管子管板接頭

一新人朋友抱怨說：

GB/T 151-2014的管子管板焊接接頭沒有尺寸，只標(biāo)了個l長度，不小于管子壁厚。這個焊縫怎么設(shè)計？對于沒有經(jīng)驗(yàn)的新人，太難了！

附錄H中也沒有詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸：

俗話說的好：

“結(jié)識新朋友，不忘老朋友，多少新朋友，變成老朋友?！?/p>

有了新規(guī)范，不忘老規(guī)范，詳細(xì)尺寸在老規(guī)范里，可是清晰著呢。

在GB 151-1999中，對于換熱管露頭，焊接量多少都有著非常詳細(xì)的規(guī)定。作為設(shè)計的參考，是非常有幫助的。

規(guī)范的倒退？

有人就納悶了，為啥老規(guī)范有詳細(xì)節(jié)點(diǎn)詳圖，新規(guī)范把它刪了，而且增加了許多種不常用的節(jié)點(diǎn)。以至于很多新人都不知道如何設(shè)計節(jié)點(diǎn)了。

從易用性上來說，這是標(biāo)準(zhǔn)的倒退啊。

新規(guī)范這樣做的原因是什么？

老規(guī)范的節(jié)點(diǎn)圖的數(shù)據(jù)藏著什么秘密呢？

強(qiáng)度焊

強(qiáng)度焊，顧名思義，管子管板焊接在一起，主要靠焊縫承受相應(yīng)的載荷。

雖然他大舅他二舅都是他舅，但是強(qiáng)度焊和強(qiáng)度焊還是有細(xì)微的差別。

在ASME VIII I， UW-20中，對于管子管板焊縫分了三種：

1. 全強(qiáng)度焊：

接頭的強(qiáng)度與管子的抗拉強(qiáng)度相等，當(dāng)滿足UW20.4時，不需要做剪切試驗(yàn)，用焊接接頭保證了其密封性。（通俗說就是管子拉斷了，角焊縫還沒有拉開）

2.部分強(qiáng)度焊：

即管子管板焊縫強(qiáng)度>=各種工況下?lián)Q熱管的實(shí)際軸向應(yīng)力（通俗說就是角焊縫能在換熱器各種工況下安全工作）。

最大許用軸向載荷按照UW-20.5，附錄A，UW-18（d）計算。當(dāng)滿足UW-20.5或者UW-18（d）時，無需做剪切試驗(yàn)。焊接接頭保證了密封性。

3.密封焊：

管子脹節(jié)接頭的補(bǔ)充措施，僅起密封作用。脹接工藝及評定參照附錄HH

全強(qiáng)度焊相當(dāng)于要求管子拉斷了，角焊縫還沒有拉開。

部分強(qiáng)度焊相當(dāng)于焊縫滿足各種工況下的載荷。

全強(qiáng)度角焊縫高度公式來源

我們以UW-20.1節(jié)點(diǎn)（a），試算一下，了解全強(qiáng)度焊的含義。

對于節(jié)點(diǎn)（a），如果是全強(qiáng)度焊，焊腳高不能小于ar

那么ar的計算公式為啥是這樣呢？

其實(shí)公式的原理就是一條：

角焊縫拉力>=管子壁厚拉斷拉力，其推導(dǎo)如下。

推導(dǎo)結(jié)果完全符合UW-20.6（a）的公式。

同理可以推導(dǎo)UW-20.6的其它角焊縫高度公式。

所以，這個證明推測是對的。

1999版尺寸的秘密

我們知道，管子管板接頭焊縫承受的是剪切應(yīng)力，所以要保證焊接接頭比管子本體抗拉效果好，有個簡單的估算公式，按照角焊縫強(qiáng)度是抗拉焊縫的0.7倍，必須使得焊腳高l>=sqrt(2)*t=1.4t.

所以我們可以檢查一下GB 151-1999的表的l1+l3，均是按照大于1.4倍壁厚，圓整取值的。

在1999版的附錄B中，也有類似的暗示：

知道這個原則，對于我們設(shè)計管子管板角焊縫，有很好的參考。

如果結(jié)構(gòu)可以，盡量使得管子管板的焊腳高度大于1.4t。

規(guī)范的改進(jìn)

GB151-1999采用保證焊角高度為1.4倍換熱管厚度的方法保證其為強(qiáng)度焊。

優(yōu)點(diǎn)：簡單，方便應(yīng)用。

缺點(diǎn)：對管子管板的焊接結(jié)構(gòu)限制較大，只能選用有限的幾種結(jié)構(gòu)。

比如在過去，BASF有非常成熟的管子管板焊接節(jié)點(diǎn)（如下圖），在GB 151-1999中是沒有的。導(dǎo)致此節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用充滿波折。

SW6給出的默認(rèn)焊接節(jié)點(diǎn)高度，永遠(yuǎn)比設(shè)計的高，導(dǎo)致每臺換熱器，均需要手動核算軸向力。

在老版本的SW6中，對固定管板的焊角高度采用的是GB151-1999的焊接結(jié)構(gòu)，自動生成，而且是按照外徑來確定焊腳高度，造成焊角高度有時不符合實(shí)際情況，而且在程序中無法修改。

例如57*2.5的換熱管，強(qiáng)度焊只需要2.5*1.4=3.5的焊角高度，而SW6默認(rèn)生成的是永遠(yuǎn)是5

再例如：2012年的項(xiàng)目中，對于如下的節(jié)點(diǎn)，在SW6中沒有辦法計算，需要人為手動計算焊縫高度是否足夠。

GB/T 151-2014對管子管板焊接接頭改動很大，不再推薦坡口尺寸，基本思路很像ASME。

SW6也改進(jìn)了程序，將焊角高度由設(shè)計人員輸入，并用來校核是否為強(qiáng)度焊。

規(guī)范自由度變大了，應(yīng)用更加靈活了，對設(shè)計人員的要求也相應(yīng)的提高了。

所以，我覺得這是規(guī)范以及配套軟件的一個進(jìn)步。

更好的焊接接頭

管子管板焊接接頭直接關(guān)系到設(shè)備的使用壽命。

管子管板焊接接頭符合規(guī)范某一結(jié)構(gòu)，通過了強(qiáng)度計算，不代表使用就沒有問題。

下面的圖片是某專利商設(shè)計的焊接節(jié)點(diǎn)，在使用25年后的的效果。

下圖是在同樣工況下，采用符合規(guī)范的普通焊接節(jié)點(diǎn)，使用一年后的效果圖。

如果有成功的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范不禁止采用更好的焊接節(jié)點(diǎn)。

而什么是更好，需要業(yè)主的反饋，設(shè)備制造商的積累，是值得從業(yè)人員深入探討的問題。

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