静设备
石油化工设备技术，2016，37（6）·1· Petro-Chemical Equipment Technology
角焊缝对压力容器疲劳强度的影响
一压力容器应力分析设计中的六个重要问题（五）
郭雪华，王小敏，夏少青，闫东升（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：承受循环载荷的压力容器，其外部附件垫板与简体之间的角焊缝上存在着很明显的应力集中。这种角焊缝不便进行加工和实施全面的无损检测，因此会对容器的疲劳强度分析结采产生很大影响。各国标准对角焊缝以疲劳强度减弱系数来考虑它对疲劳强度的影响，然而国内在压力容器疲劳分析中普遍忽视了这一影响疲劳强度的重要因素，这既不符合标准要求也不够安全。为确保压力容器安全运行，对其角焊缝必须实行疲劳强度校核。文章分析了影响焊缝疲劳强度的各种固素，提出了相应的措施以提高容器疲劳分析的安全性和可靠性。
关键词：压力容器角焊缝疲劳分析疲劳强度减弱系数有限元分析
焊接是压力容器制造的重要环节，不同元件
之间的连接焊缝对容器的强度形成了一定的不利影响。尤其对于承受循环载荷的压力容器，焊缝会导致容器的疲劳强度大大降低。因此，在容器的疲劳分析和设计中需要高度重视连接焊缝，采取各种措施来降低焊缝造成的不利影响。对于承受循环载荷的压力容器的对接焊缝，设计中要求焊缝表面与母材表面齐平，去除余高：对于接管与壳体的角焊缝，要求采用全焊透结构并对焊缝进行相应的100%无损检测，接管端部需打磨成圆角过渡。除了上述焊缝类型以外，容器上还可能存在外部附件与壳体的连接角焊缝，比如立式容器的耳式支座、卧式容器的鞍座、支撑外部管道的管架、设备操作平台的支架等等。这些外部附件与容器壳体之间通常都设置垫板，垫板与壳体之间的角焊缝在容器受压力作用后会产生很高的应力集中。由于这种角焊缝不便进行加工和实施针对体积型缺陷的无损检测，这会对容器的疲劳强度分析结果造成很大的影响。我国JB4732t11《钢制压力容器—分析设计标准》和美国ASME规范21都对这种角焊缝给出了疲劳强度减弱系数，需要在容器的疲劳分析和设计中加以考虑。而国内对压力容器疲劳分析中普遍忽视了对这种角焊缝的疲劳强度校核。
1焊缝对结构抗疲劳性能的影响
从本方数据焊缝的存在会使容器抵抗疲劳
破坏的能力降低，主要原因在于：1)焊接中形成的咬边、错边以及内部的气孔、夹渣、未焊透等缺陷会造成应力集中，导致局部区域的应力水平提高，使容器承受循环载荷的能力下降；2)对于角焊缝区域，存在着显著的局部结构不连续，应力集中情况会更加明显；3)焊缝表面成形不规则，又未加工或打磨，形成应力集中，也会使结构的抗疲劳性能降低：4)焊缝热影响区的存在导致材料本身的疲劳强度有所降低。因此在评估焊缝连接部位的抗疲劳性能时，需要基于以上几种原因进行针对性的分析，并在设计时采取相应的措施。
对于焊接缺陷和局部结构的不连续处，待考
察结构的疲劳强度减弱程度可以用疲劳强度减弱系数K来表征。K=理论情况下的疲劳强度，有结构不连续时的疲劳强度。JB4732一1995《钢制压力容器分析设计标准》（2005确认）附录C“以疲劳分析为基础的设计”中指出，对于疲劳分析的角焊缝疲劳强度减弱系数取4.0。在此情况下，必须考虑容器与附件间的温度差以及由内压或外压引起的容器的膨胀或收缩。这一规定明确
收橘日期：2016-05-11.
作者简介：郭雪华，男，2000年毕业于大连理工大学化工过程设备专业，工学硕士，长期从事化工设备设计工作，教授级高级工程师。
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