焊接结构设计

压力容器各受压部件的组装大多采用焊接方式，焊缝的接头形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全，因而必须对容器焊接接头的结构进行合理设计。

焊接接头形式

焊缝系指焊件经焊接所形成的结合部分，而焊接接头是焊缝、熔合线和热影响区的总称。焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定，通常分为对接接头、角接接头及T字接头、搭接接头。

1)对接接头

两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或同一弧面内进行焊接的接头，见下图(a)。这种焊接接头受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容易得到保证，因此，是压力容器中最常用的焊接结构形式。

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2)角接接头和T形接头

两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相交成某一角度进行焊接的接头，见上图(b)。两构件成T字形焊接在一起的接头，叫T形接头。角接接头和T形接头都形成角焊缝。

角接接头和T形接头，在接头处构件结构是不连续的，承载后受力状态不如对接接头，应力集中比较严重，且焊接质量也不易得到保证。但是在容器的某些特殊部位，由于结构的限制，不得不采用这种焊接结构，如接管、法兰、夹套、管板和凸缘的焊接，多为角接接头或T形接头。

3)搭接接头

两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起，中面相互平行，进行焊接的接头，见上图(c)。

搭接接头的焊缝属于角焊缝，与角接接头一样，在接头处结构明显不连续，承载后接头部位受力情况较差。在压力容器中，搭接接头主要用于加强圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸缘与容器的焊接。

坡口形式

为了保证全熔透和焊接质量，减少焊接变形，施焊前，一般需将焊件连接处预先加工成各种形状，称为焊接坡口。不同的焊接坡口，适用于不同的焊接方法和焊件厚度。

基本的坡口形式有5种，即Ⅰ形、V形、单边V形、U形和J形，如下图所示。

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基本坡口可以单独应用，也可两种或两种以上组合使用，如X形坡口是由两个V形坡口和一个Ⅰ形组合而成，见下图。

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压力容器用对接接头、角接接头和T形接头，施焊前，一般应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。

基本原则

压力容器焊接结构的设计应遵循以下基本原则。

1)尽量采用对接接头

对接接头易于保证焊接质量，因而除容器壳体上所有的纵向及环向焊接接头、凸形封头上的拼接焊接接头，必须采用对接接头外，其他位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。例如壳体和接管的连接焊缝，一般都是角焊缝，但如改用整锻件补强接管，就可把连接焊缝由角接改为对接。

这样不但减小了结构应力集中程度，而且方便了无损检测，故有利于保证焊接接头的内部质量。

2)尽量采用全熔透的结构

不允许产生未熔透缺陷， 所谓未熔透是指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下空隙的现象。未熔透往往是导致脆性破坏的起裂点，在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳。为避免发生未熔透，在结构设计时应选择合适的坡口形式，一般双面焊接的对接接头不易发生未熔透，当容器直径较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面焊双面成型的对接接头，如用氧弧焊打底，或采用带垫板的坡口等。

3)尽量减少焊缝处的应力集中

焊接接头常常是脆性断裂和疲劳的起源处，因此，在设计焊接结构时必须尽量减少应力集中。如对接接头应尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接，应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接，以避免形状突变，减缓应力集中程度。

原作者：压力容器设计与研究
来 源：微信公众号
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