承压设备设计中焊接接头系数的选取

何华兵 蔡 波 黄 志

（蚌埠三德兴机械有限公司)

承压设备设计中焊接接头系数的选取

何华兵*蔡 波 黄 志

（蚌埠三德兴机械有限公司)

论述了承压设备设计中几处易产生争议的焊接接头系数φ值的选取。

焊接接头系数 承压设备 开孔补强 压力容器 封头 无损检测

在学习贯彻 GB 150.1～150.4—2011《压力容器》、GB 151—1999《管壳式换热器》以及国家质量监督检验检疫总局TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 （下简称 《固容规》）的过程中，有几处焊接接头系数φ值的选取容易引起争议，为此笔者谈一下自己的看法，供参考。

1 开孔处计算厚度δ计算式中φ值的选取

GB 150.1～150.4—2011 《压力容器》（GB 150—1998《钢制压力容器》第8.5.1条）中的6.3.3.2条给出了对内压容器壳体开孔所需补强面积的计算式：

式中A——开孔削弱所需的补强截面积，mm2；

dop——开孔直径，mm；

δ——开孔处计算厚度，mm；

δet——接管有效厚度，mm；

fr——强度削弱系数，mm。

显然，要求取δ就必需解决开孔处焊接接头系数φ值如何选取的问题。

当壳体的焊接接头系数φ=1时，任意开孔处φ=1。若有人提出，当开孔正好在B类焊接接头上而B类φ值又不为1，怎么办？本人认为，由于B类φ值不会小于0.5，不会对开孔处φ值造成影响。

当壳体φ值小于1时，开孔处φ如何选取？这个问题比较复杂，现分析如下：

（1）开孔处有效补强范围内，计算截面为母材，此时φ=1。

（2）开孔处有效补强范围内，计算截面穿过B类焊接接头，由于B类φ值不小于0.5，故对计算截面（对圆筒体为轴向截面）而言，其φ值可取1。

（3）开孔处有效补强范围内，计算截面正好穿过A类焊接接头，而A类φ值又小于1，例如0.85等，笔者认为可仍取1。理由是：根据GB 150.1～150.4—2011 《压力容器》 （GB 150—1998《钢制压力容器》中第10.8.2.2c以及10.8.4.1b款：以开孔中心为圆心、1.5倍开孔直径为半径的圆中所包容的焊接接头应全部检测）中的10.3.2c条：对于满足GB 150.3—2011中6.1.3条不另行补强的接管，自开孔中心、沿容器表面的最短长度等于开孔直径的范围内的焊接接头应100%检测，RT及UT检测合格的级别分别为不低于Ⅲ级和不低于Ⅱ级，即与壳体相一致。 《固容规》亦有相同的规定。因此有人认为，所取的φ值应等同于壳体的φ值。从合理角度考虑，φ值取小于1的值，有一定道理，但是由于设计人员在进行设计计算时是无法预先知道这一情况的，更何况计算截面正好位于A类焊接接头上的情形十分少，如果连这一比较特殊的情形也要分清φ=1还是φ＜1，对设计人员而言未免太苛刻了。而且，常规设计中采用的等面积补强法本来就是带有经验性的计算方法。因此，笔者认为， “设计标准”中可以明确开孔处计算厚度δ的计算式中φ=1。当然，为稳妥起见，亦可同时规定避免开孔计算截面位于A类焊接接头上。

2 凸形封头计算厚度δ计算式中φ值的选取

凸形封头在 GB 150.1～150.4—2011《压力容器》中仅指圆形、蝶形、球冠形、半球形封头几种。从成形的过程来看，有整板成形、先拼后成形以及先成形后拼接几种情况。下面就这几种情况进行分析。

（1）整板成形。

显然，其焊接接头系数φ=1。

（2）先拼板后成形，且壳体焊接接头系数φ=1。

先拼板后成形，且壳体焊接接头系数φ=1，这种情况显然其焊接接头系数φ=1。

（3）先拼板后成形，但壳体焊接接头系数φ＜1。

根据 GB 150.4—2011 《压力容器》（GB 150—1998《钢制压力容器》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头上的所有拼接接头应全部检测，RT检测不低于Ⅲ级为合格，UT检测不低于Ⅱ级为合格）中10.3.2款要求：第（a）款至第（e）款所述部位、焊缝交叉部位以及先拼板后成形凸形封头上的所有拼接接头都应100%检测。在10.6.2款的表6射线、超声波检测合格指标中明确规定：RT检测合格级别为Ⅱ级，UT检测合格级别为Ⅰ级。 《固容规》亦有同样的规定。因此有一种意见认为，φ值应等同于壳体的φ值。这样认为是有一定的道理的。因为GB 150所规定的焊接接头系数是以焊接接头设计及制造要求符合GB 150.1～150.4—2011《压力容器》（GB 150—1998《钢制压力容器》第10章及附录J中的规定）中的GB 150.4—2011相关章节及GB 150.3—2011附录D的规定为前提的。但问题是设计人员有时并不能准确判断是整板成形，还是先拼板后成形。有人认为，公称直径不大于1200 mm时，就可以认定属整板成形，否则属先拼板后成形，这也可作为一般规律看待。在生产实践中，也不乏出现公称直径不大于1200 mm而采用先拼板后成形的，那么φ值究竟取多少合适？本人认为，若封头的φ=1，则应在技术要求中注明封头整体成形或先拼板后成形，全部RT检测Ⅱ级以上合格或全部UT检测Ⅰ级合格。若φ值等同于壳体，则不在技术要求中注明此内容。

（4）先成形后拼接。

先成形后拼接封头属于瓜瓣成形的情况，φ值的选取同壳体，不会产生异议。

3 平盖厚度δp的计算公式φ值的选取

平盖厚度δp按管箱有无隔板两种情况分别进行计算。根据GB 151—1999《管壳式换热器》有下述两种情况：

（1）管箱内无隔板时，平盖厚度按式 （2）和式 （3）计算，取大值。

当平盖材料为整板或锻件时，式 （2）、式 （3）中φ=1不会有异议。平盖材料为拼板的情况不多见，一般在直径较大时才有可能。若为拼板，其检测比例及合格级别GB 151—1999《管壳式换热器》中未作规定。笔者建议，在GB 151—1999《管壳式换热器》改版时，不妨也能像管板那样作出明确规定，即100%无损检测，RT检测Ⅱ级以上合格，UT检测Ⅰ级合格，认定φ=1，从而避免设计人员可能会遇到预先较难判定φ取值的问题。

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

*何华兵，男，1974年生，硕士，工程师。蚌埠市，233400。

2012-04-17）