旋壓近似橢圓封頭與標準橢圓封頭替代

　　隨著封頭大型化以及旋壓技術的推廣應用，越來越多的旋壓封頭已開始在壓力容器上被采用。從旋壓成型的機理與過程來看，旋壓成型的封頭應屬于碟形封頭范疇，從而在應用中有人認為不能等效替代橢圓封頭，且持這一觀點的人還比較多。他們認為，既然封頭屬于碟形， 應按照碟形封頭有關強度計算公式求得的壁厚來驗收，亦即封頭的壁厚應比相應規(guī)格標準橢圓封頭的壁厚增厚，而不管旋壓成型的橢圓封頭與標準橢圓封頭在實際形狀上的接近程度。與上述觀點截然不同的是，有人認為[3～5]，無論封頭的成型方法如何，只要 終成型封頭的實際形狀在GB 150規(guī)定的標準橢圓封頭的允許偏差范圍內，那么該封頭都應該屬于標準橢圓封頭，因此完全可以等效替代標準橢圓封頭而無需增加壁厚。有關文獻的研究表明[5，6]，對R=0.8Di,r=0.154Di以及R=0.904Di,r=0.173Di等5種深碟形封頭，其形狀與標準橢圓封頭 接近，理論曲線偏差皆未超過GB 150規(guī)定的標準橢圓封頭的允許形狀偏差　　范圍，因此從規(guī)定本身的含義來看，這些碟形封頭也應該屬于標準橢圓封頭的范疇，因此也 可以與標準橢圓封頭等效替代。再者，從應力分析的角度出發(fā)，ASME Ⅷ-2的有關圖表中明確指出[7]，R=0.9Di,r=0.173Di的標準碟形封頭計算曲線即是標準橢圓封頭的曲線，換句話說兩者是一回事[8]。與此同時，對于Di/2hi不等于2的橢圓封頭，文[7]規(guī)定也應按相當的碟形封頭或按附錄分析設計。由此可見，在文[7]中碟形封頭與橢圓封頭的設計實屬同1種方法，并都是按碟形封頭曲線圖求得。因此，對形狀相近或相當的碟形與橢圓封頭，其設計總是一樣的[8]。筆者對R/Di=0.833,r/Di=0.156的近似橢圓封頭和標準橢圓封頭的壁厚計算證明，當直徑及材料相同時，與文[7]的結果 接近。另外，筆者曾對AD[9]中的深碟形封頭(R=0.8Di,r=0.154Di)的壁厚計算公式進行了分析，發(fā)現按AD規(guī)定的深碟形封頭的壁厚一般總是小于或等于按GB 150求得的標準橢圓封頭的壁厚(因為AD中沒有橢圓封頭的概念，而只有深淺碟形封頭)。由此也可以看出，在通常情況下用深碟形封頭代替同規(guī)格、材質及板厚的標準橢圓封頭也是可行的。不能簡單地以封頭的類型來按各自的計算公式確定其壁厚，而 應注重實際形狀與標準形狀的差異，并由此來判定其強度能否保證。而文[1]和[2]之所以得出不正確的結論， 在于他們只看到成型過程而未注意實際結果，并參照無力矩分析結果單純以各自強度計算公式進行計算對比。但在對比時又忽略了封頭類型不同其計算公式體系亦不同這個問題，以致于實為同一封頭，卻選用了不同公式而造成計算結果差異很大。這有點類似于在進行開孔補強計算時，同一結構采用極限分析法與等面積法計算結果存在很大差異一樣。

　　綜上所述，筆者認為，對于采用旋壓成型的近似橢圓封頭，只要按照GB 150采用標準橢圓封頭的樣板進行檢查，其偏差未超過GB 150規(guī)定時，皆應看作是標準橢圓封頭，因而可以完全等效替代標準橢圓封頭。當然，采用冷旋壓成型后，應對封頭進行消除應力熱處理，以避免封頭內存在著過高的殘余應力，必要時尚應對過渡區(qū)作無損檢測[3，10]。