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试验研究
铜制压力容器轻量化研究
周宁,郑津洋,盛水平,韩树新,陈海云2,刘延雷,缪存坚
(1.浙江大学化工机械研究所,浙江汇杭州310027;2.杭州市特种设备检测院,浙江杭州
310003)
摘要:中国标准中铜材许用应力取值较欧美标准偏低,是国产铜制压力容器耗材较多的主要原因
之ー。通过比较和分析国内外铜制压力容器标准,指出屈服强度是影响铜材许用应力的关键因素。
建议采用1.0%非比例延伸强度代替0.2%非比例延伸强度作为屈服强度,以提高铜材许用应力,
进而提高我国铜制压カ容器的轻量化水平。并以H62铜合金为例,进行了容器爆破试验研究和有
限元分析,结果表明许用应力提高后,铜制压力容器仍具有较高的强度裕度。
关键词:風服强度;许用应力;轻量化;强度裕度
中图分类号:TH40.8;TH142
文献标识码:A文章编号:1001-4837(2010)11-0008-05
doi:10.3969/j.1iss.1001-4837.2010.11.002
Light-weight Research of Copper Pressure Vessels
ZHOU Ning, ZHENG Jin-yang SHENG Shui-ping, HAN Shu-xin?
CHEN Hai-yun, LIU Yan-lei2, MIAO Cun-jian'
(1. Institute of Proeess Equipment, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2. Hangzhou Special
quipment Inspection Institute, Hangzhou 310003, China
Abstract Allowable stresses of copper and copper alloys in Chinese standard are lower than those in Eu
ropean and American standards. It's a major reason why domestic copper pressure vessels consume more
materials. Based on analysis of domestic and foreign copper pressure vessel standards, it was pointed out
that yield strength crucially influence allowable stress for copper and copper alloys. The authors suggest
that 1.0% proof strength instead of 0. 2% proof strength should be used as yield strength to increase al
lowable stresses, thus to reduce the weight of domestic copper pressure vessels. And then take H62 cop
per alloy as an example, vessel burst tests and finite element analyses were made. The results show that
copper pressure vessels still have enough strength margins after the suggestion is adopted
Key words: yield strength; allowable stress; light-weight; strength margin
符号说明
p爆破压力,MPa
A原始标距为50mm时的断后伸长率,%
尺n一抗拉强度,MPa
E一杨氏弹性模量,MPa
Ra20.2%非比例延伸强度,MPa
最大允许工作压力,MP2
Ra,o--1.0%非比例延伸强度,MPa
基金项目:浙江省质检系统科研项目(20080225);国家质检总局科技计划项目(2008QK127)
第27卷第11期
压力容器
总第216期
[o]一许用应力,MPa
表1常温下铜材许用应力计算方法
标准
材料分类
计算方法
0引言
《铜制压力
容器》
min
铜及铜合金具有耐腐蚀、耐低温、导热性能好
等特性,是压力容器行业中不可或缺的有色金属,
中国
主要用于制造换热容器、低温容器、非氧化性腐蚀
《容规》
及海水环境中的各类承压容器-2。
若引用标准
允许釆用Ro
mint
近年来,随着铜制压力容器的不断发展,相关
标准的制订完善工作日益受到重视。2006年,中
ASMIE
BPVC YIE
3.5”1.5
国制订j了JB/T4755-2006《铜制压力容器》,美国
2009年,新版的TSGR0004-2000《固定式压力
ASME
容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)进一
BPVC VⅧ-2
2,41.5
步对铜制压力容器的相关规定作了部分修改。国
日本JIS8265
min/m R
外标准中,美国 ASME BPVC、日本JIS8265、德国
AD2000CO0DE、英国PD5500以及俄罗斯rOCr
软态纯铜
26158标准都对铜制压力容器的设计、制造、使用
德国
AD2000
软态铜合金
1.0
做了相关规定
CODF
中国标准(以下简称国标)中列出的铜制容
硬态纯铜
0.2
器用材涵盖了纯铜、黄铜、青铜、白铜等常用的工
和铜合金
业铜材,加工状态主要为塑性较好的热轧态和退
有R2数据min
火态,且允许对未刎出的牌号、状态按实际情况协英国「PD530
2.51.5
无R数据」。RpN
有R
议使用?,已基本可以满足需求。但与国外同类
产品相比,按国标设计的铜制压力容器耗材较多,
经济性较差。在国际竞争日趋激烈的形势下,国
有R数据min
产铜制压力容器的轻量化势在必行。文中试图通俄罗斯ror26158有Ra
RR
过对比分析国内外相关标准,提出提高中国铜制
无Rn。数据「2.41.5
压力容器许用应力的途径,并通过试验研究验证
没有非比例
延伸强度数据
许用应力提高后的安全性
表2国内外标准中几种典型铜材的
1国内外标准中铜材许用应力取值方法比较
强度下限保证值
MP
国别中国美国日本英国德国
各国标准中铜材许用应力的取值方法不尽相纯制」T2c120c120?c06
同,但主要都是考虑材料的抗断裂性能和抗塑性
变形性能。同多数国外标准一样,国标依据屈服
19
200
强度和抗拉强度共同确定铜材许用应力。表1对
黄铜「H62C28000C2800」」CuZn40
国内外标准中铜材常温许用应力的取值方法作了
140
125
简要比较υ,低温和高温时的情况