作者：朱国宝、朱春龙 主编
出版社：化学工业出版社
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容器焊接生产与展开下料实例试读：
前言
前 言本书是焊接结构件包括压力容器及其附属装置加工、钣金展开下料的实用工具书。本着简明、实用和实际生产需要的原则，本书采用以图为主、说明为辅，理论与实践、图解与计算相结合的独特方式编写。本书分为五章，分别叙述了压力容器及其附属装置的制作工艺过程和展开下料过程。第一章按照感性认识入门，以循序渐进的方式来提高识图能力和动手能力。第二章讲述了压力容器等壳体结构的焊接生产技术。第三章内容为焊接接头组织性能和焊接缺陷，比较系统地讲述了如何提高焊接接头的强度以及如何避免焊接缺陷的产生，在焊接接头设计和制造工艺方面采取哪些措施等。第四章按照制件的结构特征分为圆管（筒）构件、正口拔梢体、偏口拔梢体、斜口拔梢体、异形三通马鞍座体、异口形管和曲面球（弧）体七大类。书中以图解的方法列举了各构件展开下料的详细过程，可以直接应用于生产实践。
随着科学技术的进步和人们知识水平、生活水平的提高，过去只有“划”才能求出展开图的图解法有的用计算法也能方便求出。计算法一般来源于图解法，图解法是展开放样的基本方法。只有熟练掌握了图解法的视图投影原理，然后用直角勾股定理和三角函数等简单几何知识很方便地计算出所需要的数据。本书主要从图解法入手，计算法作为提示介绍，以期对读者起到举一反三、事半功倍的作用。
本书第四章以实例形式，采取一课一页展开样本的方法，引导读者在课堂上人人拿起笔、尺、纸，每课制作一种纸质实体样本，实训课上可以用2mm钢板放样冷作在简易的胎具上敲打出钢质的实体样本。第五章学习计算机辅助展开下料技术，为实现过程的部分自动化打下一定的基础。在此要强调一点，就是计算机辅助展开下料技术只是一种现代化技术手段，是建立在人们感性和理性的专业知识之上的。
本书适用于各行各业的钣金工、钳工、白铁工、铆工等技术工人，也适用于职业院校机械类专业学生，还可供钣金展开工程技术人员、设计人员及其他有关的科技人员参考。
本书由朱国宝、朱春龙主编，仝源、朱明博、王悦参加编写，由马云飞担任主审。
在本书编写过程中得到中石化南京化学工业集团化机厂研究所和高申华高级技师工作室的大力支持与帮助，在此表示衷心感谢。
由于编者水平有限，书中不足之处，请广大读者批评指正。 编 者2018年3月绪 论一、压力容器的基本概念
压力容器早期主要应用于化学工业，压力多在10MPa以下。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后，要求压力容器承受的压力提高到100MPa以上。
随着化工和石油化学工业的发展，压力容器的工作温度范围也越来越宽；新工作介质的出现，还要求压力容器能耐介质腐蚀；许多工艺装置规模越来越大，压力容器的容量也随之不断增大。20世纪60年代开始，核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和技术要求，这进一步促进了压力容器的发展。例如：煤转化工业的发展，需要单台重量达数千吨的高温压力容器；快中子增殖反应堆的应用，需要解决高温耐液态钠腐蚀的压力容器；海洋工程的发展，需要能在水下几百至几千米工作的外压容器。
压力容器不仅普遍应用于化工、石油和石油化工生产，而且在电力、轻工、医药、食品、冶金、航天、航海、深海探测和科学研究等许多领域中也有着广泛的应用。由此可见，压力容器是工业部门和人民生活必不可少的生产装备，对国民经济的发展起着十分重要的作用。“压力容器”是指压力和容积达到一定数值，容器所处的工作温度使其内部介质呈气体状态的密闭容器，如图0-1所示。这类容器一旦发生事故，其后果非常严重，世界各国都把这类容器作为一种特殊设备，对容器的设计、制造、安装、检验和使用等方面制定了一系列专门的法规和标准予以管理。另外，航天太空舱和飞船返回舱、军事潜水艇和深海探测器也参照使用压力容器的制造标准而制定各种标准。图0-1 球形和圆筒形压力容器
按照中国《压力容器安全技术监察规程》中的有关规定，同时具备下列条件的容器即称为压力容器：
① 最高工作压力大于0.1MPa（不含液体静压力）。
② 内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于或等于0.15m，且3容积大于或等于0.025m。
③ 介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。二、 压力容器分类和构造
1.按工艺用途分类（1）反应压力容器
用于完成介质的物理、化学反应。如反应器、反应釜、分解塔、合成塔和煤气发生炉等。（2）换热压力容器
用于完成介质的热量交换。如换热器、冷却塔、冷凝器、蒸发器、加热器（如压力锅炉）等。（3）分离压力容器
用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等。如分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔和干燥塔等。（4）储存压力容器
用于盛装生产用的原料气、液体、液化气体等。如储罐、球罐等。
2. 按壳体的承压方式分类（1）内压容器
作用于压力容器器壁内部的压力高于外表面所承受的压力。如储罐、球罐、反应器、反应釜、分解塔、合成塔和煤气发生炉等。（2）外压容器
作用于压力容器器壁内部的压力低于外表面所承受的压力。如各类潜水器和换热器、冷却塔、冷凝器、蒸发器、加热器的管程等。还有各类船舶的水下部分也可认定为外压容器。
3. 按设计压力分类
分为低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。
4. 按制造材料分类
分为钢制容器、有色金属容器、非金属容器等。
5. 按几何形状分类
分为圆筒形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器等。
6.其他
除上述分类方法外，还可以按容器的壳体结构、容器壁厚、结构材料、结构形式和工作介质进行分类。
压力容器的分类方式和结构形式虽然很多，但压力容器最基本的结构是一个密闭的焊接壳体。根据压力容器壳体的受力分析，最适宜的形状是球形，球形容器制造相对比较困难，成本较高，因此在工业生产中，大多数中、低压容器多采用圆筒形结构。圆筒形容器由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔接管以及支座等六大部件组成，并通过焊接构成一个整体，如图0-2所示。图0-2 圆筒形压力容器1—接管； 2—筒体； 3—人孔及法兰； 4—封头； 5—支座三、 压力容器的焊接结构
① 一般用途的压力容器压力低，焊接结构比较简单，图0-3所示为载重汽车的刹车储气筒，由于低碳钢可焊性好，对应力集中敏感性低，故储气筒多采用Q235钢材制成。筒体由钢板弯制，纵向焊缝用埋弧自动焊一次焊成，两封头冲压成形，封头与筒体之间采用对接接头，为了保证焊缝质量，在焊缝底部设置残留垫板。
② 储存气体或液体的容器广泛应用于各生产部门和运输行业。固定小型储存容器的技术要求较低，一般用薄钢板制造即可。而对于大型储运容器，则在结构和设计上有许多特别的地方。如铁路运输石油产品用的油罐，如图0-4所示。油罐承受的内压力不高，但在运输车辆启动和刹车时有较大的惯性力，因此要求罐体应有适当的厚度，以保证足够的刚度。油罐罐体一般用低碳钢制造，筒体由上下两部分组成，上半部分占整个筒体的3/4，用8～12mm厚的钢板成形拼制而成。筒体下部分占1/4，要求有较大的刚度，采用较厚的钢板弯制。筒体上下两部分用对接纵焊缝连接。封头为椭圆封头，热压成形，与筒体之间采用对接焊接。图0-3 汽车储气筒图0-4 油罐车罐体
③ 焊接容器承受的压力越高，其壁厚也越大，因此厚壁容器也称为高压容器。完整的厚壁容器作为工业生产中的高压装置，一般由外壳和内件构成。内件因工艺过程的不同而多种多样，外壳由于加工条件、钢板资源的限制，以及充分利用材料和避免深厚焊缝等方面考虑，则采用大体相近、较为复杂的结构形式，图0-5所示为一多层包扎式厚壁容器。这种结构是先用厚度14～34mm的不锈钢板卷焊成内筒，纵焊缝经无损检测、热处理消除应力和机械加工磨平后，把厚度4～8mm的薄板卷成瓦片形，作为层板包到内筒的外表面，用钢丝索滚动包扎，把层板点焊固定后，用自动焊焊接纵焊缝，并用砂轮磨平纵焊缝。用同样方法依次包扎焊接第二层，这样逐层包扎至总的厚度达到设计要求为止，构成一个筒节。最后筒节两端经机械加工，车出环焊缝坡口，通过环缝焊接，把筒节连接成一个完整的筒体，如图0-6所示。图0-5 多层包扎式厚壁容器1，2—主螺栓（螺母）； 3—平盖； 4—筒体端部；5—内筒； 6—多层结构； 7，8—环纵焊缝；9—管法兰； 10—接管； 11—封头；12，13—管螺栓（螺母）； 14—平板封头图0-6 厚壁容器筒体及筒体环焊缝结构图0-7 裙式支座
④ 裙式支座是高大容器设备最常用的一种支座，它由钢板卷制的座体、基础环和螺栓座焊接而成。裙式支座有圆筒形和圆锥形两种结构，如图0-7所示。
裙座体与塔壳的连接有对接接头和搭接接头两种形式。当座体的外径与下封头外径相等时，可采用对接接头，其连接焊缝须采用全焊透连续焊，如图0-8（b）所示。这种连接结构，焊缝主要承受压缩载荷，封头局部受载。当采用搭接接头形式时，搭接的焊缝部位可在下封头直边上，也可在筒体上，裙座体内径稍大于塔体外径，其结构如图0-8（a）所示。这种焊接结构，焊缝主要承受剪切载荷，所以焊缝受力条件恶劣，一般用于直径小于1000mm的塔设备。图0-8 裙座与塔壳的连接四、 压力容器的主要参数
① 设计压力。是指在相应设计温度下用以确定容器壳壁计算壁厚及其元件尺寸压力。压力容器的设计压力不得低于最高工作压力，装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。
② 最高工作压力。是指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压力。
③ 工作压力。是指容器在满足工艺要求的条件下，所产生的表压力。
④ 试验压力。是指容器在压力试验时，容器顶部的压力。
⑤ 设计温度。是指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度，标志在铭牌上的设计温度应是壳体设计温度的最高值或最低值。
⑥ 试验温度。是指压力容器在压力试验时，壳体的金属温度。
⑦ 计算厚度。是指压力容器各部分元件按公式计算出的厚度。
⑧ 设计厚度。是指计算厚度与腐蚀裕量之和。
⑨ 名义厚度。是指设计厚度加钢材负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。
⑩ 有效厚度。是指名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕量之后的厚度。
⑪ 实测厚度。是指压力容器在检验时，用测厚仪所测出的实际厚度。
⑫ 外径。是指圆柱、球形压力容器外直径。
⑬ 内径。是指圆柱形、球形压力容器内直径。
⑭ 容器规格的表示。内径×壁厚×长度（高度）=ϕ×δ×L，单位：mm。五、压力容器的安全附件
压力容器的安全附件是为防止容器超温、超压、超负荷而装设在设备上的一种安全装置。压力容器的安全附件较多，但最常用的安全附件有安全泄压装置（安全阀、防爆片、防爆帽）、压力表、液位计等。
1.安全泄压装置
安全泄压装置是为保证压力容器安全运行，防止它超压的一种器具。
常见的安全泄压装置有安全阀、防爆片和防爆帽。
功能：当容器在正常工作压力下运行时，保持严密不漏；若容器内压力一旦超过规定，则能自动地、迅速地排泄出器内的介质，使设备的压力始终保持在许用压力范围以内。一般情况下，安全泄压装置除了具有自动泄压这一主要功能外，还有自动报警的作用。因为当它启动排放气体时，由于介质以高速喷出，常常发出较大的响声，这就相当于发出了设备压力过高的报警音响讯号。（1）安全阀
安全阀按其整体结构及加载机构形式来分，常用的有杠杆式和弹簧式两种。安全阀要定期检验，每年至少检验一次。定期检验工作包括清洗、研磨、试验和校正。
弹簧式安全阀的加载装置是一个弹簧，通过调节螺母，可以改变弹簧的压缩量，调整阀瓣对阀座的压紧力，从而确定其开启压力的大小。弹簧式安全阀结构紧凑，体积小，动作灵敏，对震动不太敏感，可以装在移动式容器上。缺点是阀内弹簧受高温影响时，弹性有所降低，见图0-9。图0-9 弹簧式安全阀
杠杆式安全阀靠移动重锤的位置或改变重锤的质量来调节安全阀的开启压力。它具有结构简单、调整方便、比较准确以及适用较高温度的优点。但杠杆式安全阀结构比较笨重，难以用于高压容器之上，见图0-10。图0-10 杠杆式安全阀（主要用于锅炉）（2）防爆片
防爆片又称防爆膜、防爆板，是一种断裂型的安全泄压装置。防爆片具有密封性能好、反应动作快以及不易受介质中粘污物的影响等优点。但它是通过膜片的断裂来泄压的，所以泄后不能继续使用，容器也被迫停止运行，因此它只是在不宜装设安全阀的压力容器上使用，见图0-11。图0-11 防爆片（3）防爆帽
防爆帽又称爆破帽，也是一种断裂型安全泄压装置。它的样式较多，但基本作用原理一样，它的主要元件是一个一端封闭、中间具有一薄弱断面的厚壁短管。当容器的压力超过规定时，防爆帽即从薄弱断面处断裂，气体从管孔中排出。为了防止防爆帽断裂后飞出伤人，在它的外面应装有保护装置。
2.压力表
压力表是测量压力容器中介质压力的一种计量仪表。压力表的种类较多，有液柱式、弹性元件式、活塞式和电量式四大类。压力容器大多使用弹性元件式的单弹簧管压力表。装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1.5～3倍，最好取2倍，见图0-12。图0-12 压力表
压力表一般每半年校验一次，校验后的压力表应加铅封，并注明下次校验日期或校验有效期。在容器运行期间，如发现压力表指示失灵、刻度不清、表盘玻璃破裂、泄压后指针不回零位、铅封损坏等情况，应立即校正或更换。
3.液面计
液面计又称液位计，是用来测量容器内液面变化情况的一种计量仪表。操作人员根据其指示的液面高低来调节或控制充装量，从而保证容器内介质的液面始终在正常范围内。主要有：伺服液位计、钢带液位计、浮筒液位计、磁翻板液位计、超声波液位计、磁致伸缩液位计、雷达液位计、电容液位计、玻璃板液位计、玻璃管液位计、吹气液位计、差压液位计、激光液位计和γ射线料位计等，用得最多的是差压液位计和浮筒液位计，见图0-13。图0-13 磁翻板液位计和浮筒液位计六、压力容器的制造中常用金属材料及焊接性
石油化工装置的压力容器绝大多数为钢制的。制造材料多种多样，比较常用的有如下几种。
1. Q235A
0235A钢，含硅量多，脱氧完全，因而质量较好。限定的使用范围为：设计压力≤1.0MPa，设计温度0～350℃，用于制造壳体时，钢板厚度不得大于16mm。不得用于盛装液化石油气体、毒性程度为极度、高度危害介质及直接受火焰加热的压力容器。
2. 20g
20g锅炉钢板与一般20优质钢相同，含硫量较Q235A钢低，具有较高的强度，使用温度范围为-20～475℃，常用于制造温度较高的中压容器。
3. 16MnR
16MnR普通低合金容器钢板，制造中、低压容器可减轻温度较高的容器重量，使用温度范围为-20～475℃。
4.低温容器（低于-20℃）材料
主要是要求在低温条件下有较好的韧性以防脆裂，一般低温容器用钢多采用锰钒钢。在低温用钢中常加入V、Al、Nb、Ti及RE等合金元素，如我国的低温压力容器用钢09MnTiCuREDR、09Mn2VDR、06MnNbDR及06AlNbCuN等。16MnDR可扩大使用作为-40℃低温用钢。钢中加入合金元素Ni，能显著改善钢的低温韧性，为保证低温韧性，如9Ni钢所用温度可达-196℃。在低温用钢中尽量降低含碳量，并严格限制硫、磷含量。
5.高温容器用珠光体耐热钢
温度<400℃、可用普通碳钢，使用温度400～500℃时可采用15MnVR、14MnMoVg，使用温度500～600℃时可采用15CrMo、12Cr2Mo1，珠光体耐热钢指具有高温抗氧化性和高温强度的铬钼合金钢种，如15Cr13Mo12和以上钢种。
6.不锈钢及奥氏体耐热钢
不锈钢是（质量分数）Cr ≥13%的高铬高镍合金钢，在一定化学介质或腐蚀环境中具有高度化学稳定性，种类有马氏体不锈钢如0Cr13、铁素体不锈钢如0Cr17、奥氏体不锈钢如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti和铁-奥体的双相不锈钢如00Cr25Ni5Mo2Ti。使用温度在600～700℃时也应采用0Cr13Ni9和1Cr18Ni9Ti等奥氏体高合金钢。
另外，还有复合板，如Q345+1Cr18Ni9Ti。
注意：材料依据合同和材料的技术条件、技术要求进行验收，主要检验炉号、批号、型号、化学成分和力学性能等，合格后方可入库。保管时应分类分批存放，标示清楚。发放时按照生产计划严格执行，应贯彻“标记移植”的规定。（1）焊接性的概念
金属的焊接性指金属材料焊接的难易程度。主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。假如要采取特殊工艺措施（如预热、热处理或采用特殊的焊接方法）才能获得优质接头，则焊接性差。即焊接性越差，则工艺措施越复杂。
需要满足一定的工艺条件。
① 焊接方法，如焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO气体保护2焊等。
② 焊接材料，如焊材牌号、焊材型号。
③ 焊接规范，如焊接电流、电弧电压、焊速、焊条直径、焊接层数、道数、焊接位置。
④ 焊前预热，如预热温度、时间。
⑤ 焊后处理，如后热、热处理温度、保温时间。（2）焊接性的评定
① 冷裂纹敏感性碳当量法。冷裂纹敏感性碳当量法（国际焊接协会推荐IIW）见表0-1。表0-1 冷裂纹敏感性碳当量法
碳当量估算公式很多，下列碳当量公式是国际焊接协会推荐的碳当量（CE）公式：
式中，元素的符号表示其在钢中含量的百分比。
根据试验可知：
a. 当CE<0.4%时，焊接性优良，焊接时不需预热。
b. 当CE=0.4%～0.6%时，焊接性稍差，钢的淬硬倾向逐渐明显，需采取适当预热，控制线能量才能焊接。
c. 当CE>0.6%时，淬硬倾向更强，焊接性差，需要较高的预热温度并采取严格的焊接工艺措施。
研究表明焊接性与含碳量及合金元素含量有关，其中含C量影响最大，CE越高，焊接性越差；C含量越高，合金元素含量越高，焊接性越差。
利用碳当量来评定钢材的焊接性，只是一种近似的估算，没有考虑到焊接方法、焊接结构及焊接工艺等因素对焊接性的影响。近代大力发展低碳微量多合金元素的低合金高强度钢，表0-1所示碳当量公式已不适用。况且仅按钢材化学成分评定钢材焊接性并不全面，因为低合金高强度钢焊接时产生冷裂纹的原因除化学成分外，还有熔敷金属中扩散氢含量、接头的拘束度等因素。
② 冷裂纹敏感性指数法。除了考虑化学成分外，还有熔敷金属中的扩散氢含量、接头的去拘束应力等。
③ 焊接实验法。按预先制定的焊接工艺参数焊接工艺试板，检测焊接接头对裂纹、气孔、夹渣等缺陷的敏感性，作为评定焊接性时选择焊接方法和工艺参数的依据。常用方法包括Y形坡口裂纹试验、搭接接头焊接裂纹试验等。
④ 焊接性包括两个方面的内容。
a. 接合性能。接头在焊接过程形成焊接缺陷的敏感性。
b. 使用性能。接头在一定使用条件下可靠运行的能力。
金属焊接性是一系列性能的综合表现。对于不同材料、不同工作条件下的焊件，焊接性的主要内容不同。例如，普通低合金结构钢、耐热钢、高合金耐热钢等，对于淬硬和冷裂缝比较敏感，因此在焊接这些材料时，如何解决淬硬和冷裂的问题是焊接性的主要内容。又如，焊接奥氏体不锈钢时，晶间腐蚀和热裂纹是主要问题，也是其可焊性的主要问题。七、压力容器管理法规
压力容器属危险性大的生产设备，为了确保压力容器安全运行， 2003年3月11日国务院第373号令公布，并颁发了《特种设备安全监察条例》（以下简称《条例》，于2003年6月1日起施行），质量技术监督局颁发了《压力容器安全技术监察规程》（以下简称《容规》） 。《条例》和《容规》都是强制执行的压力容器管理法规，凡是从事各种压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造的单位，都必须贯彻执行。《条例》与《容规》的主要规定有以下几点。
1.压力容器的设计应具备的条件
压力容器的设计单位应当经国务院特种设备安全监督管理部门许可，方可从事压力容器的设计活动。设计文件应当经国务院特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构鉴定，方可用于制造。
压力容器的设计单位应当具备下列条件。
① 有与压力容器设计相适应的设计人员、设计审核人员。
② 有与压力容器设计相适应的健全的管理制度和责任制度。
2.压力容器的制造、安装、改造单位应具备的条件
压力容器的制造、安装、改造单位以及压力管道用管子、管件、阀门、法兰、补偿器、安全保护装置等（以下简称压力管道元件）的制造单位，应当经国务院特种设备安全监督管理部门许可，方可从事相应的活动。
压力容器的制造、安装、改造单位应当具备下列条件。
① 有与压力容器制造、安装、改造相适应的专业技术人员和技术工人。
② 有与压力容器制造、安装、改造相适应的生产条件和检测手段。
③ 有健全的质量管理制度和责任制度。
3.容器制成后必须进行压力试验
压力试验是指耐压试验和气密性试验，耐压试验包括液压试验和气压试验。除设计图样要求用气体代替液体进行耐压试验外，不得采用气压试验。进行气压试验前，要全面复查有关技术文件，要有可靠的安全措施，并经制造安装单位技术负责人和安全部门检查、批准后方可进行。需要进行气密性试验的容器，要在液压试验合格后进行。
液压试验时，容器要充满液体，排净空气，待容器壁温度与液体温度相同时，才能缓慢升压到规定压力，根据容器大小保持10～30min，然后将压力降到设计压力至少保持30min。气压试验时，首先缓慢升压至规定试验压力的10%，保持10min，然后对所有焊缝和连接部位进行初次检查。合格后继续升压到规定试验压力的50%，其后按每级为规定试验压力的10%的级差升压到试验压力，保持10～30min，然后再降到设计压力至少保持30min，同时进行检查。要注意气压试验时所用气体应为干燥的空气或氮气，气体温度不低于15℃。压力试验要严格按照试验的安全规定进行，防止试验中发生事故。
液压试验后检查，符合下列情况为合格。
① 无渗漏。
② 无可见异常变形。
③ 试验过程中无异常响声。
压力容器出厂时，制造单位必须按照《容规》的规定向订货单位提供有关技术资料。
4.压力容器的定期检验
压力容器的定期检验是指在容器使用的过程中，每隔一定期限采用各种适当而有效的方法，对容器的各个承压部件和安全装置进行检查和必要的试验。通过检验，发现容器存在的缺陷，采取措施，以防压力容器在运行中发生事故。
从事压力容器定期检验工作的检验机构和检验人员，必须严格按照核准的检验范围从事检验工作。检验机构和检验人员必须接受当地质量技术监督部门的监督，并且对压力容器定期检验结论的正确性负责。八、焊接标准简介
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GB/T 983—2012 不锈钢焊条
GB/T 984—2001 堆焊焊条
GB/T 985.1—2008 气焊、手工电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口
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GB/T 12467.1—2009 金属材料熔焊质量分要求 第1部分：质量要求相应等级的选择准则
GB/T 12467.2—2009 金属材料熔焊质量要求 第2部分：完整质量要求
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JB/T 6967—1993 电渣焊通用技术条件
JB/T 4251—1999 摩擦焊通用技术条件
JB/T 8833—2001 焊接变位机
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JB/T 9185—1999 钨极惰性气体保护焊工艺方法
JB/T 9186—1999 二氧化碳气体保护焊工艺规程
JB/T 9187—1999 焊接滚轮架
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JB/T 6969—1993 射吸式焊炬
JB/T 6970—1993 射吸式割炬
JB/T 7438—1994 空气等离子弧切割机
GB/T 6052—2011工业液体二氧化碳
GB/T 4842—2006 氩思 考 题
1. 压力容器按工艺用途分成几类？写出其内容。
2. 压力容器制造中常用金属材料有哪些？
3. 写出国际焊接协会推荐的碳当量评定法。当CE=0.4%～0.6% 时焊接性如何？
4. 《条例》和《容规》都是强制执行的压力容器管理法规，分别由什么部门颁发？全称是什么？第一章 压力容器等壳体结构件的制作过程及其工艺规程第一节 压力容器的基本知识一、压力容器的分类
① 按设计压力划分。可分为四个承受等级。
低压容器（代号L） 0.1MPa≤p<1.6MPa
中压容器（代号M） 1.6MPa≤p<10MPa
高压容器（代号H） 10MPa≤p<100MPa
超高压容器（代号U） p≥100MPa
② 按综合因素划分。在承受等级划分的基础上，综合压力容器工作介质的危害性（易燃、致毒等程度），可将压力容器分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类。
a. Ⅰ类容器。一般指低压容器（Ⅱ、Ⅲ类规定的除外）。
b. Ⅱ类容器。属于下列情况之一者：中压容器（Ⅲ类规定的除外）；易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；低压管壳式余热锅炉；搪玻璃压力容器。
c.Ⅲ类容器。属于下列情况之一者：毒性程度为极度和高度危害3介质的中压容器和pV≥0.2MPa·m的低压容器；易燃或毒性程度为中33度危害介质且pV≥0.5MPa·m的中压反应容器或pV≥10MPa·m的中压储存容器；高压、中压管壳式余热锅炉；高压容器。二、压力容器的结构特点与组成
压力容器的典型形式如图1-1所示。图1-1 压力容器的典型形式
1.筒体
筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需要存在大部分压力的空间。当筒体直径较小（小于500mm）时，可用无缝钢管制作。当直径较大时，筒体一般用钢板卷制或压制（压成两个半圆）后焊接而成。筒体较短时可做成完整的一节，当筒体的纵向尺寸大于钢板的宽度时，可由几个筒节拼接而成。由于筒节与筒节或筒节与封头之间的连接焊缝呈环形，故称为环焊缝。所有的纵、环焊缝焊接接头，原则上均采用对接接头。
2.封头
凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和半球形封头，如图1-2所示。图1-2 凸形封头
① 椭圆形封头。纵剖面呈半椭圆形，一般采用长短轴比值为2的标准。
② 碟形封头。又称带折边的球形封头。它是由三部分组成：第一部分为内半径为R的球面；第二部分为高度为h的圆形直边；第三i部分为连接第一、二部分的过渡区（内半径为r）。该封头特点为深度较浅，易于压力加工。
③ 无折边球形封头。又称球缺封头。虽然它深度浅，容易制造，但球面与圆筒体的连接处存在明显的外形突变，使其受力状况不良。这种封头在直径不大、压力较低、介质腐蚀性很小的场合可考虑采用。
④ 锥形封头。分为无折边锥形封头、大端折边锥形封头和折边锥形封头三种，如图1-3所示。从应力分析知，锥形封头大端的应力最大，小端的应力最小。因此，其壁厚是按大端设计的。图1-3 锥形封头
锥形封头由于其形状上的特点，有利于流体流速的改变和均匀分布，有利于物料的排出，而且对厚度较薄的锥形封头来说，制造比较容易，顶角不大时，其强度也较好，它较适用于某些受压不高的石油化工容器。
⑤ 平盖封头。结构最为简单，制造也很方便，但在受压情况下，平盖中产生的应力很大，因此，要求它不仅有足够的强度，还要有足够的刚度。平盖封头一般采用锻件，与筒体焊接或螺栓连接，多用于塔器底盖和小直径的高压及超高压容器。
3.法兰
法兰按其所连接的部分，分为管法兰和容器法兰。用于管道连接和密封的法兰叫管法兰；用于容器顶盖与筒体连接的法兰叫容器法兰。法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来。
4.开孔与接管
由于工艺要求和检修时的需要，常在石油化工容器的封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管，以及安装压力表、液位计、流量计、安全阀等接管开孔。
手孔和人孔是用来检查容器的内部并用来装拆和洗涤容器内部的装置。手孔的直径一般不小于150mm，直径大于1200mm的容器应开设人孔。位于筒体上的人孔一般开成椭圆形，净尺寸为300mm×400mm；封头部位的人孔一般为圆形，直径为400mm。对于可拆封头（顶盖）的容器及无须内部检查或洗涤的容器，一般可不设人孔。筒体与封头上开设孔后，开孔部位的强度被削弱，一般应进行补强。
5.支座
椭圆筒形容器的安装位置不同，有立式容器支座和卧式容器支座两类。对于卧式容器，主要采用鞍形支座；对于薄壁长容器，也可采用圈形支座，如图1-4所示。图1-4 卧式容器典型支座第二节 压力容器的制造工艺一、封头的展开和下料
目前广泛采用冲压成形工艺加工封头。现以椭圆形封头为例来说明其制造工艺。
封头制造工艺大致如下：原材料检验→划线→下料→拼缝坡口加工→拼板的装焊→加热→压制成形→二次划线→封头余量切割→热处理→检验→装配。
椭圆形封头压制前的坯料是一个圆形，封头的坯料尽可能采用整块钢板，如直径过大，一般采用拼接。这里有两种方法：一种是用两块或由左右对称的三块钢板拼焊，其焊缝必须布置在直径或弦的方向上；另一种是由瓣片和顶圆板拼接制成，焊缝方向只允许是径向和环向的。径向焊缝之间最小距离应不小于名义厚度δ的3倍，且不小于n100mm，如图1-5所示。封头拼接焊缝一般采用双面埋弧焊。图1-5 封头拼缝位置
封头成形有热压和冷压之分。采用热压时，为保证热压质量，必须控制始压和终压温度。低碳钢始压温度一般为1000～1100℃，终压温度为850～750℃。加热的坯料在压制前应清除表面的杂质和氧化皮。封头的压制是在水压机（或油压机）上，用凸凹模一次压制成形，不需要采取特殊措施。
已成形的封头还要对其边缘进行加工，以便于筒体装配。一般应先在平台上划出保证直边高度的加工位置线，用氧气切割割去加工余量，可采用图1-6所示的封头余量切割机。此机械装备在切割余量的同时，可通过调整割矩角度直接割出封头边缘的坡口（V形），经修磨后直接使用；如对坡口精度要求高或有其他形式的坡口，一般是将切割后的封头放在立式车床上进行加工，以达到设计图样的要求。封头加工完后，应对主要尺寸进行检查，合格后才可与筒体装配焊接。典型冲压封头的下料尺寸如表1-1所示。图1-6 封头余量切割机示意图1—封头；2—割炬；3—悬臂；4—立柱；5—传动系统；6—支座表1-1 典型冲压封头的下料尺寸 单位：mm 续表注：铁的相对密度：7.85；不锈钢的相对密度：7.93；封头的重量=下料尺寸的平方×厚度×相对密度。二、筒节的展开和放样
筒节制造的一般过程为：原材料检验→划线→下料→边缘加工→卷制→纵缝装配→纵缝焊接→焊缝检验→矫圆→复检尺寸→装配。
筒节一般在卷板机上卷制而成，由于一般筒节的内径比壁厚要大许多倍，所以，筒节下料的展开长度L，可用筒节的平均直径D来计p算，即：L=πD （1-1）pD=D+δ （1-2）pg式中 D——筒节的内径，mm；g
δ——筒节的壁厚，mm。
筒节可采用剪切或半自动切割下料，下料前先划线，包括切割位置线、边缘加工线、孔洞中心线及位置线等，其中管孔中心线距纵缝及环缝边缘的距离不小于管孔直径的0.8倍，并打上样冲标记，图1-7为筒节划线示意图。这里需注意，筒节的展开方向应与钢板轧制的纤维方向一致，最大夹角应小于45°。图1-7 筒节的划线
中低压压力容器的筒节可在三辊或四辊卷板机上冷卷而成，卷制过程中要经常用样板检查曲率，卷圆后其纵缝处的棱角、径纵向错边量应符合技术要求。
筒节卷制好后，在进行纵缝焊接前应先进行纵缝的装配，主要是采用杠杆——螺旋拉紧器、柱形拉紧器等各种工装夹具来消除卷制后出现的质量问题，满足纵缝对接时的装配技术要求，保证焊接质量。装配好后即进行定位焊。筒节的纵环缝坡口是在卷制前就加工好的，焊前应注意坡口两侧的清理。
对于单层高压容器，由于壁较厚，筒节一般采用热弯卷加热矫正成形。由于加热时产生的氧化皮危害较严重，会使钢板内外表面产生麻点和压坑，所以加热前需涂上一层耐高温、抗氧化的涂料，防止卷板时产生缺陷；同时热卷时，钢板在辊筒的压力下会使厚度减小，减薄量为原厚度的5%～6%，而长度略有增加，因此下料尺寸必须严格控制。始卷温度和终卷温度视材质而定。三、容器的装配工艺
封头与筒体的装配可采用立装和卧装，当封头上无孔洞时，可先在封头外临时焊上起吊用吊耳（吊耳与封头材质相同），便于封头的吊装。卧装时如是小批量生产，一般采用手工装配的方法，如图1-8所示。装配时，在滚轮架上放置筒体，并使筒体端面伸出滚轮架外400～500mm，用起重机吊起封头，送至筒体端部，相互对准后横跨焊缝焊接一些刚性不太大的小板，以便固定封头与筒体间的相互位置。移去起重机后，用螺旋压板将环向焊缝逐段对准到适合的焊接位置，再用“П形马”横跨焊缝用点固焊固定。批量生产时，一般是采用专门的封头装配台来完成封头与筒体的装配。封头与筒体组装时，封头拼接焊缝与相邻筒节的纵焊缝也应错开一定的距离。图1-8 封头简易装配法1—封头；2—筒体；3—吊耳；4—吊钩；5—滚轮架；6—П形马四、球罐的制作工艺的下料及成形方法
1.瓣片制造
球瓣的下料及成形方法较多。由于球面是不可展曲面，因此多采用近似展开下料。通过计算（常用球心角弧长计算法），放样展开为近似平面，然后压延成球面，再经简单修整即可成为一个瓣片，此法称为一次下料。还可以按计算周边适当放大，切成毛料，压延成形后进行二次划线，精确切割，此法称为二次下料，目前应用较广。如果采用数学放样，数控切割，可大大提高精度与加工效率。
对于球瓣的压形，一般直径小，曲率大的瓣片采用热压；直径大、曲率小的瓣片采用冷压。压制设备为水压机或油压机等。冷压球瓣采用局部成形法。具体操作方法是：钢板由平板状态进入初压时不要压到底，每次冲压坯料一部分，压一次移动一定距离，并留有一定的压延重叠面，这可避免工件局部产生过大的突变和折痕。当坯料返程移动时，可以压到底。
2.支柱制造
球罐支柱形式多样，以赤道正切式应用最为普遍。
赤道正切支柱多数是管状形式，小型球罐选用钢管制成；大型球罐由于支柱直径大而长，所以用钢板卷制拼焊而成。如考虑到制造、运输、安装的方便，大型球罐的支柱制造时分成上、下两部分，其上部支柱较短。上、下支柱的连接，是借助一短管，使安装时便于对拢。
支柱接口的划线、切割一般是在制成管状后进行。划线前应先进行接口放样制样板，其划线样板应以管子外壁为基准。支柱制好后要按要求进行检查，合格后还要在支柱下部的地方，约离其端部1500mm处取假定基准点，以供安装支柱时测量使用。
3.球罐的装配
球罐的装配方法很多，现场安装时，一般采用分瓣装配法。分瓣装配法是将瓣片或多瓣片直接吊装成整体的安装方法。分瓣装配法中以赤道带为基准来安装的方法运用得最为普遍。赤道带为基准的安装顺序是：先安装赤道带，以此向两端发展。它的特点是：由于赤道带先安装，其重力直接由支柱来支承，使球体利于定位，稳定性好，辅助工装少。图1-9所示是橘瓣式球罐分瓣装配法中以赤道带为基准的装配流程简图。图1-9 橘瓣式球罐的装配流程图第三节 压力容器制作过程的划线与展开放样一、结构图的特点
① 一般钢板与钢结构的总体尺寸相差悬殊，按正常的比例关系是难以表达，往往需要通过板厚来表达板材的相互位置关系或焊缝结构，因此在绘制板厚、型钢断面等小尺寸图形时，需按不同的比例画出来。
② 为了清楚表达焊缝位置和焊接结构，大量采用了局部剖视和局部放大视图，要注意剖视和放大视图的位置和剖视的方向。
③ 为了表达板与板之间的相互关系，除采用剖视外，还大量采用虚线的表达方式，因此，图面纵横交错的线条非常多。
④ 连接板与板之间的焊缝一般不用画出，只标注焊缝代号。但特殊的接头形式和焊缝尺寸应该用局部放大视图来表达清楚，焊缝的断面要涂黑，以区别焊缝和母材。
⑤ 为了便于读图，同一零件的序号可以同时标注在不同的视图上。二、结构图的读识方法
焊接结构施工图的读识一般按以下顺序进行：首先，阅读标题栏，了解产品名称、材料、重量、设计单位等，核对一下各个零部件的图号、名称、数量、材料等，确定哪些是外购件（或库领件），哪些为锻件、铸件或机加工件；再阅读技术要求和工艺文件，正式识图时，要先看总图，后看部件图，最后再看零件图；有剖视图的要结合剖视图，弄清大致结构，然后按投影规律逐个零件阅读，先看零件明细表，确定是钢板还是型钢；然后再看图，弄清每个零件的材料、尺寸及形状，还要看清各零件之间的连接方法、焊缝尺寸、坡口形状，是否有焊后加工的孔洞、平面等。三、划线
1. 划线的基本规则
① 垂线必须用作图法。
② 用划针或石笔划线时，针尖应紧贴钢尺移动。
③ 圆规在钢板上划圆、圆弧或分量尺寸时，应先打上样冲眼，以防圆规尖滑动。
④ 平面划线应先画基准线，后按“由外向内，从上到下，从左到右”的划线原则划线。先画基准线，是为了保证加工余量的合理分布，划线之前应该在工件上选择一个或几个面或线作为划线的基准，以此来确定工件其他加工表面的相对位置。一般情况下，以底平面、侧面、轴线或主要加工面为基准。
2. 划线的分类
① 平面划线与几何作图相似，在工件的一个平面上划出图样的形状和尺寸，有时也可以采用样板一次划成。
② 立体划线是在工件的几个表面上划线，即在长、宽、高三个方向上划线。
3. 基本线型的划法
① 直线的划法。直线长不超过1m可用直尺划线。划针尖或石笔尖紧抵钢直尺，向钢直尺的 外侧倾斜15°～20°划线，同时向划线方向倾斜。
直线长不超过5m用弹粉法划线。弹粉线时把线两端对准所划直线两端点，拉紧使粉线处于平直状态，然后垂直拿起粉线，再轻放。若是较长线时，应弹两次，以两线重合为准；或是在粉线中间位置垂直按下，左右弹两次完成。
直线超过5m用拉钢丝的方法划线，钢丝取ϕ0.5～1.5mm。操作时，两端拉紧并用两垫块垫托，其高度尽可能低些，然后可用90°角尺靠紧钢丝的一侧，在90°下端定出数点，再用粉线以三点弹成直线。
② 圆弧的划法。放样或装配有时会碰上划一段直径为几米大圆弧，用一般的地规和盘尺可以划出，再大一些的圆弧则采用近似几何作图或计算法作图。四、放样
1.放样的工具（1）放样台
放样台是进行实尺放样的工作场地，放样台要求光线充足，便于看图和划线。常用放样台有钢质和木质两种。
钢质放样台是用铸铁或由厚12mm以上的低碳钢板所制成，在钢板连接处的焊缝应铲平磨光，板面要平，必要时，在板面涂上带胶白粉，板下需用枕木或型钢垫高。
木质放样台为木地板，要求地板光滑，表面无裂缝，木材纹理要细、疤节少，还要有较好的弹性。为保证地板具有足够的刚度，防止产生较大的挠度而影响放样精度，地板厚度要求为70～100mm，各板料之间必须紧密地连接，接缝应该交错地排列。表面要涂上二三道底漆，待干后再涂抹一层灰色的无光漆，以免地板反光刺眼，同时该面漆可对各种色漆都能鲜明地衬出。（2）量具
放样使用的量具有钢卷尺、90°角尺、钢直尺、平尺等。（3）其他工具
常用的工具有划针、圆规、地规、粉线等工具。
常见划线工具如图1-10所示。图1-10 常见划线工具
2.放样方法（1）实尺放样
根据图样的形状和尺寸，用基本的作图方法，以产品的实际大小划到放样台的工作称为实尺放样。（2）展开放样
把各种立体的零件表面摊平的几何作图过程称为展开放样。（3）计算机光学放样
用计算机光学手段（比如扫描），将缩小的图样投影在钢板上，然后依据投影线进行划线。
3.放样程序
放样程序一般包括结构处理、划基本线型和展开三个部分。
结构处理又称结构放样，它是根据图样进行工艺处理的过程。一般包括确定各连接部位的接头形式、图样计算或量取坯料实际尺寸、制作样板与样杆等。
划基本线型是在结构处理的基础上，确定放样基准和划出工件的结构轮廓。
展开是对不能直接划线的立体零件进行展开处理，将零件摊开在平面上。
4.实尺放样过程举例
酯类反应器下壳体部件施工图如图1-11所示。图1-11 酯类反应器下壳体部件施工图（1）划基本线型
① 确定放样画线基准。从该构件施工图看出，主视图应以中心线和炉上口轮廓为放样画线基准。准确地画出各个视图的基准线。
② 画出构件基本线型。件③在视图上反映的是实形，可直接在钢板上划出。这是一个直径为d的整圆。为了提高划线的效率，可以做一个件③的号料样板，样板上应注明零件编号、直径、材质、板厚、件数等参数，如图1-11所示。件①和件②因是立体形状，不能直接划出，需要进行展开放样。（2）展开放样
计算弯曲展开长：件①是圆柱体，展开后是一矩形，最简单的办法是计算出矩形的长和宽即可划出。当弯曲件的板厚较小时，可直接按标注的直径或半径计算展开长；但当板厚大于1.5mm时，弯曲内外径相差较大，就必须考虑板厚对展开长度、高度以及相关构件的接口尺寸的影响。板厚越大，对这些尺寸的影响也越大。考虑钢板厚度而改变展开作图的图形处理称为板厚处理。
现将一厚板卷弯成圆筒，如图1-12（a）所示。通过图可以看出纤维沿厚度方向的变形是不同的，弯曲后内缘的纤维受压而缩短，而外缘的纤维受拉而伸长。在内缘与外缘之间必然存在弯曲时既不伸长也不缩短的一层纤维，该层称为中性层，中性层的长度在弯曲过程中保持不变，因此可作为展开尺寸的依据，如图1-12（b）所示。图1-12 圆筒卷弯的中性层
一般情况下，可以将板厚中间的中心层作为中性层来计算展开料，但如果弯曲的相对厚度较大，即板厚而弯曲半径小，中心层会被拉长，计算出来的尺寸就会偏大。原因是中性层已偏离了中心层所致，这时就必须按中性层半径来计算展开长了。中性层的计算公式如下：R=r+kδ （1-3）式中 R——中性层半径，mm；
r——弯板内弯半径，mm；
δ——钢板厚度，mm；
k——中性层偏移系数，其值见表1-2。表1-2 中性层偏移系数 五、展开放样
可展曲面的展开放样：如图1-13所示，件②是圆锥台体，是一种可展开表面，即立体的表面如能全部平整地摊平在一个平面上，而不发生撕裂或皱褶，这种表面称为可展开表面。相邻素线位于同一平面上的立体表面都是可展表面，如柱面、锥面等。如果立体的表面不能自然平整地展开摊平在一个平面上，即称为不可展表面，如圆球和螺旋面等。可展曲面的展开方法有平行线法、放射线法和三角形法三种。图1-13 90°弯头的展开
1.平行线展开法
展开原理是将立体的表面看做由无数条相互平行的素线组成，取两相邻素线及其两端点所围成的微小面积作为平面，只要将每一小平面的真实大小，依次顺序地画在平面上，就得到了立体表面的展开图，所以只要立体表面素线或棱线是互相平等的几何形体，如各种棱柱体、圆柱体等都可用平行线法展开。
图1-13为等径90°弯头的一段，先作其展开图。
按已知尺寸画出主视图和俯视图，8等分俯视图圆周，等分点为1、2、3、4、5，由各等分点向主视图引素线，得到与上口线交点1'、2'、3'、4'、5'，则相邻两素线组成一个小梯形，每个小梯形称为一个平面。
延长主视图的下口线作为展开的基准线，将圆周展开在展长线上得1、2、3、4、5、4、3、2、1各点。通过各等分点向上作垂线，与由主视图1'、2'、3'、4'、5'上各点向右所引水平线对应点交点连成光滑曲线，即得展开图。
2.放射线展开法
放射线法适用于立体表面的素线相交于上点的锥体。展开原理是将锥体表面用放射线分割成共顶的若干三角形小平面，求出其实际大小后，仍用放射线形式依次将它们画在同一平面上，就得所求锥体表面的展开图。件②是一个圆锥台，可采用放射线展开法展开，图1-14是其展开过程。展开时，首先用已知尺寸画出主视图和锥底断面图（以中性层的尺寸画），并将底断面半圆周若干等分，如6等分；然后，过等分点向圆锥底面引垂线，得交点1～7，由1～7交点向锥顶S连素线，即将圆锥面分成12个三角形小平面，以S为圆心S-7为半径画圆弧1-1，得到底断面圆周长；最后连接1-S即得所求展开图。
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