等面积法开孔补强计算的那些注意事项

随着计算软件的普遍应用，对于压力容器的设计工作的入门要求也越来越低，但是不可否认的说，也正是因为计算软件给我们带来了便捷，导致了很多人在设计中容易忽略一些设计细节，问“为什么”的越来越少，对于计算的由来、结果对错的判断也都似乎越来越无所谓了，反正计算合格不合格软件会告诉我的…甚至很多领导认为“会CAD就会设计”这种错误的认知……

好了，越说话越多，收住！唠叨了几句后切入正题。本帖主要针对单孔的等面积法开孔补强计算的讨论（主要针对SW6-2011的设计输入及结果判断），以及对几个常见的问题和海友们讨论下，不对之处大家指点，共同讨论。

个人认为设计人员对于应用SW6软件，其实我们更应掌握的是设计输入的正确性。在SW6中，对于等面积法开孔补强计算的设计输入其实比较简单，对于我们大多数设计人员往往比较有疑问或容易忽视的，无非是几个焊接接头系数及接管内伸（外伸）高度的问题：
1．开孔补强计算中焊接接头系数的相关问题；
2. 接管的内伸高度及外伸高度的取值问题；

<一>开孔补强计算中焊接接头系数的相关问题


对于设备本体焊接接头系数是0.85时，这两个系数如何取值，成为了大多数设计人员关心的点，有很多看法，归结如下：
a) 一般是取1.0（SW6默认是1.0）
b) 按壳体的焊接接头系数，如果壳体的焊接接头系数为0.85，开孔补强计算时壳体的焊接接头系数应取0.85.
c) 补强区内没有A、B类焊缝时，可以取1.0，有焊缝时应按壳体。（设计无法得知筒体组装情况，如何判别开孔处有无焊缝？）
d) 开孔补强区域内没有焊缝时，计算该处的壳体计算厚度接头系数可以取1.0，顾名思义，有接头才会有接头系数，才会有强度削弱，没有接头为什么不能取1.0？这样可充分利用壳体多余的厚度。
……
1.开孔处壳体焊接接头系数（为了方便区分，我们暂且标记为φ1）；
2.接管的焊接接头系数（为了方便区分，我们暂且标记为φ2）；
我们在寻找答案前，应该先讨论下，这两个焊接接头系数对于开孔补强计算有何作用或影响？

大家都知道，等面积开孔补强计算的合格条件：A1+A2+A3(+A4)>A

A——开孔削弱所需要的补强截面积
A1——壳体多余的补强面积
A2——接管多余的补强面积
A3——焊缝金属截面积
A4——另加的补强面积（补强圈等）

多余的补强面积是如何得出来的？简单的讲，就是长×宽：
长——B-dop的数值（有效的补强范围）
宽——多余的厚度（有效厚度减去计算厚度）
标准为啥那么一长串公式，就是考虑了接管材料与壳体的不同，引入的强度削弱系数而已，
那么我们可以得知，影响多余补强面积的数值，其实只有长（chang）当中的B和宽当中的厚度值，那么，我们φ1直接影响着是A1的数值，φ2直接影响着是A2的数值，正因为设备上的接管大都是无缝钢管或锻件（很少见到有焊接钢管），所以在φ2的数值上大家没有争议都是取的1.0（注意并非一定是1.0）。

所以对于φ1，是影响着壳体壁厚的计算厚度值（影响着壳体厚度的余量A1），例如筒体，实际就是筒体的计算厚度。说白了，筒体的焊接接头系数取多少，开孔补强计算时就取多少。总不能在壳体计算的时候取0.85，开孔补强计算的时候余量就变大了吧？

有人提出“在GB/T 150.3-2011 6.1.4条中规定：容器上的开孔宜避开容器焊接接头。当开孔通过或邻近容器焊接接头时，则应保证在开孔中心的2dop范围内的接头不存在有任何超标缺陷。”
所以即便开在有焊接接头的壳体处，我已经做了100%检测，所以开孔补强计算时，φ1应取1.0。
非也。我们可以这样理解该条：此100%检测是针对“局部部位”的检测，是属于20%范围内。例如针对壳体的某一条焊缝进行了检测，该焊缝实际是100%，但对于壳体其实只做了局部，最终还是20%。
也有的同志把重点放在了“开孔处”的壳体计算厚度，所以引来了“有焊缝才有焊接接头系数，没有就是取1”这种看法。实际上是理解的偏差，在GB/T 150.3-2011 6.3.3.2条开孔补强计算公式中，并无区分开孔处壳体有无焊缝之分。


<二>接管的内伸高度及外伸高度的取值问题
对于开孔补强的计算，GB/T 150.3-2011图6-2中给了图示，但是对于接管的内伸高度及外伸高度的取值，很多人提出了疑问。
需要注意的是：
1）对于封头轴向开孔、筒体斜开孔，外伸高度是指沿接管圆周上测得的最短长度；
2）对于接管的内伸高度，是指筒体纵剖面而不是横剖面。

对于文字的理解，总是那么别扭。别急，咱们上图。
1）对于封头轴向开孔、筒体斜开孔，外伸高度是指沿接管圆周上测得的最短长度；


图中所指接管外伸长度应均为L1；




2）对于接管的内伸高度，是指筒体纵剖面而不是横剖面。


         

在知道了开孔补强计算是纵剖面之后，你应该能从下图中得出结论：图A和图B的开孔补强，计算结果是一样的。




<三>开孔补强计算与实际图纸的出入


案例1、接管的外伸高度与实际的出入；
问题：图中接管补强计算的结果是对的吗？





(Dopδnt)^0.5=58.5，所以计算程序设计输入错误，但对计算结果无影响。


建议做法：计算时粗略取值，画图时初步计算接管外伸高度，制图后返回核对计算。

案例2、接管实际结构与补强计算的不符；






注意：图中N1及N4接管的开孔补强应注意SW6计算时B值的实际输入。

最后，对于开孔补强计算在满足合格的前提下，我们应该适当留取余量。考虑到管道载荷、温差应力以及不可避免的一些机械载荷等，建议工艺接管的开孔补强计算的余量不低于20%，对于人孔、手孔等不会承受管道应力等可适当减少，但个人认为不应低于10%，之前见过有的设计图纸，可能是为了降低成本，开孔补强计算的余量控制在3%~5%，个人认为余量确实太小了。



哦哦，总算弄完了，收工。

从楼主总结的几点来看，还是偏于保守较好...

GB150的设计本身就是偏于保守的

楼主真的费心了，最终设计结果安全就好。开孔补强范围，有的时候确实会被忽略，这样做是不对的。至于补强面积的裕量，人和人掌握的度是不一样的，楼主说的按百分数来定，对大接管，20%会是一个不小的数，理论上合格就可以了，顶多不包括焊缝面积，尤其对标有最高允许工作压力的设备。

我们在平时设计时接管补强余量也是在10%-20%之间考虑的，一般不超30%。

多谢楼主的共享

开孔补强计算是纵剖面。但在二（2）中A、B两图的纵剖面，按接管的伸出长度一样，但计算结果一样吗？
我看着接管方位不同，一个是径向接管，一个是非径向接管。

“有焊缝才有焊接接头系数，没有就是取1”这种看法。实际上是理解的偏差，在GB/T 150.3-2011 6.3.3.2条开孔补强计算公式中，并无区分开孔处壳体有无焊缝之分

觉得只要确保开孔处及2倍范围内无焊缝，开孔计算时该处的系数可取1，

甚至，开孔处及2倍范围如果100%检测，不低于Ⅱ级合格，也可以取1

只是讨论，实际计算是否写1.0也未必，因为车间制作不好控制，为了保证以上要求，每张图写开孔附近不允许有焊缝，如有焊缝必须100%检测且Ⅱ级合格，可能会给生产带来麻烦，也许特定情况下才这样做

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zhangjuhua 发表于 2018-12-1 20:09
“有焊缝才有焊接接头系数，没有就是取1”这种看法。实际上是理解的偏差，在GB/T 150.3-2011 6.3.3.2条开孔 ...

你的意思是，假如壳体是20%局部检测，壳体的焊接接头系数是0.85，但是在开孔补强计算的时候，取1.0？

fy214152 发表于 2018-11-30 16:16
开孔补强计算是纵剖面。但在二（2）中A、B两图的纵剖面，按接管的伸出长度一样，但计算结果一样吗？
我看 ...

还是要深入了解下纵剖面和横剖面的区别，GB/T150.3对开孔的长径比限定不大于2。就是考虑了这个问题。

图二（2）中A、B两图虽一个为径向接管，一个是非径向接管，但是因为在满足等面积补强法的前提（长径比小于等于2），两个接管的纵剖面其实是一样的。

豆蔓 发表于 2018-12-3 08:30
你的意思是，假如壳体是20%局部检测，壳体的焊接接头系数是0.85，但是在开孔补强计算的时候，取1.0？

感觉可以，但不是一定，要满足一定条件：比如开孔处及附近没有焊缝，如果有焊缝，检测比例和级别要达标

下面这句话请讨论是否有问题：
壳体开孔补强时计算厚度和总体计算时可以不同，或者说焊接接头系数可以取不同

zhangjuhua 发表于 2018-12-3 12:47
感觉可以，但不是一定，要满足一定条件：比如开孔处及附近没有焊缝，如果有焊缝，检测比例和级别要达标
...

个人认为阐述不对。
GB/T 150.3  6.1.4条款：接管开孔宜避开焊缝位置的相关规定，是新增内容。原因就是随着设备大型化而很多时候无法避免此种情况，为此特增加了无损检测保证开孔处不能有任何缺陷。而这些内容在98版150中均未提及。
反过来你再看98版150的开孔补强计算，同样也有焊接接头系数，所以不要偏激的弄出来两个焊接接头系数。

这个系数并不是开孔处是否有焊缝确定。而是在设计时确定了焊接结构形式及无损检测比例，确定了的焊接接头系数。说到底，是筒体（壳体）壁厚的余量。而等面积法中A1就是多余部分厚度计算出来的面积。此时你却按1.0计算，请问何来的道理？

<二>接管的内伸高度及外伸高度的取值问题
对于封头轴向开孔补强内伸的选择，也是选择沿接管圆周上测得的最短长度么？

<三>开孔补强计算与实际图纸的出入
案例1—应该输入158吧？

案例2—实际输入的B值范围应当是到各管口对应的附近焊缝处，对不对呢？

最近一直在看关于补强的资料、帖子，太依赖软件，很多细节没注意到，错误很多

yechao25038 发表于 2018-12-16 14:41
接管的内伸高度及外伸高度的取值问题
对于封头轴向开孔补强内伸的选择，也是选择沿接管圆周上测得的最短长 ...

对于封头轴向开孔补强内伸的选择，也是选择沿接管圆周上测得的最短长度么？
回答：按最短长度计算。可以保证补强面积，通常情况建议取最短。
案例1—应该输入158吧？
回答：计算程序中，应该输入158，但从计算记过来看，输入158还是200对结果没影响，因为补强长度只有58.5，所以原则上在图纸未绘制之前粗算时，可以先大概算下补强长度，输入大于补强长度的值，然后图纸绘制完之后，进行详细尺寸核算。
案例2—实际输入的B值范围应当是到各管口对应的附近焊缝处，对不对呢？
回答：要看实际的补强面积与等面积补强法中B的大小，像这个案例中，设备法兰与筒体有应力叠加，不建议把法兰计入补强区域内。

豆蔓 发表于 2018-12-17 08:31
对于封头轴向开孔补强内伸的选择，也是选择沿接管圆周上测得的最短长度么？
回答：按最短长度计算。可以 ...

明白了！非常感谢！

学习学习

位于封头中心的开孔补强计算，外伸高度取30（封头最高点至螺孔最低点），内伸为0（实际制造出来后用眼看是没有内伸的，但是从封头中心至凸缘最低点就有“内伸”了），这样取值合理吗？

yechao25038 发表于 2018-12-28 10:11
位于封头中心的开孔补强计算，外伸高度取30（封头最高点至螺孔最低点），内伸为0（实际制造出来后用眼 ...

我觉得不合理。
按中心站的做法，外伸长度是到螺栓孔最低点（实际上属于保守），此时的外伸长度应是下图中的a值。，内伸长度为0.

豆蔓 发表于 2018-12-28 14:05
我觉得不合理。
按中心站的做法，外伸长度是到螺栓孔最低点（实际上属于保守），此时的外伸长度应是下图 ...

感谢，要是按照我的取值，这个凸缘就太大了，确实不合理