簡(jiǎn)析材料代用在壓力容器制造中的應(yīng)用

（大慶市高新區(qū)隆迪石化科技有限公司，黑龍江 大慶 163316）

簡(jiǎn)析材料代用在壓力容器制造中的應(yīng)用

岳 濤

（大慶市高新區(qū)隆迪石化科技有限公司，黑龍江 大慶 163316）

本文簡(jiǎn)析了材料代用在壓力容器制造中的應(yīng)用，分析了材料代用規(guī)定，研究了優(yōu)質(zhì)材料代用等相關(guān)問(wèn)題，重點(diǎn)分析了代用中的以厚代薄現(xiàn)象。

材料待用；以?xún)?yōu)代劣；以厚代??；壓力容器

1 材料代用規(guī)定

在制造設(shè)備以及設(shè)計(jì)設(shè)備等過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)材料采購(gòu)困難的狀況，或制造方出于經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，而不得不選用另一種方式在壓力容器的設(shè)計(jì)中進(jìn)行材料的代用。但是材料代用是需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行選擇的，主要包括以下幾點(diǎn)要求：在承壓部件的材料選擇上，應(yīng)當(dāng)選擇同被代用材料相似的材料，無(wú)論是外形質(zhì)量還是化學(xué)成分以及性能、尺寸公差以及檢驗(yàn)率上。在技術(shù)要求上要絕對(duì)保證代用材料至少同被代用材料相近似，對(duì)于性能項(xiàng)目以及檢測(cè)率要求不甚嚴(yán)格的代用材料可以通過(guò)測(cè)試以及檢驗(yàn)的方式進(jìn)行代用材料的選擇。

2 優(yōu)質(zhì)材料代用

壓力容器由于其設(shè)備的用途，因而材料的選擇上必須具備良好的性能，包括力學(xué)性能、耐高溫性能以及耐腐蝕性能等。而材料在性能上一般都是固定不變的，因而通過(guò)比較，往往會(huì)分出優(yōu)劣。但壓力容器在不同的情況下對(duì)于材料的性能要求也是不同的，因此，材料的代用不能僅僅憑借優(yōu)劣來(lái)評(píng)判，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的要求，從實(shí)際出發(fā)進(jìn)行分析。

2.1 在制作壓力容器的過(guò)程中，受到強(qiáng)度、力學(xué)以及機(jī)械性能等方面的要求與限制，采用低合金鋼的效果往往要比碳素鋼好，但是在焊接性能以及冷加工性能上往往效果差于碳素鋼。一般冷加工性能以及可焊接性能較高的材料在強(qiáng)度級(jí)別上較差，二者呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)變化。因此在鋼材的代用上，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行焊接工藝的調(diào)整，在進(jìn)行熱處理時(shí)同樣應(yīng)當(dāng)適時(shí)的進(jìn)行調(diào)整。

2.2 在進(jìn)行周全細(xì)致的考慮后才能對(duì)材料予以替換，否則在制造壓力容器時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種隱患問(wèn)題。例如設(shè)備處于酸性環(huán)境中，就極易出現(xiàn)腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象，而鋼材的強(qiáng)度級(jí)別越高，則越容易受到應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂影響，二者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。因此，此處采用以?xún)?yōu)代劣的原則是不可取的，應(yīng)當(dāng)予以排除。在很多性能上鎮(zhèn)靜鋼的性能都要優(yōu)于沸騰鋼，其優(yōu)勢(shì)十分明顯，但在制造搪玻璃容器過(guò)程中，沸騰鋼的搪瓷效果要更加突出，鎮(zhèn)靜鋼反而不如沸騰鋼。

2.3 在耐腐蝕性能上，不銹鋼一般具有更出色的表現(xiàn)，但設(shè)備所處環(huán)境氯離子較高的情況下，碳素鋼以及低合金鋼的抗腐蝕性卻更高。

2.4 在高溫?zé)釓?qiáng)性上，普通不銹鋼相對(duì)比超低碳不銹鋼具有更大的優(yōu)勢(shì)，但在抗腐蝕性以及價(jià)格上卻無(wú)法同超低碳不銹鋼相比。在設(shè)備的制造過(guò)程中，通過(guò)對(duì)含碳量的降低用以提高材料的抗腐蝕性，而通過(guò)提高碳含量而增加高溫性，因此在進(jìn)行材料代用的選擇上不能僅僅的憑借一個(gè)因素進(jìn)行選擇，而需要通過(guò)精確的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)備溫度進(jìn)行控制，在必要時(shí)需要針對(duì)材料中的含碳量進(jìn)行重新計(jì)算。

2.5 以?xún)?yōu)代劣的原則不能適用在爆破片、撓性管板以及膨脹節(jié)等零件上，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，在無(wú)法避免代用的情況下，需要以代用材料作為基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行精密的計(jì)算，根據(jù)結(jié)果對(duì)零件的結(jié)構(gòu)以及厚度等進(jìn)行調(diào)整，用以防止零件以及同零件相連接的部位出現(xiàn)問(wèn)題。

2.6 相對(duì)于板材的性能，鍛件在熱換器管板上的總體性能要較好一些，因此，在通常情況下都會(huì)選用鍛件。但是，當(dāng)管板厚度不大于6厘米時(shí)，板材可以作為鍛件的代用材料應(yīng)用到管板中，但需要注意，即便板材厚度、溫度以及材質(zhì)同鍛件都一樣，但在許用應(yīng)力上二者仍舊具有差異，鍛件的許用應(yīng)力比板材略低。因此若在管板中應(yīng)用板材代替鍛件則應(yīng)當(dāng)對(duì)管板厚度進(jìn)行重新核準(zhǔn)。

鋼材的化學(xué)成份的變化即便極為微小也會(huì)對(duì)鋼材的性能造成極大的影響，因此在壓力容器的材料使用中，以?xún)?yōu)代劣就需要予以重視，避免造成原設(shè)計(jì)要求無(wú)法得以實(shí)現(xiàn)。

3 以厚代薄

3.1 對(duì)于設(shè)備設(shè)計(jì)中封頭和筒體間等厚焊接容器，若僅僅用以厚代薄的手段將個(gè)別部件加入到容器殼體中，很容易造成殼體的幾何不連續(xù)，繼而筒體間以及封頭的連接處受到的局部應(yīng)力會(huì)增大，此時(shí)，若容器受到應(yīng)力腐蝕，則會(huì)受到很大的損傷。甚至?xí)霈F(xiàn)疲勞裂紋，嚴(yán)重者會(huì)造成疲勞斷裂。

3.2 使用厚板代替薄板時(shí)，常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，加厚的封頭同筒體進(jìn)行連接時(shí)要進(jìn)行封頭的削邊處理。另外，在筒體結(jié)構(gòu)中，若筒壁厚度增加，那么封頭同筒體連接處也應(yīng)當(dāng)對(duì)筒體進(jìn)行削邊。而厚度的增加，也會(huì)對(duì)焊接工藝造成影響，需要根據(jù)實(shí)際需要對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整。

3.3 以厚代薄的方式若應(yīng)用在容器殼體的整體層面上，雖然不會(huì)增加封頭和筒體連接處的應(yīng)力，但會(huì)產(chǎn)生一些不良影響。

3.4 由于原件剛性同厚度成正比，剛性越強(qiáng)則需要厚度越大，因此從原則上講，波紋管、膨脹節(jié)以及撓性薄板管不能以厚代薄，主要考慮到形變效果的補(bǔ)償。

3.5 針對(duì)換熱器，由于其結(jié)構(gòu)的特殊，其主要原件若采用以厚代薄的方式進(jìn)行材料的代替，則很容易破壞原有力學(xué)平衡，除非特殊情況，不得已使用以厚代薄，則需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行重新的計(jì)算。

結(jié)語(yǔ)

以鋼材料為材料主體的壓力容器，在設(shè)計(jì)以及制作上對(duì)材料的機(jī)械性能有所要求，在對(duì)材料強(qiáng)度予以考慮的同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮到材料的韌性，在保證材料韌性的基礎(chǔ)上盡可能的提高材料的強(qiáng)度，并在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行材料代用的選擇。因此，對(duì)材料選擇的確定上，其優(yōu)劣應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合的考慮和辨析不能單純的以強(qiáng)度以及材料厚度予以認(rèn)定。因此，壓力容器制造和設(shè)計(jì)中，材料代用不僅僅包含技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮材料代用后容器是否安全，投資方是否可以獲利，制造商的成本壓力是否增加，制造管理難度是否提高等。無(wú)論選擇何種材料予以代用，從本質(zhì)上講都是對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)方案的一種變更，必須予以重視。

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