一起分气缸制造中错误用材事故的研究探讨

高工作压力工况下，分气缸耐压试验和工作现场，研究分析在上述工况下，两仿真模型的安全性问题。1 创建分析仿真模型根据该分气缸设计图纸，本文在3D软件中，创建其CAD模型，因筒体上方的支管和下方的排污口不是研究的重点，在创建模型时，简化CAD模型，把支管上的法兰用圆板代替，省去上面的螺栓、螺母，这样可大大减少装配结合面，方便网格模型的创建。3D软件中创建的分气缸CAD模型如图1所示。
本文涉及两个CAE分析模型，两模型所选材质如表1所示。其中A模型依据总图创建，两椭圆封头材质均为Q345R；B模型模拟现场实际设备，A、B分析模型筒体采用材质均为20#钢，A模型封头与筒体内外径相同，其焊接部位圆滑过渡；根据监检现场发现B模型两椭圆封头外径相同，筒体与封头（材质Q235-B）壁厚不等，因此封头（材质Q235-B）内径不同，封头与筒体相焊接部位结构上存在不连续，没有圆滑过渡，具体情况如图2所示。另外在椭圆封头顶部和转角过渡部位以及直边部位，容易发生工艺减薄，也是需要关注的位置[2]。
2 施加边界条件和运算网格模型根据现场试压情况，对A、B分析模型施加以下边界条件：对两支座底部施加固定约束，限制支座的6个方向上的自由度，使其固定；在容器内部，监检现场情况是对压力容器做试验压力5.25MPa的耐压试验，因此在该分气缸模型内部，施加5.25MPa的压力，作用方向指向压力容器外部，垂直于内部作用表面。在创建网格模型时，有限元模型网格划分得当与否直接影响计算速度和计算精度[3]。因此本文使用COSMOSWorks有限元分析软件模块，采用模块中的网格控制功能，在封头与筒体相连接部位创建比较密集的网格，这样得到的分析结果比较准确。3 运算结果分析。
从A、B两模型应力分布云图中可以看到，在封头与筒体相连接的焊缝部位，B模型封头(Q235-B)与筒体相连接部位的应力值要比A模型大很多，查阅GB150-1998可知：常温时，Q345R材质的许用应力为170MPa；Q235-B材质的许用应力为113MPa；20#钢材质的许用应力为130MPa。忽略分气缸筒体和接管相连接的角焊接接头的应力情况，因这些部位不是本文研究的重点位置，可得到两模型大应力均产生在椭圆封头转角过渡部位。
4 结论本文针对压力容器制造中一起严重的选材错误，在创建分析模型进行研究后得到如下结论：（1）具有椭圆封头的压力容器设备在正常工况下，封头转角过渡部位承受的压力大；（2）该厂封头错用Q235-B材质，在耐压试验工况中，封头转角过渡部位大应力为165.8MPa，超出Q235-B材质许用应力52.8 MPa；在高工作压力工况下，封头转角过渡部位大应力为126.09 MPa，超出Q235-B材质许用应力13.09MPa，封头处于危险工况。