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管子管板接头的设计
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[ASME]
管子管板接头的设计
1599
8
道祖
Lv.24
发表于 2019-11-21 08:35:49
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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
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gl9855
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发表于 2019-11-21 16:41
yixiou1978
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发表于 2019-11-21 10:08
"小礼物走一走,来土星人论坛支持我"
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uniquespirit
Lv.4
发表于 2019-11-21 09:07:13
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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。
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发表于 2019-11-21 16:41
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Kinwan
Lv.5
发表于 2019-11-21 09:34:00
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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。
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smysmiley
发表于 2019-11-21 10:25:55
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感谢楼主分享好资料
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ctci39339
Lv.6
发表于 2019-11-21 15:43:21
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感謝您的分享..............
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xmjhdq
Lv.4
发表于 2019-11-27 14:51:27
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谢谢分享好经验!!
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