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國標封頭的材料代用利與弊

  在封頭制造中材料代用是不可避免的,盡管《壓力容器 技術監察規程》對材料代用作出了一些規定,但這只是原則性的,在封頭實際中由于材料代用而引發的相關問題往往不易引起人們的注意。

  1、優代劣與厚代薄

  所謂優代劣,是用較高級別或性能較好的材料代替較低級別或性能較差的材料;厚代薄則是用同樣鋼號較厚規格的材料代替較薄規格的材料。封頭上述代用往往被認為是隨便可行的,從而忽視了一些相關問題的存在,有時甚至成為重大問題。

  當封頭厚板代薄板時,往往要引起連接結構的變化,如加厚的封頭與筒體的連接,往往都必須對封頭進行外削邊處理。對于用管道做筒體的設備,當筒體壁加厚時,筒體與封頭的連接處有時也必須對筒體側作內削邊處理。對于筒體與管板及平蓋的對焊連接結構也同樣存在這些問題。當厚度增加較多時,常常還涉及到焊接結構的變化,如封頭與殼體焊縫及對接焊縫都有可能從原來的單V型改為X型坡口。厚代薄的另一個問題 是有可能導致強度不足,這是因為隨著板厚的增加,封頭材料許用應力呈下降趨勢,如16MnR,由16 mm增加到18 mm,許用應力由170 MPa下降到163 MPa;20R在100 ℃下由16 mm增加到18 mm時,許用應力由132 MPa下降到126 MPa。這在封頭制造時尤應引起注意,因為在封頭下料時往往都要增加一定的毛坯厚度來保證沖壓后封頭的 小厚度,結果有可能導致沖壓后的封頭強度不足。因此,當處于這些臨界狀況下的厚代薄時,還必須對強度進行驗算。對于膨脹節、波紋管、撓性薄管板和薄管板等元件,原則上不應采用厚代薄,因為隨著元件的加厚,其剛性相應增大,從而削弱了補償變形效果。對于開孔補強板也不應過多加厚,因為補強板過厚,在補強板與筒體連接的外周將會形成很高的應力集中,以致引起焊趾部位開裂。由此可以看出,封頭厚代薄并不總是有益的,所以在進行代用時對上述問題尤應引起關注。

  優代劣對于一般情況而言總是有益的,它可以增加封頭的強度儲備,提高設備的 性,但對于有些 殊工藝環境則不然。對于濕H2S環境,很顯然選用碳素鋼則比用15MnVR、16MnR和20MnMo等具有 的抗H2S SCC能力[18]。對于液氨環境也同樣如此,因16MnR在液氨環境下也存在SCC,所以封頭在這種環境用16MnR等低合金鋼代替20R、20g及Q235系列鋼會 容易出現問題。其次,對于設計要求屈強比σs/σb較低的情況,用所謂優代劣時也應引起注意,如大開孔補強結構、補強板結構及采用極限法設計的補強結構等。對于強度級別較高的材料代用時要注意的另外一個問題是可焊性,因為一般強度級別越高,其可焊性 越差,若此時再用 高級別的材料代用,將使焊接 為困難。還有,對于膨脹節、爆破片和撓性管板這類零件,原則上不允許以優代劣,否則應按代用材料重新計算,對封頭厚度適當減薄,否則將有可能導致這些元件及相鄰部位失效。

  除了上述要考慮的問題外,代用者尚應考慮到設備的經濟性,因為這樣的結果無疑將使封頭的成本增加,尤其是在代用封頭主體材料時 應權衡利弊。

  2、其它問題

  ①封頭根據實際用材情況,焊接工藝應作相應修改。②對于用高級材料代用低級材料時,其試驗與驗收仍應按低級材料執行,而無須再提高驗收要求。③封頭材料不同,其低溫韌度儲備也不同,相應的 水壓試驗溫度將可能有所變化,此時應嚴格按照GB 150的規定執行。此外,如封頭當板厚加厚超過了GB 150規定的冷卷厚度時,必須對筒體作消除應力熱處理。當鋼板達到一定厚度時還須超聲波探傷。必要時還應適當提高水壓試驗壓力,有的甚至還將導致封頭結構上的重大改變。

 

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