承壓設備設計中焊接接頭系數的選取

何華兵 蔡 波 黃 志

（蚌埠三德興機械有限公司)

承壓設備設計中焊接接頭系數的選取

何華兵*蔡 波 黃 志

（蚌埠三德興機械有限公司)

論述了承壓設備設計中幾處易產生爭議的焊接接頭系數φ值的選取。

焊接接頭系數 承壓設備 開孔補強 壓力容器 封頭 無損檢測

在學習貫徹 GB 150.1～150.4—2011《壓力容器》、GB 151—1999《管殼式換熱器》以及國家質量監督檢驗檢疫總局TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》 （下簡稱 《固容規》）的過程中，有幾處焊接接頭系數φ值的選取容易引起爭議，為此筆者談一下自己的看法，供參考。

1 開孔處計算厚度δ計算式中φ值的選取

GB 150.1～150.4—2011 《壓力容器》（GB 150—1998《鋼制壓力容器》第8.5.1條）中的6.3.3.2條給出了對內壓容器殼體開孔所需補強面積的計算式：

式中A——開孔削弱所需的補強截面積，mm2；

dop——開孔直徑，mm；

δ——開孔處計算厚度，mm；

δet——接管有效厚度，mm；

fr——強度削弱系數，mm。

顯然，要求取δ就必需解決開孔處焊接接頭系數φ值如何選取的問題。

當殼體的焊接接頭系數φ=1時，任意開孔處φ=1。若有人提出，當開孔正好在B類焊接接頭上而B類φ值又不為1，怎么辦？本人認為，由于B類φ值不會小于0.5，不會對開孔處φ值造成影響。

當殼體φ值小于1時，開孔處φ如何選取？這個問題比較復雜，現分析如下：

（1）開孔處有效補強范圍內，計算截面為母材，此時φ=1。

（2）開孔處有效補強范圍內，計算截面穿過B類焊接接頭，由于B類φ值不小于0.5，故對計算截面（對圓筒體為軸向截面）而言，其φ值可取1。

（3）開孔處有效補強范圍內，計算截面正好穿過A類焊接接頭，而A類φ值又小于1，例如0.85等，筆者認為可仍取1。理由是：根據GB 150.1～150.4—2011 《壓力容器》 （GB 150—1998《鋼制壓力容器》中第10.8.2.2c以及10.8.4.1b款：以開孔中心為圓心、1.5倍開孔直徑為半徑的圓中所包容的焊接接頭應全部檢測）中的10.3.2c條：對于滿足GB 150.3—2011中6.1.3條不另行補強的接管，自開孔中心、沿容器表面的最短長度等于開孔直徑的范圍內的焊接接頭應100%檢測，RT及UT檢測合格的級別分別為不低于Ⅲ級和不低于Ⅱ級，即與殼體相一致。 《固容規》亦有相同的規定。因此有人認為，所取的φ值應等同于殼體的φ值。從合理角度考慮，φ值取小于1的值，有一定道理，但是由于設計人員在進行設計計算時是無法預先知道這一情況的，更何況計算截面正好位于A類焊接接頭上的情形十分少，如果連這一比較特殊的情形也要分清φ=1還是φ＜1，對設計人員而言未免太苛刻了。而且，常規設計中采用的等面積補強法本來就是帶有經驗性的計算方法。因此，筆者認為， “設計標準”中可以明確開孔處計算厚度δ的計算式中φ=1。當然，為穩妥起見，亦可同時規定避免開孔計算截面位于A類焊接接頭上。

2 凸形封頭計算厚度δ計算式中φ值的選取

凸形封頭在 GB 150.1～150.4—2011《壓力容器》中僅指圓形、蝶形、球冠形、半球形封頭幾種。從成形的過程來看，有整板成形、先拼后成形以及先成形后拼接幾種情況。下面就這幾種情況進行分析。

（1）整板成形。

顯然，其焊接接頭系數φ=1。

（2）先拼板后成形，且殼體焊接接頭系數φ=1。

先拼板后成形，且殼體焊接接頭系數φ=1，這種情況顯然其焊接接頭系數φ=1。

（3）先拼板后成形，但殼體焊接接頭系數φ＜1。

根據 GB 150.4—2011 《壓力容器》（GB 150—1998《鋼制壓力容器》中的第10.8.2.2a款以及第10.8.4.1b款、第10.8.4.2b款先拼板后成形凸形封頭上的所有拼接接頭應全部檢測，RT檢測不低于Ⅲ級為合格，UT檢測不低于Ⅱ級為合格）中10.3.2款要求：第（a）款至第（e）款所述部位、焊縫交叉部位以及先拼板后成形凸形封頭上的所有拼接接頭都應100%檢測。在10.6.2款的表6射線、超聲波檢測合格指標中明確規定：RT檢測合格級別為Ⅱ級，UT檢測合格級別為Ⅰ級。 《固容規》亦有同樣的規定。因此有一種意見認為，φ值應等同于殼體的φ值。這樣認為是有一定的道理的。因為GB 150所規定的焊接接頭系數是以焊接接頭設計及制造要求符合GB 150.1～150.4—2011《壓力容器》（GB 150—1998《鋼制壓力容器》第10章及附錄J中的規定）中的GB 150.4—2011相關章節及GB 150.3—2011附錄D的規定為前提的。但問題是設計人員有時并不能準確判斷是整板成形，還是先拼板后成形。有人認為，公稱直徑不大于1200 mm時，就可以認定屬整板成形，否則屬先拼板后成形，這也可作為一般規律看待。在生產實踐中，也不乏出現公稱直徑不大于1200 mm而采用先拼板后成形的，那么φ值究竟取多少合適？本人認為，若封頭的φ=1，則應在技術要求中注明封頭整體成形或先拼板后成形，全部RT檢測Ⅱ級以上合格或全部UT檢測Ⅰ級合格。若φ值等同于殼體，則不在技術要求中注明此內容。

（4）先成形后拼接。

先成形后拼接封頭屬于瓜瓣成形的情況，φ值的選取同殼體，不會產生異議。

3 平蓋厚度δp的計算公式φ值的選取

平蓋厚度δp按管箱有無隔板兩種情況分別進行計算。根據GB 151—1999《管殼式換熱器》有下述兩種情況：

（1）管箱內無隔板時，平蓋厚度按式 （2）和式 （3）計算，取大值。

當平蓋材料為整板或鍛件時，式 （2）、式 （3）中φ=1不會有異議。平蓋材料為拼板的情況不多見，一般在直徑較大時才有可能。若為拼板，其檢測比例及合格級別GB 151—1999《管殼式換熱器》中未作規定。筆者建議，在GB 151—1999《管殼式換熱器》改版時，不妨也能像管板那樣作出明確規定，即100%無損檢測，RT檢測Ⅱ級以上合格，UT檢測Ⅰ級合格，認定φ=1，從而避免設計人員可能會遇到預先較難判定φ取值的問題。

Choice of the Welding Joint Coefficients in Design of Pressure Equipment

He Huabing Cai Bo Huang Zhi

Discusses the selection of several welding joint coefficients with arguments in the design of pressure equipment.

Welding joint coefficient;Pressure equipment;Opening reinforcement;Pressure vessels;Head;Nondestructive testing

TQ 050.2

*何華兵，男，1974年生，碩士，工程師。蚌埠市，233400。

2012-04-17）