范文一:板式平焊法兰盖标准
应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一,在腐蚀过程中,若
有微裂纹形成,其扩展速度比其它类型的局部腐蚀速度要快几个数量级,SCC是一种“灾难性的腐蚀”如桥梁坍塌,飞机失事,油罐爆炸,管道泄漏都造成了巨大的生命和财产损失。此外,如核电站,船只,锅炉,石油化工也都发生过应力腐蚀断裂的事故。
应力腐蚀开裂的特征。
(一)引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。
这种拉应力的来源可以是:
1, 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。
2, 加工,制造,热处理引起的内应力。
3, 装配,安装形成的内应力。
4, 温差引起的热应力。
5, 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要
的应力。
(二)每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。
一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂,合金比纯金属更易发生应力腐蚀
开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系,介质有特点:即
23引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的NH3是鼻子嗅不到的,却能引
起黄铜的氨脆。19世纪下半叶,英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发生破
裂。由于不了解真正的原因,当时给了个不恰当的名字叫“季脆”(原因是黄
铜弹壳(1)应力加上印度大气中含有微量NH3)。再如奥氏体不锈钢在含有几
个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中
的“硝脆”,碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合
后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂,而硝酸根离子对不锈钢
不起作用,反之,硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂,而氯离子对低碳
钢不起作用。
(三)应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间
后,萌生裂纹,裂纹扩展到临界尺寸,此时由于裂纹尖端的应力强度因子K1
达到材料的断裂韧性K1c,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段:
裂纹萌生,裂纹扩展,失稳断裂。
1, 裂纹的萌生。
裂纹源多在保护膜破裂处,而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变
集中有关,此外,金属中存在孔蚀,缝隙腐蚀,晶间腐蚀也往往是SCC
裂纹萌生处。萌生期长短,少则几天,长达几年,几十年,主要取决于环
境特征与应力大小。
2, 裂纹扩展。
应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率
da/dt与裂纹尖端的应力强度因子K1的
关系具有图示的三个阶段特征。在第一
阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当
K1降到Kiscc以下时应力腐蚀开裂裂纹
不再扩展,因此Kiscc时评定材料应力
腐蚀开裂倾向的指标之一。在第二阶
段,裂纹扩展与应力强度因子K1大小无
关,主要受介质控制。在这阶段裂纹出
现宏观和微观分枝(图)。但在宏观上,
裂纹走向与抗应力方向是垂直的。第三
阶段为失稳断裂,纯粹由力学因素K1
控制,da/dt随K1增大迅速增加直至断
裂。
(四)应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其断
口呈多种形貌。有沿晶断,准解理,韧(2)等。
二, 应力腐蚀开裂机制。
应力腐蚀开裂现象很多,目前尚未有统一的见解,不同学派的观点可能从电化
学,断裂力学,物理冶金进行研究而强调了它们的作用。
(一) 电化学理论。
1, 活性通道理论。
该理论认为,在金属或合金中有一条易于腐蚀的基本上是连续的通
道,沿着这条活性通道优先发生阳极溶解。活性通道可以是晶界,亚
晶界或由于塑性变形引起的阳极区等。电化学腐蚀就沿着这条通道进
行,形成很窄的裂缝裂纹,而外加应力使裂纹尖端发生应力集中,引
起表面膜破裂,裸露的金属成为新的阳极,而裂纹两侧仍有保护膜为
阴极,电解质靠毛细管作用渗入到裂纹尖端,使其在高电流密度下加
速裂尖阳极溶解。该理论强调了在拉应力作用下保护膜的破裂与电化
学活化溶解的联合作用。
2, 快速溶解理论。
该理论认为活性通道可能预先是不存在的,而是合金表面的点蚀坑,
沟等缺陷,由于应力集中形成裂纹,裂纹一旦形成,
其尖端的应力集
中很大,足以使其尖端发生塑性变形到一个塑性,该塑性具有很大的
溶解速度。这种理论适用于自纯化金属,由于裂纹两侧纯化膜存在,
更显示裂纹尖端的快速溶解,随着裂纹向前发展,裂纹两侧的金属重
新发生纯化(再纯化),只有当裂纹中纯化膜的破裂和再纯化过程处
于某种同步条件下才能使裂纹向前发展(如果纯化太快就不会产生裂
纹进一步腐蚀,若再纯化太慢,裂纹尖端将变圆,形成活性较低的蚀
孔。
3, 膜破裂理论。
该理论认为金属表面有一层保护膜(吸附膜,氧化膜,腐蚀产物膜),
在应力作用下,被露头的滑移台阶撕破,使表面膜发生破裂(图b)
局部暴露出活性裸金属,发生阳极溶解,形成裂纹(图c)。同时外
部保护膜得到修补,对于自纯化金属裂纹两侧金属发生再纯化,这种
再纯化一方面使裂纹扩展减慢,一方面阻止裂纹向横向发展,只有在
应力作用下才能向前发展。
4, 闭塞电池理论。
该理论是在活性通道理论的基础上发展起来的。腐蚀就先沿着这些活
性通道进行,应力的作用在于将裂纹拉开,以免被腐蚀产物堵塞,但
是闭塞电池理论认为,由于裂纹内出现闭塞电池而使腐蚀加速(这类
似于缝隙腐蚀)即在裂纹内由于裂纹内金属想要发生水解:
FeCl2+2H2O→Fe(OH)2+2HCl,使Ph值下降,甚至可能产生氢,外部
氢扩散到金属内部引起脆化。闭塞电池作用是一个随催化腐蚀过程,
在拉应力作用下使裂纹不断扩展直至断裂。
(二) 吸氢变脆理论。
该理论是从一些塑性很好的合金在发生应力腐蚀开裂时具有脆性断裂的
特征提出的(变脆是否由氢脆引起?)该理论认为裂纹的形成与发展主要
与裂纹尖端氢被引入晶格有关,如奥氏体不锈钢在裂纹尖端,Cr阳极氧
化生成CrO3使其酸度增大。2Cr+3H2O→Cr2O3+6H++6e。当裂纹尖端的电位
比氢的平衡电位负时,氢离子有可能在裂纹尖端被还原,变成吸附的氢原
子,向金属内部扩展,从而形成氢脆。
(三)应力吸附破裂理论。
该理论认为由于环境中某些破坏性组分对金属表面内表面的吸附,削弱了
金属原子间的结合力,在抗拉力作用下引起破裂。
三, 影响应力腐蚀开裂的因素——见表。
五,应力腐蚀开裂控制方法。
由于应力腐蚀涉及到环境介质,应力,材料三个方面,因此防止应力腐蚀也应
从这三方面入手。
(一) 降低和消除应力。
1, 改进结构设计:应力腐蚀开裂常发生在应力集中处,在
结构设计时应减少应力集中。
(此处缺页!!!)
(四)涂层保护。
主要是有机高分子涂层,如环氧树脂涂层,有机硅涂层,从而使金
属表面和环境隔离开了,避免产生应力腐蚀。
(五)合理选材和改善材质。
选材应避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境中使用(见前面讲
的表)如对于接触海水的热交换器采用普通低碳钢可能比不锈钢更
好。
减少材料中的杂质,提高纯度对减少应力腐蚀开裂也有好处。
范文二:平焊钢制管法兰标准
凸面平焊钢制管法兰 PN 1.0MPa(10bar) MM
连接尺寸 密封尺寸 法兰 公称 管子 法兰 法兰 螺栓、螺柱 理论 法兰管径 螺栓孔中心圆螺栓孔直径 通径 外径 内径 厚度 重量 D 直径 L d f 数量 螺纹Th. DN A C B kg 系列1/系列2 K 系列1/系列2 n 系列1/系列2
14 90 60 14 4 M12 40 2 15 0.46 10 12 18 95 65 14 4 M12 45 2 19 0.51 15 12 25 105 75 14 4 M12 55 2 26 0.75 20 14 32 115 85 14 4 M12 65 2 33 0.89 25 14 38 140/135 100 18 4 M16 78 2 39 1.40 32 16 45 150/145 110 18 4 M16 85 3 46 1.71 40 18 57 165/160 125 18 4 M16 100 3 59 2.09 50 18 73 185/180 145 18 4 M16 120 3 75 2.84 65 20 89 200/195 160 18 4 M16 135 3 91 3.24 80 20 108 220/215 180 18 8 M16 155 3 110 4.01 100 22 133 250/245 210 18 8 M16 185 3 135 5.40 125 24 159 285/280 240 23 8 M20 210 3 161 6.67 150 24 194 310 270 23 8 M20 240 3 196 7.44 175 24 219 340/335 295 23 8 M20 265 3 222 8.24 200 24 245 365 325 23 8 M20 295 3 248 9.30 225 24 273 395/390 350 23 12 M20 320 3 276 10.70 250 26 325 445/440 400 23 12 M20 368 4 328 12.90 300 28
poverty. In the area of poverty alleviation, to rely on e-commerce business park, active docking Alibaba group "rural treasure", "the stars plan" and "featured the Museum" project to accelerate the implementation of electronic commerce "hundred thousand rural village" project, free train operation staff, offering online support help for poor families, the provision of micro-credit support, helping them to use e-commerce platform to escape poverty. In poverty reduction, give a man a fish and feed him for a day, to targeted skills training and entrepreneurship training free of charge for the poor, increase employment, entrepreneurial skills, ensure the transfer of training people, poverty. In terms of student poverty, high school, vocational college students ' stipends and other costs, can be through the "one card", such as direct subsidies to households. In terms of financial poverty, in order to further increase the size of loans, expands the scope of delivery, developing industry, Enterprise provides protection for the poor. In respect of transport poverty alleviation, to solve the bottleneck in poor villages, development of transport, vigorously promoting the construction of rural roads and ordinary roads. PV poverty reduction, to support conditions of poor villages and photovoltaic system of centralized, poor construction projects, poor
377 505/500 460 23 16 M20 428 4 380 16.90 350 28 426 565 515 26/25 16 M24/M22 482 4 430 21.80 400 30 480 615 565 26/25 20 M24/M22 532 4 484 24.40 450 30 530 670 620 26/25 20 M24/M22 585 4 534 27.70 500 32 630 780 725 30 20 M27 685 5 634 39.40 600 36 720 895 840 30 24 M27 800 5 715 53 700 36 820 1015/1010 950 34 24 M30 905 5 817 67 800 38 920 1115/1110 1050 34 28 M30 1005 5 918 76参考 900 38 1020 1230/1220 1160 36/34 28 M33/M30 1115 5 1020 90参考 1000 38 1120 1340 1270 36 28 M33 1222 5 125参考 1100 40 1220 1455/1450 1380 39/41 32 M36 1325 5 1223 143参考 1200 44
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凸面平焊钢制管法兰 PN 1.6MPa(16bar) MM
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连接尺寸 密封尺寸 法兰 管子 法兰 法兰 公称 螺栓、螺柱 理论 法兰管径 螺栓孔中心圆直螺栓孔直径 外径 厚度 内径 通径 重量 D 径 L d f 数量 螺纹Th. A C B DN kg 系列1/系列2 K 系列1/系列2 n 系列1/系列2 14 90 60 14 4 M12 40 2 15 0.55 10 14 18 95 65 14 4 M12 45 2 19 0.71 15 14 25 105 75 14 4 M12 55 2 26 0.87 20 16 32 115 85 14 4 M12 65 2 33 1.18 25 18 38 140/135 100 18 4 M16 78 2 39 1.60 32 18 45 150/145 110 18 4 M16 85 3 46 2.00 40 20 57 165/160 125 18 4 M16 100 3 59 2.61 50 22 73 185/180 145 18 4 M16 120 3 75 3.45 65 24 89 200/195 160 18 8 M16 135 3 91 3.71 80 24 108 220/215 180 18 8 M16 155 3 110 4.80 100 26 133 250/245 210 18 8 M16 185 3 135 6.47 125 28 159 285/280 240 23 8 M20 210 3 161 7.92 150 28 194 310 270 23 8 M20 240 3 196 8.81 175 28 219 340/335 295 23 12 M20 265 3 222 10.10 200 30 245 365 325 23 12 M20 295 3 248 11.70 225 30 273 405 355 26/25 12 M24/M22 320 3 276 15.70 250 32 325 160 410 26/25 12 M24/M22 375 4 328 18.10 300 32 377 520 470 26/25 16 M24/M22 435 4 380 23.30 350 34
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426 580 525 30 16 M27 485 4 430 31.00 400 38 480 640 585 30 20 M27 545 4 484 40.20 450 42 530 715/705 650 34 20 M30 608 4 534 55.70 500 48 630 840 770 36/41 20 M33/M36 718 5 634 80.80 600 50 720 910 840 36/41 24 M33/M36 788 5 724 106.2 700 50 820 1025/1020 950 39/41 24 M36 898 5 824 130.5 800 52 920 1125/1120 1050 39/41 28 M36 998 5 924 91参考 900 44 1020 1255 1170 42/48 28 M39/M42 1110 5 1024 127参考 1000 46 1120 1370 1280 42 28 M39 1222 5 1124 160参考 1100 50 1220 1485 1390 48/54 32 M45/M48 1325 5 1224 186参考 1200 52
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凸面平焊钢制管法兰 PN 2.5MPa(25bar) MM
连接尺寸 密封尺寸 法兰 管子 法兰 法兰 公称 螺栓、螺柱 理论 法兰管径 螺栓孔中 螺栓孔直径 外径 厚度 内径 通径 重量 D 心圆直径 L d f 数量 螺纹Th. A C B DN kg 系列1/系列2 K 系列1/系列2 n 系列1/系列2
14 90 60 14 4 M12 40 2 15 0.64 10 16 18 95 65 14 4 M12 45 2 19 0.80 15 16 25 105 75 14 4 M12 55 2 26 0.99 20 18 32 115 85 14 4 M12 65 2 33 1.18 25 18 38 140/135 100 18 4 M16 78 2 39 1.96 32 20 45 150/145 110 18 4 M16 85 3 46 2.60 40 22 57 165/160 125 18 4 M16 100 3 59 2.71 50 24 73 185/180 145 18 8 M16 120 3 75 3.22 65 24 89 200/195 160 18 8 M16 135 3 91 4.06 80 26 108 235/230 190 23 8 M20 160 3 110 6.00 100 28 133 270 220 26/25 8 M24/M22 188 3 135 8.26 125 30 159 300 250 26/25 8 M24/M22 218 3 161 10.40 150 30 194 330 280 26/25 12 M24/M22 248 3 196 11.90 175 32 219 360 310 26/25 12 M24/M22 278 3 222 14.50 200 32 245 395 340 30 12 M27 302 3 248 17.00 225 34 273 425 370 30 12 M27 332 3 276 18.90 250 34
poverty. In the area of poverty alleviation, to rely on e-commerce business park, active docking Alibaba group "rural treasure", "the stars plan" and "featured the Museum" project to accelerate the implementation of electronic commerce "hundred thousand rural village" project, free train operation staff, offering online support help for poor families, the provision of micro-credit support, helping them to use e-commerce platform to escape poverty. In poverty reduction, give a man a fish and feed him for a day, to targeted skills training and entrepreneurship training free of charge for the poor, increase employment, entrepreneurial skills, ensure the transfer of training people, poverty. In terms of student poverty, high school, vocational college students ' stipends and other costs, can be through the "one card", such as direct subsidies to households. In terms of financial poverty, in order to further increase the size of loans, expands the scope of delivery, developing industry, Enterprise provides protection for the poor. In respect of transport poverty alleviation, to solve the bottleneck in poor villages, development of transport, vigorously promoting the construction of rural roads and ordinary roads. PV poverty reduction, to support conditions of poor villages and photovoltaic system of centralized, poor construction projects, poor
325 485 430 30 16 M27 390 4 328 26.80 300 36 377 555/550 490 40 16 M30 448 4 380 34.35 350 42 426 620/610 550 36/34 16 M33/M30 505 4 430 44.90 400 44 480 670/660 600 36/34 20 M33/M30 555 4 484 51.92 450 48 530 730 660 36/34 20 M33/M36 610 4 534 67.30 500 52 630 845/840 770 41 20 M36 718 5 634 95.20 600 56 720 960/955 875 42/48 24 M39/M42 815 5 724 116 700 60 820 1085/1070 990 48 24 M45/M42 930 5 824 150.2 800 64 920 1185/1180 1090 48/54 28 M45/M48 1025 5 924 160参考 900 58 1020 1320/1305 1210 55/58 28 M52 1140 5 1024 210参考 1000 62 1124 1425 1315 55 28 M52 1245 5 1124 260参考 1100 66 1220 1530/1525 1420 55/58 32 M52 1350 5 1224 300参考 1200 70
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范文三:压力容器甲型平焊法兰的选用和计算
压力容器甲型平焊法兰的选用和计算
压力容器是石化工业中使用
最广泛的设备,是石化工业的主
要生产工具之一.由于工艺要求
和设备内件安装,检修的需要,压
力容器常需要设置容器法兰(如
常见的管壳式热交换器,反应釜,
塔器,过滤器等).压力容器法兰
按法兰环的连接情况划分为:整体
法兰,活套法兰和任意式法兰.我
国最常用的JB/T4701—4703标准压
力容器法兰共有3种类型:甲型平
焊法兰,乙型平焊法兰和长颈对
焊法兰,其中甲型,乙型平焊法兰
都属于任意式法兰.
法兰及其垫片,紧固件统称
为法兰接头,法兰接头是工程设
计中使用极为普遍,涉及面非常
广泛的一种零部件,也是工程设
计及使用过程中容易出现问题的
关键部位.法兰接头设计是压力
容器设计中的重要内容之一.笔
者在长期的设计校审工作中发现,
在选用标准甲型法兰和计算非标
甲型法兰时,设计人员选用材料
不合理的现象比较严重,采用乙
型平焊法兰甚至长颈对焊法兰代
替甲型平焊法兰的情况也较多,
造成不必要的浪费.因此,有必要
针对常用甲型平焊法兰(见图1)的
选用和计算进行探讨.
1标准甲型平焊法兰的适用
范围与实际应用的偏离
甲型平焊法兰不宜使用在易
燃,易爆和高度,极度危害介质等
压力容器甲型平焊法兰的
选用和计算
林秀
(福建省石油化学工业设计院福建福州350001)
【摘要】针对压力容器标准甲型平焊法兰选用上存在的局限性与实
际应
用的偏离情况,采用GB150《钢制压力容器》规定的法兰计算方法,以
PN0.6MPa标准甲型平焊法兰(JB/T4701—2000)为例,对法兰计算厚度
的影响因素,法兰系列直径的计算结果进行分析和比较,探讨了甲型平
焊法兰的选用和计算,提出了设计甲型平焊法兰应注意的问题.
【关键词】压力容器甲型平焊法兰选用计算法兰厚度
剧烈循环T况.但对于低压,温度
不高,非易燃易爆,无毒介质工况
的压力容器法兰,采用甲型平焊
法兰结构的较多,因为该法兰结
构具有加工方便,尺寸紧凑,经济
实用等特点.
由于标准甲型平焊法兰的适
用范围与实际应用的偏离,使得
标准甲型平焊法兰在选用上存在
一
定局限性,主要表现在以下几
点:
1.1法兰材料
标准甲型平焊法兰材料局限
采用Q235A,Q235B,Q235C,Q245R,
Q345R钢板5个品种(含衬环法
兰).而实际情况是:全不锈钢材
质的法兰也广泛应用于化工,轻
工,食品,医药等行业中.材料不
要求严格的场合,也不能使用于同,法兰的许用应力就不同,不能
I
16I石油和化工设甬l200912
简单地直接套用标准法兰.
1.2垫片材料
垫片作为法兰连接的主要元
件,对密封起着重要的作用.密封
效果的好坏主要取决于垫片的密封
性能.影响选择垫片的因素很多,
主要根据介质特性,温度和压力来
选择垫片的结构形式,材料和尺
寸.标准甲型法兰仅仅局限采用耐
油石棉橡胶板和石棉橡胶板两种垫
片,这与实际应用相差甚远.因石
设计参数名称设
计参毒曳名称法兰
!O3皿法兰!O23竭法兰!OCrl8Ki9
法兰结构型式甲型平焊法兰最大允许工作压力(a)0.6O0.400.4O
引用标准JBT470l一2000法兰计算压力(a)O.6OO.4O0,40
法兰公称压力(a)O.6简体材料Q235B0235B0OrlSi9
设计温度(?)100腐_}虫裕鏖I啪)O
法兰密封面凹凸面石棉橡胶扳垫片垫片系数m=2,垫片匕匪力=l1(a)
垫片尺寸JBT4704—2000填充改性聚四氟乙烯垫片垫片系数m=2.5,垫片比医力=20.7彻Paj
棉对人体健康有害,近年来耐油石
棉橡胶板和石棉橡胶板两种垫片在
实际应用中已愈来愈少,取而代之
的非石棉纤维橡胶板,填充改性聚
四氟乙烯板和增强柔性石墨板垫片
已愈来愈广泛应用于甲型平焊法兰
中.石化行业标准SH/T3074—2007
《石油化r钢制压力容器》已明文
规定不得采用含石棉的垫片.
1.3螺柱材料
标准甲型平焊法兰采用的螺
柱材料局限采用Q235A和35(正火)
两种.虽然采用Q235A制螺柱满足
GBl50—1998《钢制压力容器》的规
定,但SH/T3074—2007《石油化工钢
制压力容器》标准的附录B有关紧
同件的规定已经没有Q235A制螺柱
的内容,要求采用至少为35(正火)
的螺柱材料;2009年7月1Et实施
的HG/T20592—20635《钢制管法兰,
垫片,紧同件》标准规定,管法兰
采用的低强度紧同件一螺栓材料的
性能等级至少为5.6级(不锈钢材
质除外),也将Q235A制螺柱排除
在外.这些标准的规定使得Q235A
制螺柱的使用受到很大限制.
当采用标准以外的法兰,垫
片,螺柱材料或尺寸时,就不算满
足标准法兰适用条件,应按非标法
兰进行设计计算,不能直接选用.
2甲型平焊法兰的设计计算(1)法兰颈部小端有效厚度6,
2.1甲型平焊法兰的设计参数
为了说明不同的法兰,垫片,
螺柱材料对法兰计算厚度的影响,
本文以常用的标准甲型平焊法兰
PN0.6MPa系列直径为例,采用标
准以外的法兰,垫片,螺柱材料,
应用SW6—1998计算软件(全国化
丁设备设计技术中心站开发编制)
进行非标法兰厚度计算,并与标
准甲型平焊法兰进行比较.
为方便比较,法兰结构尺寸
采用与PN0.6MPa标准甲型平焊法
兰一样的尺寸,其它设计参数以
实际应用较多的丁况设定(本文
不考虑法兰承受轴向外载荷和外
力矩的作用),详见表1.
2.2非标甲型平焊法兰的计算公式
甲型平焊法兰结构特点是法
兰环与简体存在一定的刚性连接,
但又未能完全融合为一整体,而
是介于整体和活套之间的约束状
态,属于任意式法兰的一种
GB150中有关法兰的计算方法是目
前我围设计行业最常用的方法
按GB150—1998规定:任意式法兰的
计算可按整体法兰计算,但为了
简便,当满足下列条件时也可按
活套法兰计算:
?15mm;
(2)D(法兰内径1/8?300mrrg
(3)法兰计算压力P?2MPa;
(4)操作温度t?370~C.
按GB150规定,活套法兰的轴
向应力和径向应力均为0,决定
法兰厚度的是法兰的环向应力:
经分析,压力等级为PN0.6,PN1.0,
PN1.6的标准甲型平焊法兰fJB/
T4701—2000)均符合}:述条件,即可
按GBl50中的活套法兰计算公式
计算:
活套法兰厚度:8r?’)fYMo
法兰设计施MJ取M
M之大值(2)
式中Y一系数,Y与K值(K
为法兰外径D与内径D的比值)有
关;
Ma一预紧状态的法兰力矩,
N’mm;
MP一操作状态的法兰力矩,
N?mm;
I盯fl一设计温度下法兰材料
的许用应力,MPa;
[盯】,一常温下法兰材料的许
I
200gI石油和化工设苗f7
法兰计算厚度
公称直径法兰结构尺寸垫片接触直径筒体标准i虫兰石棉像胶板垫
片填充改性聚
四氟乙烯板垫片
DN厚度厚度
DD1D内径D外径螺柱为螺柱为35螺柱为螺柱为螺柱为35螺柱为
Q235(】hQ235A40h】B
4505655304534874.5302831t38t3033t40t
5006155805035374.5302931t38t31t33t40t
5506656305535874.5323134t42t33t36t43t
6007l56806036375323235t42t34t36t44t
6507657306536875363438t46t3539t46t
70083079070474253639t42t5lt40t43t52t
80093089080484264041t44t53t41t45t53t
900103099090494264446t50t60t46t50t60t
100011301090i004104264849t54t65t50t54t65t
11001230119011O0113885557t62t74t57t63t了5t
1200133012901200123886062t68t80t62t68t81t
用应力,MPa;
D.一容器法兰内直径,mm.
2.3甲型平焊法兰计算厚度的影响
因素分析
从公式(1)可以看出,在法
兰内径D一定的条件下,法兰厚度
8与Y,M0,[盯],’有关.
(1)系数Y的影响:从GB150
网9-8或表9—5可知,K越大,Y反
而越小,即:增大法兰外径,可有
效减薄法兰厚度.
(2)法兰设计力矩Mo的影响:
从公式(2)可知,法兰设计力矩取
决于预紧状态的法兰力矩与温度
系数f(设f=[盯[盯])的乘积大
小或操作状态的法兰力矩大小,
这涉及到十余个设计变量:法兰结
构尺寸,垫片材料及尺寸,螺柱材
料及尺寸,法兰密封面型式及尺
寸等等,它们对整个法兰连接设
计均有较大的影响.一般情况下,
低压法兰设计力矩取决于预紧状
81r=i~lllib|EIfo612oo9.12
态法兰力矩的大小;高压法兰设计
力矩取决于操作状态下法兰力矩
的大小.甲型平焊法兰的设计力
矩取决于预紧状态下的法兰力矩,
该法兰力矩与垫片的性能参数m,
v值和螺柱强度大小密切相关.采
用的垫片ITI,Y值越大,法兰厚度
越厚;采用的螺柱强度越大,法兰
厚度也越厚.表2,表3的设计实
例计算结果可说明这一点.
(3)法兰材料许用应力的影
响:法兰材料的许用应力越大,法
兰厚度越小.
2.4法兰厚度计算结果比较
表2法兰计算是以表1所列
设计参数为计算条件的.JB/T4701—
2000标准中表6规定:当法兰材料
为Q345R时,法兰最大允许工
作压力为0.60MPa;当法兰材料
为Q235B时,法兰最大允许工作
压力为0.40MPa.本文采用法兰最
大允许工作压力为法兰的设计计
算压力.
从表2计算结果可以看出:在
同样的垫片条件下,螺柱材料为
40MnB时的法兰计算厚度最厚,螺
柱材料为35时的法兰计算厚度比
Q235A的厚;在同样的螺柱条件
下,采用填充改性聚四氟乙烯垫
片的法兰计算厚度比采用石棉橡
胶板垫片的厚.
表3法兰计算是以Q235B制
甲型法兰的最大允许工作压力
0.40MPa作为法兰计算压力计算
的.由于OCr18Ni9板和Q235B板
的许用应力比较接近,并且当
设计温度?100?时,0Cr18Ni9板
的许用应力比Q235B的大,设计人
员在设计0Cr18Ni9制甲型法兰时
往往按Q235B制标准法兰的许用
条件直接套用.从计算结果可知:
当采用相同的垫片条件下,
OCr18Ni9制螺柱的法兰计算厚度比
采用Q235B螺柱的大;当采用相同
的垫片(XB350),螺柱材料
公称i去兰结构垫片接触j拦(Q23皤)计算厚度法兰(ocr18m9)计算
厚度
直径尺寸直径标准Q23b-B
{去兰筒体xB3s~硪FE垫片0Cr18Ni9船350自IrF碰
DN厚度厚度筒体厚度
DmD内径D夕临螺柱为Q23螺柱为螺柱为螺柱为螺柱为
0235 凸1蹦i9Q235A0Cr18Ni9
45056553045348”/’304.532t36t32933t33t37t
500615580503537304.533t37t32934t33t37t
550665630553587324.535t39t33136t35t40t
60071568060363732535f40t43237t36t40t
65076573065368736538t>40f43440t38t43t
700830790704742365>40f>40f438t45t42t47t
800930890804842406>40tM0f54046t43t49t
9001030990904942446}{545t52t48t54t
1000113O1090i0041042486}/54856t5Ot5了t
11001230l19O11OO1138558/}55563(锻件)f56t64(锻件)f
1200i330I2901200I238608//55968(锻件)f6068(锻件)f
注:尺寸单位:mt一一表示法兰计算厚度超过标准法兰厚度?35O一
一石棉橡胶板RPTFE一一填充改性聚四氟乙烯板
(Q235B)时,OCr18Ni9制甲型法兰
的计算厚度并非都比Q235B制标
准法兰的小,如DN700的甲型法
兰,0Cr]8Ni9制法兰计算厚度超过
Q235B制标准法兰厚度,详见表
3.这也说明设计OCr]8Ni9制法兰
时,应按非标法兰进行计算,不能
直接套用标准甲型法兰.
3设计甲型平焊法兰应注意
的问题
3.1按GBI50方法计算的法兰厚度
与标准法兰厚度有差异
在采用相同的设计参数前提
下,将GB]50方法计算的法兰厚度
与标准法兰厚度比较,就会发现
法兰厚度有所不同,前者计算的
法兰厚度较厚,详见表2,表3
(法兰厚度大多数超标).但GB150
和JBIT4700都有明确规定,当选用
JB/T4700—4707标准法兰时可免除
GB150的有关计算.因此,只要满
足JBTr4700规定的使用条件,就可
以直接采用标准法兰,但超出标
准规定的法兰使用范围时,就要
按非标法兰进行计算.
3.2甲型平焊法兰接头设计应遵循
下列两个优化设计原则
一
是控制尽可能小的垫片载
荷,如:尽量采用m,Y值较小的
垫片;二是控制尽可能小的螺栓中
心圆直径,可减小法兰力矩的力
臂,对减薄法兰计算厚度十分有
效
3.3避免生搬硬套标准法兰,适当
考虑采用非标法兰可节省材料
标准甲型法兰的压力越大可
选用的法兰直径越小,法兰材料
强度越低可适用的法兰压力越小
受法兰压力,直径和材料的限制,
设计人员选用标准法兰时往往会
高套压力,高套法兰结构高套压
力:本文特指选用高一档公称力
而实际]-作压力更靠近低一档的
公称压力等级.例如:对于T作压
力为0.3MPa的Q345R制甲型法兰,
设计时一般选用0.6MPa公称力
的标准法兰:如果采用0.6MPa公称
压力的标准法兰几何尺寸,以法
兰计算压力为0.3MPa进行非标法
兰计算,法兰厚度要比0.6MPa公称
压力的标准法兰薄,可以节省材
料l0%左右(经计算统计):高套
法兰结构:本文特指采用乙型法兰
或长颈对焊法兰来代替甲型法兰:
乙型平焊法兰带有比较厚的短节
(t?12),长颈对焊法兰对设备对
接筒体有最小厚度的要求,当设
备圆筒厚度小于标准规定的最小
l
200912l石油和化工设备l19
,嘲}
对接圆筒厚度时,还应按JB/T4703
中的表3要求调整法兰总高度,而
一
般低压容器的简体厚度又较薄,
高套法兰结构后,乙型法兰的短
节和长颈对焊法兰的对接端部应
按规定进行削薄或堆焊过渡处理,
既增加费用又不美观.
举例说明:设计一个DN1300,
设计压力为0.3MPa的Q345R制容器
法兰(其它设计参数按表1),设备
圆筒厚度取8ITII11,按标准法兰选
用,甲型法兰无此规格,就要选用
0.6MPa公称压力的乙型法兰(质量
为287.5kg);或采用长颈对焊法兰
(因设备圆筒厚度不满足最小对接
圆筒厚度要求,按规定法兰总高
度加长30mm,质量为199.8kg);若
采用公称压力为0.25MPa甲型法兰
的结构尺寸,以计算压力为0.3MPa
进行非标甲型法兰计算,法兰计
算厚度为5lmm(质量为107.8kg),
对比法兰质量可知,采用非标甲
型法兰费用最省.因此,对于要求
不高的工况,只要满足有关设计
规范的规定,应尽可能采用甲型
平焊法兰,高套采用标准法兰,并
非合理,还会造成很大的浪费.
3.4工程中常提到的聚四氟乙烯垫片
多数为填充改性聚四氟乙烯板垫片
聚四氟乙烯垫片因具有优良
的耐腐蚀性能和自润滑性,是很
好的密封材料,广泛应用于各个
行业中.
聚四氟乙烯垫片分为:纯聚四
氟乙烯板,膨胀聚四氟乙烯板或
带,填充改性聚四氟乙烯板和聚
四氟乙烯包覆垫四种垫片,其中
填充改性聚四氟乙烯板垫片是丁
程中最常用的垫片,它的适用范
2.lBBB|IaT~SI2009.12
围最广.而纯聚四氟乙烯板垫片
因具有冷流倾向会影响密封效果,
并不常用,只推荐用在全平面密
封的法兰上,其最高使用温度不
得大于100?.因此,工程中常提
到的聚四氟乙烯垫片,多数为填
充改性聚四氟乙烯板垫片.上述
四种垫片的性能参数m,Y值大小
不同,直接影响法兰计算结果,设
计时应注意区分.
3.5甲型平焊法兰与简体的连接焊
缝表面应进行磁粉或渗透检测
按JB/T4700—2000规定,甲型平
焊法兰与简体的连接焊缝应全焊
透,焊缝应充满,完整,不得有凹
坑等危及强度的缺陷;该连接焊缝
表面还应进行磁粉或渗透检测,
检测方法按JB/T4730,检测方法达
I级为合格.如果采用非标甲型
法兰,设计图纸上应明确提出上
述技术要求.
3.6甲型平焊法兰设计计算存在的
问题
GB150表9—2列出了一些垫片
材料的性能参数1TI,Y值,但不够
全面,一些常用,新型的垫片材料
的tTI,Y值无处可查,也没有标准,
规范或权威机构提出更新更全的
垫片性能参数表,设计人员只能
粗估某些垫片的ITI,Y值,这对法
兰设计计算的精度带来很大的影
响
4结束语
综上所述,法兰,垫片,螺
柱是构成法兰接头最主要的三个
零件,三者合理地选配非常重
要.设计非标法兰或选用标准法
兰时,设计人员应根据法兰的压
力,温度,介质特性等操作条件,综
合考虑法兰结构尺寸及材料,密封
面型式,垫片性能和螺柱材料等法
兰密封的影响因素,才能达到优化
设计法兰,节省材料的目的.本文
通过设计实例对压力容器甲型平焊
法兰的选用和计算进行了探讨,提
出了设计甲型平焊法兰应注意的问
题,为设计人员正确选用标准甲型
法兰和设计非标甲型法兰提供了参
考经验.囹
[【1】GB150—1998,钢制压力容器【S】
【2】JB/T4700—4707—2000,压力容器法兰【S】
[3】SH/T3074—2007,石油化工钢制压力容器【S】
【4】HG/T20592—20635—2009,钢制管法兰,垫片,紧固件【S】
【5】HG20583—1998,钢制化工容器结构设计规定【S】
【6】全国锅炉压力容器标准化技术委员会.压力容器设计工程师培训教程[M】.北
京:新华出版社,2005.
[7】(美)莫~(Moss,D.R.陈允中译.压力容器设计-’Y-e[M].北京中国石化出版
社.2005.
【8】范钦珊.压力容器的应力分析与强度设计【M】.北京:原子能出版社,1979.
范文四:JBT81-94平焊、凹凸法兰标准数据
JB/T81-94平焊、凹凸法兰标准数据
平焊钢制管法兰 PN 1.0MPa(10bar) MM
连接尺寸 法兰 公称 管子 理论 螺栓、螺柱 法兰管径 螺栓孔直径 通径 外径 螺栓孔中心圆直径 重量 D L 数量 螺纹Th. DN A K kg 系列1/系列2 系列1/系列2 系列1/系列2 n
10 14 90 60 14 4 M12 0.46 1518 95 65 144 M12 0.51 2025 105 75 144 M12 0.75 25 32 115 85 14 4M12 0.89 32 38140/135 100 18 4 M16 1.40 40 45 150/145110 18 4 M16 1.71 5057 165/160 125 18 4M16 2.09 65 73185/180 145 184 M16 2.84 80 89200/195 160 18 4 M16 3.24 100 108 220/215 180 18 8M16 4.01 125 133 250/245210 18 8M16 5.40 150 159 285/280240 23 8M20 6.67 175 194 310 270 238 M207.44 200219 340/335 295 23 8M20 8.24 225 245365 325 238 M20 9.30 250 273 395/390 350 2312 M20 10.70 300 325 445/440400 2312 M2012.90 350377 505/500 460 23 16 M20 16.90 400426 565 515 26/2516 M24/M22 21.80 450480 615 565 26/2520 M24/M22 24.40 500530 670 620 26/2520 M24/M2227.70 600630 780 725 3020 M27 39.40 700 720 895 840 3024 M27 53 800 820 1015/1010 950 34 24 M30 67
76参考 900 9201115/1110 1050 34 28 M30
90参考1000 1020 1230/1220 1160 36/3428 M33/M30
125参考 1100 1120 1340 1270 36 28 M33
143参考1200 1220 1455/1450 1380 39/41 32 M36
凸面平焊钢制管法兰 PN 1.6MPa(16bar) MM
连接尺寸 法兰 公称 管子 螺栓、螺柱 理论 法兰管径 螺栓孔直径 通径 外径 螺栓孔中心圆直径 重量 D L 数量 螺纹Th. DNA K kg 系列1/系列2 系列1/系列2 系列1/系列2 n
1014 90 60 14 4 M12 0.55 15 1895 65 14 4M12 0.71 20 25 105 75 144 M120.87 25 32 115 85 144 M12 1.18 3238 140/135 100 18 4 M16 1.60 4045 150/145 110 18 4M16 2.00 5057 165/160 125 18 4 M16 2.61 65 73 185/180 145 18 4 M16 3.45 8089200/195 160 188 M16 3.71 100 108 220/215180 18 8 M164.80 125 133250/245 210 188 M16 6.47 150 159 285/280 240 23 8 M20 7.92 175194 310 270 23 8 M208.81 200 219 340/335295 23 12 M20 10.10 225 245 365 325 23 12 M20 11.70 250273 405 355 26/25 12 M24/M22 15.70 300325 160 410 26/25 12 M24/M22 18.10 350 377 520 470 26/25 16 M24/M22 23.30 400 426580 525 30 16 M27 31.00 450 480 640 585 3020 M27 40.20 500 530 715/705 650 34 20 M30 55.70 600630 840 770 36/41 20M33/M36 80.80 700 720 910 840 36/41 24M33/M36 106.2 8008201025/1020 950 39/4124 M36 130.5
91参考 900920 1125/1120 105039/41 28 M36
127参考 1000 1020 1255 117042/48 28 M39/M42
160参考 1100 1120 1370 1280 42 28 M39
186参考 1200 1220 1485 1390 48/54 32 M45/M48
凸面平焊钢制管法兰 PN 2.5MPa(25bar) MM
连接尺寸法兰 公称 管子 理论 螺栓、螺柱 法兰管径 螺栓孔中 螺栓孔直径 通径 外径 重量 心圆直径 D L 数量 螺纹Th. DN A kg 系列1/系列2 系列1/系列2 K 系列1/系列2 n
10 14 90 60 144 M120.64 1518 95 65 14 4M12 0.80 20 25 10575 14 4 M12 0.99 25 32 115 8514 4 M12 1.18 32 38 140/135 100 184 M16 1.96 40 45 150/145 110 18 4M16 2.60 5057 165/160 125 18 4 M16 2.71 65 73 185/180145 18 8 M163.22 80 89 200/195 160 18 8M16 4.06 100108 235/230 19023 8 M20 6.00 125133 270 220 26/258 M24/M22 8.26 150 159 300 250 26/258 M24/M22 10.40 175194 330 280 26/25 12M24/M22 11.90 200 219 360 310 26/25 12 M24/M22 14.50 225 245 395340 30 12M27 17.00 250 273 425 370 30 12M27 18.90 300 325 485 430 30 16 M27 26.80 350 377 555/550490 4016 M30 34.35 400 426 620/610550 36/34 16M33/M30 44.90 450 480 670/660 60036/34 20 M33/M30 51.92 500 530 730 66036/34 20M33/M36 67.30 600 630 845/840 77041 20 M36 95.20 700 720960/955 875 42/48 24 M39/M42116 800 820 1085/1070 99048 24 M45/M42 150.2
160参考 900 920 1185/1180 109048/54 28 M45/M48
210参考 1000 1020 1320/13051210 55/5828 M52
260参考 1100 1124 1425 131555 28 M52
300参考 1200 1220 1530/1525 1420 55/58 32M52
凹凸面对焊钢制管法兰 PN 4.0MPa(40bar) MM
连接尺寸法兰理论 公称 重量kg 管子 螺栓 螺栓孔 螺栓、螺柱
通径 外径 法兰管径D 孔中 直径L 数量 螺纹Th. DNA 系列1/系列2 心圆 系列1/ A型 B型系列1/系列2 n 直径K系列2
10 14 90 60 14 4 M12 0.77 0.67 15 18 9565 144 M12 0.87 0.77 20 25 105 7514 4 M12 1.090.97 25 32 115 85 14 4M12 1.31 1.18 3238 140/135 100 18 4 M16 2.171.98 4045 150/145110 18 4 M16 2.51 2.14 5057 165/160 12518 4 M16 3.34 2.92 65 73 185/180 145 188 M16 4.34 3.85 8089 200/195 160 18 8M16 5.52 5.03 100 108 235/230 190 238 M20 8.39 7.71 125133 270 220 26/25 8 M24/M22 11.0610.27 150 159300 250 26/25 8 M24/M22 14.16 13.30 175 194 330 28026/25 12M24/M22 21.80 20.97 200 219 360 310 26/25 12 M24/M22 25.56 24.72 225245 395 340 30 12M27 32.48 31.60 250 273 425 37030 12 M27 39.87 39.00 300325 485430 3016 M27 55.97 53.21 350 377 555/550 490 34 16M30 75.30 72.29 400 426 620/610 550 36/34 16 M33/M30 112.02 108.44 450 480 670/660 600 36/34 20 M33/M30 112.82 109.70 500530 730660 36/41 20 M33/M36 142.70 138.60 600630 890 79548/54 20 M45/M48 167 160 700 720 995 900 48/54 24M45/M48 275 265 800 820 140/11351030 58 24M52 410400
凹凸面对焊钢制管法兰 PN 6.4MPa(64bar) MM
连接尺寸法兰理论
重量kg 公称 管子 螺栓、螺柱 法兰 螺栓孔 螺栓孔
通径 外径 管径D 中心圆 直径L 螺纹Th 数量 DN A 系列1 直径 系列1/ 系列1/ A型 B型 n /系列2 系列2 K 系列2
10 14100 70 14 4 M12 1.12 1.02 1518 105 7514 4M12 1.25 1.14 2025 130/125 90 18 4 M16 2.121.95 2532 140/135 100 18 4M16 2.64 2.46 32 38 155/150110 23 4 M20 3.503.28 40 45 170/165 12523 4 M20 4.35 3.91 5057 180/175 13523 4M20 5.294.80 65 73 205/200 16023 8M20 7.00 6.43 80 89 215/210 170 238 M208.07 7.50 100108 250200 26/25 8M24/M22 11.51 10.80 125 133 295 240 30 8 M2718.02 17.09 150159 345/340 280 34 8M30 26.45 25.29 175194 375/370 310 34 12 M3030.63 29.61 200 219 415/405 345 36/3412 M33/M30 39.68 38.51 225 245430 37036/34 12 M33/M30 43.34 42.32 250273 470 400 36/4112 M33/M36 53.64 52.47 300 325 530 460 36/41 16 M33/M3673.10 69.97 350377 600/595 525 41 16 M36 103.50 108.44 400 426 670 585 42/48 16 M39/M42143.30 138.90 450 480715 630 48 20 M42 160 155 500 530 800 70548/54 20M45 215 210 600 630 930 820 58 20M52 320 310
凹凸面对焊钢制管法兰 PN 10.0MPa(100bar) MM
连接尺寸 法兰理论
重量kg 公称 管子 螺栓、螺柱 螺栓孔 螺栓孔 法兰管径 通径 外径 中心圆 直径L 螺纹Th D 系列1 数量 DN A 直径 系列1 系列1 A型 B型 /系列2 n /系列2 K /系列2
1014 100 7014 4 M12 1.12 1.01 15 18105 75 144 M12 1.37 1.26 2025 130/125 90 184 M16 2.302.13 25 32 140/135 100 18 4 M162.86 2.67 32 38 155/150 110 234 M20 3.503.28 4045 170/165 12523 4 M20 4.72 4.28 50 57195 145 26/25 4 M24/M22 6.58 6.02 65 73220 17026/25 8 M24/M229.20 8.60 以上数据为巩义市恒众管道设备有限公司制作高压力钢制伸缩器的法兰数据。
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范文五:[指导]板式平焊法兰盖标准
应力腐蚀开裂是危害性最大的局部腐蚀形态破坏形式之一,在腐蚀过程中,若
有微裂纹形成,其扩展速度比其它类型的局部腐蚀速度要快几个数量级,SCC是一
种“灾难性的腐蚀”如桥梁坍塌,飞机失事,油罐爆炸,管道泄漏都造成了巨大的
生命和财产损失。此外,如核电站,船只,锅炉,石油化工也都发生过应力腐蚀断
裂的事故。
应力腐蚀开裂的特征。
(一)引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。 这种拉应力的来源可以是:
1, 工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。 2, 加工,制造,热处理引起的内应力。 3, 装配,安装形成的内应力。
4, 温差引起的热应力。
5, 裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要
的应力。
(二)每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感。
一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂,合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。下表列出了各种合金风应力腐蚀开裂的环境介质体系,介质有特点:即金属或合金可形成纯化膜,弹介质中有有破坏纯化膜完整性的离子存在。
合金 腐蚀介质
NaOH溶液,含有校酸根,碳酸跟,硫化氢水溶液,
碳钢和低合金钢 海水,海洋大气和工业大气,硫酸—硝酸混合液,
三氯化铁溶液,湿的CO—CO2,空气
高强度钢 蒸馏水,湿大气,氯化物溶液,硫化氢
高温碱液,高温高压含氧纯水,氯化物水溶液,海
奥氏体不锈钢 水,浓缩锅炉水,水蒸气(260oC),湿润空气(湿度
90%),硫化氢水溶液,NaCl—H2O2水溶液,二氯乙
烯等
铜合金 NH3蒸汽,氨溶液,汞盐溶液,含SO2的大气,三氯
化铁,硝酸溶液
钛合金 发烟硝酸,海水,盐酸,含Cl?,Br?,I?水溶液,甲
醇,三氯乙烯,CCl4,氟利昂
铝合金 NaCl水溶液,海水,水蒸气,含二氧化硫的大气,
含Br?,I?水溶液,汞
而且介质中的有害物质浓度往往很低,如大气中微量的H2S和NH3可分别引起钢和铜合金的应力腐蚀开裂。空气中少量的NH3是鼻子嗅不到的,却能引起黄铜的氨脆。19世纪下半叶,英军在印度生产的弹壳每到雨季就会发生破裂。由于不了解真正的原因,当时给了个不恰当的名字叫“季脆”(原因是黄铜弹壳(1)应力加上印度大气中含有微量NH3)。再如奥氏体不锈钢在含有几个ppm氯离子的高纯水中就会出现应力腐蚀开裂。再如低碳钢在硝酸盐溶液中的“硝脆”,碳钢在强碱溶液中的“碱脆”都是给定材料和特定环境介质结合
后发生的破坏。氯离子能引起不锈钢的应力腐蚀开裂,而硝酸根离子对不锈钢不起作用,反之,硝酸根离子能引起低碳钢的应力腐蚀开裂,而氯离子对低碳钢不起作用。
(三)应力腐蚀开裂是材料在应力和环境介质共同作用下经过一段时间后,萌生裂纹,裂纹扩展到临界尺寸,此时由于裂纹尖端的应力强度因子K1达到材料的断裂韧性K1c,发生失稳断裂。即应力腐蚀开裂过程分为三个阶段:裂纹萌生,裂纹扩展,失稳断裂。
1, 裂纹的萌生。
裂纹源多在保护膜破裂处,而膜的破裂可能与金属受力时应力集中与应变
集中有关,此外,金属中存在孔蚀,缝隙腐蚀,晶间腐蚀也往往是SCC
裂纹萌生处。萌生期长短,少则几天,长达几年,几十年,主要取决于环
境特征与应力大小。
2, 裂纹扩展。
应力腐蚀开裂的裂纹扩展过程有三种方式。应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率
da/dt与裂纹尖端的应力强度因子K1的
关系具有图示的三个阶段特征。在第一
阶段da/dt随K1降低而急剧减少。当
K1降到Kiscc以下时应力腐蚀开裂裂纹
不再扩展,因此Kiscc时评定材料应力
腐蚀开裂倾向的指标之一。在第二阶
段,裂纹扩展与应力强度因子K1大小无
关,主要受介质控制。在这阶段裂纹出
现宏观和微观分枝(图)。但在宏观上,
裂纹走向与抗应力方向是垂直的。第三
阶段为失稳断裂,纯粹由力学因素K1
控制,da/dt随K1增大迅速增加直至断
裂。
(四)应力腐蚀开裂属于脆性断裂。即使塑性很高的材料也是如此。其断
口呈多种形貌。有沿晶断,准解理,韧(2)等。 二, 应力腐蚀开裂机制。
应力腐蚀开裂现象很多,目前尚未有统一的见解,不同学派的观点可能从电化学,断裂力学,物理冶金进行研究而强调了它们的作用。
(一) 电化学理论。
1, 活性通道理论。
该理论认为,在金属或合金中有一条易于腐蚀的基本上是连续的通
道,沿着这条活性通道优先发生阳极溶解。活性通道可以是晶界,亚
晶界或由于塑性变形引起的阳极区等。电化学腐蚀就沿着这条通道进
行,形成很窄的裂缝裂纹,而外加应力使裂纹尖端发生应力集中,引
起表面膜破裂,裸露的金属成为新的阳极,而裂纹两侧仍有保护膜为
阴极,电解质靠毛细管作用渗入到裂纹尖端,使其在高电流密度下加
速裂尖阳极溶解。该理论强调了在拉应力作用下保护膜的破裂与电化
学活化溶解的联合作用。
2, 快速溶解理论。
该理论认为活性通道可能预先是不存在的,而是合金表面的点蚀坑,沟等缺陷,由于应力集中形成裂纹,裂纹一旦形成,其尖端的应力集中很大,足以使其尖端发生塑性变形到一个塑性,该塑性具有很大的溶解速度。这种理论适用于自纯化金属,由于裂纹两侧纯化膜存在,更显示裂纹尖端的快速溶解,随着裂纹向前发展,裂纹两侧的金属重新发生纯化(再纯化),只有当裂纹中纯化膜的破裂和再纯化过程处于某种同步条件下才能使裂纹向前发展(如果纯化太快就不会产生裂纹进一步腐蚀,若再纯化太慢,裂纹尖端将变圆,形成活性较低的蚀孔。
3, 膜破裂理论。
该理论认为金属表面有一层保护膜(吸附膜,氧化膜,腐蚀产物膜),在应力作用下,被露头的滑移台阶撕破,使表面膜发生破裂(图b)局部暴露出活性裸金属,发生阳极溶解,形成裂纹(图c)。同时外部保护膜得到修补,对于自纯化金属裂纹两侧金属发生再纯化,这种再纯化一方面使裂纹扩展减慢,一方面阻止裂纹向横向发展,只有在应力作用下才能向前发展。
4, 闭塞电池理论。
该理论是在活性通道理论的基础上发展起来的。腐蚀就先沿着这些活性通道进行,应力的作用在于将裂纹拉开,以免被腐蚀产物堵塞,但是闭塞电池理论认为,由于裂纹内出现闭塞电池而使腐蚀加速(这类似于缝隙腐蚀)即在裂纹内由于裂纹内金属想要发生水解:FeCl2+2H2O?Fe(OH)2+2HCl,使Ph值下降,甚至可能产生氢,外部氢扩散到金属内部引起脆化。闭塞电池作用是一个随催化腐蚀过程,在拉应力作用下使裂纹不断扩展直至断裂。
(二) 吸氢变脆理论。
该理论是从一些塑性很好的合金在发生应力腐蚀开裂时具有脆性断裂的
特征提出的(变脆是否由氢脆引起,)该理论认为裂纹的形成与发展主要
与裂纹尖端氢被引入晶格有关,如奥氏体不锈钢在裂纹尖端,Cr阳极氧
化生成CrO3使其酸度增大。2Cr+3H2O?Cr2O3+6H++6e。当裂纹尖端的电位
比氢的平衡电位负时,氢离子有可能在裂纹尖端被还原,变成吸附的氢原
子,向金属内部扩展,从而形成氢脆。
(三)应力吸附破裂理论。
该理论认为由于环境中某些破坏性组分对金属表面内表面的吸附,削弱了
金属原子间的结合力,在抗拉力作用下引起破裂。 三, 影响应力腐蚀开裂的因素——见表。
五,应力腐蚀开裂控制方法。 由于应力腐蚀涉及到环境介质,应力,材料三个方面,因此防止应力腐蚀也应从这三方面入手。
(一) 降低和消除应力。
1, 改进结构设计:应力腐蚀开裂常发生在应力集中处,在
结构设计时应减少应力集中。
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(四)涂层保护。
主要是有机高分子涂层,如环氧树脂涂层,有机硅涂层,从而使金
属表面和环境隔离开了,避免产生应力腐蚀。
(五)合理选材和改善材质。
选材应避免金属或合金在易发生应力腐蚀的环境中使用(见前面讲
的表)如对于接触海水的热交换器采用普通低碳钢可能比不锈钢更
好。
减少材料中的杂质,提高纯度对减少应力腐蚀开裂也有好处。