国标封头的材料代用利与弊

　　在封头制造中材料代用是不可避免的，尽管《压力容器 技术监察规程》对材料代用作出了一些规定，但这只是原则性的，在封头实际中由于材料代用而引发的相关问题往往不易引起人们的注意。

　　1、优代劣与厚代薄

　　所谓优代劣，是用较高级别或性能较好的材料代替较低级别或性能较差的材料;厚代薄则是用同样钢号较厚规格的材料代替较薄规格的材料。封头上述代用往往被认为是随便可行的，从而忽视了一些相关问题的存在，有时甚至成为重大问题。

　　当封头厚板代薄板时，往往要引起连接结构的变化，如加厚的封头与筒体的连接，往往都必须对封头进行外削边处理。对于用管道做筒体的设备，当筒体壁加厚时，筒体与封头的连接处有时也必须对筒体侧作内削边处理。对于筒体与管板及平盖的对焊连接结构也同样存在这些问题。当厚度增加较多时，常常还涉及到焊接结构的变化，如封头与壳体焊缝及对接焊缝都有可能从原来的单V型改为X型坡口。厚代薄的另一个问题 是有可能导致强度不足，这是因为随着板厚的增加，封头材料许用应力呈下降趋势，如16MnR，由16 mm增加到18 mm，许用应力由170 MPa下降到163 MPa;20R在100 ℃下由16 mm增加到18 mm时，许用应力由132 MPa下降到126 MPa。这在封头制造时尤应引起注意，因为在封头下料时往往都要增加一定的毛坯厚度来保证冲压后封头的 小厚度，结果有可能导致冲压后的封头强度不足。因此，当处于这些临界状况下的厚代薄时，还必须对强度进行验算。对于膨胀节、波纹管、挠性薄管板和薄管板等元件，原则上不应采用厚代薄，因为随着元件的加厚，其刚性相应增大，从而削弱了补偿变形效果。对于开孔补强板也不应过多加厚，因为补强板过厚，在补强板与筒体连接的外周将会形成很高的应力集中，以致引起焊趾部位开裂。由此可以看出，封头厚代薄并不总是有益的，所以在进行代用时对上述问题尤应引起关注。

　　优代劣对于一般情况而言总是有益的，它可以增加封头的强度储备，提高设备的 性，但对于有些 殊工艺环境则不然。对于湿H2S环境，很显然选用碳素钢则比用15MnVR、16MnR和20MnMo等具有 的抗H2S SCC能力[18]。对于液氨环境也同样如此，因16MnR在液氨环境下也存在SCC，所以封头在这种环境用16MnR等低合金钢代替20R、20g及Q235系列钢会 容易出现问题。其次，对于设计要求屈强比σs/σb较低的情况，用所谓优代劣时也应引起注意，如大开孔补强结构、补强板结构及采用极限法设计的补强结构等。对于强度级别较高的材料代用时要注意的另外一个问题是可焊性，因为一般强度级别越高，其可焊性 越差，若此时再用 高级别的材料代用，将使焊接 为困难。还有，对于膨胀节、爆破片和挠性管板这类零件，原则上不允许以优代劣，否则应按代用材料重新计算，对封头厚度适当减薄，否则将有可能导致这些元件及相邻部位失效。

　　除了上述要考虑的问题外，代用者尚应考虑到设备的经济性，因为这样的结果无疑将使封头的成本增加，尤其是在代用封头主体材料时 应权衡利弊。

　　2、其它问题

　　①封头根据实际用材情况，焊接工艺应作相应修改。②对于用高级材料代用低级材料时，其试验与验收仍应按低级材料执行，而无须再提高验收要求。③封头材料不同，其低温韧度储备也不同，相应的 水压试验温度将可能有所变化，此时应严格按照GB 150的规定执行。此外，如封头当板厚加厚超过了GB 150规定的冷卷厚度时，必须对筒体作消除应力热处理。当钢板达到一定厚度时还须超声波探伤。必要时还应适当提高水压试验压力，有的甚至还将导致封头结构上的重大改变。