田子元　韓東

[摘要]在壓力容器設(shè)計(jì)制造之初，由于設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)需求，會(huì)需要一些特定的、特殊的材料。但是這些材料在市場(chǎng)上并不多見，或存量不足，或缺貨，給采購(gòu)工作帶來較大難度。在這種情況下，材料代用就產(chǎn)生了。本文就材料代用中“以優(yōu)代劣”、“以厚代薄”展開了分析，以期提供一定的參考。

[關(guān)鍵詞]壓力容器 設(shè)計(jì)制造 材料代用 問題

引言

在壓力容器的設(shè)計(jì)制造中，選擇代用材料時(shí)，要對(duì)被選用材料的材質(zhì)、厚度等方面進(jìn)行綜合考量。盡管在材料代用過程中，通常會(huì)采用好替差、厚替薄辦法，但是這并不能夠很好地解決存在的問題。只有在根本上探索最為合適的材料，其性能才符合壓力容器設(shè)計(jì)制造的需求，才不會(huì)影響整體設(shè)計(jì)方案的執(zhí)行。

一、材料代用中的“以優(yōu)代劣”問題

在材料代用中，代用材料的選擇非常關(guān)鍵。在壓力容器的設(shè)計(jì)制造中，金屬材料被用來做代用材料顯然有更好的優(yōu)勢(shì)。這些被選中的材料具備耐高溫、耐腐蝕的作用，而且從力學(xué)和制造工藝方面考慮，也是較為理想的。但是，有些材料盡管在有些方面具備優(yōu)勢(shì)，卻在其他方面可能存在缺陷。所以，在材料選用中，面對(duì)這些問題，要盡量揚(yáng)長(zhǎng)避短。比方說，對(duì)于強(qiáng)度很高的代用材料而言，它的可焊性怎么樣也是個(gè)問題。由于這種類型的材料，通?？珊感远急容^差。所以，在這樣的條件下，假使以強(qiáng)度更高的材料來替代，這不僅會(huì)增加焊接難度，還會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的問題來。有鑒于此，需要采取更改材料的措施，避免這方面因素帶來的不良影響。

在壓力容器設(shè)計(jì)制造中，使用低合金鋼的時(shí)候，盡管在價(jià)格與強(qiáng)度方面比碳素鋼更好，但是冷加工時(shí)的性能就要比碳素鋼更差。據(jù)我們所知，通過對(duì)鋼進(jìn)行塑性和變形處理時(shí)，如果超過一定程度，可能產(chǎn)生晶格扭曲，冷作硬化現(xiàn)象。這樣的條件下，采取“以優(yōu)代劣”的方式，就要求熱處理也相應(yīng)地變化才行。

在“以優(yōu)代劣”的材料代用中，不能單純地進(jìn)行材料選擇。以為好的材料用來替代差的材料就一定行得通，卻不知材料性格各異，合適最好。所以，要根據(jù)具體的情況來選擇代用材料。比如鎮(zhèn)靜鋼的使用，它的強(qiáng)度和價(jià)格都要明顯比沸騰剛更好，如果比較二者在搪玻璃容器制造中的性能，就不是那么一回事了。又如，在耐腐蝕性方面比較優(yōu)秀的不銹鋼，如果有氯離子的作用，這種性能就要比碳素鋼和低合金鋼還要差。同樣，一般的不銹鋼在耐腐蝕性與價(jià)格方面都比超低碳不銹鋼更差，但是他的高溫?zé)釓?qiáng)行更優(yōu)秀。

通常講來，只有降低鋼材料中碳的含量，才能夠使材料的耐腐蝕性得到增強(qiáng)。但是，材料中碳的含量高，卻能使其高溫性更好。所以，在壓力容器設(shè)計(jì)制造的實(shí)際情況中，采取“以優(yōu)代劣”的方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的情況來進(jìn)行選擇。如果有需要，則要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算才能決定。

二、材料代用中的“以厚代薄”問題

在壓力容器的制造過程中，由于制造方面的特殊原因，制造方可能會(huì)在盡可能遵守相關(guān)規(guī)范的條件下，選擇“以厚代薄”的材料代用方式。按照制造方面的理論，這種方式并非很合理，但卻在實(shí)際情況中屢有出現(xiàn)。采用這種代用方式，容器的殼體就會(huì)受力，并由平面應(yīng)力變?yōu)槠矫鎽?yīng)變的狀態(tài)。這樣的結(jié)果，無疑會(huì)對(duì)容器造成傷害，導(dǎo)致容器在相關(guān)方面的力的作用過程中，產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。所以，這種材料代用方式還是存在著不少問題，需要去分析和改善。

在材料代用選擇過程中，不少零件不能成為被選擇對(duì)象，特別是像爆破片、撓性管等零件。它們不能夠直接出現(xiàn)在“以優(yōu)代劣”的方式中。如果真的要選用，也需要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的生產(chǎn)處理后，才能應(yīng)用。處理這些零件也要在材料代用的實(shí)際情形下進(jìn)行，通過對(duì)其計(jì)算，削減其厚度，使厚度值在規(guī)定范圍內(nèi)。這個(gè)環(huán)節(jié)相當(dāng)重要，如果不予以重視，甚至直接跳過這個(gè)步驟，可能導(dǎo)致容器元件及鄰近的零部件失效。

當(dāng)使用厚的取代薄的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)方面產(chǎn)生一定的改變。所以，將簡(jiǎn)體同封頭連接，一定要計(jì)算檢測(cè)封頭的厚度，如果厚度超過需求范圍，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南鬟吿幚怼：穸炔粌H同連接結(jié)構(gòu)相關(guān)，還能對(duì)焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。這可能導(dǎo)致接管、殼體焊縫、接焊縫等由單v型轉(zhuǎn)化為x型的破口，在很大程度上改變了焊接的結(jié)構(gòu)。在使用開孔補(bǔ)強(qiáng)板的過程中，如果板身太厚的話，外周的應(yīng)力集中就會(huì)偏高，導(dǎo)致焊接處開裂，影響容器質(zhì)量。所以，要避免補(bǔ)強(qiáng)板太后帶來的連鎖影響。

然而，在材料代用過程中，盡管能采取一系列的措施應(yīng)對(duì)“以厚代薄”帶來的問題，也會(huì)有一些新的狀況出現(xiàn)。比如在熱處理、焊接、無損檢測(cè)等方面，都可能發(fā)生一定變動(dòng)。壓力容器的重量會(huì)隨材料的加厚而變重，對(duì)于壓力容器的支座來說，就又形成了一大考驗(yàn)。此外，也會(huì)相應(yīng)地影響容器傳熱的性能。

結(jié)束語

總體而言，只要在壓力容器的設(shè)計(jì)制造中出現(xiàn)材料代用的情形，就存在重新計(jì)算數(shù)據(jù)、調(diào)整方案的可能性。材料代用目前尚存在一些問題，這不僅對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)形成考驗(yàn)，也同容器質(zhì)量安全和經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)聯(lián)。所以，容器設(shè)計(jì)人員要充分考慮各方面的因素，慎重對(duì)待材料代用的問題，在使用過程中不斷完善，使后續(xù)工作中的問題越來越少。