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国标碳钢封头对冷冲压残余影响
发布时间:2017-11-16        浏览次数:54        返回列表

1、厚度变化
国标碳钢封头厚度的变化是封头塑性变形的一种表现形式,很早被人们所关注,在计算板料厚度时常常会适当增厚,避免冲压后会过度减薄。而在冷冲压成形过程中,板料中段区域会出现一定的悬空区,该区域受双向应力作用,容易起皱,为了避免这一情况,往往需要适当增大摩擦因子、或者施加一定的压边力,这些都会会加剧板料壁厚的改变,部分区域可能出现过度减薄的现象,而壁厚的减薄可能成为容器服役时的安全隐患,需要谨慎对待。
事实上,冲压成形不仅会使板料出现厚度减薄的现象,在封头直边段区域同样会出现增厚的现象。自封头顶部开始,有一部分区域曲率半径相对较大,这部分区域在拉应力的主导下,封头壁厚会减薄,但封头沿着经线方向曲率半径会逐渐减小,板料周向的应力逐渐被压应力所取代,而封头的壁厚也会在这些区域增加。由于板料在直边段附近是周向的压缩应力占主导,所以封头直边段的增厚明显,增厚量最大的地方可以到达厚度的10%以上。另外,由于标准椭圆封头冲压减薄量在GB150-2011《压力容器》以及GB/T25198-2010中并没有明确指出,生产单位一般依据经验确定加工减薄量,将封头设计厚度加上壁厚加工减薄量后进行圆整,作为冲压时所用板料的厚度,这使得冲压完成后直边段的最终厚度会远大于名义厚度。而且根据标准中的公式计算,筒体和封头保持其他条件相同时,计算出的封头厚度本就大于筒体壁厚,这使得封头直边厚度进一步增加。直边段厚度的增加会导致封头与筒体焊接时错边量增加,切屑直边段边缘的加工量增大,同时增加了容器的制造难度与制造成本。
2、塑性变形
国内外标准有两种碳钢封头塑性变形的预测公式,根据塑性变形量的大小来决定封头是否需要进行热处理,两个公式代表的物理意义各不相同。中国标准GB150中的公式表示了板料经线长度的变化率,而欧盟标准EN13445以及美国标准ASMEVIII-2的公式表示了板料环向的最大塑性变形的均值。这两种算法都没有能够充分考虑到封头成形的复杂性,只是反映了板料在单一方向的变化情况。朱晓波,在研究中发现封头的最大等效塑性变形与封头的直径与厚度的乘积成反相关的关系,该公式比标准中现有的公式能够更加准确的反映封头在成形过程中的塑性变形。由此公式计算得到的塑性变形相比于GB150中公式的计算结果要大得多,在某些规格上甚至有数倍差距。
3、材料性能
对于亚稳态不锈钢530408,由于封头冷冲压成形过程材料发生较大塑性变形,引发的马氏体相变也较大,其力学性能发生改变,强度、硬度提升,塑性、韧性降低。因此,为保证封头在使用过程中的安全、可靠,需要重新评估封头冷冲压产生的塑性变形对材料力学性能的影响。已有研究指出,造成奥氏体不锈钢封头开裂的原因之一就是直边段的塑性变形较大,产生了大量形变诱发马氏体,马氏体会与工作应力、环境等因素共同作用导致应力腐蚀,使封头开裂的几率大大增加。同时,其它研究也指出,塑性变形使得奥氏体不锈钢封头的硬度上升,封头与筒体之间产生了硬度差,可能也是影响碳钢国标封头服役安全的因素之一。
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