斜T形接頭角焊縫尺寸判定淺析

章增糧， 馬敬清

(山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽(yáng) 265118)

0 引 言

角焊縫是一種在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用的焊接結(jié)構(gòu)，往往運(yùn)行在高溫、高壓、腐蝕等惡劣的工況下，極易產(chǎn)生缺陷。由于角焊縫向母材金屬過(guò)渡較急劇，導(dǎo)致接頭在外力作用下力線扭曲很大，應(yīng)力分布極不均勻，在其根部和過(guò)渡處易產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中。角焊縫需要具有足夠的尺寸，以保證接頭具有足夠的強(qiáng)度。

由于角焊縫在設(shè)備結(jié)構(gòu)中所處的位置特殊，再加上角焊縫一般只進(jìn)行目視檢測(cè)，特別是角焊縫在目視檢測(cè)過(guò)程的受空間限制，造成對(duì)角焊縫質(zhì)量評(píng)價(jià)困難，有時(shí)甚至成為焊接接頭或整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要影響因素。因此，檢測(cè)判定角焊縫尺寸質(zhì)量對(duì)于設(shè)備安全穩(wěn)定性具有很重要的意義。

1 斜T形接頭角焊縫介紹

在焊接結(jié)構(gòu)中存在一類(lèi)特殊的角接形式為斜T形接頭，由《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(AWS D1.1)[1]可知，一般將零件接頭的夾角大于100°或小于80°的T 形接頭定義為斜T形接頭,斜T形接頭必須符合圖1所示。

圖1 斜T形接頭焊接要求

斜T形接頭角焊縫尺寸一般包括焊腳尺寸和有效焊縫厚度(焊喉)兩個(gè)方面。角焊縫尺寸對(duì)于相等焊腳的角焊縫，系在焊縫橫截面內(nèi)的最大內(nèi)接等腰直角三角形的邊長(zhǎng)。對(duì)于不等焊腳的角焊縫，則為角焊縫橫截面內(nèi)的最大直角三角形的邊長(zhǎng)。注：當(dāng)一構(gòu)件與另一構(gòu)件所成角度大于105°時(shí)，焊腳長(zhǎng)度(尺寸)不如有效焊縫厚度重要，有效焊縫厚度為焊縫強(qiáng)度的控制因素。

2 斜T形角焊縫焊腳尺寸判定

角焊縫的強(qiáng)度取決于焊縫厚度；然而，對(duì)于作業(yè)實(shí)踐來(lái)說(shuō)，角焊縫的焊腳尺寸是更為實(shí)用而能夠測(cè)量尺寸。一般情況下，對(duì)于60～80°銳角中的焊縫和大于100°鈍角中的焊縫，產(chǎn)品技術(shù)圖紙應(yīng)該注明斜T形接頭焊縫所要求的焊腳尺寸，以滿(mǎn)足所需的有效焊縫厚度。當(dāng)圖紙文件沒(méi)有明確表明斜T形接頭角焊縫焊腳尺寸時(shí)，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(AWS D1.1)，我們可以采用等效角焊縫系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，獲得理論斜T形接頭角焊縫尺寸，與所測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較從而判定斜T形角焊縫質(zhì)量。

斜T形接頭角焊縫的理論焊腳尺寸，可利用角焊縫等效焊腳尺寸系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。二面角為60～135°的等效角焊縫系數(shù)(假設(shè)根部間隙為0)見(jiàn)表1。當(dāng)根部間隙等于或大于2 mm，但不超過(guò)5 mm時(shí)，這一數(shù)值必須直接加到焊腳尺寸上。

例如，斜T形接頭，角度為75°，根部間隙為2 mm。要求斜T形接頭角焊接的強(qiáng)度與角度為90°、焊腳尺寸為8 mm 者相等(產(chǎn)品技術(shù)圖紙規(guī)定)，求該斜T形接頭角焊縫的理論焊腳尺寸。

(1)從表1中查得75°的系數(shù)：0.86；

表1 斜T形接頭角焊縫等效焊腳尺寸系數(shù)

(2)無(wú)根部間隙情況下，斜T形接頭等效焊腳尺寸：W=0.86×8= 6.9 mm；

(3)根部間隙：2 mm；

(4)要求的斜T形接頭角焊縫焊腳尺寸：W=6.9+2=8.9 mm；

(5)取整為實(shí)用尺寸：W= 9.0 mm。

3 斜T形角焊縫有效焊縫厚度計(jì)算

角度為60～80°以及角度大于100°的斜T形接頭的有效焊縫厚度，必須取從接頭根部至焊縫面的最短距離。當(dāng)需要記錄斜T形角焊縫的有效焊縫厚度(不考慮焊縫表面凹凸度時(shí)，即為有效焊喉)，在角焊縫橫斷面內(nèi)部、作最大的內(nèi)接直角三角形，從接頭根部的起點(diǎn)到該直角，三角形斜邊的垂直距離。這一尺寸是建立在假設(shè)根部間隙為0的基礎(chǔ)上的。角焊縫根部至角焊縫面之間的最短距離。為了得出有效焊縫厚度尺寸，我們可以據(jù)圖2，推導(dǎo)從接頭根部至焊縫面的距離公式即斜T形角焊縫有效焊縫厚度(在此沒(méi)有考慮根部間隙，角焊縫是等腰的)。

圖2

Wn=B×sinα

(1)

(2)

將式(1)代入式(2)，得

(3)

如果考慮根部間隙(Rn)，只要最后將公式的分子修改為“Wn-Rn”即可，有效焊縫厚度可按下述計(jì)算：

當(dāng)2 mm <根部間隙≤5 mm 時(shí)，用公式：

(4)

當(dāng)根部間隙 <2 mm時(shí)，用式(3)。

斜T形角焊縫的實(shí)測(cè)焊腳尺寸(Wn)系從接頭一側(cè)表面至對(duì)側(cè)焊趾的垂直距離，Rn為兩部件間根部的間隙。如果有間隙的話(huà),斜T形接頭的最小焊縫尺寸對(duì)于斜T 形接頭，如圖1a～圖1c所示的最小焊縫尺寸,必須符合表2 的規(guī)定。

表2

②周期荷載結(jié)構(gòu)的最小尺寸為 5 mm。

4 結(jié) 論

斜T形接頭角焊縫理論焊腳尺寸，可以通過(guò)給定的角焊縫(90°)焊腳尺寸與斜T形角焊縫等效焊腳尺寸系數(shù)進(jìn)行換算，再考慮實(shí)測(cè)的組對(duì)間隙，與實(shí)測(cè)焊腳尺寸進(jìn)行比較，從而判定斜T形角焊縫尺寸質(zhì)量。

當(dāng)需要記錄斜T形角焊縫有效焊縫厚度(E)來(lái)判定斜T形角焊縫尺寸質(zhì)量時(shí)，在考慮根部間隙的情況下,根據(jù)實(shí)測(cè)的焊腳尺寸及二面角通過(guò)以下公式計(jì)算得出：

在判定斜T形角焊縫尺寸時(shí)，需注意不要遺漏組對(duì)間隙值，最小角焊縫尺寸還必須符合表2的規(guī)定。