压力容器壳体与接管异种钢焊接材料的选用

点赞:5241 浏览:14674 近期更新时间:2024-02-13 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:在压力容器设计中选用优质异种钢予以焊接能够保障压力容器外壳的高强度、高韧性的同时,还能进一步控制生产加工成本.比如,Q345R刚就具备着可靠的强度、刚度、韧性,在JB/T47015―2011《压力容器焊接规程》标准中也能查阅到不同钢型号对应所推荐的焊接材料,其中适合Q345R钢的选用焊条则有E5015、E5016等.因此,科学选用压力容器外壳加工所需的异种钢材料则能有效提高接头使用性能和达到控制焊接缺陷的重要目的.文章基于此,提出了压力容器异种钢的材料选用原则,包括提出了压力容器焊接工艺的质量控制途径等相关内容.

关 键 词:压力容器;异种钢;Q345R钢;材料;选用

分类号:TG302

焊接金属压力容器时需要按照设计要求进行作业.如此一来,则需要在焊接作业进行前充分考虑焊接压力容器外壳和母材强度的匹配问题,选择满足韧性储备充分、强度可靠的工艺原料.反之,如若焊接材料选择不当,则会导致外壳结构在焊接进行时产生气孔、凹陷、裂纹等质量通病.因此,加强对压力容器焊接钢材的工艺技术研究与合理选用则显得具有重要现实意义,需要配套做好偏心度、焊缝外观、扩散氢含量等的缺陷检查,从而才能结合金属压力容器外壳所需的焊接材料选用原则确认出质量标准达标的焊接钢材,为压力容器壳体焊接的质量控制提供有力保障.

一、压力容器外壳焊接的异种钢选用原则

(一)符合焊缝使用特性

选择焊接材料需要预先了解被焊接对象的结构特性及化学性能等,进而才能联系到焊接焊缝在其中的处理方法.也就是说,焊接材料选择需要周全考虑到被焊接材料基本特性与焊缝的使用性能.一般焊缝使用性能则有:基本力学性能、结构韧性、抗高温性,以及抗腐蚀性等.如果从力学角度看待焊缝,焊缝又可以还分为作业焊缝和连接焊缝.前者主要在焊件结构中承受较多应力,所以该焊缝如果处理不当则会出现破坏,对焊接工艺操作要求较高.而后者主要是通过这种焊缝来连接两个组件,使其成为一个有机整体,此时焊接时的焊件承受应力相对较少,所以对应的焊缝处理要求也相对较低.因此,如果结合GB150-2011《钢制压力容器》标准来看,关于压力容器的外壳和接管间连接焊缝则属于D类,即归纳到了作业焊缝范畴内,所以在焊接时要考虑到焊接的承受应力问题,焊接要求相对较高,选择的异种钢材料必须要考虑焊缝问题.


(二)等强与低匹配原则

对于金属压力壳体和母材强度的匹配问题研究一直以来是压力容器制造业的热议项目课题之一.一般而言,强度型低合钢主要采用等强原则进行选择焊材,以有效保障焊接头能够有充分的韧性,便于增强接头的抗脆性.当然,对于强度维持在700~800MPa的高强钢,其脆性断裂发生率高,所以选用接近等强的接头则是重点.同时,由于考虑到焊缝使用特性,所以焊缝强度应当匹配较低的母材强度,即焊缝强度要始终大于较低的母材强度.比如,选用接管20钢时,其强度要求至少应当达到400MPa.此外,焊接材料选用与熔敷金属焊接检测等,也应要选择各种指标满足相关技术规定的焊接材料,以确保偏心度、焊缝成型、焊缝射线检测、扩散氢含量等符合选用标准.

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二、压力容器焊接工艺的质量控制途径

焊前准备工作

第一,压力容器受压组件焊缝坡口制成应按照焊接工艺相关的技术规范来执行,待一切检查合乎标准后方可完成组焊.第二,焊接工艺应用时需要将坡口表面进行预处理,主要清理油污、赃物、杂物等,以让坡口处展现出金属光泽.第三,一般定位焊所选用的焊条材料都是φ3.2mm焊条,并要求其纵缝和环缝定位焊长度控制在3~5cm,间距d控制在35cm之内,且厚度要小于0.5cm.第四,正式进行焊接时,需要再次对焊缝予以检查,发现缺陷需及时整改,比如利用砂轮机将定位焊两端处打磨成缓坡用以过渡后再完成定位焊施焊作业.

质量控制要点

第一,焊接前要调整好必要的施焊技术参数,要极力杜绝在正式壳体上进行调试,同时焊条在投入使用前应予以烘干处理,利用专用的保温桶加以装放.第二,每次完成焊接后都要检查工序无误且没有缺陷时才能进行下道焊接工序,表面焊道宽度应能大于坡口宽度2~4mm,并要控制焊缝大小处于2mm之内.第三,对于焊接组件或者作业卡具、拉筋等应能与外壳所用的同一种焊条材料进行焊接,且焊道长度应能大于5cm.第四,关于引弧板、外壳焊接试用板等要按规范拆除,不得利用锤击形式拆除;第五,对场地内的焊接头、接管、筒体应使用全焊透结构,且要将接管里端打磨成圆角,实现光滑过渡.

(三)焊接接头处理

接头的基本形式有对接接头、T形(十字形)接头、角接头和搭接接头.对接接头是最基本的一种接头形式,其强度可以达到与材相同,受力均匀,筒体与封头等重要部件的连接均采用对接接头.一般A类接头多以筒体的纵向接头、球状封头、连接筒体环向接头、以及各类凸形封头,包括嵌入式接管等都属于A类接头;B类接头则多以长颈法兰和接管连接部分的接头为主;C类接头为平盖、管板与圆筒非对接连接的接头,或是法兰与壳体、接管连接的接头等;D类则包含接管、人孔、补强圈等与壳体接连的接头.因此,对于A类接头则会采用全焊透或者利用双面焊接方式来完成单面焊缝处理.至于B类则需要考虑作业应力问题,一般其作业应力为A类的一半左右,在焊缝处理方式上可应用衬垫单面焊;而C类接头通常实践施焊时受力较小,所以都普遍采用角焊缝用以接连.当然,对于高压容器或者盛装毒性、毒害介质的容器宜用全焊透接头连接;由于D类焊缝多是用于接管和容器间的交叉缝,会受到多重应力,即应力分布相对集中.特别是在后壁容器中该类焊缝限制较大,考虑到残余应力因素,则需要重点控制裂纹形成.同时,这种焊缝处理最好采用全焊透接头较为可靠,当然低压容器应当根据设计要求采用局部焊透或者双面角焊连接.

结语:

综上所述,压力容器焊接材料选用需要综合考虑到焊接工件的结构性能与焊缝的基本作用,并结合施焊工艺的质量控制规范来完成异种钢的施焊作业;同时,也要确保金属压力容器壳体焊接材料符合母材低匹配原则,以此才能达到相应的安全控制系数,使焊接壳体工艺产品的保持足够、充分的韧性与强度.