒倒圆，可用，可用 于疲于疲劳、低温及有、低温及有较大温度梯度的操作工况。大温度梯度的操作工况。1不不带补强圈的插入式接圈的插入式接纳焊接构造接构造中低中低压容器不需另作容器不需另作补强的小直径接的小直径接纳用得最多的用得最多的焊接接构造，接构造，接纳与壳体与壳体间隙隙应小于小于3mm，否那么易，否那么易产生裂生裂纹或或其它其它焊接缺陷。接缺陷。图b：接受低温、疲：接受低温、疲劳及温度梯度及温度梯度较大工况的容器，大工况的容器， 保保证接接纳根部及根部及补强圈内圈内侧焊缝熔透。熔透。2带补强圈的接圈的接纳焊接构造接构造要求：要求： 尽量与尽量与补强处的壳体恤合的壳体恤合严密，密，焊接构造力求完善接构造力求完善合理。合理。但只能采用塔接和角接，但只能采用塔接和角接，难于保于保证全熔透，也无法全熔透，也无法进展无展无损检测，因此，因此焊接接质量不易保量不易保证。坡口：坡口： 大大间隙小角度，利于隙小角度，利于焊条伸入究竟，减少条伸入究竟，减少焊接任接任务量量图a：普通要求的容器，即非低温、无交：普通要求的容器，即非低温、无交变载荷的容器荷的容器图图14-8 带补强圈的插入式接纳焊接构造带补强圈的插入式接纳焊接构造ab图a：适用于接：适用于接纳内径小于或等于内径小于或等于100mm的的场所；所；图b和和c：适用于壳体厚度：适用于壳体厚度n16mm的碳素的碳素 钢和碳和碳锰钢，或，或 n25mm的奥氏体不的奥氏体不锈钢 容器，容器， 其中其中图b的接的接纳内径内径应小于或等于小于或等于 50mm， 厚度厚度nt6mm， 图c的接的接纳内径内径应大于大于50mm，且小于或等于，且小于或等于 150mm，厚度，厚度nt6mm。3安放式接安放式接纳的的焊接构造接构造优点：点： 构造拘构造拘谨度低、度低、焊缝截面小、截面小、较易易进展射展射线检测等。等。图图14-9 安放式接纳与壳体的焊接构造安放式接纳与壳体的焊接构造abcab属于整体属于整体补强构造中的一种，适用于接受交构造中的一种，适用于接受交变载荷、低温暖荷、低温暖大温度梯度等大温度梯度等较苛刻的工况。苛刻的工况。a图：适用于球形封：适用于球形封头或或椭圆形封形封头中心部位的接中心部位的接纳与与 封封头的的衔接，且封接，且封头厚度厚度n 50mm。4嵌入式接纳的焊接构造嵌入式接纳的焊接构造 图图14-10 嵌入式接纳与封头的焊接构造嵌入式接纳与封头的焊接构造图图14-11 凸缘与壳体的角接焊接构造凸缘与壳体的角接焊接构造bac环与壳体应紧贴环与壳体应紧贴内径侧应允许进展内部填角焊内径侧应允许进展内部填角焊 5凸缘与壳体的焊接构造凸缘与壳体的焊接构造 1角焊衔接：衔接不接受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如角焊衔接：衔接不接受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如 图图14-11 所示。所示。2对接衔接：衔接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳对接衔接：衔接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳 体，如图体，如图14-12。图图14-12 凸缘与壳体的对接焊接构造凸缘与壳体的对接焊接构造K6mm(a)K6mm(b)(c)(d) 焊接资料一、手工电弧焊用焊接资料电焊条：内部钢芯和外侧药皮1、钢芯主要作用导电，并在焊条端部构成具有一定成分的熔敷金属。要求焊芯尽量减少有害元素的含量，限制S、P，有些焊条要求焊芯控制As 、Sb、Sn等元素。2、药皮又称为涂料，保证熔敷金属具有一定的成分和性能。采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、铁合金及化工产品等上百种原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。药皮中各种组分作用：1稳弧剂：凡易电离的物质均能稳弧。用碱金属及碱土金属化合物，碳酸钾、碳酸钠、大理石等。2造渣剂：构成溶渣，覆盖熔化金属外表，维护熔池及改善焊缝成形 3脱氧剂：降低含氧量，提高机械性能。主要脱氧剂有锰铁、硅铁、钛铁。 4造气剂：高温下分解出气体，维护电弧及熔池，防止空气中氧和氮侵入药皮中各种组分作用：5合金剂：补偿合金元素的烧损及向焊缝过渡合金元素，以保证焊缝的化学成分及性能等。6增塑光滑剂：添加药皮粉料在焊条压涂过程的塑性、滑性及流动性，以提高焊条的压涂质量，减小偏心度。 7粘接剂：使药皮粉料在压涂过程中有一定粘性，与焊芯结实粘接，并使之在烘干后具有一定的强度。 3、电焊条的分类1按用途分2按熔渣的碱度分类酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条焊接工艺性好，成形整洁,去渣容易，不易产生气孔和夹渣。但药皮氧化性强使合金元素烧损大,机械性能冲击韧性比较低。酸性焊条普通均可用交直流电源。典型的酸性焊条是J422。碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好，特别是冲击韧性比较高，主要用于重要构造的焊接。氟化物粉尘有害，应加强现场的通风排气，以改善劳动条件。典型的碱性焊条有J507。3按焊条药皮主要成分分类当药皮中含有30以上的二氧化钛及20以下的钙、镁的碳酸盐时，就称为钛钙型。 4、电焊条牌号与型号(1)焊条牌号是焊条产品的详细命名。根据主要用途及性能特点命名。每种产品只需一个牌号，但多种牌号可同时对应于一种型号。焊条牌号通常以一个汉语拼音字母或汉字与三位数字表示。 构造钢焊条牌号J422，中“J表示构造钢焊条,按用途分第一、二位数字“42表示焊缝金属的抗拉强度等级用MPa值的1/10表示，末位数字“2表示药皮类型及焊接电源的种类奥氏体铬镍不锈钢焊条牌号A132中“A表示奥氏体不锈钢焊条；第一、第二位数字表示焊缝金属主要化学成分组成末位数字表示药皮类型和焊接电源种类2焊条型号是以焊条国家规范为根据、反映焊条主要特性的一种表示方法。焊条型号根据焊缝金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。碳钢焊条型号E4315中“E表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa值的1/10；第三位数字表示焊条焊接位置，“0及“1表示用于全位置焊接平、立、仰、横，“2表示适用于平焊及平角焊，“4适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。常用焊条a.E4303、E5003焊条钛钙型。主要用于较重要的碳钢构造。b. E4315、E5015 焊条 低氢钠型，主要用于重要的低碳钢构造及低合金钢构造，也被用于焊接高硫钢和涂漆钢c. E4316、E5016型焊条低氢钾型，电弧稳定，主要用于重要的低碳钢构造与低合金钢构造。低合金钢焊条型号如E5018A1，后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号不锈钢焊条型号E30815，字母E表示焊条，“E后面数字表示熔敷金属化学成分分类代号，短划“-后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类二、埋弧焊用焊丝和焊剂焊丝牌号与优质碳素钢钢号的表示方法类似，前面加上“H。强度钢用焊丝牌号如H08、H08A、H10Mn2。假设牌号最后带有A字，表示为S、P含量较少的优质焊丝。国产焊剂根据化学成分分类，在牌号前面加HJ，如HJ431。第一位数字表示氧化锰的平均含量，如“表示含MnO30；第二位数字表示二氧化硅、氟化钙的平均含量，如“表示高硅低氟型SiO230% , CaF210%；末位数字表示同类焊剂的不同序号。GB5293-85规定焊剂型号：HJ401H08A的焊剂，用H08A焊丝按本规范，抗拉强度为412550MPa，屈服强度不小于330MPa，伸长率不小于22，在0时冲击值不小于34.3J/cm2 。三、焊条、焊丝及焊剂的选用焊缝机械性能与基体金属一致；其次，在化学成分方面接近基体还应根据焊接位置及板厚确定药皮类型。 焊接缺陷与焊接质量检验一、焊接缺陷1、焊接变形应力超越屈服极限产生焊接变形；超越强度极限会出现裂痕。2、焊缝的外部缺陷1焊缝加强过高坡口的角度开得太小或焊接电流过小应力集中，为提高疲劳寿命，要求将焊缝的加强高铲平。2焊缝过凹焊缝任务截面减小使接头处强度降低。3焊缝咬边在工件上沿焊缝边缘构成凹陷。减少任务截面，并呵斥严重应力集中。4焊瘤对静载强度无影响引起应力集中，使动载强度降低。5烧穿部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，使接头强度下降。 3、焊缝内部缺陷1未焊透应力集中严重，降低强度，开裂根源。2夹渣 减少任务截面，呵斥应力集中，降低焊缝强度和冲击韧性。3气孔 减少有效任务截面，降低机械强度。4裂纹 热裂纹和冷裂纹热裂纹是由液态到固态结晶中产生焊缝中存在低熔点物质FeS，遭到较大的焊接应力，容易在晶粒之间引起破裂。焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，容易产生热裂纹。热裂纹有沿晶界分布的特征。冷裂纹是冷却过程中产生，由于热影响区或焊缝内构成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。还有再热裂纹等裂纹是最危险的一种缺陷，普通不允许存在，一经发现须铲去重焊。