【正文】 封頭設(shè)計(jì)中考慮工藝減薄量的必要性 朱玉娟 （巨化集團(tuán)公司工程有限公司，浙江衢州 324004） 摘要：通過對 GB1501998 和 JB/T47462020 標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，提出在設(shè)計(jì)中考慮工藝減薄量，并以封頭名義 厚度減去加工工藝減薄量之差或設(shè)計(jì)厚度（ δ+C2 ）作為封頭成性厚度的，最小值。冷旋壓封頭可隨壓力容器一同進(jìn)行熱處理。 封 頭不另做焊接試板。但 “ 檢驗(yàn)周期 ” 應(yīng)參照 132 條確定，最長不得超過安全等級為 3 級的壓力容器的檢驗(yàn)周期。 指地、市級。 “ 同牌號、同鋼號 ” 必須是相同材料，不能理解為 “ 同組別號 ” 。對照來函條款，我局提出如下解釋意見： 一般情況下， “ 材料性能優(yōu)于被代用材料 ” 包含 “ 以厚代 薄 ” ，特殊情形則不成立，具體情況應(yīng)具體分析，不能一概而論，應(yīng)由設(shè)計(jì)人員決定。表面粗糙度對照表 μm 120 400 150 500 200 600 250 700 300 800 320 7。新封頭標(biāo)準(zhǔn)能以此為基點(diǎn)規(guī)定了相應(yīng)的技術(shù)要求，體現(xiàn)了新封頭標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性，縮短了我國封頭質(zhì)量和國際水平的差距。具有明顯的 經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。因此，封頭廠應(yīng)有多種成形設(shè)備和修正設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)筒體和封頭同步加工的承諾。 封頭產(chǎn)生廠應(yīng)具有尺寸和形狀修正的設(shè)備和技術(shù) 生產(chǎn)中難免出現(xiàn)尺寸超差，必須進(jìn)行修正，達(dá)到公差要求后才能向用戶交貨。其目的是對封頭的內(nèi)徑、厚度、外周長等檢測 時(shí)，以封頭端面作為測量基準(zhǔn)，使所測結(jié)果準(zhǔn)確有效。 必須進(jìn)行正確的測量，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 封頭廠應(yīng)嚴(yán)格按商定的公差交貨 嚴(yán)格按商定的公差交貨這是筒體和封頭能否同步加工的關(guān)鍵。 ～ 從表 2 可見，除 δs≤12mm ，應(yīng)控制的內(nèi)徑或外周長的公差小于新 封頭標(biāo)準(zhǔn)外，其余厚度的公差，一般都大于標(biāo)準(zhǔn)要求。5 ～177。5 12～+18 177。5 9～ +12 177。9 12～ 20 1/4δs 3 ～ 5 ～ 3～ +4 177。 12 1/4δs 3 3～ +4 177。6 10 1/4δs 3～ +4 177。 8 1/4δs 2 3～ +3 177。3 6 1/4δs 3～ +3 177。 4 1/4δs 1 2～ +2 177。列于表2 表 2 按 δs 和規(guī)定的錯(cuò)邊量確定封頭應(yīng)控制的內(nèi)徑或周長公差 對口處鋼 材 厚度δs B 類接頭對口錯(cuò)邊量 封頭或筒體的公差 內(nèi)徑公差 外圓周長公差 b 1/2b 新封頭標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定 應(yīng)控制 的公差 新封頭標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定 應(yīng)控制 的公差 3 1/4δs ～+ 177。 即： bmax=（ 1/2b+1/2b） b，如圖 3所示。另外的 1/2b，應(yīng)作為制作筒體的公差。也就是說封頭廠必須嚴(yán)格按商定的公差交貨。 如果直邊厚 δ’ 比筒體厚大于 3mm，則應(yīng)按圖 2 所示對封頭直邊段的內(nèi)圓（外圓對準(zhǔn)）或外圓（內(nèi)徑對準(zhǔn)）作削薄處理。至于這基準(zhǔn)如何選擇，由容器生產(chǎn)廠決定。所以封頭和筒體組裝時(shí)，內(nèi)徑和外圓不可能同時(shí)對準(zhǔn)，只能根據(jù)容器的生產(chǎn)工藝，確定以外圓對準(zhǔn)（控制封 頭的外圓周長公差，相當(dāng)于日本 JISB8247 標(biāo)準(zhǔn)中的 A 種封頭），或者以內(nèi)徑對準(zhǔn)（控制封頭的內(nèi)徑公差，相當(dāng)日本標(biāo)準(zhǔn)的 B 類封頭。因此，封頭實(shí)際的外圓平均直徑 DO’ 和外圓周長 L’ ，應(yīng)按下式計(jì)算： DO’=Di’+2δ’mm L’=π （ Di’+2δ’ ） mm 式中 Di’ 為實(shí)測平均內(nèi)直徑 mm 圖 1 筒體和封頭的對準(zhǔn)基準(zhǔn) A 內(nèi)徑對準(zhǔn) B 外圓對準(zhǔn) 由于 δ’ 是與封頭的材質(zhì)、形狀、板厚、成形方法、工藝和操作技能等多種因素有關(guān)的不定值。 3. 滿足錯(cuò)邊量要求應(yīng)具備的條件 訂購封頭時(shí)須明確封頭和筒體的對準(zhǔn)基準(zhǔn) 如圖 1 所示，封頭和筒體的組裝是由封頭的直邊段與筒體組成的對接接頭。故保證錯(cuò)邊量是實(shí)現(xiàn)筒體、封頭同步加工的關(guān)鍵。 上述要求的 款，由《新封頭標(biāo)準(zhǔn)》中對直邊傾斜度的限制加以保證，與筒體和封頭同步加工的關(guān)系不大。 2. 封頭和筒體組裝的基本要求 對口錯(cuò)邊量 b 應(yīng)按 GB150— 1998表 101中 B類接頭的要求執(zhí)行。 為了適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)發(fā)展的需要和可能，由全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制造分委員會(huì)制訂的《鋼制壓力容器用封頭》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱《新封頭標(biāo)準(zhǔn)》）中的有關(guān)技術(shù)要求，就是以筒體和封頭可同步加工這一基點(diǎn)提出的。 如何創(chuàng)造必要的條件，滿足筒體和封頭同步加工的要求，以縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)我國加入 WTO 后面臨的挑戰(zhàn)，縮小與國際水平的差距，是我國容器界封頭行業(yè)努力解決的課題之一，具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí) 意義，其關(guān)鍵是必須提高我國的封頭制造質(zhì)量。其原因是封頭的加工技術(shù)落后，成形質(zhì)量差，不能按要求保證封頭的尺寸精度。 1. 問題的提出 以前壓力容器的生產(chǎn)流程為：外協(xié)加工毛邊封頭，切毛邊、加工坡口、測量直邊段外圓周長后，筒體下料 卷圓，封頭和筒體組裝。提高我 國壓力容器制造水平的一項(xiàng)重要改進(jìn) 實(shí)現(xiàn)筒體和封頭同步加工，縮短容器生產(chǎn)周期 提高我國壓力容器制造水平的一項(xiàng)重要改進(jìn) —— 實(shí)現(xiàn)筒體和封頭同步加工，縮短容器生產(chǎn)周期 —— The important improvement in manufacture of Chinese pressure vessel —— Realizing machine synchronously of shell and heads, Shortening produce time of pressure vessel—— 宜興北海封頭有限公司 摘要：本文就改變用封頭周長定筒體下料尺寸的舊工藝，實(shí)現(xiàn)筒體和封頭同步加工，從而縮短容器生產(chǎn)周期，對當(dāng)前容器制造業(yè)的重要的現(xiàn)實(shí)意義；實(shí)現(xiàn)同步加工應(yīng)具備的條 件和要求；同時(shí)對照新制訂的《鋼制壓力容器用封頭》標(biāo)準(zhǔn)（ JB47462020報(bào)批稿）中的有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行了分析和評述。 （ 3）為了安全經(jīng)濟(jì)合理地確定封頭成形厚度，需要壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、制造、封頭用戶、專業(yè)封頭制造廠之間的合作并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的理解。 5. 結(jié)語 （ 1）用設(shè)計(jì)厚度（ δ+C2 ）比用名義厚度（ δn ）減鋼板負(fù)偏差 （ C1）作為封頭成形最小保證厚度是在滿足安全要求的前提下，既合理也是最經(jīng)濟(jì)的。有時(shí)還會(huì)發(fā)生因投料厚度 δs 的增加，使厚度跳檔造成強(qiáng)度指標(biāo) (?b 、 ?s) 和許用 應(yīng)力 [?]t 的降低而需重新進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （ 5） 為了保證封頭成形厚度不小于名義厚度減鋼板厚度負(fù)偏差，現(xiàn)行做法不得不在名義厚度 δn 加上減薄量 C3（一般取 2mm），再圓整 △2 至鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度確定投料（毛坯）厚度 δs 。打磨后的厚度不應(yīng)小于該部位的設(shè)計(jì)厚度（ δ+C2 ）。 （ 4）新《容規(guī)》第 69 條第 2 款中 臨時(shí)吊耳和拉筋的墊板割除后留下的焊疤必須打 磨平滑。 （ 2） 實(shí)際上 GB15089《標(biāo)準(zhǔn)釋義》早已說明 成形封頭的最小厚度應(yīng)能滿足強(qiáng)度（即計(jì)算厚度 δ ）與使用壽命（即腐蝕裕量 C2）的要求 ，且是大多數(shù)專家的共識。 開孔補(bǔ)強(qiáng)僅是局部的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，最常用的等面積法也只是經(jīng)驗(yàn)和保守的，故有可能在補(bǔ)強(qiáng)面積中不考慮圓整量，而以設(shè)計(jì)厚度（ δ+C2 ）為基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。該問題可在修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)予以解決。 （ 1） 關(guān)于封頭標(biāo)準(zhǔn)中直邊高度隨厚度變化的問題 封頭直邊高度是由 `封頭直徑和厚度控制的變量，確無必要且使封頭尺寸系列復(fù)雜化。也就是說設(shè)計(jì)者應(yīng)在圖紙上標(biāo)注名義厚度和最小成形厚度（即設(shè)計(jì)厚度 δd ），這樣使得制造單位可根據(jù)制造工藝和原設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)圓整量決定是否再加制造減薄量。 3. GB150 及有關(guān)封頭標(biāo)準(zhǔn)的厚度定義不甚合理 GB150 及有關(guān)封頭標(biāo)準(zhǔn)的厚度定義不甚合理，主要體現(xiàn)在容器和封頭成形后的厚度要求上，對凸形封頭和熱卷筒的成形厚度要求不得小于名義厚度減鋼板負(fù)偏差（ δn C1），由此可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)和制造兩次在設(shè)計(jì)厚度的基礎(chǔ)上增加厚度以保證成形厚度。如采用封頭成形厚度不小于設(shè)計(jì)厚度 δd （應(yīng)取 δe 值），則投料厚度： δs=δd （ δe ） +C3+△2=8mm ，而成形后的最小厚度為 、且大于有效厚 度 δe 、更大于設(shè)計(jì)厚度 δd 和計(jì)算厚度 δ 。 根據(jù)專業(yè)封頭制造廠技術(shù)資料 Di=4000、 δn=8 封頭加工減薄量 C3=，經(jīng)厚度第二次圓整值△2= 。求橢圓封頭的計(jì)算厚度、設(shè)計(jì)厚度和名義厚度。即標(biāo)注在圖樣上的厚度。 (2) 設(shè)計(jì)厚度 δd 是計(jì)算厚度 δ 與腐蝕裕量 C1 之和。封頭安全經(jīng)濟(jì)合理的成形保證： 1. GB1501998標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)厚度的定義 (1) 計(jì)算厚度 δ 是按各章公式計(jì)算得到的厚度。 ④ 、如果是同一內(nèi)徑同一板厚的封頭， 10% 碟形比標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的下 料尺寸小，可節(jié)省材料。 ② 、因 10% 碟形封頭的曲面比 2 ： 1 橢圓形曲面平緩，所以在封頭上易于安裝固定板及支架等，工作效率高。請根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)，使用條件、區(qū)分使用兩種不同形狀的封頭，這對質(zhì)量及成本管理都 是有利的，特別是食品、制藥、水處理及地下儲(chǔ)罐等常壓容器，我們推薦使用冷沖壓或旋壓方法制造的 10% 碟形封頭。 3。 25 ℃ 保溫時(shí)間： δ s ≤ 60 分鐘 其他 一般按 60 分鐘 / 適用材料：碳素鋼 低合金鋼 ② 、正火（ N ）時(shí) 溫度： 900 ℃177。 δ s/ （ r+ δ s ） (%) δs ：鋼材厚度（ mm ） r ：封頭折邊部的內(nèi)半徑 ● 5 個(gè)條件： ① 使用介質(zhì)為極度或高度危害者； ② 材料要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)者（可按 ASME V Ⅲ 1UCS66 判定）； ③ 冷成形鋼板厚度大于 者； ④ 冷成形后板厚減薄率大于 10% 者； ⑤ 成形溫度處于 120482 ℃ 范圍內(nèi)者。 ASME 規(guī)范規(guī)定：當(dāng)加工度的最大纖維伸長率超過 5% ，同時(shí)屬于 5 個(gè)條件中任意一項(xiàng)時(shí)，碳素鋼及低合金鋼冷成形封頭要做熱處理。從日本北海鐵工所幾十年生產(chǎn)的 800 多萬只和我公司十多年來生產(chǎn)的 100 多萬只封頭來看，按 ASME 規(guī)范 UCS79 來界定冷成形封頭是否需要做熱處理是可行的。 2。 ● 關(guān)于不銹鋼焊縫的（塑性加工痕跡） 封頭有焊縫時(shí)，在沖壓成形前，除去圓片內(nèi)表面全部焊縫及外表面直邊部和過渡區(qū)焊縫余高后再進(jìn)行加工；在旋壓成形前，則焊縫內(nèi)外表面的余高都要去除。 在冷沖壓封頭的過渡段小 r 部附近，氧化膜脫落的痕跡成格子狀，這是塑性加工引起的表面痕跡。因此，容器在熱浴鍍鋅或滲鋁前，應(yīng)先做熱處理，去除殘余應(yīng)力。 因本公司不了解客戶各種鍋爐壓力容器的設(shè)計(jì)及使用條件，因此，如果您訂購 的封頭是在上述條件下使用時(shí)，請?jiān)谠O(shè)計(jì)階段考慮消除殘余應(yīng)力的方法和選擇合適的材料，并在 “ 封頭定作承攬合同 ” 中予以明確，以便采取必要的工藝，消除殘余應(yīng)力，以符合設(shè)計(jì)的要求。如遇上容器的安裝應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力時(shí)，將產(chǎn)生應(yīng)力疊加，如果使用在有應(yīng)力腐蝕的環(huán)境時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)有可能會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。 根據(jù)冷成形 封頭的特征，有些問題需要注意，在此說明一些代表性的例子，請予以理解。冷成形封頭的特征： 冷成形封頭具有精確的尺寸和穩(wěn)定的質(zhì)量，沒有因加熱而造成的表面粗糙及氧化，封頭外觀漂亮；另外，不用擔(dān)心因加熱而產(chǎn)生的材質(zhì)劣化。按照此原則，我宜興北海封頭有限公司及總公司北海鐵工所五 十年來，經(jīng)過冷加工的不銹鋼封頭已經(jīng)有數(shù)百萬只，沒有因?yàn)榇判园l(fā)生過任何問題。在我國 機(jī)械工程手冊 7 卷 43 篇 焊接、切割和膠接 中推薦鐵素體含量為 4%～ 12%(估算方法為舍夫勒(Schaeffler) 相圖或德龍 (Delong) 焊接組織圖 ) 。對象食品等一般用途，磁性不會(huì)對使用有影響，因此國內(nèi)外一些標(biāo)準(zhǔn)都允許存在，對于磁 性的表現(xiàn)形式一當(dāng)量鐵素體含量 (鐵素體有磁性 ) ，在美國的 ASME 標(biāo)準(zhǔn)原子能卷 (Ш 卷 )中，當(dāng)使用溫度 427℃, 允許鐵素體含量 3%～ 7%。因此常用不銹鋼中的部分組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁性。當(dāng)亞穩(wěn)定奧氏體不銹鋼冷成 形時(shí)