旋壓近似橢圓封頭與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭替代
隨著封頭大型化以及旋壓技術(shù)的推廣應(yīng)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(jī)理與過程來看,旋壓成型的封頭應(yīng)屬于碟形封頭范疇,從而在應(yīng)用中有人認(rèn)為不能等效替代橢圓封頭,且持這一觀點(diǎn)的人還比較多。他們認(rèn)為,既然封頭屬于碟形, 應(yīng)按照碟形封頭有關(guān)強(qiáng)度計(jì)算公式求得的壁厚來驗(yàn)收,亦即封頭的壁厚應(yīng)比相應(yīng)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚增厚,而不管旋壓成型的橢圓封頭與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭在實(shí)際形狀上的接近程度。與上述觀點(diǎn)截然不同的是,有人認(rèn)為[3~5],無論封頭的成型方法如何,只要 終成型封頭的實(shí)際形狀在GB 150規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的允許偏差范圍內(nèi),那么該封頭都應(yīng)該屬于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭,因此完全可以等效替代標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭而無需增加壁厚。有關(guān)文獻(xiàn)的研究表明[5,6],對(duì)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(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 接近,理論曲線偏差皆未超過GB 150規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)該屬于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的范疇,因此也 可以與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭等效替代。再者,從應(yīng)力分析的角度出發(fā),ASME Ⅷ-2的有關(guān)圖表中明確指出[7],R=0.9Di,r=0.173Di的標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭計(jì)算曲線即是標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的曲線,換句話說兩者是一回事[8]。與此同時(shí),對(duì)于Di/2hi不等于2的橢圓封頭,文[7]規(guī)定也應(yīng)按相當(dāng)?shù)牡畏忸^或按附錄分析設(shè)計(jì)。由此可見,在文[7]中碟形封頭與橢圓封頭的設(shè)計(jì)實(shí)屬同1種方法,并都是按碟形封頭曲線圖求得。因此,對(duì)形狀相近或相當(dāng)?shù)牡闻c橢圓封頭,其設(shè)計(jì)總是一樣的[8]。筆者對(duì)R/Di=0.833,r/Di=0.156的近似橢圓封頭和標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚計(jì)算證明,當(dāng)直徑及材料相同時(shí),與文[7]的結(jié)果 接近。另外,筆者曾對(duì)AD[9]中的深碟形封頭(R=0.8Di,r=0.154Di)的壁厚計(jì)算公式進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚(因?yàn)锳D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(zhì)及板厚的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭也是可行的。不能簡(jiǎn)單地以封頭的類型來按各自的計(jì)算公式確定其壁厚,而 應(yīng)注重實(shí)際形狀與標(biāo)準(zhǔn)形狀的差異,并由此來判定其強(qiáng)度能否保證。而文[1]和[2]之所以得出不正確的結(jié)論, 在于他們只看到成型過程而未注意實(shí)際結(jié)果,并參照無力矩分析結(jié)果單純以各自強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。但在對(duì)比時(shí)又忽略了封頭類型不同其計(jì)算公式體系亦不同這個(gè)問題,以致于實(shí)為同一封頭,卻選用了不同公式而造成計(jì)算結(jié)果差異很大。這有點(diǎn)類似于在進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí),同一結(jié)構(gòu)采用極限分析法與等面積法計(jì)算結(jié)果存在很大差異一樣。
綜上所述,筆者認(rèn)為,對(duì)于采用旋壓成型的近似橢圓封頭,只要按照GB 150采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的樣板進(jìn)行檢查,其偏差未超過GB 150規(guī)定時(shí),皆應(yīng)看作是標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭,因而可以完全等效替代標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。當(dāng)然,采用冷旋壓成型后,應(yīng)對(duì)封頭進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理,以避免封頭內(nèi)存在著過高的殘余應(yīng)力,必要時(shí)尚應(yīng)對(duì)過渡區(qū)作無損檢測(cè)[3,10]。