3.2　焊接接头系数

根据受压组件壁厚计算公式的推导原理，只是针对对接接头和搭接接头才需要以焊接接头系数的形式来表示它可能引起的削弱。对开孔接管处未全焊透的坡口焊角接接头以及填角焊接头（凡带补强圈者都认为是未全焊透），对各承载的途径采用以焊缝各截面的剪切或拉伸强度按UG-41和UW-15计算其许用载荷，并不涉及焊接接头系数；对全焊透的坡口焊角接接头以及填角焊接头，规范已对其结构和各部尺寸作了详细的规定，如设计时全部符合其规定，就不必进行强度计算。对于其他受压件的填角焊缝，如在规范中并未确定其各部尺寸，则要求按UW-18计算其许用载荷，规范在其图UW-13.1和UW-13.2中列出了几种不允许采用的结构。所以，焊接接头系数仅适用于各类承受拉伸（包括弯曲）应力作用的对接接头（当然也包括搭接接头，但此处起为省略而不再提及）。承受压缩应力作用时，即使焊缝存在缺陷，也不会对压缩强度造成影响，而对穿透器壁的缺陷则已通过压力试验予以排除，对接焊接接头的系数都取为1.0，所以在外压组件设计中，不出现焊接接头系数。

要指出的是，规范对角接接头（corner joint）和填角焊缝（fillet welds）是有严格区分的，但各版译文相当多的地方对此都不加区分，都译为角焊缝，虽然笔者在2010年版以前，即参加规范的翻译时通过各种方式（例如为主持翻译单位起草各册的名词术语统一稿，并在全体译者间讨论，在《ASME在中国》刊物上多次发表对各册译文的问题和建议）提出意见，但部分译文改了，但部分译文未改，或改后仍可商榷。

由焊接接头分类可知，A类接头都是对接接头；B类接头除个别者外（见图3-1的注）也都是对接接头，但由于在压力作用下B类接头承受的是第二主应力，仅当有其他附加载荷作用时其所受应力上升为第一主应力、作为控制组件厚度的决定性应力时才要求计及B类接头的接头系数，例如卧式或立式高容器，当因自重或附加风载荷和地震载荷而导致轴向应力大于环向应力时；C类对接接头也承受第二主应力，和B类接头相似，仅当有其他附加载荷作用时其所受应力上升为第一主应力、作为控制组件厚度的决定性应力时才要计及其接头系数；D类对接接头的全部或部分承受第一主应力作用，所以在设计时应和该组件上的A类接头同样对待。

3.2.1　焊接接头的使用限制

UW-2中根据容器设计条件的严峻程度，规定了必须采用的接头结构型式。

例如，在本书“2.3.2.3从防脆断出发的有关配套措施”中，阐述了对需要进行冲击试验材料（即碳钢和低合金钢以及高合金钢）的焊接接头结构型式的限定，容器的所有A类接头应是（1）型接头，即采用双面焊或能达到从内外面熔敷焊缝金属同等质量的其他方法焊接的对接接头；所有B类接头应是（1）型或（2）型对接接头；所有C类接头应是贯穿整个接头截面的全焊透焊缝（对接或角接）；所有D类接头应是贯穿容器或接管壁整个厚度的全焊透焊缝（对接或角接）。此外，对储存致死物质的容器，UW-2中也规定，所有A类接头应是（1）型接头，即采用双面焊或能达到从内外面熔敷焊缝金属同等质量的其他方法焊接的对接接头；所有B类接头应是（1）型或（2）对接接头。用堆焊层加工出接管端部的C类接头应符合该节的规定。所有D类接头应是贯穿容器或接管壁整个厚度的全焊透焊缝（对接或角接）等。

2013年版、2015年版将UW-2（a）（1）对各类焊接接头说明的（-a）节原文“Except for welded tubes and pipes internal to heat exchanger shells”（除换热器壳体内的焊制管外）译为除将换热管或管子焊到换热器壳体内之外，使用户误解为换热管或管子对换热器壳体的连接焊缝，而非已经在许用应力中引入系数0.85焊制管本身的焊缝，甚不达意而引起误解。

3.2.2　焊接接头的无损检测要求和相应的标志

UW-11对对接接头的射线及超声检测作了规定。对接接头射线及超声检测的程度直接影响到焊接接头系数，所以规范除对致死物质容器的壳体和封头上的所有对接接头以及接头处名义厚度超过38mm者必须进行100%射线检测外，对其他一般情况，可以由所拟采用的焊接接头系数确定相应的射线检测要求，或由射线检测程度确定相应的焊接接头系数。

检测程度分为全部、抽样和不检测三挡，按规范规定，当规范未规定明确要求时，由用户或其指定代理人确定。当为抽样检测时，检测部位由授权检验师选定，每一容器中每15m（包括余下的不足15m）的焊缝应做一处抽样检测，一处抽样射线检测的底片最小长度应为150mm。

在UW-50中规定，进行气压试验的焊制容器，在试验前应对以下焊缝的全长予以检测：围绕开孔的所有连接焊缝以及所有连接焊缝，包括非受压件与受压件其角焊缝厚度大于6mm的连接焊缝（其中用注表示当为铁磁性材料时做磁粉或液体渗透检测，当为非铁磁性材料时做液体渗透检测），以找出可能存在的裂纹。容器进行气压试验的危险性是不言而喻的，所以对此节的这一规定，应理解为对所有对接和角接焊缝，以及非受压件与受压件其厚度大于6mm的角接焊缝，都应对其全长予以检测，当为对接焊时用射线或超声检测；当为角接焊时则用磁粉或液体渗透检测。由于规范对要求做100%射线或超声检测的有关章节中并未专门提及气压试验容器焊缝的检测规定，且在UW-50节中专门加了注释，说明当为铁磁性材料时做磁粉或液体渗透检测，当为非铁磁性材料时做液体渗透检测，导致业内部分人员误解为该节所规定者仅指对角接焊缝的检测。注意到在UG-100节中，在气压试验标题后特意用括号指出见UW-50，可见规范对气压试验容器的重视程度。

1999年3月1日批准的规范案例1518-5［1］关于气压试验容器焊接接头检测可以从一个侧面证实对这一理解的正确性。该案例对各种材料列出了可以免除气压试验容器焊接接头检测的对应控制厚度，这些厚度都是从防止发生低温脆断出发的，可以是对接，也可以是角接。

在UG-116（e）必要的标志中规定，凡规定进行射线检测的容器，应在规范标志下面按以下进行标志：全部射线检测者，标志为RT1；在本书下节3.2.3中提及，如拟对A类接头的焊接接头系数取为1.0，因而对A类及与之相交的B类及C类对接接头的结构与检测满足规范要求者（此时只要求对B类和C类对接接头做抽样检测），标志为RT2；抽样射线检测者，标志为RT3；只有容器的部分接头满足规范要求的检测规定，或标志RT1、RT2、RT3都不合适时，标志为RT4。

3.2.3　焊接接头系数的选用

在仅为压力、无其他附加载荷作用的情况下，在组件壁厚计算公式中采用的焊接接头系数仅指A类和D类对接接头，仅当有附加载荷作用（例如，在风、地震及附加轴向力作用时的圆筒）、轴向应力起决定性作用时才指承受轴向应力的B类接头或C类对接接头。按理说，焊接接头系数仅取决于该接头的结构型式和无损检测程度，但实际容器中的A类接头往往和B类接头或C类对接接头相交，尽管A类接头为采用双面焊或能达到从内外面熔敷焊缝金属同等质量的其他方法焊接的接头并经100%无损检测，但如果与之相交的B类或C类对接接头结构型式较差，或接头并未检测，则必影响到与之相交A类接头的承载性能，所以规范在UW-11（a）（5）（-a）和（-b）中规定，除可以由表3-1（ASME Ⅷ-1表UW-12）所列，根据接头型式、无损检测程度确定焊接接头系数的同时，如采用表3-1中（a）栏确定容器上所有A类接头的接头系数，除应对该接头做100%无损检测外，连接该筒节或封头的A类和B类接头应为该表中的（1）或（2）型，且与此A类接头相交的B类或C类对接接头（规范的历版译文都把“C butt weld”误译为C类接头，按规范对焊接接头分类的定义，C类接头区分为C类对接和C类角接，而历版译文笼统地译为C类接头，规范的原意仅指C类对接接头，不包括C类角接接头，会引起技术错误）至少应符合UW-52做抽样检测，若不满足这些规定，即使该A类接头已做100%无损检测，其接头系数也只能按表3-1中（b）栏选取，即考虑到在相交处可能引起的影响而降低一档。但这一抽样检测不能用来满足任何其他焊缝递增量的抽样检测规则。

要注意的是，除此处在UW-11（a）（5）（-b）中规定抽样射线检测不能用来满足任何其他焊缝递增量的抽样检测规则外，在UW-9（d）中，对于由多个筒节组成容器时其相邻纵向接头的中心线相错距离达不到规定的为较厚板厚度的5倍时，要求对与环向接头相交的两侧纵向接头长为100mm范围进行射线检测；在UW-14（b）中，对于不需补强的小开孔，除不允许开在A类接头上以外，如其边缘离A类接头、B类或C类对接接头的距离小于13mm，或开在B类或C类对接接头上，要求对A类、B类或C类对接接头按3倍开孔直径的长度进行射线检测的规定，此类抽样射线检测也不能用来满足任何其他焊缝递增量的抽样检测规则。

规范在UW-12（d）中规定，无缝管或无缝成型封头可以看作具有（1）型且经100%无损检测的A类接头，如欲取焊接接头系数为1.0，则与之相连的B类和C类对接接头也应符合上述两项规定，否则，无缝管或无缝成型封头的焊接接头系数也只能降低一档，按表3-1中（b）栏选取。UW-12（e）节还表示，焊制管应用与无缝管同样的方法对待。由于在材料的许用应力表中对焊制管已引入了系数0.85，所以在满足规范UW-11（a）（5）（-a）和（-b）的规定而对焊制管取焊接接头系数为1.0实际上相当于0.85。

根据这些规定，如某容器由两节无缝管［或由（1）型接头且经100%无损检测的焊制筒节］构成的圆筒组成，连同上下无缝封头共有三条B类焊缝，每条焊缝长为4m，见图3-7。如对其三条B类接头按UW-52进行抽样检测，则按其规定在12m长的焊缝中只需检测一处，如抽检的是中间一条环缝，则对上下两圆筒和两封头，因都不满足UW-11（a）（5）（-b）的抽检要求，所以在强度计算时，虽然都是无缝，其焊接接头系数也都只能取0.85；如抽检的是下面一条环缝，则下封头满足UW-11（a）（5）（-b）的抽检要求，可取1.0，上封头和两个圆筒都未满足UW-11（a）（5）（-b）的抽检要求，所以都只能取0.85；如要对下圆筒取1.0，则对它所涉及的两条B类焊缝都必须满足UW-11（a）（5）（-b）的抽检要求，此时根据UW-11（a）（5）（-b）的抽检“不能用来满足任何其他焊缝递增量的抽样检测规则”，尽管这两条焊缝的总长只有8m，也必须对两条焊缝各做一处抽样检测，不能按UW-52的8m焊缝抽样检测只要抽一处的规定；如拟对上下无缝封头和筒节都取1.0，则按UW-11（a）（5）（-b）的规定，应对三条B类焊缝各取一处抽样检测才行，按照UW-52的规定，12m焊缝只做一处抽样检测是达不到UW-11（a）（5）（-b）的要求的。

承受压缩应力的焊接接头系数总取为1.0。

图3-5列出了确定壳体和成型封头壁厚计算公式中焊接接头系数的框图。

3.2.4　确定焊接接头系数的实例分析［2，3］

【例1】　某容器由无缝圆筒（管）和两个无缝成型封头组成，封头与圆筒之间的B类接头用（1）型结构，接管对圆筒连接的D类接头为角接接头，见图3-6。

无缝圆筒和无缝封头都可看作具有A类（1）型结构并100%无损检测的当量有缝结构；容器上的D类角接接头不属于对当量A类接头相交接头的要求范围，在确定焊接接头系数时也不必计入。

①如B类（1）型的环缝不做无损检测，则圆筒或封头壁厚计算公式中的焊接接头系数只能按表3-1中（b）栏选取，即E=0.85。

②如B类（1）型的环缝按抽样或100%无损检测，则可按表3-1中（a）栏选取，即E=1.0。

【例2】　某立式容器，由两个无缝椭圆形封头和两个无缝圆筒组成，所有连接的B类接头都是（1）型结构，两个圆筒之间、底封头和下圆筒之间都采用抽样检测，上封头和上圆筒之间的B类接头不检测，见图3-7。

根据UW-12（a）的规定，对底封头和下圆筒，由于已满足了UW-11（a）（5）节中（-a）、（-b）两条规定，所以可按表3-1中（a）栏选取，即E=1.0；对上封头和上圆筒，因涉及一条与之相交的不检测的B类接头，故只能按表3-1中（b）栏选取，即E=0.85。

【例3】　某容器由两个拼接的成型封头和焊接圆筒组成，A类和B类接头都是（1）型结构，见图3-8。

此时在拼接封头和焊接圆筒壁厚计算公式中的焊接接头系数E和A类、B类接头的无损检测程度都有关系，汇总于表3-2。

【例4】　某容器由两个无缝成型封头（其中一个带有接管）和无缝圆筒组成，见图3-9。连接封头和圆筒的两条环向接头即B类接头为（1）型结构，抽样检测；但左封头带有接管，接管对封头的连接为D类对接接头，（1）型结构，不检测。

用于左封头壁厚计算公式中的焊接接头系数，因封头上带有不检测的D类（1）型对接接头，此接头对左封头设计起决定性作用，所以取E=0.7。

用于右封头壁厚计算公式中的焊接接头系数，因该封头和相邻圆筒都是无缝结构，且其相连的B类接头采用抽样检测，故按规定，可取E=1.0。

用于无缝圆筒壁厚计算公式中的焊接接头系数，因和该圆筒相连接的两条环向接头（B类接头）都是抽样检测，所以按规定，可取E=1.0。

【例5】　某容器由圆筒和平封头组成，圆筒和平封头相连的C类接头分为角接（图3-2）、对接连接（图3-3）两种情况；圆筒无其他环向接头（B类）。圆筒分为无缝、用（2）型纵缝对接两种情况；圆筒纵缝可以是100%检测、抽样检测、不检测。

5a.圆筒和平封头相连的C类接头为角接连接。

此时用于圆筒壁厚计算公式中的焊接接头系数和C类角接接头无关，圆筒壁厚计算公式中的焊接接头系数只根据圆筒A类接头的结构型式和无损检测程度决定。

5b.圆筒和平封头相连的C类接头为（1）型对接接头，不检测。圆筒为无缝结构或纵向接头（即A类接头）是（2）型接头两种情况。用于圆筒壁厚计算公式中的焊接接头系数分别列于表3-3。

5c.圆筒和平封头相连的C类接头为（1）型对接接头，抽样检测；圆筒为无缝结构或纵向接头（即A类接头）是（2）型接头两种情况。用于圆筒壁厚计算公式中的焊接接头系数分别列于表3-4。

3.2.5　角接接头的结构型式和强度校核

平封头和圆筒的连接可以采用角接或对接，见图3-2和图3-3；开孔接管对壳体的连接也可以采用角接或对接，角接接头的结构见图3-10，对接接头的结构见图3-4。

ASME Ⅷ-1在UW-18中，规定填角焊缝可以用作受压件的受力焊缝，但应特别注意保证填角焊缝根部完全熔合。由于在角接接头处应力分析的复杂性，所以它和对接接头在组件壁厚计算公式中的表示不同，并不能用焊接接头系数反映对强度的削弱，而是通过对实际焊缝受载截面积的计算反映它所能承受的载荷，而且实际上规范已由这一思路规定了所需要的受载截面积，即焊缝的各部尺寸，当选用规定的结构和焊缝尺寸时，不再需要由设计人员另行计算。只是未按规范规定的焊缝尺寸时，才由设计人员根据上述思路进行强度校核。

所以，规范在UW-18（d）中规定，除非其他各节已给出确定尺寸的基准（意指在其他有关节中已规定了能满足所需要的受载截面积的各部尺寸），否则，填角焊缝的最大许用载荷应等于焊缝面积（根据最小焊脚尺寸）、被焊材料的许用抗拉应力值及接头系数取0.55三者的乘积，即指此意。