外压容器焊缝系数和焊接质量

原创 胡伟明  2020-05-14 20:56:00  阅读 107 次 评论 0 条
摘要:

焊缝系数由于焊缝可能存在种种缺陷而影响到它的抗拉强度。所以,在设计内压容器时考虑到焊缝可能引起的削弱而在各元件的强度计算公式中引入焊缝系数φ,即把受拉元件的最大拉伸应力限制于材料许用应力和焊缝系数的乘积[σ]tφ以内。在外压容器设计中,各国设计规范都是根据稳定性原理,采用图解法求取外压容器各受压元件的许用外压或轴向许用压缩应力,在设计公式中并未包括焊缝系数φ,当然,更未谈及各受压元件应怎样选用焊缝系数的问题。从受载元件的设计公式中要引入焊缝系数φ的原理出发,显然,仅指承受拉伸应力(也包括剪切应力

焊缝系数

由于焊缝可能存在种种缺陷而影响到它的抗拉强度。所以,在设计内压容器时考虑到焊缝可能引起的削弱而在各元件的强度计算公式中引入焊缝系数φ,即把受拉元件的最大拉伸应力限制于材料许用应力和焊缝系数的乘积[σ]tφ以内。在外压容器设计中,各国设计规范都是根据稳定性原理,采用图解法求取外压容器各受压元件的许用外压或轴向许用压缩应力,在设计公式中并未包括焊缝系数φ,当然,更未谈及各受压元件应怎样选用焊缝系数的问题。从受载元件的设计公式中要引入焊缝系数φ的原理出发,显然,仅指承受拉伸应力(也包括剪切应力)的元件才有此必要,对于承受压缩应力的元件,因焊缝缺陷并不影响元件的压缩承载截面积,也不会使缺陷(裂纹)趋于开裂而引起危险,所以,在校核压缩强度时并不需要引入焊缝系数φ。为此,ASME Ⅷ-1明确指出,对于受压缩的对接焊缝,取焊缝系数为1.0。按照规则设计的其他国外规范也有类似的规定,例如,法国规范CODAP在外压容器各主要部件的计算中也明确指出,该部件可以由几块对焊而成,在计箅中不需计及焊缝系数。因而,可以这样认为,对于仅受外压(真空)的圆筒、圆锥的纵向焊缝、环向焊缝和球壳上的所有对接焊缝,均可取φ=1.0;但是,在附加轴向弯矩作用下圆筒或圆锥的环向焊缝,因拉伸和压缩应力共存,所以,应根据受拉伸应力的要求由焊缝的结构形式和无损检测要求引入焊缝系数;对于仅受外压作用的碟形封头和椭圆形封头,因为都是按照封头球冠区的稳定性原理进行设计,且整个封头所需要的厚度一般总是由球冠区的刚度所决定,即以球冠区在外压作用下总是承受压缩应力进行分析,所以,在外压设计公式中也不需要引入焊缝系数φ,即将焊缝系数视为1.0。而在球冠区以外的过渡区,由于ASME Ⅷ-1已规定厚度要满足在1.67倍设计外压作用下,按内压封头设计公式且取φ=1.0时的厚度,实际上相当于在考虑过渡区的拉伸应力时已引入1/1.67-0.6的焊缝系数。

焊接质量

焊缝的质量检查实际上是通过对焊缝的无损检测和对容器的压力试验等检查方式进行的。前者的检查要求不仅与容器的重要性、材料性能和厚度等有关,也和在设计过程中所采用的焊缝结构、焊缝系数值有关。因为外压容器是按照稳定性原理进行设计的,对受压缩应力作用的对接焊缝,均可以取φ=1.0,因而ASME Ⅷ-1规定:除了某些储存“致死物质”容器的对接焊缝以及厚度超过一定尺寸的对接焊缝(其厚度值和材料种类有关)需要100%进行射线照相检测外,对于仅受外压作用的容器及部件,用一般电弧焊或气焊成形的焊缝概不需要进行射线照相检验,按照ASME Ⅷ-1的这一规定,外压容器在采用内压方式进行液压试验后已能把某些可能导致渗漏的焊接缺陷予以排除,而另一些并不会导致渗漏的焊接缺陷的存在,在压缩应力作用下它并不影响外压容器的临界压力值,不可能引起“低应力失稳”。ASME Ⅷ-1的这一规定,实际上是根据外压容器承受压缩应力的特点,仅采用对容器进行压力试验以排除可能引起渗漏的焊接缺陷来保证焊接质量的。


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