GB/T 16749—2018《壓力容器波形膨脹節(jié)》主要修訂內(nèi)容對(duì)比及分析

陳衛(wèi)勝，匡良明，趙中順，司洪濤，羅國良

（1.岳陽泰藝檢維修有限責(zé)任公司，湖南 岳陽 414014；2.森松集團(tuán) （中國），上海 201323；3.上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200062）

GB 16749—1997《壓力容器波形膨脹節(jié)》(以下簡稱舊版標(biāo)準(zhǔn))使用已超過20 a，使用期間其主要參考的EJMA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)歷了第6版（1993年）、第 7版（1998年）、第 8版（2003年）、第 9版（2008年）、第 10版（2015 年），共 5個(gè)版次的更替［2-4］。 2018-09，我國發(fā)布了 GB/T 16749—2018《壓力容器波形膨脹節(jié)》［5］最新版本標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱新版標(biāo)準(zhǔn)），且于2018-12-20發(fā)布了第一個(gè)《勘誤表》，新版標(biāo)準(zhǔn)于2019-04正式實(shí)施。

在新版標(biāo)準(zhǔn)使用過程中，筆者對(duì)新版標(biāo)準(zhǔn)的主要修訂內(nèi)容相較于1997版舊標(biāo)準(zhǔn)的不同逐步有所了解。借鑒EJMA—2015《Standards of the Expansion Joint Manufacturers Association，Inc.》［6］、ASME BPVC.Ⅷ-1—2017《ASME Boiler and Pressure Vessel Code—An International Code Division 1》［7］、ASME BPVC.Ⅷ-2—2017《ASME Boiler and Pressure Vessel Code—An International Code Division 2：Alternative Rules》［8］及 EN 13445-3—2014《Unfired Pressure Vessel—Part 3：Design，Annex G》［9］， 對(duì)新版標(biāo)準(zhǔn)使用過程中出現(xiàn)的一些有爭(zhēng)議的問題進(jìn)行了分析，并對(duì)解決方案進(jìn)行了探討。文中所有的量符號(hào)、含義及單位均與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相同。

1 GB/T 16749—2018修訂內(nèi)容及新舊版本對(duì)比

1.1 擴(kuò)大了標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

舊版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)設(shè)計(jì)壓力的規(guī)定為，ZX型不大于 4.0 MPa，ZD 型、HF 型、HZ 型不大于 6.4 MPa，新版標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計(jì)壓力擴(kuò)大為所有型號(hào)均不大于12 MPa。設(shè)計(jì)溫度方面，新版標(biāo)準(zhǔn)中已補(bǔ)充“當(dāng)考慮疲勞和塑性強(qiáng)化時(shí)，只適應(yīng)于設(shè)計(jì)溫度低于蠕變控制許用應(yīng)力的溫度以下”，而舊版標(biāo)準(zhǔn)中沒有提及塑性強(qiáng)化如何考慮。材料方面，新版標(biāo)準(zhǔn)中引入了有色金屬，如鎳、鋁、鈦、鋯及其合金。公稱直徑從舊版標(biāo)準(zhǔn)的不大于2 000 mm，擴(kuò)大至新版標(biāo)準(zhǔn)中的不大于4 000 mm。設(shè)計(jì)壓力與公稱直徑的乘積從舊版標(biāo)準(zhǔn)系列的不大于0.5×104MPa·mm，擴(kuò)大為新版標(biāo)準(zhǔn)中的不大于2.7×104MPa·mm。新、舊版標(biāo)準(zhǔn)中膨脹節(jié)型式代號(hào)對(duì)比見表1。

表1 新舊版標(biāo)準(zhǔn)中膨脹節(jié)型式代號(hào)對(duì)比

1.2 增加了幾何形狀及尺寸限制要求

新版標(biāo)準(zhǔn)中要求波紋管的波紋總長度Lb與波紋管的直邊段內(nèi)直徑或波紋內(nèi)直徑Db的比值應(yīng)符合Lb/Db≤3。對(duì)層數(shù)n、厚度nt的要求為，ZX型的 n≤5、t=0.5～3 mm、nt≤10 mm；ZD 型、HZ 型的 n=1、3 mm≤nt≤30 mm。

新版標(biāo)準(zhǔn)中增加了U形和Ω形波紋參數(shù)，參數(shù)要求見表2。

表2 新版標(biāo)準(zhǔn)中U形和Ω形波紋參數(shù)

對(duì)HZ型膨脹節(jié)，新增了2個(gè)參數(shù)mi、me，波谷環(huán)向?qū)咏宇^直邊長度、波峰環(huán)向?qū)咏宇^直邊長度me≤0.2 ■ Dmtp。

1.3 明確了厚度負(fù)偏差、腐蝕裕量和成形減薄量考慮方法

1.3.1 厚度負(fù)偏差

新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定厚度負(fù)偏差C1應(yīng)全部計(jì)入設(shè)計(jì)計(jì)算中，這與GB 150.1—2011《壓力容器 第1部分：通用要求》［10］的相關(guān)規(guī)定是相同的。而舊版標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定，即使C1=0.25 mm也應(yīng)計(jì)入設(shè)計(jì)計(jì)算中。

二者對(duì)厚度負(fù)偏差的要求其實(shí)是一致的，只是因?yàn)楫?dāng)時(shí) GB 150—1998 《鋼制壓力容器》［11］中認(rèn)為C1=0.25 mm可以忽略不計(jì)。

1.3.2 腐蝕裕量

新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在計(jì)算內(nèi)壓應(yīng)力時(shí)應(yīng)扣除腐蝕裕量C2，影響內(nèi)壓應(yīng)力的系數(shù)Cp在查表時(shí)也應(yīng)扣除，而舊版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此沒有明確說明。新版標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定，在計(jì)算位移應(yīng)力時(shí)不扣除腐蝕裕量C2，影響位移應(yīng)力的系數(shù)Cf、Cd在查表時(shí)也不扣除，筆者認(rèn)為此規(guī)定偏安全。而舊版標(biāo)準(zhǔn)的位移應(yīng)力計(jì)算公式中不扣除腐蝕裕量C2，但對(duì)Cf、Cd在查表時(shí)是否扣除則未提及。

1.3.3 成形減薄量

新、舊版標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于成形減薄量C3的確定方法見表3。需要注意的是，成形后1層材料的名義厚度tp的計(jì)算公式不適用于HZ型膨脹節(jié)，這一點(diǎn)在新舊版標(biāo)準(zhǔn)中都未明確。舊版標(biāo)準(zhǔn)中Sp是成形后1層材料的有效厚度，因Sp的計(jì)算公式中沒有考慮C1和C2，導(dǎo)致在過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件SW6計(jì)算中出錯(cuò)，之后才改為目前采用SW6軟件計(jì)算腐蝕前和腐蝕后2種工況。

表3 新舊版標(biāo)準(zhǔn)中成形減薄量C3確定方法對(duì)比

1.4 修訂和增加了應(yīng)力計(jì)算內(nèi)容

新版標(biāo)準(zhǔn)中，因內(nèi)壓引起的無加強(qiáng)U形波紋管周向薄膜應(yīng)力σ2計(jì)算公式為：

式（1）中增加了周向應(yīng)力系數(shù) Kr，Kr與變形前后波長之比有關(guān)，但對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大。式（3）中的e取絕對(duì)值，拉伸時(shí)用+，壓縮時(shí)用-。

新版標(biāo)準(zhǔn)中增加了加強(qiáng)U形波紋管和Ω形波紋管應(yīng)力計(jì)算內(nèi)容。對(duì)于HZ型膨脹節(jié)，除將σ2分為端波應(yīng)力 σ2，E和中間波應(yīng)力 σ2，i外，其他各應(yīng)力計(jì)算公式與無加強(qiáng)U形波紋管應(yīng)力計(jì)算公式相同。而舊版標(biāo)準(zhǔn)則將HZ型膨脹節(jié)當(dāng)作單層U形波紋管無差別對(duì)待。

1.5 修訂和增加了應(yīng)力評(píng)定內(nèi)容

1.5.1 無加強(qiáng)U形波紋管

對(duì)于內(nèi)壓引起的無加強(qiáng)U形波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力 +彎曲應(yīng)力，舊版標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定σp=σ2+σ3≤1.5σts，而新版標(biāo)準(zhǔn)修訂為“σ3+σ4≤Cm［σ］tb——低于蠕變溫度”，其中Cm為1.5（用于退火態(tài)波紋管）或 1.5Ysm（用于成形態(tài)波紋管，1.5≤Cm≤3.0）。波紋管成形變形率εf計(jì)算公式為：

式（4）來源于 EJMA—2015，式中的 ntp恐怕有誤，應(yīng)當(dāng)改為 tp（參考 EN 13445-3—2014的第14.5.2.2節(jié)）。需要注意的是，式（4）不適應(yīng)于HZ型膨脹節(jié)的計(jì)算，因?yàn)镠Z型膨脹節(jié)的成形是由平板沖壓成兩半波，而ZD型、ZX型是由圓筒整體碾壓或液壓脹形。

新版標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)向（子午向）總應(yīng)力σt=0.7×（σ3+σ4）+σ5+σ6， 與舊版標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式一致，僅符號(hào)不同。

1.5.2 加強(qiáng)U形波紋管、Ω形波紋管和HZ型膨脹節(jié)

新版標(biāo)準(zhǔn)中新增：對(duì)于加強(qiáng)U形波紋管，σt=0.9［0.7（σ3+σ4）+σ5+σ6］，公式中的 0.9 類似疲勞增強(qiáng)系數(shù)，即疲勞減弱系數(shù)的倒數(shù)。對(duì)于Ω形 波 紋管，σt=3σ3+σ5+σ6。 對(duì) 于 HZ 型 膨脹 節(jié) ，σt=Ch［0.7（σ3+σ4）+σ5+σ6］，且不考慮（或不適應(yīng)）低周疲勞問題。該公式中的Ch=2，類似疲勞減弱系數(shù)。HZ型膨脹節(jié)應(yīng)力評(píng)定內(nèi)容為新版標(biāo)準(zhǔn)中新增內(nèi)容，舊版標(biāo)準(zhǔn)中是將HZ型膨脹節(jié)當(dāng)作單層U形波紋管同等對(duì)待。

1.6 修訂和增加了疲勞評(píng)定內(nèi)容

新、舊版標(biāo)準(zhǔn)中奧氏體不銹鋼疲勞曲線和溫度限制對(duì)比見表4。

表4 新舊版標(biāo)準(zhǔn)中奧氏體不銹鋼疲勞曲線和溫度限制對(duì)比

新版標(biāo)準(zhǔn)中增加了耐蝕鎳合金、鎳-鉻合金（N08800、N08810、N06600），其疲勞計(jì)算與奧氏體不銹鋼的相同。還增加了耐蝕鎳-鉬-鉻合金（N08825、N10276、N06455）以及耐蝕鎳 -鉻合金（N06625）的疲勞計(jì)算公式，分別為：

新版標(biāo)準(zhǔn)中不再考慮溫度修正系數(shù)Tf，但增加了σt修正系數(shù)fc或疲勞曲線下限修正系數(shù)。這是與EJMA—2015保持同步，除非另有要求，一般取fc=1。

新版標(biāo)準(zhǔn)中疲勞評(píng)定適應(yīng)范圍為退火或成形態(tài)，預(yù)期（或要求）的疲勞次數(shù) Nd≤［Nc］=Nc/nf=（102～106）/15。

而舊版標(biāo)準(zhǔn)中疲勞評(píng)定適應(yīng)范圍為成形態(tài)，預(yù)期（或要求）的疲勞次數(shù) Nd≤［N］=N/nf=（103～105）/15。

1.7 修訂和增加了內(nèi)壓失穩(wěn)壓力計(jì)算內(nèi)容

1.7.1 無加強(qiáng)U形波紋管

新版標(biāo)準(zhǔn)中無加強(qiáng)U形波紋管柱狀失穩(wěn)的極限設(shè)計(jì)壓力計(jì)算公式為：

式（7）中的 Cθ=1.0，而舊版標(biāo)準(zhǔn)中則沒有此要求。

新版標(biāo)準(zhǔn)無加強(qiáng)U形波紋管平面失穩(wěn)壓力計(jì)算公式中不僅考慮平面失穩(wěn)應(yīng)力相互作用系數(shù)α，還考慮與位移量有關(guān)的周向應(yīng)力系數(shù)Kr，其計(jì)算公式為：

而舊版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)無加強(qiáng)U形波紋管平面失穩(wěn)壓力計(jì)算考慮的因素很少，其計(jì)算公式為：

1.7.2 加強(qiáng)U形波紋管、Ω形波紋管及HZ型膨脹節(jié)

新版標(biāo)準(zhǔn)中指出，加強(qiáng)U形波紋管、Ω形波紋管只有柱狀失穩(wěn)，無平面失穩(wěn)的傾向，HZ型膨脹節(jié)的計(jì)算與無加強(qiáng)U形波紋管的相同。而舊版標(biāo)準(zhǔn)中是將HZ型膨脹節(jié)當(dāng)作單層U形波紋管同等對(duì)待。

1.8 新增外護(hù)套設(shè)計(jì)

新版標(biāo)準(zhǔn)中外護(hù)套設(shè)置的條件為，①在膨脹節(jié)運(yùn)輸、安裝過程中，波紋管可能受到損傷及破壞時(shí)。②設(shè)計(jì)圖樣有要求時(shí)。

外護(hù)套的最小厚度tmin按新版標(biāo)準(zhǔn)的表11進(jìn)行計(jì)算（借用內(nèi)襯筒最小厚度），外護(hù)套名義厚度t2=CLtmin+C。

1.9 修訂了制造技術(shù)要求

1.9.1 冷成形后恢復(fù)性能熱處理

新版標(biāo)準(zhǔn)中新增對(duì)碳素鋼、低合金鋼材料有熱處理要求的介質(zhì)條件為，圖樣注明有應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)或毒性為極度、高度危害的介質(zhì)。

對(duì)奧氏體不銹鋼材料，新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，可以不進(jìn)行熱處理，但當(dāng)波紋管成形前厚度大于10 mm或εf≥15%（設(shè)計(jì)溫度低于-100℃或高于510℃時(shí)，變形率不小于10%）時(shí)需要進(jìn)行熱處理，并需要制作熱處理試板。舊版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此規(guī)定均是不進(jìn)行熱處理。

新版標(biāo)準(zhǔn)中新增了對(duì)鎳和鎳合金、鈦和鈦合金的熱處理要求，與對(duì)奧氏體不銹鋼的熱處理要求相同。

1.9.2 無損檢測(cè)

（1）檢測(cè)時(shí)機(jī) 新版標(biāo)準(zhǔn)中增加了對(duì)有延遲裂紋傾向的材料，至少在施焊24 h后進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)有再熱裂紋傾向的材料，應(yīng)在熱處理后增加1次檢測(cè)的要求。

新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，波紋管A類接頭在成形前檢測(cè)，B類接頭在成形后檢測(cè)。對(duì)于HZ型板料分瓣拼焊、半波整體沖壓的徑向拼接A類接頭，如果成形前已經(jīng)進(jìn)行了檢測(cè)，則成形后還應(yīng)當(dāng)對(duì)圓弧過渡區(qū)到直邊段再進(jìn)行檢測(cè)。而舊版標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)要求為，縱向焊縫在成形前檢測(cè)，環(huán)焊縫在成形后檢測(cè)。對(duì)于板料分瓣拼焊、半波整體沖壓的經(jīng)向焊縫，成形后應(yīng)進(jìn)行復(fù)查，復(fù)查長度不小于焊縫長度的20%，且不小于300 mm。

（2）射線檢測(cè)（RT）或超聲波檢測(cè)（UT） 新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)波紋管的波紋段A、B類對(duì)接接頭，應(yīng)進(jìn)行100%RT（與舊版標(biāo)準(zhǔn)基本相同）；對(duì)ZX型波紋管直邊與端管（或設(shè)備筒體）采用內(nèi)插或外套連接的B類接頭（或被端管、加強(qiáng)環(huán)、套箍等所覆蓋的B類接頭），即鎖底V型坡口對(duì)接接頭，均應(yīng)進(jìn)行100%PT或UT（筆者認(rèn)為應(yīng)為100%逐層PT+RT或UT）；對(duì)ZD、HZ型波紋管與端管（或設(shè)備筒體）的B類接頭，按設(shè)備殼體環(huán)焊縫的要求進(jìn)行RT或 UT。

對(duì)于端管、加強(qiáng)件（包括加強(qiáng)環(huán)、均衡環(huán)和套箍等），新版標(biāo)準(zhǔn)中的要求為，A、B類接頭按照GB/T 150.4—2011《壓力容器 第4部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》［12］中第10.3條的規(guī)定進(jìn)行RT或UT，這點(diǎn)與舊版標(biāo)準(zhǔn)基本相同。

（3）磁粉檢測(cè)（MT）或滲透檢測(cè)（PT） 新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，凡符合下列條件之一的焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%的PT或MT：①波紋管坯厚度不大于2 mm的A類接頭內(nèi)外表面（新增內(nèi)容）。②多層波紋管兩直邊端部的端口焊接表面或滾焊封邊表面（與舊版標(biāo)準(zhǔn)基本相同）。③ZX、ZD、HZ型波紋管的A、B、C、D、E 類接頭和搭接角接頭表面（與舊版標(biāo)準(zhǔn)基本相同）。④ZX型波紋管直邊與端管（或設(shè)備筒體）采用內(nèi)插或外套連接的B類接頭（或被端管、加強(qiáng)環(huán)、套箍等所覆蓋的B類接頭），即鎖底V型坡口對(duì)接接頭（新增內(nèi)容）。⑤ZX、ZD、HZ型波紋管成形后A類接頭的內(nèi)外可觸及表面（新增內(nèi)容）。⑥多層焊要求層間表面無損檢測(cè)的焊縫（新增內(nèi)容）。⑦缺陷的修磨表面（與舊版標(biāo)準(zhǔn)基本相同）。

1.9.3 尺寸公差和形位公差

（2）垂直度 新版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)垂直度的要求為，波紋管兩端面應(yīng)平行，且與中心線垂直，其垂直度不大于0.01DN與3 mm二者中較小值。而老標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定為，波紋管垂直度不大于0.004Lb。

（3）同軸度 新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，波紋管兩端面應(yīng)同心，其同軸度公差應(yīng)符合新版標(biāo)準(zhǔn)中表17的規(guī)定。而舊版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為，波紋管同軸度不大于0.005DN與2 mm二者中較小值。

（4）曲率半徑要求 新版標(biāo)準(zhǔn)中新增了曲率半徑要求，對(duì) U 形波紋管的要求為∣ric（或 rir）-ri名義∣≤0.1ri名義。 此式與表 2中的∣ric-rir∣≤0.2ri是等效的，波峰、波谷名義曲率半徑 ri名義≈ri=（ric+rir）/2 或 ri名義≈rm-（nt）/2。 對(duì) Ω 形波紋管的要求見表2。

（5）偏斜角 新版標(biāo)準(zhǔn)中新增了偏斜角要求，U形波紋管的側(cè)壁相對(duì)于中性位置的偏斜角β應(yīng)滿足 -15°≤ β≤15°。

1.10 修訂了檢驗(yàn)與驗(yàn)收要求

1.10.1 耐壓試驗(yàn)

對(duì)無加強(qiáng)U形、HZ型波紋管，試驗(yàn)壓力下的波距與加壓前波距之比大于1.15（即波距變化率大于15%），即認(rèn)為膨脹節(jié)平面失穩(wěn)。這點(diǎn)新、舊版標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定完全相同。

新版標(biāo)準(zhǔn)中增加了加強(qiáng)U形和Ω形波紋管耐壓試驗(yàn)要求，即試驗(yàn)壓力下的波距與加壓前波距之比大于1.20（波距變化率大于20%），即認(rèn)為膨脹節(jié)平面失穩(wěn)。需要注意的是，新版標(biāo)準(zhǔn)中第7.4.6.2條、第7.5.6.2條指出加強(qiáng)U形和Ω形波紋管無平面失穩(wěn)傾向，此項(xiàng)規(guī)定前后矛盾。

1.10.2 泄漏試驗(yàn)

新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)于介質(zhì)毒性危害程度為極度、高度危害，或設(shè)計(jì)上不允許有微量泄漏的波形膨脹節(jié)應(yīng)進(jìn)行泄漏試驗(yàn)（含氣密性試驗(yàn)）。而舊版標(biāo)準(zhǔn)要求為，對(duì)于易燃、易爆、毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)，或設(shè)計(jì)上不允許有微量泄漏的波形膨脹節(jié)應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。

新版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，膨脹節(jié)的泄漏試驗(yàn)（含氣密性試驗(yàn)）壓力等于設(shè)計(jì)壓力。筆者認(rèn)為，此項(xiàng)規(guī)定宜改成氣密性試驗(yàn)壓力等于設(shè)計(jì)壓力，這樣才符合GB 150.4—2011和 TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》［13］的要求。而舊版標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)規(guī)定為，膨脹節(jié)的氣密性試驗(yàn)壓力等于設(shè)計(jì)壓力。

1.11 修訂和擴(kuò)充了U形膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)系列的波形參數(shù)

新版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)U形膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)系列的波形參數(shù)進(jìn)行了修訂和擴(kuò)充，新、舊版標(biāo)準(zhǔn)中U形膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)系列波形對(duì)比見表5。

表5 新舊版標(biāo)準(zhǔn)中U形膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)系列波形參數(shù)對(duì)比

2 新版標(biāo)準(zhǔn)使用過程中出現(xiàn)的爭(zhēng)議及分析

2.1 多循環(huán)工況下疲勞累計(jì)損傷問題的考慮方法

新版標(biāo)準(zhǔn)的主要參考文獻(xiàn)——EJMA—2015中一直有疲勞累計(jì)損傷考慮方法的內(nèi)容，且分為并存條件（應(yīng)力可疊加）和獨(dú)立條件（應(yīng)力不可疊加）2種模式或方法來考慮，但是新版標(biāo)準(zhǔn)中沒有引用。ASME BPVC.Ⅷ-1—2017附錄26第4.2節(jié)考慮了多工況的疊加應(yīng)力交變循環(huán)產(chǎn)生的累計(jì)損傷，該方法僅是按EJMA—2015的并存條件進(jìn)行了考慮。

壓力容器用膨脹節(jié)經(jīng)常會(huì)處于各種循環(huán)工況，例如開/停車工況、正常壓力溫度交變工況、清洗工況和事故工況等，不同的工況對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)力循環(huán)，每種工況下循環(huán)的次數(shù)都不可忽略，有的循環(huán)次數(shù)甚至超過106，最終會(huì)造成膨脹節(jié)的累計(jì)損傷。

因此筆者建議，今后應(yīng)在新版標(biāo)準(zhǔn)中完善疲勞累計(jì)損傷的內(nèi)容，以進(jìn)一步擴(kuò)大新版標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。否則，超出范圍后，設(shè)計(jì)單位需按疲勞分析設(shè)計(jì)，而大部分設(shè)計(jì)單位沒有分析設(shè)計(jì)資質(zhì)。

2.2 HZ型膨脹節(jié)不適應(yīng)疲勞工況問題

在新版標(biāo)準(zhǔn)HZ型膨脹節(jié)子午向總應(yīng)力范圍σt的計(jì)算公式中，已經(jīng)考慮了計(jì)算修正系數(shù)Ch=2.0，說明HZ型膨脹節(jié)應(yīng)該是可以用于疲勞工況的，但這與新版標(biāo)準(zhǔn)第5.2節(jié)表4對(duì)Ⅲ型的規(guī)定（無疲勞設(shè)計(jì)要求）不一致。

Ch取2.0來源于EN13445-3—2014第14節(jié)，而EN 13445-3—2014允許采用與一般U形膨脹節(jié)類似的公式對(duì)HZ型膨脹節(jié)進(jìn)行疲勞計(jì)算，新版標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為HZ型膨脹節(jié)不適用于疲勞工況的規(guī)定過于保守。計(jì)算公式中的Ch取2.0，就是考慮了環(huán)焊縫的疲勞減弱系數(shù)，疲勞減弱系數(shù)與焊縫條件、表面條件及體積、表面無損檢測(cè)程度有關(guān)。但新版標(biāo)準(zhǔn)的第8.5節(jié)規(guī)定，對(duì)HZ型膨脹節(jié)的對(duì)接B類焊縫，既要進(jìn)行 100%的RT或 UT，又要進(jìn)行 100%的 MT或 PT。 按 ASME BPVC.Ⅷ-2—2017的表5.13，如果對(duì)焊縫表面又進(jìn)行了機(jī)械打磨，則Ch=1.0；如果焊縫表面仍為焊態(tài)，則Ch=1.2。由于HZ型膨脹節(jié)的對(duì)接直邊長度（me、mi）很短，對(duì)壓力和位移引起應(yīng)力的影響也很小。因此，采用Ch=2.0進(jìn)行疲勞計(jì)算仍舊偏于安全。除此之外，EN 13445-3—2014第14節(jié)還指出，允許碳素鋼和低合金鋼制膨脹節(jié)用于疲勞工況，且直接采用相應(yīng)的焊接元件疲勞設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行疲勞計(jì)算。

因此筆者建議，參照ASME BPVC.Ⅷ-1—2017附錄26，在新版標(biāo)準(zhǔn)中將Ch當(dāng)作疲勞強(qiáng)度減弱系數(shù)Kg，以擴(kuò)大有環(huán)焊縫的HZ型膨脹節(jié)的適應(yīng)范圍，使其也能適應(yīng)疲勞工況。

2.3 膨脹節(jié)標(biāo)記方法中公稱壓力填寫問題

舊版標(biāo)準(zhǔn)附錄A中根據(jù)不同材質(zhì)的不同條件形成了各規(guī)格膨脹節(jié)的厚度、單波剛度、單波位移系列對(duì)照表。而新版標(biāo)準(zhǔn)的附錄A內(nèi)僅有波形參數(shù)，取消了舊版標(biāo)準(zhǔn)系列中的公稱壓力、壁厚、單波剛度及單波最大允許位移等參數(shù)，這些參數(shù)只能由設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)計(jì)算來確定，無法像舊版標(biāo)準(zhǔn)一樣選用標(biāo)準(zhǔn)系列的膨脹節(jié)。

筆者建議，在膨脹節(jié)的標(biāo)記方法中，取消公稱壓力PN一欄，或改為設(shè)計(jì)壓力p。

2.4 膨脹節(jié)直邊長度控制問題

在新版標(biāo)準(zhǔn)附錄A的表A.2中，對(duì)于整波脹形的ZD型膨脹節(jié)，直邊長度的規(guī)定不太合理。此規(guī)定僅適應(yīng)于分兩半波沖壓的HZ型膨脹節(jié)，可防止因Lt太長，半波沖壓成形時(shí)直邊段因過度拉伸變形而開裂。

但是，ZD型膨脹節(jié)的直邊長度Lt也不能太大。如果直邊段厚度小于相連接筒體厚度，且Lt>，則需增加套箍,使即

2.5 許用疲勞次數(shù)范圍過小問題

從新版標(biāo)準(zhǔn)中的預(yù)期壽命計(jì)算公式Nd≤［Nc］=Nc/nf=（102～106）/15 可以看出，許用疲勞次數(shù)［Nc］的范圍很小（6.7～66 000）。如許用疲勞次數(shù)超出適應(yīng)范圍，就無法采用此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在 ASME BPVC.Ⅷ-1—2017的附錄 26以及EN 13445-3—2014第14節(jié)中，疲勞計(jì)算公式中已經(jīng)考慮運(yùn)用2個(gè)安全系數(shù) （循環(huán)次數(shù)安全系數(shù)為3，應(yīng)力安全系數(shù)為1.25）對(duì)疲勞曲線進(jìn)行了修正，許用疲勞次數(shù)可以在102～106，比新版標(biāo)準(zhǔn)中的許用疲勞次數(shù)（6.7～66 000）要大得多［7，9，14-15］。EN 13445-3—2014第14節(jié)中還允許對(duì)鐵素體鋼制膨脹節(jié)直接采用相應(yīng)的焊接元件疲勞設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行計(jì)算，許用疲勞次數(shù)可以在102～108。

鑒于新版標(biāo)準(zhǔn)中的許用疲勞次數(shù)范圍太小，筆者建議，如許用疲勞次數(shù)超出適用范圍，允許參照 ASME BPVC.Ⅷ-2—2017或 JB 4732—1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（2005年確認(rèn)）》［16］直接采用疲勞設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行疲勞分析，以進(jìn)一步擴(kuò)大新版標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。

2.6 疲勞計(jì)算公式中σt修正系數(shù)或疲勞曲線下限修正系數(shù)取值問題

EJMA—2015中已經(jīng)增加了疲勞曲線下限修正系數(shù)fc（fc=1），相對(duì)以前版本進(jìn)行了改進(jìn)。ASME BPVC.Ⅷ-1—2017附錄26采用的是疲勞減弱系數(shù)Kg。Kg與fc含義類似，都是對(duì)總應(yīng)力進(jìn)行修正（Kg=1/fc），僅符號(hào)不同。

新版標(biāo)準(zhǔn)與EJMA—2015是保持同步的，也采用 σt修正系數(shù)或疲勞曲線下限修正系數(shù) fc，fc=1表示疲勞計(jì)算公式僅是基于平均疲勞曲線來預(yù)測(cè)疲勞壽命。要確保最低疲勞壽命滿足設(shè)計(jì)規(guī)范 （如 GB 150.1～150.4—2011、ASME BPVC.Ⅷ-1—2017、ASME BPVC.Ⅷ-2—2017或歐盟承壓設(shè)備指令PED）的要求，就需取fc<1的值來修正疲勞曲線下限或增加安全系數(shù)，此時(shí)的fc是作為疲勞計(jì)算的應(yīng)力安全系數(shù)來使用。新版標(biāo)準(zhǔn)中采用的循環(huán)次數(shù)安全系數(shù)nf≥15，σt修正系數(shù)fc恒定取1，即對(duì)應(yīng)力不進(jìn)行修正。

由于EJMA—2015中沒有提供任何安全系數(shù)，故其計(jì)算出的疲勞壽命只是平均疲勞壽命，設(shè)計(jì)者需依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定循環(huán)次數(shù)安全系數(shù)或者應(yīng)力安全系數(shù)。而ASME BPVC.Ⅷ-1—2017附錄26和EN 13445-3—2014第14節(jié)的疲勞計(jì)算公式中已經(jīng)考慮運(yùn)用2個(gè)安全系數(shù)對(duì)疲勞曲線進(jìn)行了修正，計(jì)算得出的次數(shù)就是許用循環(huán)次數(shù)。

此外，根據(jù)EJMA—2015，也可依據(jù)波紋管焊接接頭的類型和無損檢測(cè)的組別來確定焊接接頭的等級(jí)，對(duì)fc分別取不大于1的各種值。EJMA—2015 中只列舉了當(dāng) St=846 MPa（122 709 PSI），fc分別為1.0、0.9、0.5時(shí)對(duì)疲勞次數(shù)影響的示例，這是借用了EN 13445-3—2014圖18-12中的焊縫疲勞等級(jí)。其實(shí)，在EN 13445-3—2014第14.5.8.2 c）節(jié)中，對(duì)HZ型膨脹節(jié)的總應(yīng)力范圍直接采用系數(shù)2進(jìn)行修正，此數(shù)值就相當(dāng)于新版標(biāo)準(zhǔn)中的Ch=2.0，也可以認(rèn)為Ch=1/fc=1/0.5=2，fc=0.5就是依據(jù)波紋管焊接接頭的類型和無損檢測(cè)的組別來確定焊縫等級(jí)后偏保守的取值，即fc是作為焊縫疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù) （即疲勞減弱系數(shù)Kg的倒數(shù)）來使用的。

因此，fc既可以作為疲勞計(jì)算的應(yīng)力安全系數(shù)使用，又可以作為焊縫的疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)使用。新版標(biāo)準(zhǔn)也可以對(duì)fc的應(yīng)用進(jìn)行同樣的補(bǔ)充規(guī)定，以進(jìn)一步擴(kuò)大新版標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。

3 結(jié)語

文中對(duì)GB/T 16749—2018的主要修訂內(nèi)容進(jìn)行了介紹，并與1997版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比，有助于對(duì)新版標(biāo)準(zhǔn)的理解和運(yùn)用。提出了在新版標(biāo)準(zhǔn)使用過程中出現(xiàn)的一些有爭(zhēng)議的問題，借鑒EJMA—2015、ASME BPVC.Ⅷ-1—2017、ASME BPVC.Ⅷ-2—2017和EN 13445-3—2014等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)爭(zhēng)議問題進(jìn)行了分析，并對(duì)解決方案進(jìn)行了探討，可為今后進(jìn)一步完善GB/T 16749—2018的內(nèi)容和擴(kuò)大其適用范圍提供參考。