焊縫校核

很多設(shè)計(jì)人員對(duì)于焊縫的校核不重視，一個(gè)原因是規(guī)范中關(guān)于焊縫校核的方法不是很明確，另一個(gè)是我們大多數(shù)按照常規(guī)的要求設(shè)計(jì)焊接節(jié)點(diǎn)，滿足一定焊腳高度，可以保證角焊縫的強(qiáng)度。

當(dāng)然國(guó)內(nèi)很多標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)焊縫多了一些校核，比如2018版的吊耳規(guī)范，常壓容器支腿，比如新的容器支座等等。下圖為常壓容器的支腿焊縫校核，公式很經(jīng)典。其中焊縫系數(shù)0.49來源見下文。

在國(guó)外規(guī)范中，很多時(shí)候都需要進(jìn)行焊縫強(qiáng)度校核，比如ASME中對(duì)于開孔補(bǔ)強(qiáng)的各條路徑要求校核焊縫強(qiáng)度。

對(duì)于焊縫的許用強(qiáng)度也有著詳細(xì)的規(guī)定，UW-15（c）：

上文所說的剪切角焊縫的焊縫系數(shù)0.49，完美吻合。

角焊縫計(jì)算方法

角焊縫如何校核呢？

角焊縫的校核方法很多，一方面可以參考支腿的墊板，或者壓力容器手冊(cè)：

也可以參考《Pressure vessel design handbook》一書。

其中第10章焊縫設(shè)計(jì)，講解的特別詳細(xì)，有圖，有講解，有例題，是核算焊縫的超級(jí)指南。

對(duì)于焊縫的彎曲應(yīng)力校核來說，需要先計(jì)算焊縫的慣性矩Zw。

比如對(duì)于雙面焊接的筋板，先按照第4行的公式計(jì)算Zw。

再計(jì)算墊板的處的彎矩M

彎矩引起的單位長(zhǎng)度上的載荷：f1=M/Zw

如果有剪切力F，剪切力引起的單位長(zhǎng)度上的載荷：f2=F/（2*d+2*b）

f=sqrt（f1*f1+3*f2*f2）

焊縫許用應(yīng)力為fw=0.49*S

所需要的焊腳高度為tw=f/fw

然后再考慮適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，確定焊角高度。

為什么結(jié)果和感覺不一致

很多時(shí)候經(jīng)過計(jì)算，會(huì)發(fā)現(xiàn)，需要的角焊縫怎么那么少呢？

比如一臺(tái)10噸的設(shè)備，根據(jù)上面的步驟計(jì)算，計(jì)算其耳座墊板焊縫高度，其結(jié)果是角焊縫可能只需要1mm。這結(jié)果真讓人懷疑，這個(gè)計(jì)算準(zhǔn)確嗎？

當(dāng)然，沒有公司會(huì)因?yàn)橛?jì)算只需要1mm，而真的采用1mm。你敢算，我不敢用啊。

為什么計(jì)算出來的結(jié)果那么激進(jìn)呢？

個(gè)人覺得其中最重要的一點(diǎn)是，把焊縫想象的太完美。認(rèn)為焊縫能夠完美傳遞載荷，共同承受載荷。而這一點(diǎn)實(shí)際上無法完全做到。所以很多時(shí)候，造成實(shí)際的承載能力和理論承載能力有很大的差距。

比如墊板太薄，焊腳高度小，所以不像厚墊板一樣，能夠?qū)⑤d荷迅速傳遞到整個(gè)焊縫截面，往往只有局部的焊縫承受了載荷。一半受拉一半受壓，有難無法同當(dāng)。此時(shí)迎接載荷的局部焊縫處，應(yīng)力值大大上升，首先造成破壞，繼而發(fā)生連鎖反應(yīng)，造成焊縫鏈?zhǔn)狡茐摹?/p>

假設(shè)矩形焊縫只有整體一半的長(zhǎng)度承受了載荷，那么其抗彎模量需要按照如下公式進(jìn)行。

長(zhǎng)度降低了一半， 抗彎模量可能降低到原來的1/5?？梢哉f是大幅度降低。這點(diǎn)和外壓加強(qiáng)圈類似，整圈的承載能力比斷開的承載能力要大很多。

外壓加強(qiáng)圈能斷開嗎？

所以計(jì)算焊縫時(shí)，不僅僅是代入公式計(jì)算，而且需要考慮焊縫的整體性。

規(guī)范中的焊縫

側(cè)壁式吊耳的焊縫就是一個(gè)非常好的示例。

通過一個(gè)內(nèi)凹設(shè)計(jì)，增加了焊縫長(zhǎng)度和面積，在不影響成本的情況下，保證了各項(xiàng)強(qiáng)度，可以說是一個(gè)非常優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)了。

軸式吊耳的焊接節(jié)點(diǎn)，其中吊管的焊接寬度為定值10mm。對(duì)于特別重的設(shè)備，其焊縫強(qiáng)度一般是不夠的。

所以建議在軸耳內(nèi)部增加其焊縫高度。

校核焊縫強(qiáng)度時(shí)，其墊板的厚度以及焊縫高度都要比較小心，比如很多設(shè)備本體很厚，但是耳座采用的是NB的標(biāo)準(zhǔn)耳座，其墊板比較薄時(shí)，尤其需要檢查一下。

焊腳高度宜按照保守考慮（小于一半的長(zhǎng)度），校核其焊腳高度是否足夠。

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