**章压力容器的结构特点和焊接接头的形式
筒体与封头等重要受压部件的连接，均应采用对接接头，这样接头的强度可以达到与母材相等，受力也比较均匀。交接接头多用于管接头与壳体的连接，搭接接头主要用于非受压部件与受压部件壳体的连接。A、B类接头均应采用单面或双面全焊透对接接头，为使单面焊双面成型效果较好，应采用填丝钨极*弧焊，细丝CO2气体保护焊等焊接工艺完成全焊透的封底焊缝或在焊缝背面加临时衬垫或固定衬垫，采用适当的焊接工艺，保证根部焊道双面成型并与坡口两侧完全熔合。
第二章压力容器用钢
屈服点：应力达到此值时，将出现较明显的塑性变形，此时应力增加不大，而拉伸应力明显增大。抗拉强度：应力达到此值时，将开始出现缩颈，即将断裂。屈强比愈小，即钢材屈服点与抗拉强度之差值愈大，压力容器运行时的安全裕度愈大，压力容器的工作可靠性愈高。当容器壳体的工作压力超过屈服点时，壳体就会发生不可恢复的变形，即容器的稳定性开始失效，但不至于破裂。如工作应力继续加大，达到钢板的抗拉强度时将导致容器的破裂。壳体强度的计算准则是不允许在工作压力下壳体的任何部位出现屈服应力。压力容器的主要部件如封头、筒体、接管和过渡段等，都采用冷热冲压，卷制和弯曲加工变形，要求钢材具有较好的塑性。
焊接结构包括包括压力容器一旦由于某些原因而产生脆性断裂时，裂纹扩展的速度接近于V型缺口冲击试样受冲击力作用而断裂而情况，但从材料角度讲，钢材的缺口冲击韧度越高，焊接结构抗脆断的能力愈高，即抗裂纹扩展的能力愈强。
压力容器各部件制造过程中冷弯、冷卷、冷校、冷冲、热冲压和热卷成型等都要求压力容器用钢要有良好的变形能力。冷弯角就是评定钢材变形性能的判据。钢材经冷弯变形后，强度提高而塑性和冲击韧性明显下降。压力容器部件如冷变形度超多5%，则应该在进行下道工序前做一次回火处理。经冷作加工的某些钢种受压部件如某工作温度正好在100~300oC范围内则在运行一段时间以后，壳体材料可能会出现强度增强，塑性下降、冲击韧度明显降低的应变时效现象。钢材的应变时效倾向主要取决于钢材本身的纯度和合金成分，钢中O、N含量越高，应变时效倾向越严重。完全脱氧和经脱氮处理的优质钢材几乎不存在应变时效倾向问题。
介质的电化学腐蚀 全面腐蚀：铬质量分数大于12.5%的铬钢已具有均匀腐蚀的能力。铬不锈钢在氧化性介质中容易在表面形成富铬氧化膜，可阻止金属离子化而产生钝化作用，使其腐蚀性得到提高。但在非氧化性酸溶液中如稀**和**中，单纯靠铬钝化的作用是不够的，必须在铬钢中加入适量的镍、钼和铜之类的合金元素，使其在还原性酸溶液中亦具有较高的耐腐蚀性。
点蚀：含氯离子较高的溶液更容易引起点腐蚀，降低碳含量提高铬、镍和钼含量可提高抗点蚀的能力。
晶间腐蚀：在腐蚀介质作用下，在晶粒边界附近集中产生的选择性腐蚀现象称晶间腐蚀。晶间腐蚀会导致钢材晶间结合力的丧失，抗拉强度大大降低。产生晶间腐蚀的原因主要是晶界碳化物的析出造成晶界贫铬。奥氏体不锈钢在500~800oC温度区间加热或在此温度区间缓慢冷却时，过饱和固溶在奥氏体中的碳以碳化铬的形式在晶界析出，使晶界附近的铬含量明显的降低，而出现明显的贫铬现象，则降低了该区的耐蚀性，产生晶间的选择性腐蚀。防止晶间腐蚀*根本的办法是降低不锈钢中的碳含量，如从一般碳的质量分数0.08%左右降低到0.03%以下的超低碳级，可有效防止晶间腐蚀，其次在不锈钢中添加Ti、Nb等稳定化元素使钢中的碳和Ti、Nb等合金元素形成较稳定碳化物，以阻止碳化铬在晶界形成。采用固溶处理和稳定化热处理消除晶间贫铬提高耐蚀性。防止焊接接头刀状腐蚀的办法除了选用超低碳稳定型奥氏体不锈钢之外，还应该采用低的热输入的焊接方法，必要时在焊接过程中，对高温焊接区进行急冷。
应力腐蚀：是钢材在拉应力作用和电化学介质共同作用下产生的局部腐蚀。其腐蚀的结构是产生分枝状的裂纹。诱发奥氏体不锈钢应力腐蚀的条件是同时含有一定浓度的氯离子和氧气。温度在50oC以上，结构中的缝隙、拐角部位都能使介质浓缩并在冷加工或焊接残余应力作用下导致应力腐蚀。焊接经消除应力处理后可避免应力腐蚀，在铬和铬镍不锈钢中，若提高Nb、Ti、Mo和N等元素的含量，则加剧应力腐蚀的倾向，而增加镍和碳含量，则降低应力腐蚀倾向。在奥氏体不锈钢中增加铁素体含量能提高抗应力腐蚀的作用。
对压力容器用钢焊接性的要求 在压力容器制造中使用的各种熔焊方法，其共同的特点是快速高温加热和快速冷却，在HZA引起钢材过热形成魏氏体组织或粗大的淬硬组织，硬度急剧提高，冲击韧性明显降低，钢中碳含量愈低，焊接性就愈好，焊接时不易产生裂纹。为使钢材适应压力容器制造中常用的高效和高热输入焊接方法。C含量应控制在0.20%以下，尤其是对厚板和大型锻件，要求更低含碳量，含碳量低于0.15%以下的微合金化钢以及热-力学控轧钢具有优良的焊接性和相当高的抗裂性。
合金元素和杂质对压力容器用的性能的影响
碳 随着钢中含碳量的提高，Fe3C量增多，淬硬性也随之提高，钢的抗拉强度和抗拉强度相应增强，而伸长率和缺口冲击韧度则下降，碳也能提高钢的高温强度，碳含量较高时HZA会出现淬硬现象，硬度显著提高，加剧了冷裂倾向。在碳含量较高的钢中，碳易与某些杂质形成低熔点共晶体夹杂，加剧了钢材焊接过程中的热裂倾向，而对于某些抗氢钢和耐热钢来说，一定的碳含量是保证钢材和焊缝金属具有足够韧性和高温强度所需要的。
锰 可在提高钢的抗拉强度和屈服强度的同时也不降低塑性。锰的含量在一定范围内具有细化组织的作用。增加锰含量可降低缺口冲击的脆性转变温度，提高抗脆断性能。锰在铁中固溶强化的极限是1.6%，如果超过此极限值，抗拉强度和屈服强度进一步提高而冲击韧度开始降低。锰具有脱硫的作用且阻止低熔点硫化物的形成提高抗热裂纹的能力。因此碳钢和低合金钢焊缝金属中保持适量锰含量是十分必要的。但是从焊接性能角度看，当碳含量超过1.2%时，由于提高了钢的淬硬性而加剧了HZA冷裂纹的敏感性，为防止冷裂纹的形成，低合金高强度C-Mn合金系列钢钢，当板厚超过某一界限时应预热，以减少其硬化程度。
硅 是固溶强化**合金的元素，但在低合金钢中硅含量不易过高，当超过0.5%时，由于硅酸盐夹杂物的增多而使钢材的塑性和韧性降低，在高强度调制钢中允许提高到1.2%，因为调制热处理可以弥补高的硅含量引起的韧性降低，硅是一种强烈的脱氧元素，是冶金镇静钢不可缺少的还原剂，较高的硅含量会使焊缝金属内残留较多的硅酸盐夹杂物而降低了焊缝金属中的塑性和冲击韧度，过量的硅可能会导致焊缝金属脆裂。
钼 其固溶强化作用强于Mn、Cr等元素，钼不仅能提高钢的常温强度还能提高高温持久强度和高温蠕变强度，是低合金耐热钢不可缺少的合金元素，钼也是增强抗氢能力而成为抗氢钢中不可缺少的合金元素。在Cr、Ni不锈钢中加入2%~3%的Mo可进一步提高其耐蚀性并同时降低焊缝金属热裂纹的敏感性，在低合金钢中加入少量的钼（0.3%左右），可提高焊缝金属的冲击韧度。从焊接性能角度看，钼提高了低合金钢的淬硬性和焊接冷裂敏感性，当其含量大于0.4%时就应预热，以防止冷裂纹的形成。
铬 强化作用与钼相似，是低合金耐热钢中*重要的合金元素之一，其能提高钢的高温强度和增强钢的抗氢能力，当钢中同时加入合金元素铬和钼时，钢的热强性和抗氢能力成倍提高。铬是不锈钢中*重要的合金元素，其含量超过12%时，在一般的腐蚀介质中具有耐蚀性，含量超过17%的铬钢和铬镍钢具有相当高的耐蚀性。从焊接性能角度看，当含量超过5%时，则可提高钢的淬硬性和冷裂倾向，超过5%时冷裂倾向加剧，Cr含量超过8%的铬钢其原始组织为全马氏体，必须采取特殊工艺才能提高焊接质量。
钒 钒是一种强烈的碳化物形成元素，也是固溶强化合金元素，主要以细化晶粒和碳化物的形式起强化作用。过量的钒可恶化钢材的塑性和韧性，当钢中同时存在Cr、Mo、V三种元素时，焊接在回火过程中会形成复杂的碳化物而降低了焊接接头的韧性和塑性。除一些特殊耐热钢外，低合金钢焊缝金属中的V**限制在0.1%以下，对于大于0.2%的低合金钢焊件焊后热处理时，必须严格控制热处理的温度，以保证焊接接头具有足够的韧性，以防止消除应力裂纹的形成。
钛 强烈的碳化物和氮化物形成元素，在低合金钢中能明显提高室温和高温强度，其含量不应超过0.2%，在一定范围内因其具有细化晶粒的作用而提高了钢材的冲击韧性，因其能形成稳定碳化物在不锈钢中能提高抗晶间腐蚀的性能，但因钛对氧的亲和力很高，熔滴在电弧过渡时极易烧损。
铌 其常作为细化晶粒元素加入，以提高钢的常温强度和韧性，含量应控制在0.015~0.060%之间。在不锈钢中因钒不易氧化，不易烧损且能形成稳定的碳化物从而阻止贫铬现象，但其质量分数也应控制在1.0%以下。铌对焊接性能的影响表现在因易于铁、碳等元素形成低温共晶物并在晶界偏集而加剧热裂纹敏感性。在高温输入法焊接时会使枝晶间高温裂纹的形成。
镍 具有固溶强化作用，能提高抗拉强度，改善冲击韧度特别是低温冲击 韧度。钢镍含量超过3.5%以上时，过热区金属晶粒长大的倾向明显增加并使该区的韧度急剧下降，因此镍钢必须采用低输入，在不锈钢中铬镍含量要匹配，如镍含量偏高，促使热裂纹的形成。
硫 硫会降低钢材的高温韧性，加剧钢材熔焊时产生的热裂纹敏感性且其具有易于偏析的特点，厚钢板中还有促使产生层状撕裂。
磷 易于形成低熔点共晶体，分布于晶界而加剧热裂倾向，这些低熔点共晶体还会消弱晶间结合力提高钢的冷脆性，会使钢在常温和低温下的冲击韧度明显下降。
综上所述，C、S、P等元素对钢的焊接性十分有害，Mn、Si、Ni、Mo等元素在一定范围内对钢材的焊接性起有利作用，Ti、V、Nb等微量元素亦控制在允许范围内。
压力容器用钢的分类
镇静钢 在冶炼过程中采用锰铁、硅铁和铝等脱氧剂对钢进行完全脱氧，使钢中的氧、氮等有害气体几乎全部从钢液中逸出，凝固后的钢锭组织相当的致密，保证了钢材成型后的各项性能。压力容器受压部件应采用镇静钢。
半镇静钢 虽亦经过脱氧处理，但脱氧过程还不完全，钢液浇注凝固后钢锭中还会残留部分氧化物和氮化物。其Si含量通常小于或者等于0.17%，在压力容器中只要用于制造非受压的承载部件，如支座、撑架等。
沸腾钢 是脱氧不完全的钢，钢液中残留FeO等氧化物。钢液注入钢锭铸模后，还会进行冶金反应放出大量CO2气体，产生沸腾现象，产生气泡，形成组织疏松的钢锭。其Si含量通常小于或等于0.07%。钢材成型后的性能较差，特别是缺口冲击韧度，原则上压力容器壳体不用沸腾钢，在压力容器制造过程中用于制造一些非承载件。
低碳钢≤0.25%; 中碳钢0.25%~0.60; 高碳钢≥0.60%
低合金钢＜5%; 中合金钢5%~10% 高合金钢＞10%
对压力容器焊缝金属性能性能的基本要求
等强度原则：压力容器焊接接头的等强度应理解为其强度性能不低于母材标准的下限值。
等塑性和等韧性原则：压力容器焊接接头等塑性和等韧性是指其塑性和韧性不低于母材标准规定的塑性和韧性指标的下限值或不低于容器制造技术条件的规定值。
等腐蚀性原则：压力容器焊接接头的等腐蚀性应理解为其耐腐蚀性、抗氢性和抗氧化性不低于母材标准规定的指标或产品制造技术条件相应的规定值。
气体对焊缝金属性能的影响
氧 当氧含量超过溶解度时，氧将以氧化铁和硅酸盐的形式存在，这些夹杂物会导致钢的强度、塑性和韧性急剧下降。氧化物和硫化物还可能与硫化物形成低熔点共晶体夹杂物，加剧了焊缝金属的冷脆性热裂敏感性。钨极*弧焊焊缝金属中的氧含量**，*常用的是硅锰联合脱氧。
氮 氮是焊缝中形成期空的主要因素，分布在晶界和晶内的氮化物是钢的强度提高，塑性和冲击韧性急剧下降。焊缝金属中氮体积分数超过0.01%时，就会产生明显的不利影响，氮含量较高的焊缝金属在室温或1000C~3000C工作温度下，经过一段时间后，塑性和冲击韧性会明显下降。埋弧焊焊缝氮含量*少，其次是钨极*弧焊。
氢 氢可以引起焊缝金属和ZHA的冷裂纹，还会使钢变脆即氢脆。冷裂纹是指焊接接头冷却到1000C以下的温度后形成的一种裂纹并具有延迟特性，即在焊后一段时间内裂纹才萌生与扩展。
焊缝金属的脱硫：酸性药皮焊条中的主要成分是二氧化硅和二氧化钛等酸性氧化物，不含氟石成分，故脱硫能力较弱，焊缝金属的硫含量相对较高。碱性药皮焊条中含有大量的氟石、大理石和铁合金，脱硫能力较强，焊缝金属的硫含量很低，大大提高焊缝金属的塑性和低温冲击韧度
焊缝金属的脱磷：较有效的办法是严格控制母材和各种焊接材料的磷含量。
压力容器用碳钢焊条的性能
焊接二、三类容器应该选用碱性低氢型焊条。酸性焊条如J422、J422Fe等钛钙型碳钢焊条只能用于压力容器的非受压部件的焊接如支座、附件和支撑等结构件。受压部件的主焊缝包括接管焊缝必须采用低氢型碱性焊条如：J506、J506H、J506Fe、J507、J507H、J507Fe等，对于厚壁高压容器壳体的焊接，**选用J507H或J506H。碱性焊条应采用划擦法引弧，而不采用敲击法引弧这是应为碱性焊条药皮比较脆，敲击时容易损坏药皮。
压力容器用低合金钢焊条的性能
考虑到厚壁压力容器憨厚需要较长周期的热处理，焊缝金属的强度将有所下降，这时不选用E6015而选用强度级别略高的E7015级焊条。490MPa级低合金钢焊条与E50级碳钢焊条在强度级别上是相同的，但是在熔敷金属化学成分和其他力学性能指标是不同的。