压力容器封头拼缝位置的布置及探讨

压力容器封头拼缝位置的布置及探讨【技术摘要】从经济性、安全性和工艺可执行性方面陈述了JB/T 4737-95标准中存在拼缝位置不合理的问题，进而提出了解决方案，并对二者作了比较。长期以来，我国的钢制压力容器标准GB 150-19981对封头拼缝只规定了瓣片和顶圆板法封头的焊缝位置，对拼焊封头的最小板宽没有作具体规定，是不是说最小宽度用任意宽度都是可行呢。按我们的经验，板宽太小成型时会开裂，这方面我们有过教训。国际上通行的封头及相关标准，如美国的ASME -1、日本的JIS B 8247-92、德国的DIN 28011-93和英国的BS 5500也未规定拼缝位置，而法国的CODAP 90(E)标准2从应力分析角度出发，把封头分为两个区域：离中心0.4Di范围内，焊缝可任意布置，其余的焊缝必须径向布置(相当于瓣片和顶圆板法)。由于GB 150-1998未作规定，我们生产及接受液化气体运输半挂车订货时只能参照JB/T 4737-95椭圆形封头标准执行3，标准对此规定为：封头由2块或左右对称的3块钢板拼接制成，其拼接焊缝与封头中心线的距离应小于公称直径的1/4。此规定似乎缺乏依据，并且对生产中的以下几个方面造成影响：经济性由于拼缝必须在这较小的范围内，造成板材利用率较低，我公司按JB/T 4737-95执行前，月度材料利用率在76%左右，按此标准执行以后下降到71%72%，同时造成焊缝长度增加，增加了焊接和探伤工作量。安全性虽然标准规定焊接由探伤来保证，但由于局部探伤等原因，特别是焊接应力的存在，即使热处理，焊缝处性能也与母材有差异，因此焊缝长度增加带来了不安全性。工艺可执行性当焊缝必须布置在此范围内时，经常与中心孔、近中心孔群及补强相冲突，使工艺上很难安排，尤其对液化气储罐的大直径封头，板窄就更无法布置。1改进方案鉴于JB/T 4737-95拼缝位置规定造成上述的一些问题，我公司提出改进方案，并向全国压力容器标准化委员会(以下简称容委会)申请，容委会制造分委会以(97)标委制秘字第004号文件批准。由于除CODAP 90(E)以外，国外各标准也没有为此作出一合适的解释，我们根据北海铁工所数十年的经验以及资料显示：封头使用中应力较大处在过渡段r处4，封头成型时，受力较大的为r区及直边l区5。因此我们考虑把焊缝L布置在球面半径R区，见图1。为了保证焊缝在R区，在图2的拼板示意图上作如下换算。封头球面半角：=sin-1（Di/2-r）/(R-r)当液化气体罐式集装箱封头为标准椭圆封头(EH)时，封头曲面为一连续曲线，没有R、r，此时如果考虑把标准椭圆封头按照近似正半椭圆封头(R=0.9045D，r=0.1727D)来类比，这二者的高度相同，断面形状相差0.81%Di，在国家标准允许的1.25%以内，可以等效代用6，7，且GB 150-1998引用美国WRC Bulletin(焊接研究委员会通报119-1976)的椭圆封头正压失稳校核就以上述数据代入8，同时德国标准DIN 28013用R、r封头来表示标准椭圆封头9。因此，把R、r代入式(1)得：a=0.4194Di(4)考虑到钢板在压制成封头时，R部虽然延伸很小，但总有一定延伸，根据北海铁工所数百万只封头及笔者做过的试验，延伸在5%以内，把式(4)代入折算后延伸量为： a=0.0021Di(5)考虑放一定余量，且便于表示，变式(4)为a=0.4Di，这恰好与法国标准相统一。又考虑到国内不锈钢薄板较窄，3 mm、4 mm和5 mm厚钢板板宽仅1 m，此时内径800 mm的标准椭圆封头就需焊接，这样计算下来小月牙很窄，冲压加工时将把焊缝压在压边圈下，开裂机率极大，因此根据压边圈宽及安全余量，建议最小月牙宽b300 mm。 2结语通过把JB/T 4737-95规定的拼缝a(1/4)Di，改为a0.4Di，焊缝位置可向外移0.15Di，从而增大了拼板自由度，减少了焊缝长度，在不影响安全性的情况下，我们建议的天然气运输车焊缝位置可以大大缓解因钢板宽度及开孔使焊缝位置很难布置的情况，同时可提高材料利用率，减小焊缝长度，节省人力及物力资源。 作者单位：于衍宏（山东省轻工业学院(济南 250100)副教授）冯志猛（中日合资宜兴北海封头有限公司(宜兴 214212)工程师） 山口俊雄（中日合资宜兴北海封头有限公司(宜兴 214212)教授） 参考文献 1GB 150-1998钢制压力容器.北京：中国标准出版社，1998. 2CODAP 90(E) 法国非直接受火容器标准.3132 3JB/T 4737-95 椭圆形封头标准.北京：机械工业出版社，1995. 4王志文主编.化工压力容器.北京：化学工业出版社，1990.27 5姚慧珠，郑海泉.化工机械制造.北京：化学工业出版社，1990.125126 6丁伯民.冷旋压近似椭圆形封头代替标准椭圆形封头的分析.压力容器，1994，11(1)：6467 7丁伯民.近似椭圆形封头有效代替椭圆形封头的可能