周金衛(wèi)(滄州大化集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)所 河北 滄州 061000）

壓力容器為了使其使用功能得到發(fā)揮，就需要進(jìn)行開孔，開孔是對(duì)容器本身的開發(fā)與改造，隨著開孔施工的進(jìn)行，難免會(huì)對(duì)容器自身造成破壞性影響，影響容器的強(qiáng)度與牢固度，壓力容器的整體性能也可能遭到影響，為了減少容器破壞，實(shí)現(xiàn)開孔的順利進(jìn)行，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，常見(jiàn)的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)主要有：補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)法與整體補(bǔ)強(qiáng)法。不同的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)法能夠產(chǎn)生不同的效果，必須根據(jù)開孔需要以及壓力容器的材質(zhì)等來(lái)優(yōu)選補(bǔ)強(qiáng)方法，要明確不同補(bǔ)強(qiáng)方式的優(yōu)勢(shì)特征，所適合的壓力容器類型，經(jīng)過(guò)全面的衡量與考察后，做出最優(yōu)選擇。

一、補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器中的應(yīng)用

壓力容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)方式很多，主要分為整體的補(bǔ)強(qiáng)和局部的補(bǔ)強(qiáng)，后者被廣泛實(shí)踐和應(yīng)用，補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)為主要的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法，也就是在壓力容器的表面焊接補(bǔ)強(qiáng)板，以此來(lái)確保即將設(shè)孔地方的金屬不斷增厚，以此來(lái)確保正確開孔，達(dá)到科學(xué)補(bǔ)強(qiáng)的效果。

根據(jù)壓力容器實(shí)際的制作過(guò)程、加工工藝性質(zhì)等等，能夠推導(dǎo)出：在容器壁外部來(lái)焊接補(bǔ)強(qiáng)板通常要更容易、更加利于操作，所以，在實(shí)際的開孔補(bǔ)強(qiáng)操作實(shí)踐中也能夠得出，外部焊接補(bǔ)強(qiáng)板也能夠更好地提升壓力容器的強(qiáng)度、韌性和耐力，特別能夠增強(qiáng)開孔處的抗疲勞能力。

在使用補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要明確一下幾大方面：

第一，重點(diǎn)關(guān)注補(bǔ)強(qiáng)板的厚度，優(yōu)化其厚度設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，補(bǔ)強(qiáng)板的厚度應(yīng)該小于壓力容器開孔地方厚度的1.5倍，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐最后顯示：

當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)板的厚度>開孔處厚度1.5倍時(shí)，因?yàn)楹穸瘸瑯?biāo)，在補(bǔ)強(qiáng)板焊接過(guò)程中，焊接角勢(shì)必要增大，從而造成不連續(xù)應(yīng)力的上升。而且要確保所選擇的補(bǔ)強(qiáng)板具有合格的延伸性、韌性與可塑性，所選擇的補(bǔ)強(qiáng)板材質(zhì)的屈服度在正常溫度下，通常應(yīng)該小于400mPa。

第二，當(dāng)出現(xiàn)下面的情況和問(wèn)題時(shí)，不應(yīng)該采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法：

當(dāng)壓力容器處于溫度變化幅度較大、容易發(fā)生腐蝕或容易被氧化的環(huán)境中時(shí)，則不應(yīng)該選擇補(bǔ)強(qiáng)圈這種補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法，而且當(dāng)出現(xiàn)承受載荷容易發(fā)生變化等問(wèn)題時(shí)，也不應(yīng)該選擇這種補(bǔ)強(qiáng)方式。

因?yàn)槌洚?dāng)補(bǔ)強(qiáng)板的金屬多數(shù)居于開孔峰值應(yīng)力位置，此處補(bǔ)強(qiáng)程度較高，因此，補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)適合用在合金程度較低、強(qiáng)度較高的鋼質(zhì)容器中。

如果壓力容器對(duì)補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量需求較高，而且這種局部補(bǔ)強(qiáng)的方法已經(jīng)無(wú)法滿足補(bǔ)強(qiáng)的需求，則要盡量選擇整體補(bǔ)強(qiáng)模式。

二、整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

所謂的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)就是要對(duì)容器開孔處的強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)充和強(qiáng)化，提高開孔處材質(zhì)的質(zhì)量、強(qiáng)度和等級(jí)，只有這樣才能維護(hù)被開孔的壓力容器的質(zhì)量，保持其完整性。同補(bǔ)強(qiáng)圈等補(bǔ)強(qiáng)方式相比，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)和優(yōu)點(diǎn)，具體體現(xiàn)在:它能夠確保容器外殼的應(yīng)力水平降至最低，也就是幾乎不會(huì)出現(xiàn)新的應(yīng)力點(diǎn)，從整體上發(fā)揮最佳補(bǔ)強(qiáng)功效。然而，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)對(duì)于客觀條件的要求也更多，特別對(duì)殼體的過(guò)渡通常有更多的要求，需要確保殼體的平緩過(guò)渡，要嚴(yán)格預(yù)防在過(guò)渡地帶殼體的某一端出現(xiàn)過(guò)多的應(yīng)力，現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)加工制造中，事實(shí)證明，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)雖然總體上的補(bǔ)強(qiáng)效果最優(yōu)，然而對(duì)于過(guò)渡焊縫等各方面的要求也更高，這樣無(wú)疑就加大了施工難度，擴(kuò)大了施工成本，這無(wú)疑會(huì)對(duì)具體設(shè)計(jì)施工過(guò)程中的技術(shù)水平要求更高，一旦某一項(xiàng)條件不允許，都會(huì)影響壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的效果。

三、厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的使用

同其他補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)一樣，厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)同屬于重要的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方式，這一補(bǔ)強(qiáng)方式運(yùn)用過(guò)程中，最重要的就是加強(qiáng)對(duì)接管材料的選擇，可以說(shuō)接管材料的選擇直接影響到補(bǔ)強(qiáng)效果。

可以參照殼體材料的特點(diǎn)、性質(zhì)、功能等來(lái)進(jìn)行優(yōu)選和設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)，要確保接管補(bǔ)強(qiáng)材料的材質(zhì)同壓力容器殼體材料性質(zhì)保持一致，這樣才能全面維護(hù)金屬的材質(zhì)的融通性。

參照我國(guó)相關(guān)的規(guī)章制度，在選擇厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)方法時(shí)，要確保接管材質(zhì)強(qiáng)度等級(jí)同被開孔容器材質(zhì)強(qiáng)度等級(jí)保持一致，一些人主觀上認(rèn)為接管材料的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)該更高，然而，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，這種主觀想法是錯(cuò)誤的，強(qiáng)度等級(jí)過(guò)高的接管材料不能夠發(fā)揮正面的補(bǔ)強(qiáng)功效，甚至?xí)a(chǎn)生不良的負(fù)作用，這必將在整體上耽擱容器結(jié)構(gòu)的牢固度與穩(wěn)定性，相反，如果所選擇的接管材料強(qiáng)度等級(jí)較低，則需要對(duì)接管壁做增厚處理，只有這樣才能帶來(lái)良好的補(bǔ)強(qiáng)效果，而且也需要適度地控制接管流通面，經(jīng)過(guò)多重操作，容器的整體補(bǔ)強(qiáng)效果也會(huì)受到不良影響，這樣不僅增加了施工工序，也使得開孔補(bǔ)強(qiáng)效果難以控制和確保，從而有損于容器功能與作用的發(fā)揮。

為了改變這一狀態(tài)，可以引入無(wú)縫鋼管技術(shù)，也可以使用鍛件加工技術(shù)，來(lái)優(yōu)化厚壁連接補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，依托于這兩種技術(shù)，容器補(bǔ)強(qiáng)的誤差能夠得到有效控制，如果補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的壓力很小，對(duì)于補(bǔ)強(qiáng)的質(zhì)量與效果要求相對(duì)較小時(shí)，因此可以采用厚度適宜的無(wú)縫鋼管，相反，則應(yīng)該選擇鍛件加工技術(shù)。

而且經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究表明：厚壁接管在每條路徑中都承受著較大的應(yīng)力強(qiáng)度，要想積極解決這一問(wèn)題，就要引入內(nèi)伸管，所選擇的內(nèi)伸管的長(zhǎng)度大小會(huì)在很大程度上影響接管的應(yīng)力強(qiáng)度，一般情況下，內(nèi)伸管越長(zhǎng)，接頭地方的應(yīng)力強(qiáng)度則越小，而且通過(guò)引入內(nèi)伸管，也能夠發(fā)揮增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)的功能。

總結(jié)

開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)是壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作的重要組成環(huán)節(jié)，要想確保壓力容器開孔后依然能夠保持原有的強(qiáng)度和功能，就要優(yōu)選補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方式，并明確不同補(bǔ)強(qiáng)方式的優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)以及所適合的開孔補(bǔ)強(qiáng)類型，同時(shí)也要結(jié)合壓力容器的材質(zhì)、強(qiáng)度等多方面因素進(jìn)行綜合考慮，選擇最優(yōu)的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方式，只有這樣才能全面提升壓力補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)功效。

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