关于凸形封头厚度的再讨论
【摘要】在长期使用标准GB150-1998《钢制压力容器》和JB／T4746—2002《钢制压力容器用封头》的过程中，有关凸形封头的各种厚度存在许多的争议。文中就封头计算厚度公式中焊缝系数的取值、封头最小成型厚度、制造厂考虑加工减薄量等问题提出了看法和若干修改建议。
【关键词】压力容器 凸形封头 焊缝系数最小成型厚度 管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机

    凸形封头(下称封头)是压力容器中常见的主要受压件，其安全性能直接影响了压力容器整体的安全。有关凸形封头的各种厚度，GB150—1998《钢制压力容器》(下称GB150)和JB／T4746—2002《钢制压力容器用封头》(下称JB／T4746)标准中均有明确定义，但具体实施过程中总存在诸多争议。由于这些争议的存在，造成了许多的安全隐患， 因而有必要采取修改标准或作一些补充规定等措施来从根本上解决这些争议性的问题。

1 封头计算厚度公式中焊缝系数的取值管道切割机，相贯线切割机
    以标准椭圆形封头为例，GB150给出了计算厚度公式：
   
该式表明，封头的焊缝系数取值的正确与否，将直接影响计算结果。若ø值取大了，计算厚度小，很可能造成安全隐患。
    GB150第10.8.2.2a条规定，先拼焊后成型凸形封头上的所有拼接接头，须进行100％无损检测，无损榆测合格级别要求与同一台容器一致。由此，许多设计人员认为，无论封头是整板成型还是先拼焊再成型，焊接接头系数均取1.0，这是不合理的。在容器只要求作局部无损检测的情况下，其无损检测的合格级别为：射线检测不低于III级，超声检测不低于Ⅱ级，此时封头虽然作100％无损检测，因合格级别是按局部无损检测要求的，其焊缝系数只能取0.85；只有在整台设备均做100％无损检测，且对接接头合格级别达到射线检测不低于Ⅱ级，超声检测不低于I级时，焊缝系数才取1.0。管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
    焊缝是容器的薄弱环节之一，因焊缝热影响区存在焊接残余应力、焊缝金属晶粒粗大、焊缝内可能存在气孔、夹渣、裂纹等缺陷。为了能确保拼接封头成型后的质量，建议标准作如下更改：封头拼接焊缝需作100％无损检测，合格级别达到射线检测不低于Ⅱ级，超声检测不低于I级。这样，封头的焊缝系数无疑均取1.0。

2 最小成型厚度管管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机道切割机，相贯线切割机
    GB150规定：“封头成型后的厚度不小于封头名义厚度减去钢板的负偏差”；JB／T4746则规定：“按规则设计的封头成型封头实测的最小厚度不小于封头名义厚度减去钢板厚度负偏差，但当图样标注了封头成型后的最小厚度，可按实测的最小厚度不小于图样标注的最小厚度验收……”。
    事实上，GB150对封头成型后的厚度的控制是不妥的，图纸上标明最小成型厚度是目前各设计单位普遍采用的方法。那么最小成型厚度到底是多少，说法不一。笔者认为最小成型厚度应按以下情况分别确定：若凸形封头上没有开孔，则成型后所需保证的最小成型厚度为设计厚度，即计算厚度加腐蚀余量；若凸形封头上有开孔，若仍以设计厚度为最小成型厚度，会导致丌孔处的强度不足。在这种情况下，应根据补强所需面积、接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积、补强区焊缝金属面积和补强圈面积，求出封头用于开孔补强部分的厚度(有效厚度和计算厚度之差)，该厚度与设计厚度之和就是所需保证的最小成型厚度。因此，最小成型厚度其实与“封头名义厚度减去钢板的负偏差”没有必然的联系，建议标准作适当的更改。

3 制造减薄量由制造厂考虑管管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机道切割机，相贯线切割机
    封头的成形加工方法有热冲压和冷冲压、冷旋和热旋爪等，不同尺寸、不同材料、不同加工方法有不同的减薄量，这在专业封头制造厂有详细的技术数据资料。由于制造厂考虑加工减薄量合情合理，表面上看也能确保得到安全经济合理的封头成形厚度。其实不然，若制造厂考虑加工减薄量，将会出现如下问题：
    ① 根据GB150规定，封头各种厚度问关系如1所示。
  
    从图1可以看出，制造厂往往是在图纸上的名义厚度基础上，加上加工减薄量，并按钢材规格进行圆整， 以确定投料的钢板厚度。制造厂用图纸上所标的最小成型厚度对封头进行验收，判断其合格与否。由此导致设计和制造两次圆整，造成材料的浪费。
    ② 设计者在封头开孔补强计算中所用的有效厚度为名义厚度减去厚度附加量，即用掉了设计者取用的圆整量△1，制造厂所确定的毛坯厚度中还包含了圆整量△2，而此量也可以作为补强面积，这将直接影响开孔补强的计算结果。管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机
    ③ 制造厂自行考虑加工减薄量确定封头毛坯厚度，可能出现成形后的封头不能满足图样设计的强度要求。其原因是，随着钢板厚度的增加，在某些厚度段材料的许用应力将会下降。如16MnR，δ=16mm时其[σ]=170Mpa，δ=18mm时其[σ]=163Mpa。制造厂在考虑加工减薄量后，一般是不会对封头的强度进行验算的。
    ④ 设计者按名义厚度计算封头重量，而实际封头成本是按下料厚度计算的重量， 因而有可能因工艺加厚引发价格纠纷。

    考虑上述囚素，笔者认为设计者考虑加工减薄量也是十分必要的。建议设计者在图纸上直接标注封头下料厚度，在明细栏中给出最小成型厚度，在技术要求中加注“图中所标封头厚度已考虑加工减薄量”。由此，设计者在许用应力选取，开孔补强计算时均直接按下料厚度。制造厂可由图纸上的最小成型厚度判断设计者给出的下料厚度是否合适，如不合适，双方再进行商议。 管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机

    设计者给出下料厚度也是可操作的，设计者可以参照JB／T4746附录A《封头成形厚度减薄量》，确定封头加工减薄量。在最小成型厚度的基础上，加上钢板负偏差和加工减薄量，并按钢材规格进行圆整，来确定封头的下料厚度，这个厚度应该是最经济合理的封头下料厚度。

4  结语管管道切割机,便携式切割机,便携式数控切割机,相贯线切割机,数控相贯线切割机道切割机，相贯线切割机
    (1)按现行标准规定，封头强度计算公式中的焊缝系数并不是全部取1.0。只有用整块钢板成型的封头及整台容器作100％无损检测的封头，焊缝系数取1.0，其余的应该取0．85。
    (2)封头的最小成型厚度与封头名义厚度间没有必然的联系，因此规定“封头的最小成型厚度不得小于名义厚度减去钢板厚度负偏差”是不正确的，建议标准对封头的最小成型厚度的定义进行修改。
    (3)设计者及制造厂均有必要考虑封头的制造减薄量。其实双方在考虑制造减薄量后所关注的重点是不同的。设计者更注重封头的安全， 而制造厂更着重于经济。
    (4)设计图样上标注封头的名义厚度是没有任何实际意义的。建议图纸上标注封头的下料厚度及最小成型厚度。

本文作者：陈荣(南通迪爱生色料有限公司)

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