解析关于gb 150-1998中焊接接头系数的探讨

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1、标准与规范石油化工设备技术，2008，29(4)·64·Petro-ChemicalEquipmentTechnology关于GB150—1998中焊接接头系数的探讨郝炳光，王传红(潍坊生建锅炉压力容器厂，山东潍坊261031)摘要：针对按GB150一1998标准进行受压元件强度计算时，焊接接头系数如何选取的问题进行了探讨，分析了影响焊接接头系数选取的有关因素，指出了GB150中的不足。关键词：GB150～1998；焊接接头系数；选取；探讨中图分类号：TE969文献标识码：B文章编号：1006—8805(2008)04—0064—031问题的提

2、出在按GB150一1998《钢制压力容器》进行受压元件强度计算时，常遇到无法确定焊接接头系数的问题。仅在3．7条指出：“焊接接头系数击应根据受压元件的焊接接头形式及无损检测的长度比例确定。双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头：100％无损检测，西=1．0；局部无损检测，西一0．85。单面焊对接接头(沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板)：100％无损检测，西一0．9，局部无损检测，西一0．8。”这样的规定给设计者在选用时带来了不少的困惑。2采用焊接接头系数的原由钢制压力容器绝大多数是通过焊接制造完成的，在焊缝区，由于焊接时可能产生诸如气孔

3、、夹渣、未焊透、咬边、裂纹等缺陷；同时，焊接热影响区往往形成粗大晶粒区而使母材的强度或塑性下降；由于结构的刚性约束，也往往造成较大的焊接内应力。因此，焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。焊接接头系数正是指因对接焊接可能影响材料强度而引入的其值不超过1．0的系数，有些专家解释为对接焊接接头强度与母材强度之比。用以反映由于焊接材料、焊接缺陷和焊接残余应力等因素使焊接接头强度被削弱的程度，是焊接接头力学性能的综合反映[1。3]。ASME第Ⅷ卷第1册《压力容器建造规则》(以下简称ASMEⅧ一1)中使用了焊接接头系数(或称作焊缝系数、质量系数)的概念来表示

4、焊接接头质量对受压元件强度的影响或对焊接工艺、焊接质量的信任度。ASMEⅧ一1是世界各国公认的压力容器方面的先进标准之一。ASMEⅧ一1区分了具体的焊接接头系数和用于元件壁厚计算公式中的焊接接头系数[4’5]。GB150一1998参照了其中的内容，但与之并不完全相同。GB150中的焊接接头系数是指在设计各受压元件时，引入计算公式中的参数击，以许用应力[盯]‘和≯的乘积降低材料许用应力，从而增加受压元件的计算厚度，增加了材料成本，以提高设备的安全性，同时降低了经济性。这时焊接接头系数起到了类似安全系数的作用，因为它不仅增加了焊缝区域的厚度，而且增

5、加了整个受压元件的厚度。3确定焊接接头系数时遇到的问题3．I内压薄壁圆筒焊接接头系数的确定钢板卷制的内压薄壁圆筒上带有纵向和环向的焊接接头，采用无缝钢管的内压圆筒仅有环向焊接接头，因而圆筒的焊接接头系数也就有环向和纵向之分。根据焊接接头形式和无损检测比例的不同，圆筒的焊接接头系数就会有不同的取值。但是在确定圆筒厚度的计算式中，还是应代入纵向焊接接头系数进行计算。其原因有两点：第一，由薄壳无力矩理论分析得到圆筒在承受均匀内压作用时，其内壁中产生的两向薄膜应力(设圆筒的平均直径为D，壁厚为占，户为计算压力)如下：^n周向应力或环向应力：国一等(第一

6、主应力)收稿日期：2008—03—07。作者简介：郝炳光(1972一)，男。1996年毕业于浙江大学化工设备与机械专业．获学士学位。现在潍坊生建锅炉压力容器厂主要从事压力容器设计工作，工程师。第29卷第4期郝炳光等．关于GB150一1998中焊接接头系数的探讨轴向应力溉=—f忑,u(第二主应力)‘士O上述应力为一次总体薄膜应力，并且环向应力为轴向应力的2倍，或者说在筒体纵缝所处的断面上承受的应力是简体环缝所处的断面上承受应力的2倍。第二，压力容器常规设计规范GB150中采用的是第一强度理论，即最大主应力‰。≤[盯]‘，^n由此得到圆筒厚度计算式

7、：艿一开j等L_(式中厶L盯J9∥。各符号含义与GB150相同)，因此圆筒的厚度是根据环向应力确定的，在计算式中代人纵向焊接接头系数。然而，对于采用两椭圆形封头和圆筒相焊接的内压容器，仅顾及纵向焊接接头，而不考虑连接封头和简体的环向焊接接头的结构类型和无损检测等级，这从容器的整体强度分析都是不合理的。上述把纵向和环向焊接接头完全分开来的做法也招来了一些非议，因为在纵焊缝和环焊缝中的微元体上都存在着两向应力，从微观上讲，两者并没有差别。在GB150中，一般情况下都对环向焊接接头和纵向焊接接头在制造和无损检测方面具有同样的质量要求。ASMEVl一1

8、明确指出了在设计无缝简体或(1)型A类焊接接头(即双面焊或相当于双面焊的单面焊对接焊接接头)100％检测的简体或封头时，要根据封头和圆筒相连的两条B类