《壓力容器波形膨脹節(jié)》2018版主要修訂內(nèi)容的新舊對比及分析

匡良明，陳衛(wèi)勝，趙中順，司洪濤，羅國良

（1. 森松集團(tuán)（中國），上海 201323；2. 岳陽泰藝檢維修有限責(zé)任公司，湖南 岳陽 414014；3. 上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 200062）

GB 16749—1997 已使用20 多年之久，期間，其主要參考的EJMA 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)歷了第6 版（1993）、第7 版（1998）、第8 版（2003）、第9 版（2008）、第10 版（2015）共五個版次的更替[1-3]，2018 年9 月迎來我國的GB/T 16749—2018 最新版本，且于2018 年12 月20 日發(fā)布了第一個《勘誤表》，并于2019 年4月正式實施。

經(jīng)過近一年的使用，我們對2018 版的主要修訂內(nèi)容，相對于1997 版的新舊對比逐步有所了解[4-5]；對標(biāo)準(zhǔn)使用過程中出現(xiàn)的一些有爭議的疑問，借鑒國外EJMA、ASME VIII-1&2 和EN 13445-3 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析[6-9]，并對解決方案進(jìn)行了探討。

1 擴(kuò)大了標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)范圍

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997 nt ≤10） ZX 整體成形、小波高、薄壁（S=0.3 ～ 7.0）、單或多層（m ≤4，mS ≤8）——依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列ZD 整體成形、厚壁（3 ≤t ≤30）、單層（n=1） ZD 整體成形、大波高、厚壁（S=0.8 ～ 14）、單層（n=1）——依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列ZX 整體成形、薄壁（t = 0.5 ～ 3.0）、單或多層（n ≤5， 取消了 HF 兩半波焊接，其余同ZD HZ 帶直邊兩半波焊接，其余同ZD HZ 帶直邊兩半波焊接，其余同ZD L L（II，III） I 型—— 帶絲堵，適應(yīng)于單層、無疲勞；（ZX-僅單層，ZD）II 型—— 無絲堵，適應(yīng)于單層或多層、有疲勞；（ZX，ZD）III 型—— 無絲堵，適應(yīng)于帶直邊單層、無疲勞。（僅HZ）LC（II，III） LC W（I，II） W（A，B）WC（I，II） WC（A，B）A 型—— 帶絲堵，適應(yīng)于單層、無疲勞；（ZX-僅單層，ZD，HF，HZ）B 型—— 無絲堵，適應(yīng)于單層或多層、有疲勞。（ZX，ZD，HF，HZ）無加強(qiáng)U 形；（ZX，ZD，HZ） U 只有無加強(qiáng)U 形（ZX，ZD，HF，HZ）J加強(qiáng)U 形；（ZX） /O Ω 形（均帶加強(qiáng)）。（ZX） /U結(jié)構(gòu)代號膨脹節(jié)型式使用代號波紋代號

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997設(shè)計壓力 不大于12 MPa ZX——不大于4.0 MPa——依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列；ZD，HF，HZ——不大于6.4 MPa設(shè)計溫度按各材料引用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)允許的使用溫度。注意：疲勞和塑性強(qiáng)化只適應(yīng)于設(shè)計溫度低于蠕變控制許用應(yīng)力的溫度以下同左注意：沒有考慮塑性強(qiáng)化，其余同左材料 鋼材 碳素鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼 鋼材 碳素鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼有色金屬 鎳/鋁/鈦/鋯及其合金 /公稱直徑 不大于4 000 mm 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列：不大于2 000 mm不大于2.7×104 MPa·mm 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列：不大于0.5×104 MPa·mm標(biāo)記方法images/BZ_13_484_1032_1287_1581.pngimages/BZ_13_1370_1032_2184_1543.png注意：公稱壓力PN 改為設(shè)計壓力P 或取消

2 增加了幾何形狀、尺寸的限制要求

計算中使用的各波形參數(shù)均引自最新標(biāo)準(zhǔn)。

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997 Lb /Db 波紋總長度與波紋內(nèi)徑之比Lb /Db ≤3：其中，Lb = N×q，q—為波長 /層數(shù)（n）、厚度（n×t）ZX n ≤5、t = 0.5～3 mm、nt ≤10 mm /ZD、HZ n=1、 3 ≤nt ≤30 mm /rir ri rm ric，/U 形波紋波峰內(nèi)壁曲率半徑（ric）和波谷外壁曲率半徑（rir）滿足以下要求：ric 或rir ≥3 t，│ric - rir│ ≤20% ri——這里，原標(biāo)準(zhǔn)為rm，恐有不妥。否則與標(biāo)準(zhǔn)的第8.7.1.4節(jié)有關(guān)尺寸公差要求相矛盾。波峰、波谷平均曲率半徑，或“名義曲率半徑（ri 名義）”——參見8.7.1.4：ri = （ric + rir） /2——本文新增概念波峰、波谷平均曲率半徑rm（宜改為“中面曲率半徑”）：rm = ri + nt/2?！蛞芽紤]1/2 壁厚，不只是兩半徑的平均。β側(cè)壁（或環(huán)板）相對于中性位置的偏斜角：-15°≤β ≤15°，式中，arcsin r/'q h 2 h c c `m m j β= - + - - -2 2 2 1 2 1 180 1 m r m r m π h 波高：Db /3 ≥h ≥2 rm /a 1 a 1 2 1 h波形外側(cè)寬度/2 倍波形外側(cè)半高： . .h 0 8 2 1 2≤ ≤1/Ω 形波紋r波紋平均（或中面）半徑：│r - r名義│ ≤15% r名義注意：標(biāo)準(zhǔn)為“平均半徑”，改為“中面半徑”概念更清晰。波紋中面名義半徑（r名義）是標(biāo)準(zhǔn)的制造公差章節(jié)中新增概念，在符號說明中沒有/r0 開口外壁曲率半徑：r0 ≥3t /L0 開口最大距離（間隙）：L0， max ＜0.75r /單側(cè)直邊長度me 波峰環(huán)向?qū)咏宇^雙側(cè)總直邊長度：m 0.2D t mi 波谷環(huán)向?qū)咏宇^雙側(cè)總直邊長度：m . D t 0 2 i ≤m× p HZ 型e ≤m× p 1.5 S

3 明確了厚度負(fù)偏差、腐蝕裕量和成形減薄量的考慮方法

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997 C1 全計入設(shè)計計算中，與GB/T 150.1 一致 即使C1 = 0.25 mm，也應(yīng)計入設(shè)計計算中C2內(nèi)壓應(yīng)力 應(yīng)扣除，其影響內(nèi)壓應(yīng)力的系數(shù)Cp，在查表時就應(yīng)扣除 不明確位移應(yīng)力 不扣除，其影響位移應(yīng)力的系數(shù)Cf、Cd，在查表時不扣除，偏安全未明確，但在應(yīng)力計算公式中不扣除。而對Cf、Cd 在查詢時是否扣除，也未明確依據(jù)成形后一層材料的名義厚度tp 來確定減薄量：C t t DD t 1 b減薄量沒說按S S DD確定，可以自行確定。控制減薄量不得超過10%。說明： Sp 是成形后一層材料的有效厚度。因為Sp 的計算公式?jīng)]有考慮C1 和C2，導(dǎo)致SW6 軟件計算曾經(jīng)出錯。后來，發(fā)現(xiàn)此問題后，才改為目前SW6 計算腐蝕前和腐蝕后兩種工況。注意：同左p =b m 3= - = c- m p m C3這里，t t DD b p =m 。t—— 成形前一層材料的名義厚度， 取消了控制減薄量不超過10%的規(guī)定。注意：tp 計算公式不適應(yīng)于HZ 型膨脹節(jié)——標(biāo)準(zhǔn)未明確

4 引入焊接接頭系數(shù)φ和焊接接頭高溫強(qiáng)度降低系數(shù)ω

4.1 焊接接頭系數(shù)φ

對于疲勞工況，應(yīng)取φ=1.0；對于非疲勞工況，可取φ= 0.85 或0.7。

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭鋼制全部無損檢測 1.0 全部無損檢測 1.0局部無損檢測 0.85 / /單面焊對接接頭(無墊板) 局部無損檢測 0.7 / /鋁、鎳、鈦、鋯及其合金 分別按各材料對應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，如：JB/T 4734、JB/T 4745、JB/T 4756、NB/T 47011。

4.2 焊接接頭高溫強(qiáng)度降低系數(shù)ω

適用于設(shè)計溫度≥510 ℃，在內(nèi)壓等持續(xù)性載荷長期作用下，由于其焊接接頭高溫強(qiáng)度低于母材，因此，在設(shè)計計算時，對于承受內(nèi)壓的波紋管、加強(qiáng)件等引起的周向薄膜應(yīng)力應(yīng)滿足φ×ω×[σ]t。

ω選用規(guī)定按標(biāo)準(zhǔn)第4.3.3.2 節(jié)和表3。

5 修訂和增加了應(yīng)力計算內(nèi)容

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997 σ1，σ1′，僅符號改變。內(nèi)壓引起直邊段&套箍周向薄膜應(yīng)力2 σ σ′（t bt=）P D nt L E k b +1 bt c ct 6ntE D nt t kE L D 2 26（b ）+ +c c @c t ct 1 2 σz，σc，同左，僅符號不同=PD L E k bt t b c ct（）ntE L D nt t kE L D+ +c c @無加強(qiáng)U 形波紋管σ2，符號改變，和增加周向應(yīng)力系數(shù)Kr（與變形前后波長之比有關(guān)），對結(jié)果的影響不大。σ1（基本同左，僅符號、表達(dá)形式不同。）σ =pD K q 2A m r 2 pD m 1內(nèi)壓引起波紋管周向薄膜應(yīng)力c σ =1 mS p f p其中，Dm = Db + ntp + h 2 0 571 2h.+W±= c m max —— （e 取絕對值，“±”：拉+，壓-）因此，當(dāng)壓縮時，Kr ≡1；拉伸時，Kr ≥1 K q r q e 1,其中，D′o = Db + 2mSp Dm = D′o + h = Db + 2mSp + h

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997內(nèi)壓引起波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ3，僅符號改變。σ =σ2，同左，僅符號不同3 ph 2nt p內(nèi)壓引起波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ4，僅符號改變。p 2 σ = c m 4 2nth C p σ3，同左，僅符號不同p σ5，僅符號改變。σ4，基本同左，僅符號不同，且包含C2。位移引起波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力2 σ =E t e 2h C b p 2 5 3 b p 2 1 f σ = （ + ）4 E S C e 2h C 3 f注意：Eb——常溫彈性模量。注意：同左σ6，僅符號改變。σ5，基本同左，僅符號不同，且包含C2。位移引起波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力2 σ =6 5E t e 3h C b p 2 b p d σ = （ + ）5 5E S C e 2h C 2 2 1 d注意：Eb——常溫彈性模量。注意：同左加強(qiáng)U 形波紋管 新增加。 /Ω 形波紋管 新增加。 /HZ 型膨脹節(jié) 除將σ2 分為端波σ2，E 和中間波σ2，i 外，其他各應(yīng)力公式與無加強(qiáng)U 形波紋管相同 當(dāng)作單層U 形波紋管無差別對待

6 修訂和增加了應(yīng)力評定內(nèi)容

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997內(nèi)壓引起直邊段&套箍周向薄膜應(yīng)力新增焊接接頭系數(shù)φb 和焊接接頭高溫強(qiáng)度降低系數(shù)ωb。@@66 σ φ ω σ σ φ ω σ t 1 b b b σz ≤[σ]t σc ≤[σ]t′t 1≤≤c c c內(nèi)壓引起波紋管周向薄膜應(yīng)力 2bbb σ φ ω 6σ @ σ2 ≤[σ]t≤t σ3 + σ4 ≤Cm [σ]bt ——低于蠕變溫度。其中，Cm = 1.5（用于退火態(tài)波紋管）；Cm = 1.5 Ysm（用于成形態(tài)波紋管，1.5 ≤Cm ≤3.0）；Ysm—— 屈服強(qiáng)化系數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)的式（28～30）計算；Kf—— 成形方法系數(shù)，滾壓或機(jī)械脹成形為1，液壓脹成形為0.6；σp = σ2 + σ3 ≤1.5σs t無加強(qiáng)U 形波紋管內(nèi)壓引起波紋管經(jīng)向薄膜+彎曲應(yīng)力εf——波紋管成形變形率，%。100 ln lnc 2 σs 2 t——設(shè)計溫度下的屈服強(qiáng)度nt 1 2 1 2r;mE c;ε = + + +Dh p f mE b m注意：上式不適應(yīng)于HZ 型膨脹節(jié)，，此式來源于EJMA，其中的ntp 恐有誤，應(yīng)改為單層厚度tp?！獏⒖糆N13445-3 的第14.5.2.2 節(jié)位移引起波紋管經(jīng)向薄膜+彎曲應(yīng)力σ5 + σ6，不作單獨(dú)評定 σd = σ4 + σ5，不作單獨(dú)評定。經(jīng)向（子午向）總應(yīng)力范圍σt = 0.7 （σ3 +σ4） +σ5 + σ6對于碳鋼、低合金鋼：σt ≤2ReL t ；對于奧氏體不銹鋼、鎳基合金：當(dāng)時σt ≤2ReL t ，可不考慮低周疲勞問題；當(dāng)時σt ＞2ReL t ，應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命校核σR = 0.7σp + σd，同左，僅符號不同。對于碳鋼、低合金鋼：σR ≤2σst；對于奧氏體不銹鋼：當(dāng)σR ≤2σst 時，同左；當(dāng)σR ＞2σst 時，同左加強(qiáng)U 形波紋管新增加。σt =0.9[0.7 （σ3 + σ4） +σ5 +σ6]注意：這里，0.9 類似疲勞增強(qiáng)系數(shù)（即：疲勞減弱系數(shù)的倒數(shù)——本文引入的新概念）/Ω 形波紋管 新增加。σt =3 （σ3 + 0） + σ4 + σ5/

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997 HZ 型膨脹節(jié)新增加。σt = Ch[0.7 （σ3 +σ4） + σ5 + σ6]不考慮（或不適應(yīng)）低周疲勞問題。（新增加，老版本無此規(guī)定。）注意：這里，類似疲勞減弱系數(shù)。本文第13 節(jié)（2）中有進(jìn)一步分析和探討當(dāng)作單層U 形波紋管無差別對待

7 修訂和增加了疲勞評定內(nèi)容

注：關(guān)于修正系數(shù)fc 和Tf 的使用問題，本文第13 節(jié)（7）、（8）中有進(jìn)一步的分析的探討。

8 修訂和增加了內(nèi)壓失穩(wěn)壓力計算內(nèi)容

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997柱狀失穩(wěn)柱狀失穩(wěn)的極限設(shè)計壓為：0.34 p N q πf C iu sc = θ 2，其中Cθ = 1.0 /無加強(qiáng)U形波紋管平面失穩(wěn)不僅考慮平面失穩(wěn)應(yīng)力相互作用系數(shù)α，還考慮與位移量有關(guān)的周向應(yīng)力系數(shù)Kr。.p K D q c eLyt 1 3A R 2 si =.mS r m α p h C s p·σst=1 42 p 2 2 4 K 4其中， , K α η η η η σ= + + - + = =σ 1 2 1 2 4 2 3 4 2 2加強(qiáng)U 形波紋管 新增加。只有柱狀失穩(wěn)，無平面失穩(wěn)的傾向 /Ω 形波紋管 新增加。只有柱狀失穩(wěn)，無平面失穩(wěn)的傾向 /HZ 型膨脹節(jié) 新增加。同無加強(qiáng)U 形波紋管 當(dāng)作單層U 形波紋管無差別對待

9 新增了外護(hù)套的設(shè)計

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997外護(hù)套設(shè)置的條件 a） 膨脹節(jié)在運(yùn)輸、安裝過程中，波紋管可能受到損傷及破壞時；b） 設(shè)計圖樣有要求時 /外護(hù)套厚度計算1） 外護(hù)套最小厚度tmin 按標(biāo)準(zhǔn)的表11（借用內(nèi)襯筒最小厚度）；2） 外護(hù)套名義厚度t2：t2 = CL tmin + C僅考慮長度系數(shù)CL 的影響（因為外護(hù)套的溫度為常溫、流速為自然風(fēng)，與內(nèi)襯套比，忽略了溫度系數(shù)Ct 和流速系數(shù)Cv 的影響）。注意：如果膨脹節(jié)位于設(shè)備內(nèi)部（如浮頭端出口管道膨脹節(jié)），則按內(nèi)襯筒公式計算外護(hù)套/

10 修訂了制造技術(shù)要求

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997介質(zhì) 1）圖樣注明有應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)；2）用于毒性為極度、高度危害的介質(zhì) /冷成形后恢復(fù)性能熱處理碳鋼 碳素鋼、低合金鋼 同左不進(jìn)行熱處理奧氏體不銹鋼可不進(jìn)行熱處理，但是符合下列條件之一者，需要熱處理，并需要熱處理試板：1）波紋管成形前厚度＞10 mm；2）εf ≥15%（當(dāng)設(shè)計溫度低于-100 ℃，或高于510 ℃時，變形率≥10%。）鎳和鎳合金、鈦和鈦合金 同上 /實施時機(jī)1）應(yīng)在形狀尺寸和外觀檢查合格后，再進(jìn)行。2）對有延遲裂紋傾向的材料，至少在施焊24h 后進(jìn)行檢測；對有再熱裂紋傾向的材料，應(yīng)在熱處理后增加一次檢測。3）波紋管A 類接頭在成形前檢測，B 類接頭在成形后檢測。對于HZ 型板料分瓣拼焊、半波整體沖壓的徑向拼接A 類接頭，如果成形前已經(jīng)進(jìn)行了檢測，則成形后還應(yīng)當(dāng)對圓弧過渡區(qū)到直邊段再進(jìn)行檢測1）同左。2）/3）縱向焊縫在成形前檢測，環(huán)焊縫在成形后檢測。對于板料分瓣拼焊、半波整體沖壓的經(jīng)向焊縫，成形后應(yīng)進(jìn)行復(fù)查，復(fù)查長度≥20%，且不小于300 mm RT 或UT無損檢測1）波紋管A、B 類接頭：a） 波紋管的波紋段A、B 類對接接頭應(yīng)100%RT；b）ZX 型波紋管直邊與端管（或設(shè)備筒體）采用內(nèi)插或外套連接的B 類接頭（或被端管、加強(qiáng)環(huán)、套箍等所覆蓋的B 類接頭）——即：鎖底V 型坡口對接接頭，均應(yīng)進(jìn)行100%PT 或UT 檢測；c）ZD、HZ 型波紋管與端管（或設(shè)備筒體）的B 類接頭按設(shè)備殼體環(huán)縫的要求進(jìn)行RT 或UT。2）端管、加強(qiáng)件（包括加強(qiáng)環(huán)、均衡環(huán)和套箍等）A、B類接頭按GB/T 150.4—2011 中10.3 的規(guī)定進(jìn)行RT 或UT 1）波紋管A、B 類接頭：a）波紋管的對接焊縫應(yīng)進(jìn)行100%RT；（基本同左）b）/c）波紋管與端管（或設(shè)備筒體）的對接接頭按筒體上環(huán)縫的要求進(jìn)行RT。（基本同左）2）/MT 或PT凡符合下列條件之一的焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%PT/MT：a） 波紋管坯厚度≤2mm 的A 類接頭內(nèi)外表面；b） 多層波紋管兩直邊端部的端口焊接表面或滾焊封邊表面；c） ZX、ZD、HZ 型波紋管的A、B、C、D、E 類接頭和搭接角接頭表面；d）ZX 型波紋管直邊與端管（或設(shè)備筒體）采用內(nèi)插或外套連接的B 類接頭（或被端管、加強(qiáng)環(huán)、套箍等所覆蓋的B 類接頭）——鎖底V 型坡口對接接頭；e） ZX、ZD、HZ 型波紋管成形后A 類接頭的內(nèi)外可觸及表面；f） 多層焊要求層間表面NDE 的焊縫；g） 缺陷的修磨表面下列焊縫表面應(yīng)進(jìn)行100% PT/MT：a）無b）同左。c）波紋管的對接焊縫和角焊縫；（基本同左）d）無e） 無f） 無g） 同左

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997最小厚度成形后波紋管一層材料的實測厚度不得小于成形后一層材料的名義厚度，即：tmin = tp ——概念前后不一致，除非C1 = 0本文認(rèn)為，應(yīng)改為：tmin = tp - C1，用tmin 代入各公式計算。因為名義厚度應(yīng)該包含厚度負(fù)偏差C1。成形后一層材料的名義厚度：t t DD成形后波紋管一層材料的實測厚度不得小于一層材料的名義厚度減去鋼板負(fù)偏差C1 與成形減薄量C3。Smin = S - C1 - C3成形后一層材料的有效厚度：,S S DD C C S C b p =minc - - -1 2 2 min m=b m p m 上式括號內(nèi)左邊“-C1-C2”，和右邊“-C2”是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中各公式的本意添加進(jìn)去的。而當(dāng)SW6 程序改進(jìn)后，分腐蝕前和腐蝕后各計算一遍，腐蝕前的Sp 公式中就不再“-C2”，Sp 就是成形后的最小厚度而非有效厚度尺寸公差和形位公差注意：上式不適應(yīng)于HZ 型膨脹節(jié)。目前，SW6 還沒有更新，估計仍會采用以前的方法：分腐蝕前和腐蝕后各計算一遍。ASME 軟件就是這樣處理的，否則，程序員很難編程波紋管兩端面應(yīng)平行，且與中心線垂直，其垂直度不大于0.4%Lb同軸度 波紋管兩端面應(yīng)同心，其同軸度公差應(yīng)符合表17 的規(guī)定 波紋管兩端面應(yīng)同心，其同軸度不大于min （0.5%DN， 2）垂直度 波紋管兩端面應(yīng)平行，且與中心線垂直，其垂直度不大于min（1%DN， 3）U 形U 形 無要求曲率半徑│ric （或rir） - ri 名義│≤10%ri 名義上述與前面的│ric - rir│≤10%ri 等效。這里，波峰、波谷名義曲率半徑：ri 名義≈ri = （ric + rir） /2或 ri 名義≈rm - （nt） /2 Ω 形平均（或中面）半徑：│r - r名義│≤15%r名義寬/高比值：0.8 1.h a/1≤ ≤2 2 1偏斜角 U 形波紋管的側(cè)壁相對于中性位置的偏斜角：-15°≤β ≤15° 無要求

11 修訂了檢驗與驗收要求

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997無加強(qiáng)U 形、HZ 型在試驗壓力下的波距與加壓前波距之比大于1.15（即波距變化率大于15%），即認(rèn)為膨脹節(jié)平面失穩(wěn) 同左耐壓試驗加強(qiáng)U 形和Ω 形在試驗壓力下的波距與加壓前波距之比大于1.20（即波距變化率大于20%），即認(rèn)為膨脹節(jié)平面失穩(wěn)。（與標(biāo)準(zhǔn)中7.4.6.2，7.5.6.2中所述的加強(qiáng)U 形和Ω 形波紋管無平面失穩(wěn)傾向，前后矛盾。）/泄漏試驗1）對于介質(zhì)毒性危害程度為極度、高度危害，或設(shè)計上不允許有微量泄漏的波形膨脹節(jié)應(yīng)進(jìn)行泄漏試驗（氣密性試驗）。2）膨脹節(jié)的泄漏試驗（氣密性試驗）壓力等于設(shè)計壓力。（宜改為：“氣密性試驗壓力等于設(shè)計壓力”，才符合GB/T 150 和TSG 21 的要求。）1）對于易燃、易爆、毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)，或設(shè)計上不允許有微量泄漏的波形膨脹節(jié)應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗。2）膨脹節(jié)的氣密性試驗壓力等于設(shè)計壓力

12 修訂和擴(kuò)充了U形膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)系列的波形參數(shù)

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997 ZX 型a） 公稱直徑DN = 150 ～ 4 000 mm；b） 層數(shù)n ≤5。c） 單層厚度t = 0.5 ～ 3 mm，總厚度nt ≤10 mm。d） 無公稱壓力PN 系列，不大于12 MPa。e） 無許用疲勞次數(shù)要求。f） 無公稱設(shè)計溫度要求。g） 無單波允許位移e 的要求。h） 無單波軸向剛度fi 的要求。i） 直邊段長度Lt = 20 ～ 50 mm j） 波紋管長度：L = N （4rm） + 2Lt ——僅連續(xù)多波其中，rm = ri + nt /2 = （ric + rir + nt） /2 a） 公稱直徑DN =150 ～ 2 000 mm；b） 層數(shù)m ≤4。c） 單層厚度S = 0.3 ～ 7 mm；總厚度mS ≤8 mm。d） 公差壓力PN = 0.25 ～ 6.4 MPa。e） 奧氏體不銹鋼許用疲勞次數(shù)[N]=3 000。f） 公 稱 設(shè) 計 溫 度t =150 ℃ （Q235-A），200 ℃（其 他CS），300 ℃（奧氏體SS）。g） 單波允許位移e1。h） 單波軸向剛度K1。i） 直邊段長度Lt =20 ～ 40 mm。j） 波紋管長度：L = n （4R + 2mS） + 2Lt ——僅連續(xù)多波

項目 GB/T 16749—2018 GB 16749—1997 ZD 型a） 公稱直徑DN = 150 ～ 2 000 mm；b） 層數(shù)n = 1。c） 單層厚度t ≤30 mm，總厚度nt ≤30 mm。d） 無公稱壓力PN 系列，不大于12 MPa。e） 無許用疲勞次數(shù)要求。f） 無公稱設(shè)計溫度要求。g） 無單波允許位移e 的要求。h） 無單波軸向剛度fi 的要求。i） 直邊段長度L . D t t =0 25 b× p 。j） 波紋管長度：L = N （4rm） + 2Lt ——僅連續(xù)多波注意：取消了ZD 型的拼接多波，僅HZ 才有a） 公稱直徑DN = 150 ～ 4 000 mm；b） 層數(shù)m=1。c） 單層厚度S = 3 ～ 14 mm；總厚度mS = 3 ～ 14 mm。d） 公稱壓力PN = 0.25 ～ 6.4 MPa。e） 奧氏體SS 滿足許用疲勞次數(shù)[N] = 3 000；CS 滿足安定性。f） 公 稱 設(shè) 計 溫 度t =150 ℃ （Q235-A），200 ℃ （其 他CS），300℃（奧氏體SS）。g） 單波允許位移e1。h） 單波軸向剛度K1。i） 直邊段長度L4 = 1.5×S j） 波紋管長度：L = n （4R + 2S） + 3S ——連續(xù)多波L = n （4R + 5S） ——焊接多波a） ～ i）同以上ZD 型j） 波峰、波谷環(huán)向?qū)咏宇^直邊長度：.e i m× p m m D t=≤0 2 HZ 型 那么，單側(cè)直邊段長度：/ / 0.m m D t e 2 2 1=i ≤m× p k） 波紋管長度（含兩端直邊段）：L = N （4rm + m3 + mi） + 2Lt - mi 僅焊接多波注意：最后一項（- mi），疑是標(biāo)準(zhǔn)遺漏a） ～ i）同以上ZD 型j） 波峰、波谷環(huán)向?qū)咏宇^直邊長度：me = mi = 3 S那么，單側(cè)直邊段長度：me / 2 = mi / 2 = 1.5 S k） 波紋管長度（含兩端直邊段）：L = n （4R + 5S） ——僅焊接多波HF 型 /a） ～ i）同以上ZD 型j） 波紋管長度：L = n （4R + 5S） ——僅焊接多波

13 標(biāo)準(zhǔn)在使用過程中出現(xiàn)的一些有爭議的疑問及分析

（1）在多循環(huán)工況下疲勞累計損傷問題的考慮方法

參考ASME VIII-1 附錄26 第4.2 節(jié)，考慮多工況的疊加應(yīng)力交變循環(huán)產(chǎn)生的累計損傷。其實GB/T 16749—2018 的主要參考文獻(xiàn)（EJMA 標(biāo)準(zhǔn)）內(nèi)就一直有疲勞累計損傷的考慮方法，且分為并存條件（應(yīng)力可疊加）和獨(dú)立條件（應(yīng)力不可疊加）兩種模式（或方法）來考慮，但是本標(biāo)準(zhǔn)一直沒有引用。ASME的方法僅按EJMA 的并存條件進(jìn)行了考慮。

對于壓力容器用膨脹節(jié)，經(jīng)常會有各種循環(huán)工況，如開/停車工況、正常壓力溫度交變工況、清洗工況、事故工況等等，不同的工況對應(yīng)不同的應(yīng)力循環(huán)，且每種循環(huán)的次數(shù)都不可忽略，有的甚至還高達(dá)106以上，最終會造成膨脹節(jié)的累計損傷。

建議：今后將疲勞累計損傷的內(nèi)容完善進(jìn)去，以進(jìn)一步擴(kuò)大新標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。

（2）HZ 型膨脹節(jié)不適應(yīng)疲勞工況問題？

像ASME VIII-1 附錄26 一樣，增加疲勞強(qiáng)度減弱系數(shù)Kg，擴(kuò)大有環(huán)焊縫的HZ 型膨脹節(jié)的適應(yīng)范圍，使其也能適應(yīng)疲勞工況。

在2018 版HZ 型膨脹節(jié)的子午向總應(yīng)力范圍σt的計算公式中，已考慮σt計算修正系數(shù)Ch=2.0，應(yīng)該是可以用于疲勞工況的，這與標(biāo)準(zhǔn)第5.2 節(jié)表4 對III 型的規(guī)定（無疲勞設(shè)計要求）不一致。

因為，Ch= 2.0 來源于EN 13445-3 第14 節(jié)，而EN 標(biāo)準(zhǔn)允許HZ 型膨脹節(jié)采用與一般U 型膨脹節(jié)同樣的公式進(jìn)行疲勞計算，只是本標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為HZ 型膨脹節(jié)不適用于疲勞工況，所以，這樣規(guī)定過于偏保守。

計算公式中的Ch= 2.0，就是考慮了環(huán)縫的疲勞減弱系數(shù)（在“焊縫經(jīng)受部分或全部RT/PT 檢查，且表面經(jīng)受VT 檢查，但未完全經(jīng)受MT/PT 檢查”時的取值——參見ASME VIII-2 的表5.12～5.13“焊縫表面的疲勞強(qiáng)度減弱系數(shù)”）。但是，GB/T 16749—2018 版的第8.5 節(jié)要求對HZ 型膨脹節(jié)的對接B 類焊縫，既進(jìn)行100% RT/UT，又進(jìn)行100% MT/PT，按ASME VIII-2 的表5.13，如果對焊縫表面再進(jìn)行了機(jī)械打磨，則Ch= 1.0，如果焊縫表面仍為焊態(tài)，則Ch= 1.2。因此，我們采用Ch=2.0 進(jìn)行疲勞計算，還是會偏于安全。

另外，EN 13445-3 第14 節(jié)還允許碳素鋼和低合金鋼制膨脹節(jié)用于疲勞工況，直接采用相應(yīng)的焊接元件疲勞設(shè)計曲線的方法。

（3）膨脹節(jié)的標(biāo)記方法中公稱壓力PN一欄如何填寫問題？

標(biāo)準(zhǔn)的附錄A“膨脹節(jié)波形參數(shù)”的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列中已經(jīng)沒有公稱壓力的信息了。除非公稱壓力PN改為設(shè)計壓力P。因為，附錄A 已經(jīng)取消了許多內(nèi)容，如：原先針對不銹鋼膨脹節(jié)的允許位移[e]——是按設(shè)計溫度300 ℃、疲勞次數(shù)N=nf×[N] =15×3 000（次） = 45 000（次）計算而來；原先針對碳鋼膨脹節(jié)的允許位移[e]——以設(shè)計溫度200 ℃（其中Q235-A 以150 ℃）、組合應(yīng)力σR≤2σst 處于安定的條件計算而來；形成各規(guī)格膨脹節(jié)的厚度、單波剛度、單波位移系列對照表。

現(xiàn)在，新標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)僅是波形參數(shù)，與壓力、溫度、疲勞無關(guān)，取消了原標(biāo)準(zhǔn)系列中的公稱壓力、壁厚、單波剛度、單波最大允許位移等參數(shù)，這些都只能由設(shè)計者自行設(shè)計計算膨脹節(jié)來確定，無法像老標(biāo)準(zhǔn)一樣能選用標(biāo)準(zhǔn)系列的膨脹節(jié)。

建議：在膨脹節(jié)的標(biāo)記方法中，取消公稱壓力PN一欄，或改為設(shè)計壓力P。

（4）加強(qiáng)U 形和Ω 形膨脹節(jié)，無平面失穩(wěn)傾向問題？

新標(biāo)準(zhǔn)的第7.4、7.5 節(jié)，對于加強(qiáng)U 形和Ω 形膨脹節(jié)，認(rèn)為無平面失穩(wěn)傾向，而后面第9.1.3 條在壓力試驗中出現(xiàn)：對于無加強(qiáng)U 形膨脹節(jié)波距變化率大于15%，對于加強(qiáng)U 形和Ω 形膨脹節(jié)波距變化率大于20%。即認(rèn)為存在平面失穩(wěn)。前面設(shè)計不要求考慮平面失穩(wěn)，后面卻要求檢查平面失穩(wěn)，前后出現(xiàn)矛盾。其實，EJMA 標(biāo)準(zhǔn)也有同樣的要求。盡管在理論上無需對平面失穩(wěn)進(jìn)行校核計算，但是由于加強(qiáng)件與波紋之間的貼合存在制造偏差，會對實際的平面失穩(wěn)造成影響，因此需要靠液壓試驗來進(jìn)行驗證，并對波距變化率的指標(biāo)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆艑挕?/p>

（6）關(guān)于許用疲勞次數(shù)范圍過小的問題？

在ASME VIII-1 附錄26 和EN 13445-3 第14 節(jié)中，由于疲勞計算公式已經(jīng)考慮運(yùn)用兩個安全系數(shù)（循環(huán)次數(shù)：3，應(yīng)力：1.25）對疲勞曲線進(jìn)行了修正，許用疲勞次數(shù)Nalw可以用到102～106，比我國的（6.7×100～6.6×104）要大得多[7，9-10]。EN 13445-3 第14 節(jié)，還允許鐵素體鋼制膨脹節(jié)直接采用相應(yīng)的焊接元件疲勞設(shè)計曲線，可以用到102～108。

鑒于我國膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)的許用疲勞次數(shù)范圍太小，建議：如超出適用范圍，允許參照ASME VIII-2 或JB 4732 直接采用疲勞設(shè)計曲線進(jìn)行疲勞分析[8，11]，以進(jìn)一步擴(kuò)大新標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。

（7）為什么疲勞計算公式不再考慮溫度修正系數(shù)Tf？

GB/T 16749—2018 關(guān)于疲勞壽命計算的最大改變是：直接采用疲勞曲線的擬合公式（102/103/104）。只要設(shè)計溫度低于波紋管材料的蠕變溫度，可用于預(yù)測成形態(tài)或退火態(tài)波紋管的疲勞壽命，不再像GB 16749—1997 版一樣強(qiáng)調(diào)是在室溫下、未經(jīng)熱處理（即成形態(tài)）得到的平均疲勞壽命曲線。

因此，疲勞計算公式不再考慮溫度修正系數(shù)Tf，而是糾正了以往老版本中的錯誤，從而與EJMA 標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

（8）在疲勞計算公式中增加了σt修正系數(shù)（或疲勞曲線下限修正系數(shù)） ——fc= 1 的含義

EJMA 第10 版已經(jīng)增加了疲勞曲線下限修正系數(shù)（fc= 1），相對以前版本進(jìn)行了改進(jìn)，而ASME VIII-1 附錄26 采用疲勞減弱系數(shù)Kg，其含義是類似的，都是對總應(yīng)力進(jìn)行修正（即：fc= 1/Kg），僅是符號和表達(dá)形式不一樣。

GB/T 16749—2018 與EJMA 第10 版 是 保 持 同步的。也采用σt修正系數(shù)或疲勞曲線下限修正系數(shù)（EJMA 定義），取fc= 1。表示疲勞計算公式僅是基于平均疲勞曲線來預(yù)測疲勞壽命。如果需確保最低疲勞壽命滿足設(shè)計規(guī)范（如GB/T 150、ASME 或PED）的要求，就需要取fc＜1 的值來修正疲勞曲線下限或增加安全系數(shù)的方法來保障（這樣，fc是作為疲勞的應(yīng)力安全系數(shù)來使用）。本標(biāo)準(zhǔn)采用的是安全系數(shù)nf≥15，而σt修正系數(shù)恒定取fc= 1（即：對應(yīng)力不進(jìn)行修正，僅采用循環(huán)次數(shù)的安全系數(shù)nf≥15）。

由于EJMA 沒有提供任何安全系數(shù)，其計算出的疲勞壽命只是平均疲勞壽命，設(shè)計者需依據(jù)設(shè)計規(guī)范和設(shè)計經(jīng)驗確定循環(huán)次數(shù)安全系數(shù)或應(yīng)力安全系數(shù)。而ASME VIII-1 附錄26 和EN 13445-3 第14 節(jié)的疲勞計算公式已經(jīng)考慮運(yùn)用兩個安全系數(shù)（循環(huán)次數(shù)：3，應(yīng)力：1.25）對疲勞曲線進(jìn)行了修正，其計算得出的次數(shù)就是許用循環(huán)次數(shù)。

根據(jù)EJMA 第10 版，我們也可以依據(jù)波紋管焊接接頭的類型和無損檢測的組別來確定焊接接頭的等級，對fc分別取不大于1 的各種值。EJMA標(biāo) 準(zhǔn) 中 只 列 舉 了St= 122 709 PSI （846 MPa）、 當(dāng)fc= 1.0/0.9/0.5 時，其疲勞次數(shù)影響的示例。這是借用了EN 13445-3 圖18-12“焊接元件疲勞設(shè)計曲線”中的焊縫疲勞等級（100%/90%/80%/71%/63%/56%/50%/45%/40%/32%）。其實，在EN 13445-3 第14.5.8.2c）節(jié)中，對HZ 型膨脹節(jié)的總應(yīng)力范圍直接采用系數(shù)“2”來修正，這個“2”就是相當(dāng)于GB/T 16749—2018 版的Ch= 2.0，也可以認(rèn)為Ch= 1/fc= 1/0.5 = 2.0，fc= 0.5就是依據(jù)波紋管焊接接頭的類型和無損檢測的組別來確定的焊縫等級——偏于保守地取為50%。這里，fc是作為焊縫疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)（即：疲勞減弱系數(shù)的倒數(shù)）來使用的。

因此，fc既可以作為疲勞的應(yīng)力安全系數(shù)來使用，又可以作為焊縫的疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)來使用。

14 結(jié)束語

本文對GB/T 16749—2018 版的主要修訂內(nèi)容，以表格的形式相對于1997 版進(jìn)行了逐一對比，并用表格的形式呈現(xiàn)，將有助于大家對新標(biāo)準(zhǔn)的理解和運(yùn)用；提出了新標(biāo)準(zhǔn)在使用過程中出現(xiàn)的一些有爭議的疑問，借鑒國外EJMA、ASME VIII-1&2 和EN 13445-3 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析，并對解決方案進(jìn)行了探討，為今后對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的進(jìn)一步完善和進(jìn)一步擴(kuò)大適用范圍提供參考。