力容器发展与结构.doc

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1、常州机电职业技术学院 毕业论文摘要： 随着科学技术的发展，压力容器制造水平越来越高，压力容器涉及多个学科，综合性很强，一台压力容器从参数确定到投入正常使用，要通过很多的环节及相关部门的各类工程技术人员的共同努力才能实现。 本论文简述了压力容器的结构标准，主要研究了压力容器的焊接工艺及工艺评定，在对丙烷储罐进行了一定的介绍与笔者理解前提下，对丙烷储罐进行了焊接工艺卡的制定与焊接工艺的评定。经过笔者查阅收集资料，阐述了压力容器的组成结构与压力容器标准，通过查阅焊接手册及压力容器工艺手册，对压力容器的焊接材料与焊接工艺有了一定的了解，在老师的大力关心与辅导下完成了压力容器的工艺卡制作与工艺评定。通过

2、对丙烷储罐焊接工艺的评定，发现压力容器的制造可以用一定的新型材料，结构生产是严格复杂的，保证了容器的安全生产与安全使用。 通过对常温低压丙烷储罐焊接工艺评定的研究，发现压力容器的制作是一个复杂而又严紧的过程，压力容器的每个部分都需要确定使用的材料与焊接工艺，不可忽视每一个很小的环节，否则将会有生命的危险。这样多种性的操作特点给压力容器从选材、制造、检验到使用、维护以致管理等诸方面造成了复杂性，因此对压力容器的制造、现场组焊、检验等诸多环节提出了越来越高的要求。关键词：压力容器结构生产 焊接工艺 丙烷储罐结构 丙烷储罐焊接工艺 Abstract: Along with the science a

3、nd technology development, the pressure vessel manufacture level is more and more high,The pressure vessel involves many disciplines, the comprehensive nature is very strong, a pressure vessel determines from the parameter to the investment normal use,must can realize through very many links and the

4、 correlation departments each kind of engineers and technicians joint effort. The present paper has summarized the pressure vessel structure standard, Mainly has studied the pressure vessel welding craft and the craft evaluation,In has carried on certain introduction and the author to the propane st

5、orage tank understood under the premise, has carried on the welding operation code formulation and the welding craft evaluation to the propane storage tank,Consults the data collection after the author, elaborated the pressure vessel composition structure and the pressure vessel standard, through th

6、e consult welding handbook and the pressure vessel craft handbook, had certain understanding to the pressure vessel welding material and the welding craft,Has completed the pressure vessel operation code manufacture and the craft evaluation in under teachers vigorously care and counselling,Through t

7、o the propane storage tank welding craft evaluation, discovered the pressure vessel the manufacture may use certain new material, the structure production is strict complex, has guaranteed the vessel safety in production and the safety handling Through to the normal temperature low pressure propane

8、storage tank welding craft evaluation research, discovered the pressure vessel the manufacture is one complex and the close process, pressure vessel each part all needs to determine the use the material and the welding craft, noticeable each very small link, otherwise will be able to have the life d

9、anger.So that such many kinds of the operating feature for the pressure vessel from the selection, the manufacture, examined to the use, the maintenance the management and so on the various aspects has created the complexity, therefore to the pressure vessel manufacture, the scene group welded, the

10、examination and so on many links set the more and more high request.Keywords: Pressure vessel structure production Welding craft Propane storage tank structure Propane storage tank welding craft 目 录第1章 压力容器发展与结构介绍41.1 压力容器的应用与技术进展41.2 本论文的意义和目的61.3 压力容器组成结构61.4 压力容器分类与标准9第 2 章 压力容器焊接性分析及工艺评定142. 1 压

11、力容器焊接材料142. 2 压力容器焊接性分析152.3 压力容器焊接工艺评定的意义目的212.4 焊接工艺评定试验内容与评定报告21第 3 章 常温低压丙烷储罐材料选择253.1 丙烷的物理化学性253.2 罐主要受压元件材料25第4 章 丙烷储罐结构设计及焊后检验284.1 丙烷储罐结构设计284.2 丙烷储罐焊接工艺284.3 丙烷储罐设计制造36第5 章 丙烷储罐焊接工艺评定及工艺卡375.1 丙烷储罐焊接工艺评定试验375.2 丙烷储罐焊接工艺评定报告385.3 压力容器焊接工艺卡40第6 章 压力容器安全技术管理43结 论46参 考 文 献47致谢48第1章 压力容器发展与结构介绍

12、1.1 压力容器的应用与技术进展 1. 石油、化工、医药等产品是按照一定的工艺过程，在一定的条件下利用与之相匹配的机械设备生产出来的。随着科学技术的进步和工业生产的发展，特别是国民经济领域持续稳定的发展，压力容器已在石油化工轻工医药环保冶金食品生物工程及国防等工业领域以及人们的日常生活中得到广泛应用，且数量日益增大，大容积的设备也越来越多。例如生产尿素就需要与之配套的合成塔，换热器分离器反应器储罐等压力容器；石油化工中三大合成材料生产中的聚合加氢裂解等工艺的反应设备，用于原料成品及半成品的储存运输计量的各种储运设备等都是压力容器。据统计，化工厂中80%左右的设备都属于压力容器的范畴。如图1。图

13、1工业中的压力容器储罐 压力容器涉及多个学科，综合性很强，一台压力容器从参数确定到投入正常使用，要通过很多环节及相关部门的各类工程技术人员的共同努力才能实现。 2. 力容器向大型化发压展 随着生产和降低基建投资的需要，便于实现自动化，要求设备大型化，这就意味着压力容器的参数和直径的增加。如表1-1, 1-2, 1-3所示: 表1-1世界各国锅炉蒸汽参数 国别日本 美国德国英国法国锅炉蒸汽参数568538535568540 表1-2轻水型反应堆压力容器的主要参数 堆名堆型电功率(万千瓦）设计压力（公斤/ 厘米2）设计温度（ ）希平堆压力堆15176316德累斯顿1沸水堆2088343派立沙达斯压

14、力堆71176343德累斯顿2沸水堆71.588303 表1-3 120130万千瓦级反应堆压力壳的尺寸范围 堆型内径（mm)壁厚(mm)高度(mm)压力堆450050002202501200014000沸水堆6400670015017021000230001.2 本论文的意义和目的 本论文的主要意义是让笔者进一步了解压力容器的基本知识、基本组成结构、压力容器的焊接材料、压力容器材料的焊接性以及焊接工艺，从而来对丙烷储罐进行的工艺评定。通过本论文的写作，让笔者能够掌握一下几点的目的。 掌握压力容器的组基本结构，了解压力容器简单的设计方法。 掌握压力容器的结构、分类，并掌握压力容器所用标准。 掌

15、握压力容器采用的制造方法，并能进行焊接工艺检验与评定。掌握丙烷储罐的受压元件材料。掌握丙烷储罐的焊后处理与检验。掌握丙烷储罐的接头形式及焊接工艺。1.3 压力容器组成结构压力容器种类繁多，形式多样，如换热器、塔器、反应器、出槽等，但其基本结构是一个封闭的壳体，多由容器外壳和内件组成。容器外壳又有圆柱行筒体、球壳、椭球壳等；封头有球形封头、椭球形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头、平板等，再加上法兰、支座、接管、密封元件、安全附件等就构成了一台完整的设备。下面结合该图对压力容器的基本结构进行简单介绍。如图1-1所示图1-1 简单储罐结构1 ) 筒体 筒体是压力容器用以储存物料或完成化学反应所需

16、要的主要空间，是压力容器的最主要的受压元件之一。筒体通常由一个或多个筒节用钢板卷制焊接而成，当直径较小时，圆筒可用无缝钢管制作，这时筒体上便没有宗焊缝；当筒体直径较大时，可用钢板在卷板机上卷制成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊接的方法将其制成一个完整的圆筒，此时便存在纵焊缝。若直径不大则只有一条纵焊缝，如果直径较大，由于受到钢板尺寸和制造机器的限制，则有两条或两条以上的纵焊缝。当容器长度较长时，就需要两个或两个以上的筒节经焊接而成，这时就存在环向焊缝，简称环焊缝。当压力容器承受的压力较低或直径较小时可以用单层筒体，若压力较高则需要用多层组合式筒体。 2 )封头 封头即是容器的端盖

17、。根据几何形状的不同，压力容器封头分为球形封头、椭圆形封头、碟形封头、锥形封头和平板等各种形式。如图1-2 所示。其中椭圆形和球形封头应用最为广泛。除锥形封头和平板封头外，其余凸行封头均是将钢板通过冲压或爆炸成形等方法制作的。 图1-2 a 碟形封头b 球形封头C 椭圆行封头d锥形封头3) 法兰 法兰按其用途不同，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 为使容器壳体与外部管线连接或供人进出设备进行检修，常在压力容器的壳体上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔

18、、物料进出接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。为了便于检查、拆卸和洗涤容器内部的装置，需要设置人孔和手孔。手孔的大小便于操作人员的手自由通过，因此，手孔的直径一般不小于150mm，考虑到人臂长度约650700mm，所以压力容器直径大于1000mm时就不宜在设手孔，而应改设为人孔。人孔的形状有圆形和长圆形两种，人孔大小便于人员自由进出，一般圆形人孔至少为400mm，长圆形人孔的尺寸一般为350mm450mm。5 ) 支座 压力容器自身的重量和其内部介质的重量是通过支座来承受的，对塔类容器还要承受风载荷和地震载荷所造成的弯曲力矩。支座的形式有多种，圆筒形容器和球形容器的支座各

19、不相同。随安装位置的不同，容器支座分为立式支座和卧式支座两类。其中立式支座又有腿式支座支承式支座耳式支座和裙式支座四种；卧式容器支座有鞍式支座和圈式支座；球形支座有柱式支座和裙式支座。1.4 压力容器分类与标准 一、压力容器的分类 由于过程条件的多样化和复杂化，使得压力容器的种类繁多，为了了解压力容器的结构热点适用场合以及设计、制造、管理等方面的要求，需对压力容器进行分类。世界各国规范对压力容器分类方法各不相同，在次根据压力容器安全技术监察规程中的分类方法进行介绍。 1. 按工艺用途分类根据压力容器在生产工艺过程中的作用，将压力容器分为一下几类。（1） 反应压力容器（代号R） 主要用于完成介质

20、的物理化学反应。如反应器、反应釜、分解塔、聚合釜、合成塔等。 （2） 换热压力容器（代号E) 主要用于完成介质的热量交换。如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却塔、冷凝器、蒸发器等。（3） 分离压力容器（代号（S） 主要用于完成介质流体压力平衡和气体净化分离等。如分离器、过滤器、集油器、缓冲器等。（4） 储存压力容器（代号C,其中球罐代号B） 主要用于盛装生产用的原料气液体液化气体等。如储槽球、罐槽车等。 2. 按壳体的承压承压方式分类（1） 内压容器 作用于器壁内部的压力高于器壁外表面承受的压力。（2） 外压容器 作用于器壁内部的压力低于器壁外表面承受的压力。 将压力容器区分为内压容器和外压容器的

21、目的主要在于这两类容器的设计计算方法及要求不同，容器失效的形式也不同。对内压容器而言，器壁主要受拉应力，通常按强度条件确定壁厚；而外压容器特别在薄壁外压容器，在外压力作用下突出的问题是能否保持原有形状而不失稳。也就是说这两类容器具有不同的设计计算理论基础和应满足的条件。 3. 按设计压力的高低分类 （1） 低压容器 （代号L） 0.1MPaP1.6MPa 。 （2） 中压容器 （代号M） 1.6MPaP10MPa 。 （3）高压容器（代号H）10MPaP100MPa 。 （4）超高压（代号U） 100MPa 。按设计压力对容器分类的目的主要在于对不同压力等级的容器实行安全管理的程度不同，中国有

22、关压力容器安全监察方面的法规就是依不同压力等级再结合容器的用途和盛装介质的性质，使不同类别的容器接受不同级别的安全监察机构的管理和监督。4. 按容器的壁厚分类 （1） 薄壁容器 径比k=D0/Di1.2的容器。 （2） 厚壁容器 k1.2的容器。按壁厚分类的意义在于薄壁容器的壁厚相对直径较小，在内压力作用下，按薄膜理论假设器壁内呈两向应力状态而且沿壁厚均匀分布，这种假设有一定的近似性，但可简化计算，应用于工程设计中有足够的准确性，k值越小，实际压力状态就越接近这种假设。但随着k值的增大，容器壁内的实际应力状态和薄膜理论所作的假设差异较大，容器壁呈三相应力状态。器壁内的三向应力状态随着器壁的增加

23、就愈加明显且沿壁厚分布就愈不均匀，若按薄膜理论进行计算误差就较大，这时需要采用能反映三向应力状态的方法进行计算。综上所述，薄壁容器与厚壁容器设计计算的理论根据和要求也是不同的。而以k=1.2为界限则是根据长期的使用经验确定的。5. 按容器的工作温度分类 （1） 低温容器 设计温度20 （2）常温容器 设计温度20200 （3）中温容器 设计温度200450 （4）高温容器 设计温度温度450 按工作温度分类虽然没有严格的科学依据，其意义在于温度对材料的性能影响较大，在不同的温度范围，容器材料选用上需要考虑的问题是不一样的，如在低温下要考虑的冷脆性，温度越低冷脆性越明显，中温下要考虑氢腐蚀及材料

24、的抗回火脆性，高温下要考虑材料的蠕变性石墨化抗氧化性等。6. 按安装方式分根据安装方式分为固定式压力容器和移动式压力容器。 （1）固定式压力容器 按装和使用地点固定，工艺条件也相对固定的压力容器。如生产中的储槽塔器分离器热交换器等。 （2） 移动式压力容器 经常移动和搬运的压力容器。如汽车槽车铁路槽车等容器。按安装方式分类的目的在于这类压力容器在使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动所引起的冲击力，以及运输过程中还会受到外部撞击和振动载荷，因而在结构使用和安全方面均有其特殊的要求。7 按安全技术监察规程分类为了对待不同安全要求的压力容器在技术管理和监察方面的差异，我国

25、压力容器安全技术监察规程按容器的压力等级容积大小介质的危害程度及在生产过程中的作用综合考虑，把压力容器分为三个类别，其中第三类压力容器最为重要，要求也最为严格。具体划分如下。（1） 第三类压力容器 具有以下情形之一者为三类容器： 高压容器； 毒性程度为极度和高度危险介质的中压容器； 设计压力和容积的乘积积0.2MPam3的中压反应容器；设计压力和容积乘积10MPam3的中压储存容器； 高压中压式余热锅炉； 中压搪玻璃压力容器； 容积大于50m3球形储罐； 移动式压力容器，包括介质为液化气体低温液体的铁路槽车，介质为液化气体低温液体永久气体等的罐式汽车，介质为液化气体低温液体的罐式集装箱； 容积

26、大于5m3的低温液体储罐容器； 抗拉强度规定值下限下限下限540MPa的高强度材料压力容器。（2） 第二类压力容器 具有下列情形之一者为第二类压力容器： 中压容器； 易燃介质或毒性为中度危害介质的低压反应容器和低压储罐容器； 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； 低压搪玻璃压力容器；（3) 第一类压力容器 除第二类、第三类压力容器以外的所有低压容器。 介质的毒性程度参照参照参照GB50441985职业性接触毒物危害程度分级的规定，按其最高允许浓度的大小分为下列四级：极度危害（级) 最高允许浓度0.1mg/m3；高度危害（级) 允许浓度0.11.0mg/m3；中度危害（

27、级） 允许浓度1.010mg/m3；轻度危害(级） 允许浓度浓度浓度10mg/m3。输、级的常见介质有氟、氢氟酸、光气、氟化氢、氯等；属级的介质有二氧化碳、氨、一氧化碳、甲醇、硫化乙烯、二硫化碳、乙炔等；属级的介质有氢氧化钠、丙酮等。可见，我国的压力容器的分类方法综合考虑了设计压力、几何容积、材料强度、应用场合、介质危害程度等因数。由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管理体系的差异，压力容器分类方法是互不相同的。采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时，应采用相对应的压力容器分类方法。二、压力容器标准 1） 中国压力容器标准主要是政府牵头，由设计、制造等单位参与起草、修词，最后由政府颁布，

28、是强制性技术标准、法规，具有法律效用。ASME规范是由制造厂、用户、保险商等单位参与，属于行业协会颁布的标准，只有在地方政府的安全监督部门以法律形式认可情况下才能成为法定的控制产品质量的技术法规。中国压力容器标准在编制和修订过程中，主要参照了ASME，同时还借鉴了其它发达国家的几力容器标准，如BS5500等。中国压力容器标准中大部分要求与ASME规范相一致，部分虽与ASME规范要求不一致，但要求更加严格。相对于ASME标准，我国于1985年正式发行的钢制压力容器设计规定标志着我国开始形成统一的压力容器标准，1989年发行的压压GB 150-89钢制压力容器标志着我国已开始形成以强制性标准GB1

29、50-89为核心的压力容器标准体系框架，经过十多年的发展，我国的几力容器标准体系在人多数领域内都有与国外标准相刘一应的标准，技术内容在总体上也达到了国际先进标准的水平。 中国压力容器标准体系中，GB150钢制压力容器是最基本，应用最广泛的标准，其技术内容与SANE-1、JIS B 8270等国外先进压力容器标准大致相当，但在适用范围、许用应力和一些技术指标上有所不同。表2-1是中国、美国的压力容器标准中压力限定值的比较。 表2-1 中、美的压力容器标准中压力限定值比较中国压力容器标准美国ASME标准标准名称压力限定标准名称推荐压力范围GB150-89钢制压力容器35ASME-120JB4732

30、钢制压力容器-分析设计标准100ASME-270ASME-370 然而，我国的标准在主体上都以设计规范为主，不同于包含质量保证体系的SAME规范，为保证生产，原国家劳动总局颁布了压力容器安全监察规程，1990年原劳动部在总结执行经验的基础上，修订了1981年版的规程，并改名为压力容器安全技术监察规程，简称“容规”，并于1991年1月正式开始执行。1999年国家质量技术监督局又对压力容器安全监察规程进行了修订，并颁布了1999年版。压力容器标准是设计、制造、检验压力容器产品的依据；压力容器安全技术监察规程是政府对压力容器实施安全技术监督和管理的依据，属于技术法规规畴，两者的适用范围不同。压力容器

31、安全技术监察规程适用于同时具备以下条件的容器：1） 最高工作压力0.1MPa2） 内直0.1m，且容积容积容积0.025m3;3） 盛装介绍为气体、液体气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。第 2 章 压力容器焊接性分析及工艺评定 2. 1 压力容器焊接材料 在现代化工生产中，工艺条件比较苛刻，介质危险程度较大，要确保压力容器的安全运行，就必须对其所用材料有个全面的认识，这不仅需要熟悉材料的常规性能，而且需要了解压力容器的一些特殊要求，如高温、高压、低温真空条件、长期运行等。压力容器用钢一般有钢材、有色金属、非金属复合材料等，但在实际生产过程中使用最多的还是钢材，因此对钢材和选用原则做一个

32、简单介绍。1. 压力容器用低合金高强钢焊材选用 （1）根据钢材不同的强度级别选择与母材强度相当的焊缝金属是这类钢焊材选用的基本原则，当然，与此同时还要根据产品的使用条件、产品结构和板材厚度等因素，综合考虑焊缝金属的韧性、塑性和焊接接头的抗裂性。只要焊强度不低于或略高于母材标准抗拉强度的下限值即可。若选择的焊材焊缝金属强度过高，将会导致接头的韧性、塑性及抗裂性降低，接头的弯曲性能不易合格。 （2）由于这类钢都具有不同程度的冷裂纹倾向，所以，在等强度原则的前提下，严格控制焊材中的氢含量是非常重要的，应尽量选用低氢型的焊材。对于强度较高的低碳调质钢焊接时，更是如此，甚至要选择超低氢型的焊材，并严格控

33、制焊材的存放和使用。 （3）考虑焊后加工工艺的影响。对焊后需经热处理、热卷（热弯）的焊件，应考虑焊缝金属经受高温处理作用对其力学性能的影响，应保证焊缝金属经热处理后仍具有要求的强度、塑性和韧性等。例如，对于压力容器常见的16MnR钢的埋弧焊，一般情况下选用H10Mn2焊丝+HJ431焊剂即可。但对于焊后需经正火温度下冲压的封头拼板焊缝，其焊材选用应适当提高一档，使用H08MnMo焊丝+HJ431焊剂，可弥补其强度损失。 2. 压力容器用耐热钢焊材选用 （1）与低合金高强钢相同，焊缝金属和母材等强度原则仍是低合金耐热钢焊材选用的基本原则，只不过此时不但要考虑焊缝金属与母材的常温强度等强，同时也要

34、使其高温强度不低于母材标准值的下限要求。 （2）为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能，因此要求其焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限。 （3）为保证焊缝金属有同样小的回火脆性，应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量。 （4）为提高焊缝金属的抗裂性，应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，但应注意，含碳量过低时，经长时间的焊后热处理会促使铁素体形成，从而导致韧性下降，因此，对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在0.08 0.12范围内，这样才会使焊缝金属具有较高的冲击韧性和与母材相当的高温蠕变强度。 3 . 压力容器用低温钢焊材选用 （1）所选用的焊材必须保证焊缝含

35、有最少的有害杂质（S、P、O、N等），对于含镍低温钢尤其要严格控制。 （2）选用的焊材应保证焊缝金属的低温韧性。对于含镍低温钢，选用的焊材的含镍量应与母材相当或稍高。2. 2 压力容器焊接性分析 1. 压力容器用低合金高强钢焊接要点 （1）选用低氢或超低氢高韧性的焊材，且重视烘干、保存以及坡口的清理，以减少焊缝中的扩散氢。 （2）为了避免热影响区粗晶区的脆化，一般应注意不要使用过大的线能量。对于含碳量偏下限的16MnR钢焊接时，焊接线能量没有严格的限制，因为这种钢焊接热影响区脆化倾向较小，但对于含钒、铌、钛等微合金化元素的钢，则应选用较小的焊接线能量。 （3）对于碳及合金元素含量较高、屈服强度

36、也较高的低合金高强钢，如18MnMoNbR，由于这种钢淬硬倾向较大，又要考虑其热影响区的过热倾向，则在选用较小线能量的同时，还要增加焊前预热、焊后及时后热等措施。 （4）焊接低碳调质钢时，为了使热影响区保持良好的韧性，同时使焊缝金属既有较高的强度又有良好的韧性，这就要求焊缝金属得到针状铁素体组织，而这种组织只有在较快的冷却条件下才能获得，为此要严格控制焊接线能量，不推荐采用大直径的焊条和焊丝，且要采用多道多层的窄焊道焊，尽量不作横向摆动的运条方式。为防止冷裂纹的产生，焊前需要预热，但应严格控制预热温度，预热温度过高，会使热影响区冷却速度过于缓慢，从而在该区内产生马氏体+奥氏体混合组织和粗大的贝

37、氏体，使强度下降，韧性变坏。一般要求最高预热温度不得高于推荐的最低预热温度加50。采用低温预热加后热的方法既可防止低碳调质钢产生冷裂纹，又可减轻或消除预热温度过高带来的不利影响。 （5）加强对焊接接头的无损检测，对再热裂纹敏感的钢种，应在PWHT前后都要做射线或超声检测。 2 耐热钢压力容器的焊接（1） 压力容器用耐热钢及其焊接性在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把碳含量控制在0.2以下。这类钢通常以退火态或正火+回火状态交货。由于合金含量在2.5以下的低合金耐热钢具有珠光体+铁素体组织，故也

38、经常称为珠光体耐热钢，如15CrMoR。合金含量在3 5之间的低合金耐热钢供货状态为贝氏体+铁素体组织，故也称为贝氏体耐热钢，如12Cr2Mo1R。 压力容器上使用的低合金耐热钢主要是以加入铬和钼元素或辅以加入少量的钒、钛等元素来提高钢的蠕变强度和组织稳定性，所以也经常称之为Cr-Mo耐热钢或Cr-Mo-V系耐热钢。也正由于这一类钢在耐高温的同时还具有良好的抗氢腐蚀性能，为此，Cr-Mo或Cr-Mo-V系的低合金耐热钢亦经常称为抗氢钢。 作为耐热钢，除上面已讲到的低合金耐热钢外，还有合金含量在在6 12之间的中合金耐热钢，如1Cr5Mo、1Cr9Mo1，和合金大于13的高合金耐热钢，如1Cr1

39、7。由于在压力容器中这两类耐热钢并不多见，本节以叙述低合金耐热钢为主。 为保证耐热钢焊接接头在高温、高压和各种腐蚀介质条件下长期安全的运行，其焊接接头性能应满足下列几点要求。 接头的等强性 耐热钢接头不仅应具有与母材基本相等的室温和高温短时强度，而且更重要的是应具有与母材相近的高温持久强度。 接头的抗氢性和抗氧化性 耐热钢接头应具有与母材基本相同的抗氢性和高温抗氧化性。为此，焊缝金属的合金成分和含量应与母材基本一致。 接头的组织稳定性 耐热钢焊接接头在制造过程中，特别是厚壁接头将经受长时间多次热处理，在运行过程中将长期受高温高压的作用，接头各区不应产生明显的组织变化及由此引起的脆变或软化。 接

40、头的抗脆断性 虽然耐热钢压力容器大多数是在高温下工作，但当压验。在安装检修完后，要经历水压试验及冷启动过程。因此，耐热钢焊接接头力容器和管道制造完工后将在常温下进行设计压力1.25倍压力的水压试亦应具有一定的抗脆断性。 接头的物理均一性 耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的物理性能。焊缝金属的热膨胀系数和热导率应基本一致，这样就可避免接头在高温运行过程中的热应力。（2） 压力容器用耐热钢焊接要点1）预热与层间温度 在Cr-Mo钢的焊接特点中提到的冷裂纹、热裂纹及消除应力裂纹，都与预热及层间温度相关。一般来说，在条件许可下应适当提高预热及层间温度来避免冷裂纹和再热裂纹的产生。表2-1为对各种低合

41、金耐热钢推荐选用的预热温度和层间温度，但在设备制造过程中还要结合实际选用。 表 2-1 推荐选用的低合金耐热钢预热及层间温度钢种预热温度/层间温度/15CrMoR150150 25012Cr1MoV200250左右12Cr2Mo1R200 250200 300在Cr-Mo钢上堆焊不锈钢100 对于预热和层间温度，应注意以下几点： 整个焊接过程中的层间温度不应低于预热温度。 要保证焊件内外表面均达到规定的预热温度。 对于厚壁容器，必须注意焊前、焊接过程和焊接结束时的预热温度基本保持一致并将实测预热温度做好记录。 若容器焊前进行整体预热不仅费时而且耗能。实际上，作局部预热可以取得与整体预热相近的效

42、果，但必须保证预热区宽度大于所焊厚度的4倍，且至少不小于150mm。 预热与层间温度必须低于母材的Mf点(马氏体转变结束点)，否则当焊件经SR处理后，残留奥氏体可能发生马氏体转变，其中过饱和的氢逸出会促使钢材开裂，如对12Cr2Mo1R的预热和最高层间温度应低于300。 钢材下料进行热切割时，类似焊接热影响区的热循环，切割边缘的淬硬层可能成为钢材卷制或冲压时的裂源。因此，也应适当预热。2）焊后热处理 对于低合金耐热钢，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，而且更重要的是改善组织提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度，还有就是使氢进一步逸出以避免

43、产生冷裂纹。因此，在拟定低合金耐热钢焊接接头的焊后热处理规范时，应综合考虑下列冶金和工艺特点。 焊后热处理应保证近缝区组织的改善。 加热温度应保证焊接接头的焊接应力降到尽可能低的水平。 焊后热处理不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计规定的最低限度以下。这一点往往要通过对母材及焊接接头进行最大和最小模拟焊后热处理(Max. PWHT及Min. PWHT)后的各项力学性能检测来确定。 由于耐热钢的回火脆性及再热裂纹倾向，焊后热处理应尽量避免在所处理钢材回火脆性敏感区及再热裂纹倾向敏感区的温度范围内进行。应规定在危险温度范围内要有较快的加热速度。综合考虑以上4个特点，需要制定一个合适的耐热钢焊

44、后热处理规范，经过大量的试验、研究，引出了一个指导性参数，即纳尔逊米勒（RarsonMiller）参数 Tp，也称回火参数。Tp= T ( 20+log t )10-3式中：T 热处理绝对温度，Kt 热处理保温时间，h从式中可以看出，热处理的温度和保温时间决定了Tp值的高低，也就影响了Cr-Mo钢焊接接头的强度和韧性。Tp值过低，接头的强度和硬度会过高而韧性较低，若Tp值太高，则强度和硬度会明显下降，同时由于碳化物的沉淀和聚集也会使韧性下降，因此，Tp值在18.2 21.4可以使接头具有较好的综合力学性能。当然，对于每一种Cr-Mo钢都有一个最佳的回火参数范围，如1.25Cr-0.5Mo钢焊缝

45、金属的最佳Tp值为20.0 20.6之间，对于2.25Cr-1Mo钢而言，其最佳的Tp值在20.2 20.6之间。 3）后热和中间热处理 Cr-Mo钢冷裂倾向大，导致生产裂纹的影响因素中，氢的影响居首位，因此，焊后(或中间停焊)必须立即消氢。一般说来，Cr-Mo钢容器的壁厚、刚性大、制造周期长，焊后不能很快进行热处理，为防裂并稳定焊件尺寸，在主焊缝(或主焊缝和壳体接管焊缝)完成后进行比最终热处理温度低的中间热处理。这类钢的后热温度一般为300 350，也有少数制造单位取350 400的。中间热处理规范随钢种、结构、制造单位的经验而异，一般中间热处理温度为(620 640)15。 4）焊接规范的选择 焊接线能量、预热温度和层间温度直接影响到焊接接头 的冷却条件，一般来说，焊接线能量越大，冷却速度越慢，加之伴有较高的预热和层间温度，就会使接头各区的晶粒粗大，强度和韧性都会降低。对于低合金耐热钢而言，对焊接线能量在一定范围内变化并不敏感，也就是说，允许的焊接线能量范围较宽，只有当线能量过大时，才会对强度和韧性有明显的影响，所以为了防止冷裂纹的产生，希望焊接时线能量不要过小。 3 低温钢压力容器的焊接 （1） 压力容器用低温钢及其焊接特点GB150-1998钢制压力容器附录C规定，设