壓力容器設計:板厚度不一致時對接焊道的要求

 壓力容器製造目前是以鋼板焊接結合為主,在不同部位及各式端板型式的不同使用的鋼板在結合時會造成厚度不同的情況。另外可能因為材料與製造的成本考量也會造成承壓件的板厚與鄰近的部件使用的板厚不一致的情形。

造成壓力容器承壓件對接焊道鋼板厚度不一致的原因:

  1. 立式桶槽高度造成最大使用壓力 MAWP 與下方端板的設計壓力會有落差,使用的端板厚度及殼板厚度有可能由上至下的增加板厚;由於表示 MAWP 的壓力錶安裝於設備的頂端,若設計內容物為液態於底部與頂部會有液壓差的產生,所以在設計設備的板厚時應注意板厚的變化。
  2. 使用端板的型式造成的板厚斷差;在同一個設計壓力下,端板的型式所需要的最小計算板厚不同。其板厚計算厚度 10:1 碟型端板 > 2:1 半橢圓端板 > 半球型端板。在設計製造壓力容器時,或許有限高要求,或許採購材料與庫存材料的狀況會造成端板與殼板的板厚的不一致。
  3. 設備開孔補強的部件設計與端板或殼板對接時;為補強開孔的位置,其補強厚度將厚於端板或殼板。
  4. 市購品與自製品結合的時候;有時市面上有現品可以採購時,其使用的板厚與自製品不一致。

板材對接焊之要求:

  1. 不同板厚對接時,厚板減薄至薄板厚度,始可對接焊,其斜率要大於 3:1 。
  2. 焊道必需完全滲透。必要時予以開槽焊接。
  3. 依照 ASME code 要求,其焊道必需完全滲透,再判定是否符合 UW-35 的要求後再確定其焊道的焊接效率。
  4. 需確認母材與焊材使用的成份。並計算碳當量。

在不同板厚的對接焊道,為了避免應力集中於焊道上,將要求厚度較厚的鋼板側去除部份材料與較薄的鋼板對接。例如 10:1 碟形端板使用 10 mm 的鋼板,而殼板使用 8 mm 鋼板,二個部件在對焊時,除了要考慮是否為內部切齊外,還要保留端板直部要切除大於 3:1 斜度的位置;如果設計其端板為內部切齊時,直部與殼板焊道處外側要切除長度 (10 - 8) x 3 = 6 mm 寬度 10 -8 = 2 mm 的斜度,與 8 mm 的殼板對接。

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