JB-T6734-1993_锅炉角焊缝强度计算方法.pdf
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1、锅炉角焊缝强度计算方法 J B / T 6 7 3 4 - 1 9 9 3 中华人民共和国机械行业标准 J B /C 6 7 3 4 - 1 9 9 3 锅炉角焊缝强度计算方法 主题 内容与适用范围 本标准规定了锅炉角焊缝强度计算方法 本标准适用于额定蒸汽压力大于2 . 5 MY a 固定式蒸汽锅炉锅筒、集箱和管道 _ 各种骨接 头连接焊缝和焊 接到 锅炉受 压元 件土受力 构件的 连接焊缝以 及在 制造、 安装与 运输过程中 所 用受力构件的连接焊缝。 2 名词术语及符号说明 2 . 1名词术语 2 . 1.1 对接接头 两焊件端面相对平行的接头 2 . 1 . 2 角接接头 两焊件端面问构
2、成大于3 0 0 ,小于 1 3 5 夹角的接头 2 . 1 . 3 r 形接头 一焊件之端面与另一焊件表面构成直角 或近似直角的 接头_飞 2 . 1 . 4 搭接接头 两焊件部分重叠构成的接头、 2 . 1 . 5 圆 钢连 接接头 两圆 形焊件表面连接或一圆形焊件与 一非国形焊件 连接的接头) 2 . 1 . 6对接焊缝 在焊件的坡口面间或一焊件的坡口面与另一焊件表面间焊接的焊缝。 2 . 1 . 7角焊缝 沿两直交或近直交焊件的交线所焊接的焊缝 2 . 1 . 8正面角焊缝 焊缝轴线与焊件受力方向相垂直 的角 焊缝,见 图2 - 1 2 . 1 . 9 侧面角 焊缝 焊 缝轴线与 焊件
3、受力方向相平行的角焊 缝, 见图2 - 2 2 . 1 . 1 0 纵向焊缝 沿焊件长度方向分布的焊缝。 2 . 1 . 1 1 横向焊缝 垂直于焊件长度方向的焊缝。 机械工业部1 9 9 3 - 0 8 - 2 1 批准1 9 9 3 - 1 0 - 0 1实施 1 9 6 2 2 . 1 . 1 2 环形焊缝 沿筒形焊件分布的头尾相接的封闭焊缝。 图 2 - 1 正面角焊缝图 2 - 2 侧面角焊缝 2 . 1 . 1 3 承载 焊缝 焊件上用作承 受荷载的 焊缝 2 . 1 . 1 4非承载焊缝 焊件上不CL接承受荷载,只起连接作用的焊缝,习惯上称联系焊缝。 2 . 1 . 1 5坡口深
4、度 焊件开坡口时,焊件端部沿焊件厚度方向加_ r 掉的尺寸 2 . 1 . 1 6 焊脚尺寸 在角焊缝横截面中画出的最大直角三角形中直角边的长度。 2 . 1 . 1 7 焊缝计算厚度 设计焊缝时使用的焊缝厚度。 2 . 1 . 1 8 焊 缝计算长度 计算焊缝强度时使用的焊缝长度。封闭焊缝的计算长度取实际长度;不封闭焊缝的计算 长 度, 对每条焊缝取其实际长 度减去l O m m 2 . 1 . 1 9 焊 缝计算 厚度截面 积 焊缝计算厚度与焊缝计算长度的乘积。 2 . 1 . 2 0全焊透型焊缝 焊缝在其连 接部位的全 厚度上, 用熔敷金属充分连接, 无未焊 透的部位, 见图2 - 3
5、必 要时,全焊透型焊缝可用角焊缝进行加强 2 . 1 . 2 1 部分焊透型焊缝 焊件在其连接部位的部分 厚度上 用熔敷金属连接,尚 有未焊透的部位,见 图2 - 4 必要 时,部分焊透焊缝可用角焊缝进行加强。 2 . 2 符号 说明 G焊缝计算厚度,二 ; A焊缝计算厚度截面积,例n 2 ; b 耳板宽度,m m; b I 搭接焊横向焊 缝长 度, m m ; b 2 搭接焊纵向 焊接长 度、 圆 钢与 钢板连接焊焊缝长度, 二 ; b 3 . 佑 弯头耳板尺寸, m m; F 3 、 1 3 , 、 B 2 - F 形接头焊 缝长度, mm ; 1 9 6 3 图 2 - 3 全焊透型焊缝
6、 图 2 - 4 部分焊透型焊缝 。 横向耳板与集箱及耳板与弯头连接焊缝圆弧部分的弦长,m m; d 管接头装配前筒体上的开孔直径,二 ; 试 )管 接头 外径, m m; d ,管接头内径,m m; d , 、 d 2 大、 小圆钢直径, 二 ; D ; 筒体内 径, m m; 。 耳板与弯头连接焊缝直段部分的长度, ; 厂 管 接头、T形接头 坡口深度, 二 ; F -集中力,N; F F y . ,凡 - . r , y 、 二 方向上的集中力, N ; h 耳板孔中心沿耳 板高 度方向 到连接焊缝的 距离, m m ; h i , h 2 耳 板孔中 心沿耳板高度方向至 连接焊缝的最大
7、和最小 距离, 二 ; H 对接接头坡口深度,n u n ; k 壳体常数,1 / mm; K等脚角焊缝的焊脚尺寸,m m; K , , K 2 不等脚角焊 缝的 焊脚尺寸, m m ; I ,焊缝计算长 度, m m; M力矩,Nm; M 端盖与筒体连接处单位圆周长度的弯 矩,N “ m / m ; M M,. , M, 绕 : , .Y 、 二 轴旋 转的力 矩,N “ m ; 1 9 6 4 N 端盖与筒 体连 接处 单位圆 周长度的 纵向力, N / m; 尸 计 算压力, M 】 a ; Q 端盖与筒体连 接处 单位圆周 长度的 横向力, N / m ; R o筒体的外半径, 弯头
8、外圆 弧曲率半径, m m ; R m筒体平均半径, 二 ; s锅筒起吊 耳板孔中 心至锅筒重心的 纵向 距离, 二 ; t 筒体有 效壁厚, 二 ; t 无 孔筒体理 论计 算壁厚, 二 ; t 管接头 壁厚, 二 ; W- 焊缝的抗弯截面系数, mm 3 ; W x . W y焊 缝 对二 、 Y 轴的 抗弯 截面 系 数, m m 3 ; Wk焊 缝的 抗扭截面系 数, m m 3 ; X -筒体开孔有效加强宽度,二 ; a 对接接头 V形坡口的坡口角度,度; 月 焊缝计算厚度截面与焊脚尺寸K : 的 夹角, 度; Y 力的作用方向与耳 板高度 方向的 夹角,反 时针方向为 正, 度;
9、6 板件 厚度, mm ; 8 1 、 灸 较厚和较薄板 件的 厚度, mm ; 一 - 一 钢板厚度方向未焊尺寸,二 ; 。 两圆钢公切线至连接焊缝表面的距离,mm ; , 许用 应力修正系 数; a 耳板连接焊缝圆弧部 分所对圆 心角的二 分之一, 度; 产 泊松比; 。 正 应力, N / mm z ; a , 垂直于焊缝计 算厚度截面的 正应力, N / . ; “F集中 力 所 引 起 的 正 应 力, N / mm z ; am-弯 矩所引 起的 正应力, N / mm z ; 1 1 M . 均布弯 矩所引 起的 正应力, N / . ; a q横向均布力所引 起的正 应力, N
10、 加m ; O N 纵向均布力 所引 起的正 应力, N 八 mm ; a, 按第三强度理论计算的当量应力,N / . ; I , - 焊件在室温下的屈服 点,N / . ; 司 焊件在计 算温度下的许用应力, 按相应的强度计算标准规定选用, N / mm z ; r 切应力, N / mm z ; r l 在焊 缝计算厚 度截面内 且垂直于焊缝走向的切应力, N / . 2 ; r 2 在焊缝计算厚度截面内 且平行于焊缝走向 的切应力, N / . Z ; r F集中 力所引起的切应力, N / m m ; r M 力矩 所引 起的 切应力, N / mm ; 1 9 6 5 r m u 均
11、布弯矩所引起的切应力, N / mm Z : Z Q 横 向 均 布 力 所 引 起 的 切 应 力, N / m m ; T N 纵 向 均 布 力 所 引 起 的 切 应 力, N / . ; 0 耳板 焊缝端点连 线与 耳板横截面的夹角, 度; 。 弯头 直段两 端点与 弯头外圆 弧曲 率中 心连线的 夹角, 度 3技 术要求 3 . 1 工艺要求 3 . 1 . 1 焊接材料的 强度不得 低于 焊件的 较低强度 3 . 1 . 2 焊接及焊 接工艺评定 应符合有关标准的规定 3 . 1 . 3按本标准计算的角接接头,两焊脚边的夹角应不小于6 0 和不大于 1 2 0 0 3 . 2 结
12、构要求 3 . 2 . 1 角焊缝的焊脚尺寸应符合下列要求: a . 对于板件, 当与焊脚接触的焊件厚度大于7 m m时, 其焊脚尺寸不得小于 1 . 5 百 、 S为与焊脚接触的焊件厚度。当焊接工艺有保证时,可不受此限 当与焊脚接触的焊件 厚度不大于7 , 时, 其焊脚尺寸不得小于与焊脚接触的 焊件厚度 和4 二 的 较小值。 b , 对于管 接头, 角焊缝的 最小焊脚尺寸不 得小于 管接头 的壁厚和6 m m的较小 值r c . 加强板与筒体的外角焊缝焊脚尺寸不 得小于较薄焊件厚度的0 . 7 倍, 与管接头的 外角焊缝焊脚尺寸不得小于较薄焊件的厚度与6 二 : 的较小值。 d . 对于
13、板件, 角焊缝的焊脚尺寸不宜大于与焊脚接触焊件厚度的 1 . 2 倍。对于管接 头角焊缝的焊脚尺寸不宜大于管接头壁厚的 2 倍。 3 . 2 . 2 侧面或正面角焊 缝的 计算长度不 得小于两 焊脚尺 寸平均值的8 倍和4 0 m m o 3 . 2 . 3侧面角焊缝的计算长度不应大于两焊脚尺寸平均值的 6 0倍。若大于上述数值时, 其超过部分在计算中不予 考虑。 若内力 沿侧面 角焊缝全长 分布, 其计算长度不受 此限 3 . 2 . 4 当 板件的端部仅采用 两侧面角 焊缝连接时 ( 图3 - 1 ) , 每条侧面角焊缝长度不宜小于 两侧面角焊缝之间距离 b , ;同时当s : 大于 1
14、2 m m时,b ; 不宜大于 1 6 6 2 ,当S : 不大于 1 2 mm 时,b , 不宜大于2 0 0 mm o 3 . 2 . 5 杆件与节点板的连接 焊缝一般宜采 用两面 侧焊, 或其他不封闭焊缝。所有焊缝的转 角处必须连续施焊。 3 . 2 . 6 在搭接连接中, 搭接焊缝长度不得 小于 较薄 焊件厚度的5 倍, 且不小于2 5 m m a 3 . 2 . 7 圆钢与圆钢、圆钢与 钢板间的焊 缝计算厚 度,不 应小于0 . 2 倍圆钢直径 ( 当 焊接两 圆钢直径不同 时, 取平均直径) , 且不小于3 m m, 并不大于1 . 2 倍钢板厚度, 焊缝计算长度 不应小于2 0
15、m m 3 . 2 . 5 受压元件上的支承耳板焊缝,当 耳板厚度不大于1 2 m m时, 可采用无坡口的角焊 缝;当耳板厚度大于1 2 二时,必须开坡口。 3 . 2 . 9 受力耳板与 壁厚不小于1 0 0 二 的受压元件焊接时, 应采 取措施, 以防止母材的层 状撕裂。 4 计算原则 4 . 1 基本假定 1 9 6 6 图 31 两侧面角焊缝连接尺寸示意图 4 . 1 . 1 本标准不考虑残余应力 、 应力集中、疲劳和蠕变的影响 4 . 1 . 2 焊接接头的强度按作用在焊 缝计算 厚度截面上的 应力 进行验算。 4 . 1 . 3 集中力、 均布力在焊 缝计算厚度截面上所产生的 应力
16、按平均分布计 算。力矩在焊缝 计 算厚度截面上所产生的应力, 根据不同的 情况按线性分布 ( 图4 - I ( a ) ) 或按平均分布 ( 图4 - 1 ( b ) )计算 图4 - 1 焊缝计算截面上应力分布示意图 4 . 2 焊缝尺寸 4 . 2 . 1 常用焊缝的计算厚度及焊缝尺寸参数按表4 - 1 计算 4 . 2 . 2 管接头焊缝的走向 假定为圆形 焊 缝的计算厚度 取肩部和腹部两处数值的 平均值腹 部焊缝的计算厚度根据表4 - 1 序号9 计算。 表 4 - 1 序 号简图一 # 妥计 算 gi矿一一41 ) 菇 l i t *a 一 1 9 6 7 续 表 序 号 简图焊缝
17、计算 厚度 焊 缝尺 寸参数 3 a二 s , 一 刃 4 压 k , k z “ 一 k ; + k z 二 ” 二k _,k ; + k 一 “ 不k ,k , + k 1 不 , k 5 PY k l 走 2 “ 二 一 k i + k : sinp 一 描 恭 一 “ 一k ; k g 不 月 6 一 Q 万k ,k ik ; sinp 二 歹 kzki + kz 7 k ,k + k 1 不 k 、 , 冬 k z , a=了尸十k i sin p = 丁 t z cw p - k + k ; 乎 J 火 f压 8 丹 k i 丫 飞 1 了 a=( k , + f ) 5 in p
18、 呱 “ - kzk i m ,p 二 7 k ; + k i 炸 k , 1 9 6 8 序号 简图 筒体腹部焊缝K 的计算 焊 缝计算 厚度 续表 焊 缝尺寸 参教 当k 1 丫 飞 刀, 时, 同序号 8 . 当k ,时, 同序 号 7 ; 当k 2)了 飞 石时, 同序 号 8 门 全 竺 上 兰 生 丛 宜 差 卫 .k 沪 灭d o2R 了 1 为筒 体上腹 部的焊 脚尺寸 2 Rn 当。 6 0 . 时, a= H 当 a c 1图5 - 1 管接头焊缝所承受的总 图4 - 3 鞍座式管接头全焊透焊 缝荷载示意图 5 . 1 . 3 在内压力 作用下管接头对焊缝的作用力按下列公式
19、确定: 鞍座式管接头: F, i= P a ( d o 一 2 了 ) 2 4 ( 5 - 3 ) 插人式管接头: Fj P a d ? 4 5 . 1 . 4 由管道系统作用于焊缝上的机械力分量在求荷载分量为: M: ,在 求荷 载分量时可利用下列公式进行坐标变 换: ( 5 - 4 ) F x , F , ., 、F ,2 ,Mx 、 F x =F,m s ( .r , x o ) +F , c o s ( 二 , Y . ) +F m c o s ( x , z ) ( 5 - 5 ) F 二F ,.o c o s ( y , x o ) +F ,n c o s ( y ,, y , )
20、 +F . c o s ( y , 二 。 )( 5 - 6 ) F 、, =F , c o s ( z , 二) + F , c o s ( z , y o ) + F . c o s ( z , 二 )( 5 - 7 ) M、 =M, o c o s ( x , x o ) +M c o s ( x , Y o ) + Mw c a s ( .r , , z )( 5 - 8 ) My =M_ c o s ( Y , x o ) +M- m s ( Y , Y o ) +M- c o s ( Y , z) ( 5 - 9 ) M =M- c o s ( 二 , 二 。 ) + M y o
21、c o s ( z , Y ) + M c o s ( 二 , : 。 )( 5 - 1 0 ) 式 中: 括 号 代 表 夹 角 , F x , F , o , F _ M , o , M ,o , M 。 分 别 为二 。 、 Y o . .r 。 轴 的 力 的 分 量 。 5 . 1 . 5 根据下列两种作用 力系 分别进行焊缝的强度验算: a . F x , F y =F+F , , , F . =F , +F ,, Mx , My , M ( 5 - 川 b . F n , F 、 =凡1 , F : =F十 F A + F , , M、 , M r , M :( 5 - 1 2
22、) 其 中, 在( 5 - 1 1 ) 式 中, 取F 与 F , ; 的 方 向 相同 , 在 ( 5 - 1 2 ) 式中 , 取F与 F , + F 二 的 方向相同。 F F y. , F , Mx , M, , M: 与图5 - 1 方向 一致者为正。 1 9 7 1 : 一: .1 鞍座式管接头 鞍 座式管接头 焊缝的一般形式如图5 - 2 所示, 其中a 按表4 - 1 计算。 5. 2. 2 弓. 2. 3 5. 2 . 4 焊缝的计算长度按下列公式计算: 1 二二 ( d 。 一 2 f + 2 a s in l ) ( 5 - 1 3 ) 焊缝的计算厚度截面积按下列公式计算
23、: A = a l ( 5 - 1 4) 焊缝的抗弯截面系数按下列公式计算: 二 ( d 。 一 2 f+ 2 a 3 2 ( d - +2 a) ( 5 - 1 5 ) 尹一Zj 5 . 2 . 5 焊缝的抗扭截面系数按下列公式计算: W , = 迪d 2 1 牛 2 a ) 4 - ( d - 2 f ) 0 ) ( 5 - 1 6 ) L 4l a 。一 G t + G a) 5 . 2 . 6 图 52 鞍座式管接头焊缝 应力分量按下列公式计算: A 点 : F 丫 公二于 一f 盖A ( 5 - 1 7 ) 口尸Q尸 COS朋 。 、 一 _FA r AF y 一 F sA ( 5
24、- 1 8 ) ( 5 - 1 9 ) a F z = r F , = A s in g ( 5 - 2 0) C O s g ( 5 - 2 1 ) 凡一AM Q M . 二 r M 二 二 W M 二 s i n g ( 5 - 2 2) c o s g ( 5 - 2 3 ) ( 5 - 2 4) 邢M一W 一Wl一1 ( 5 - 2 5) ( 5 - 2 6) cosP哪 凡一W凡一W ( 5 - 2 7 ) 二A s i n 召 ( 5 - 2 8 ) ( 5 - 2 9 ) 知孙鄂 s i n g ( 5 - 3 0 ) ANJlrl 艺BRBFEFBFBM |获r口rT韶 bB点
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