基于封头最小成形厚度的封头名义厚度的设计讨论

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摘要：主要讨论了GB/T25198-2010中封头最小成形厚度的确定，及如何合理的设计封头的名义厚度，及在材料厚度临界值时投料厚度的选取。

关键词：封头 最小成形厚度 名义厚度

一、GB/T25198-2010中封头最小成形厚度的确定

GB/T25198-2010《压力容器封头》已于2011年2月11日起实施。该标准规定了压力容器用封头的制造、检验与验收要求，以及常用的封头形式与基本参数。该标准中规定：封头最小成形厚度，即设计要求的成品封头最小厚度；封头成品最小厚度，即成品封头实测厚度的最小值。应用该标准设计封头，需注明封头最小成型厚度。

那么最小成形厚度是如何确定呢？笔者认为：如果封头上无开孔的内压情况，可以将封头的设计厚度与腐蚀裕量之和作为封头“最小成型厚度下限值”；如果封头有有开孔，还要考虑封头上要有一定的厚度作为补强，补强计算中要进行校核“最小成型厚度下限值” ；在外压计算时，还要考虑确定了“最小成型厚度下限值”后，由“最小成型厚度下限值”而得到的有效厚度进行许用外压力的校核，并同时考虑封头开孔补强校核。总之，在确定封头最小成形厚度时，有是要考虑的方面会较多。因此，我们在设计中运用SW6进行反算是必要的。即我们初步依据封头计算厚度与腐蚀裕量之和确定为“最小成形厚度”，进行试算其是否满足内外压强度及开孔补强的强度等，合格即作为封头“最小成型厚度下限值”；不合格，看计算差值多少，依差值适当提高厚度，再进行试算，直到计算合格，才能确定合理的封头最小成形厚度，以作为封头成形后最小厚度的指标。

二、GB/T25198-2010中封头名义厚度的合理确定

封头元件在成形过程中，会有一定的加工减薄量，为确保封头成形后的最小厚度能满足图样上标注的厚度，需考虑加工成形减薄量。制造单位根据具体加工工艺和板材的实际厚度确定投料厚度。GB/T25198-2010《压力容器封头》中，明确了封头标记中有名义厚度和最小成形厚度，并在附录K《封头订货技术条件》规定要约定封头的投料厚度。

GB150《钢制压力容器》中规定，计算厚度是指按各章公式计算的厚度；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度是指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度是指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。各种厚度之间的关系如图1所示。

图1

图纸设计者应依据前面方法确定出的最小成形厚度，加适当的封头成形厚度减薄量并圆整后，得到封头的名义厚度。GB/T25198-2010《压力容器封头》附录J中，给出了参考的封头成形减薄率，其数值与JB/T4746-2002一致，都是偏保守值。我们如果合理的确定了名义厚度，使制造的投料厚度和我们给定的名义厚度一致，一方面会使我们图纸的重量更趋于准确；另一方面投料厚度也经过了强度校核，是安全的到保证。

三、在材料厚度临界值时封头投料厚度的确定

通常，对于封头，板厚增加，一般强度会提高，但有时，在板材厚度跨临界厚度时，板厚增加，受压强度却不一定会增加。

下面举例说明，表2中为GB713-2008给出的Q245R材料的许用应力：

表2

某台卧式设备，其封头为标准椭圆封头，材质为Q245R，设备内径为Di=2000 mm,腐蚀裕量C2=2.0 mm,焊接接头系数Φ=1.0，设计压力Pc=1.65Mpa,设计温度t=200 ℃,设计图样上名义厚度δn=16 mm, 最小成形厚度为δmin=14.64。而制造厂在名义厚度上加了减薄量，用投料厚度为18的钢板压制封头。那么是否合理呢？

⑴对图样名义厚度进行校核：

由表2中查Q245R材料在厚度范围3～16 mm下许用应力

，封头计算厚度为：δ=

由C2=2.0 mm，所以封头的设计厚度δd=δ+C2=12.635+2=14.635 mm,图样中：δn- C1=16-0.3=15.7＞14.635 mm,所以δn=16 mm，并取封头最小成形厚度为δmin=14.1 mm，是满足设计强度要求，也是安全的。并且此时的封头减薄率有： ，

在现在的封头压制水平下，是完全可以制造出来的。

⑵板厚增加，封头强度反而不符合设计要求。由于制造厂依名义厚度加减薄量，并且库存正好备有厚度18的板材，因而用投料厚度为18的钢板压制封头。下面进行校核此情况。

由表2中查Q245R材料在厚度18 mm下许用应力 ，封头计算厚度为：δ=

封头的设计厚度δd=δ+ C2=13.35+2=15.35 mm＞14.64 mm，此时压制后的封头成品最小厚度，即成品封头实测厚度的最小值如果为小于14.64 mm，则都为不合格。这时如果仍然按封头实测厚度的最小值大于14.64 mm，就认为是合格的，就是错误的，会有安全隐患。这时应该取封头的最小成形厚度应大于15.35 mm。因此在选择的封头投料厚度与图纸名义厚度跨材料厚度范围时，由于所用材料已与设计材料的力学性能已经不符合，这时应该重新做应力校核，确定新的封头最小成形厚度，以保证封头的强度。

四、结语

笔者上述的讨论，提出了GB/T25198-2010中封头最小成形厚度的确定方法；并提出基于最小成形厚度及封头减薄率来确定封头名义厚度的观点，使封头名义厚度与投料厚度尽量一致，亦即使投料厚度、名义厚度和最小成形厚度都得到强度校核；并引入了计算实例举证了当封头的投料厚度与名义厚度不一致，且投料厚度与名义厚度跨材料厚度临界值时，封头的最小成形厚度会引起改变。从而论证了封头的名义厚度选取宜于投料厚度一致。

参考文献：

[1]GB150钢制压力容器[M]

[2]GB/T25198-2010150压力容器封头[M]

[3]GB713-2008锅炉和压力容器用板[M]

[4]梁立军. 压力容器封头最小成形厚度的确定.石油和化工设备,2011(10)