压力容器受压元件制造材料工艺减薄量增加严谨性

摘 要：压力容器受压元件厚度的选取，必须考虑材料厚度变化对材料力学性能的影响，特别是临界厚度前后的材料强度的变化。从GB150.2-2011表2碳素钢和低合金钢钢板许用应力列表中我们可以看出，在材料厚度范围位于临界值时，部分材料的强度指标和许用应力随板厚的增加而降低，所以我们工艺人员考虑加工成形减薄量而增加板厚时，必须严格遵守GB150-2011标准的有关规定和程序文件的要求，恰当选取合适材料厚度，并按标准相关公式进行验算，以确保受压元件成形后的最小厚度能满足产品强度要求。下面本文通过实例来说明其重要性。

关键词：压力容器；设计；计算强度；设计厚度；名义厚度；有效厚度；最小形成厚度

1.名词解释

GB150-2011规定：

计算厚度是指按本标准相应公式计算得到的厚度。

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材料厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度。

有效厚度是指减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。

最小成形厚度是指受压元件成形后保证设计要求的最小厚度。

本文讨论的厚度是名义厚度，不包括加工减薄量。从GB150.4-2011 6.1.1规定制造单位应根据制造工艺确定加工余量，以确保受压元件成形后的实际厚度不小于设计图样标注的最小成形厚度。因而元件的加工减薄量由制造单位根据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要保证产品的实际厚度不小于有效厚度就可以。这样可以使制造单位根据自身条件调节加工减薄量，从而更能主动保证产品强度所需求的厚度，更切合实际地符合我国制造业实际情况。但同时也因为有些材料在设计厚度处于临界厚度，材料加厚导致力学性能下降较大，而导致产品强度不能满足产品强度要求，因而本文通过实例说明受压元件加工减薄量材料加厚的严谨性。特别是封头制造单位这一问题尤其应引起我们的注意。

2.实例

某台储气罐，椭圆形封头如下图，材质16MnDR，设计内径Di=1800mm，封头内曲面深度hi=4050mm，腐蚀裕度C2=1mm，焊缝系数 =1，设计压力=2.7MPa，设计温度t=20℃，图样上封头名义厚度 =15mm，制造单位选用17mm厚度钢板压制，该制造单位压制封头时最大成形减薄量为，即17mm（含钢板厚度负偏差）。

（1）从GB150.2-2011查表2得出16MnDR不同状态下强度指标如下表：

（2）此封头设计数据，Di=1800mm，hi=450mm得到Di/（2hi）=1800/（2450）=2，根据此数据，从GB150.3-2011表5-1椭圆封头系数K值表查出，K=1.00，为标准封头。

（3）选用17mm厚度钢板压制封头，满足GB150-2011设计要求。16MnDR钢板厚度负偏差C1=0.3mm，封头成形后最小厚度 =17-2.04=14.96mm，图样厚度-钢板厚度负偏差=15-0.3=14.7mm，，满足GB150-2011的要求。

（4）15mm图样厚度满足设计强度要求。根据GB150.3-2011（5-1）椭圆封头厚度计算公式

考虑腐蚀裕量C2=1mm，封头设计厚度= +C2=13.48+1=14.48mm，钢板负偏差C1=0.3mm，14.48+0.3=14.78mm，现图样厚度=15mm>14.78mm，即满足设计强度要求。

（5）制造单位选用17mm钢板，材料板厚增加，虽然满足了GB150-2011封头最小厚度≧图样厚度-材料厚度负偏差的要求，其强度反而不符合产品设计强度要求，其强度验算如下，同样从GB150.2-2011表2查得16MnDR 17mm钢板的许用应力 =174MPa，这样

结论：以上说明，若单从工艺考虑增加工艺减薄量，片面满足受压元件成形最小厚度≧图样厚度-材料负偏差的要求，忽视某些材料设计板厚处于临界状态，材料力学性能随厚度增加而降低较大的因素，将会使我们可能制造出强度不合格的受压元件。

当然，除上例材料外，还有09MnNiDR，15MnNiDR等材料在临界点附近，某些材料在某个工作温度点附近，都有可能出现上述类似的问题，因此，除设计人员人员在选用材料设计时，应充分考虑材料力学性能随班后增加而降低的问题，受压元件制造单位亦应注意此类问题，确保增加工艺减薄量厚度时，受压元件成形后最小厚度仍能满足设计强度这一要求，制造出合格受压元件产品。

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