大型封頭拼縫位置的布置及探討

　　從經(jīng)濟(jì)性、 性和工藝可執(zhí)行性方面陳述了JB/T 4737-95標(biāo)準(zhǔn)中存在封頭拼縫位置不合理的問(wèn)題，進(jìn)而提出了解決方案，并對(duì)二者作了比較。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的《鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》GB 150-1998[1]對(duì)封頭拼縫只規(guī)定了瓣片和頂圓板法封頭的焊縫位置，對(duì)拼焊封頭的 小板寬沒(méi)有作具體規(guī)定，是不是說(shuō) 小寬度用任意寬度都是可行呢。按我們的經(jīng)驗(yàn)，板寬太小成型時(shí)會(huì)開裂，這方面我們有過(guò)教訓(xùn)。 上通行的封頭及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的ASME Ⅷ-1、日本的JIS B 8247-92、德國(guó)的DIN 28011-93和英國(guó)的BS 5500也未規(guī)定拼縫位置，而法國(guó)的CODAP 90(E)標(biāo)準(zhǔn)[2]從應(yīng)力分析角度出發(fā)，把封頭分為兩個(gè)區(qū)域：離中心0.4Di范圍內(nèi)，焊縫可任意布置，其余的焊縫必須徑向布置(相當(dāng)于瓣片和頂圓板法)。

　　由于GB 150-1998未作規(guī)定，我們生產(chǎn)及接受液化氣體運(yùn)輸半掛車訂貨時(shí)只能參照J(rèn)B/T 4737-95《橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行[3]，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此規(guī)定為：封頭由2塊或左右對(duì)稱的3塊鋼板拼接制成，其拼接焊縫與封頭中心線的距離應(yīng)小于公稱直徑的1/4。此規(guī)定似乎缺乏依據(jù)，并且對(duì)生產(chǎn)中的以下幾個(gè)方面造成影響：①經(jīng)濟(jì)性　由于拼縫必須在這較小的范圍內(nèi)，造成板材利用率較低，我公司按JB/T 4737-95執(zhí)行前，月度材料利用率在76%左右，按此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行以后下降到71%～72%，同時(shí)造成焊縫長(zhǎng)度增加，增加了焊接和探傷工作量。② 性　雖然標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊接由探傷來(lái)保證，但由于局部探傷等原因， 別是焊接應(yīng)力的存在，即使熱處理，焊縫處性能也與母材有差異，因此焊縫長(zhǎng)度增加帶來(lái)了不 性。③工藝可執(zhí)行性　當(dāng)焊縫必須布置在此范圍內(nèi)時(shí)，經(jīng)常與中心孔、近中心孔群及補(bǔ)強(qiáng)相沖突，使工藝上很難安排，尤其對(duì)液化氣儲(chǔ)罐的大直徑封頭，板窄 無(wú)法布置。

　　1　改進(jìn)方案

　　鑒于JB/T 4737-95拼縫位置規(guī)定造成上述的一些問(wèn)題，我公司提出改進(jìn)方案，并向全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱容委會(huì))申請(qǐng)，容委會(huì)制造分委會(huì)以(97)標(biāo)委制秘字第004號(hào)文件批準(zhǔn)。

　　由于除CODAP 90(E)以外，國(guó)外各標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有為此作出一合適的解釋，我們根據(jù)力瑞鐵工所數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)以及資料顯示：封頭使用中應(yīng)力較大處在過(guò)渡段r處[4]，封頭成型時(shí)，受力較大的為r區(qū)及直邊l區(qū)[5]。因此我們考慮把焊縫L布置在球面半徑R區(qū)，見圖1。為了保證焊縫在R區(qū)，在圖2的拼板示意圖上作如下?lián)Q算。封頭球面半角：

　　φ=sin-1(Di/2-r)/(R-r)

　　當(dāng)液化氣體罐式集裝箱封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(EH)時(shí)，封頭曲面為一連續(xù)曲線，沒(méi)有R、r，此時(shí)如果考慮把標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭按照近似正半橢圓封頭(R=0.904　5D，r=0.172　7D)來(lái)類比，這二者的高度相同，斷面形狀相差0.81%Di，在 標(biāo)準(zhǔn)允許的1.25%以內(nèi)，可以等效代用[6，7]，且GB 150-1998引用美國(guó)WRC Bulletin(焊接研究委員會(huì)通報(bào)119-1976)的橢圓封頭正壓失穩(wěn)校核 以上述數(shù)據(jù)代入[8]，同時(shí)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 28013用R、r封頭來(lái)表示標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭[9]。因此，把R、r代入式(1)得：

　　a=0.419　4Di(4)

　　考慮到鋼板在壓制成封頭時(shí)，R部雖然延伸很小，但總有一定延伸，根據(jù)力瑞鐵工所數(shù)百萬(wàn)只封頭及筆者做過(guò)的試驗(yàn)，延伸在5%以內(nèi)，把式(4)代入折算后延伸量為：

　　a=0.002　1Di(5)

　　考慮放一定余量，且便于表示，變式(4)為a=0.4Di，這恰好與法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一。又考慮到國(guó)內(nèi)不銹鋼薄板較窄，3 mm、4 mm和5 mm厚鋼板板寬僅1 m，此時(shí)內(nèi)徑800 mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 需焊接，這樣計(jì)算下來(lái)小月牙很窄，沖壓加工時(shí)將把焊縫壓在壓邊圈下，開裂機(jī)率極大，因此根據(jù)壓邊圈寬及 余量，建議 小月牙寬b≥300 mm。

　　2　結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)把JB/T 4737-95規(guī)定的拼縫a≤(1/4)Di，改為a≤0.4Di，焊縫位置可向外移0.15Di，從而增大了拼板自由度，減少了焊縫長(zhǎng)度，在不影響 性的情況下，我們建議的天然氣運(yùn)輸車封頭焊縫位置可以大大緩解因鋼板寬度及開孔使焊縫位置很難布置的情況，同時(shí)可提高材料利用率，減小焊縫長(zhǎng)度，節(jié)省人力及物力資源。