管子管板接头的设计

Es前缘

管子管板接头
一新人朋友抱怨说：

GB/T 151-2014的管子管板焊接接头没有尺寸，只标了个l长度，不小于管子壁厚。这个焊缝怎么设计？对于没有经验的新人，太难了！


附录H中也没有详细结构尺寸：


俗话说的好：
“结识新朋友，不忘老朋友，多少新朋友，变成老朋友。”
有了新规范，不忘老规范，详细尺寸在老规范里，可是清晰着呢。



在GB 151-1999中，对于换热管露头，焊接量多少都有着非常详细的规定。作为设计的参考，是非常有帮助的。
规范的倒退？

有人就纳闷了，为啥老规范有详细节点详图，新规范把它删了，而且增加了许多种不常用的节点。以至于很多新人都不知道如何设计节点了。
从易用性上来说，这是标准的倒退啊。

新规范这样做的原因是什么？
老规范的节点图的数据藏着什么秘密呢？

强度焊

强度焊，顾名思义，管子管板焊接在一起，主要靠焊缝承受相应的载荷。
虽然他大舅他二舅都是他舅，但是强度焊和强度焊还是有细微的差别。

在ASME VIII I， UW-20中，对于管子管板焊缝分了三种：
1. 全强度焊：接头的强度与管子的抗拉强度相等，当满足UW20.4时，不需要做剪切试验，用焊接接头保证了其密封性。（通俗说就是管子拉断了，角焊缝还没有拉开）
2.部分强度焊：即管子管板焊缝强度>=各种工况下换热管的实际轴向应力（通俗说就是角焊缝能在换热器各种工况下安全工作）。最大许用轴向载荷按照UW-20.5，附录A，UW-18（d）计算。当满足UW-20.5或者UW-18（d）时，无需做剪切试验。焊接接头保证了密封性。
3.密封焊：管子胀节接头的补充措施，仅起密封作用。胀接工艺及评定参照附录HH
全强度焊相当于要求管子拉断了，角焊缝还没有拉开。
部分强度焊相当于焊缝满足各种工况下的载荷。
全强度角焊缝高度公式来源

我们以UW-20.1节点（a），试算一下，了解全强度焊的含义。


对于节点（a），如果是全强度焊，焊脚高不能小于ar



那么ar的计算公式为啥是这样呢？

其实公式的原理就是一条：
角焊缝拉力>=管子壁厚拉断拉力，其推导如下。



推导结果完全符合UW-20.6（a）的公式。

同理可以推导UW-20.6的其它角焊缝高度公式。
所以，这个证明推测是对的。
1999版尺寸的秘密
我们知道，管子管板接头焊缝承受的是剪切应力，所以要保证焊接接头比管子本体抗拉效果好，有个简单的估算公式，按照角焊缝强度是抗拉焊缝的0.7倍，必须使得焊脚高l>=sqrt(2)*t=1.4t.

所以我们可以检查一下GB 151-1999的表的l1+l3，均是按照大于1.4倍壁厚，圆整取值的。



在1999版的附录B中，也有类似的暗示：

知道这个原则，对于我们设计管子管板角焊缝，有很好的参考。

如果结构可以，尽量使得管子管板的焊脚高度大于1.4t。

规范的改进
GB151-1999采用保证焊角高度为1.4倍换热管厚度的方法保证其为强度焊。
优点：简单，方便应用。
缺点：对管子管板的焊接结构限制较大，只能选用有限的几种结构。
比如在过去，BASF有非常成熟的管子管板焊接节点（如下图），在GB 151-1999中是没有的。导致此节点的应用充满波折。


SW6给出的默认焊接节点高度，永远比设计的高，导致每台换热器，均需要手动核算轴向力。

在老版本的SW6中，对固定管板的焊角高度采用的是GB151-1999的焊接结构，自动生成，而且是按照外径来确定焊脚高度，造成焊角高度有时不符合实际情况，而且在程序中无法修改。

例如57*2.5的换热管，强度焊只需要2.5*1.4=3.5的焊角高度，而SW6默认生成的是永远是5
再例如：2012年的项目中，对于如下的节点，在SW6中没有办法计算，需要人为手动计算焊缝高度是否足够。



GB/T 151-2014对管子管板焊接接头改动很大，不再推荐坡口尺寸，基本思路很像ASME。
SW6也改进了程序，将焊角高度由设计人员输入，并用来校核是否为强度焊。
规范自由度变大了，应用更加灵活了，对设计人员的要求也相应的提高了。

所以，我觉得这是规范以及配套软件的一个进步。

更好的焊接接头
管子管板焊接接头直接关系到设备的使用寿命。
管子管板焊接接头符合规范某一结构，通过了强度计算，不代表使用就没有问题。

下面的图片是某专利商设计的焊接节点，在使用25年后的的效果。



下图是在同样工况下，采用符合规范的普通焊接节点，使用一年后的效果图。



如果有成功的经验，规范不禁止采用更好的焊接节点。

而什么是更好，需要业主的反馈，设备制造商的积累，是值得从业人员深入探讨的问题。

以上内容转载自公众号：压力容器唯心不易
               

uniquespirit

深度好文！通过两种标准体系的的对比，能够让人更深入的了解理论知识。
现在生产任务重了，很多设计院，包括一些大设计院，青训系统很糟糕，可以说几乎没有。专业领导觉得在项目中锻炼是最好的成长途径，但是生产任务重了以后只是在一个个的项目中转移劳动力，学习主动性不高的年轻人可能在理论知识上的成长会慢了很多。

Kinwan

深度好文！通过两种标准体系的的对比，能够让人更深入的了解理论知识。
现在生产任务重了，很多设计院，包括一些大设计院，青训系统很糟糕，可以说几乎没有。专业领导觉得在项目中锻炼是最好的成长途径，但是生产任务重了以后只是在一个个的项目中转移劳动力，学习主动性不高的年轻人可能在理论知识上的成长会慢了很多。

smysmiley

感谢楼主分享好资料

ctci39339

感謝您的分享..............

xmjhdq

谢谢分享好经验！！