封头直边长度

椭圆形封头、碟形封头、平底形封头、带R弧的锥形封头为什么都要带直边？我想大部分的设计人员会给出以下两种答案：

① 为了了使封头和筒体等其他工件更为有效的焊接；

② 防止封头与筒体连接的环焊缝与边缘应力作用区重合。由于环焊缝可能存在缺陷，并且有一定的焊接残余应力，若与边缘应力重合，对此部位的受力极为不利。所以封头封头需要设置直边段，来改善受力状况。

GB/T 25198-2010《压力容器封头》的规定：

ASME Ⅷ-1 UG-32(k)中规定：

ASME Ⅷ-1 UW-13(b)(2)中规定：

前面说了那么多，说白了就是要符合下面两个封头与壳体连接结构，因为封头与筒体搭接结构我们几乎不会用。

图一：封头厚度小于圆筒厚度，球缺形式。

图二：封头厚度大于圆筒厚度，封头直边段长度任何情况下大于3倍的厚度，最小长度为3倍的封头厚度，但可以不超过38mm，在需要保证所需斜面长度时例外。

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引申一下，抛一个千年难题吧。

我们看下NB/T 47020～47027对长颈对焊设备法兰的规定。

那么长颈对焊法兰与封头或锥体直接相连，封头或锥体直边长度不能满足此条款的要求，是不说明这样做不可以呢？

我们知道大部分反应釜为了安装搅拌的方便，需要在上封头下端设置一对设备法兰。如果刻意增加一个至少长300mm的短节，感觉有点形同鸡肋。而且在实际工作中，我们见过大部分反应釜都是长颈设备法兰与封头直接相连的结构(如下图)，而且都通过了锅检所的审查。

我们知道GB/T 150.3-2011 5.11条有带法兰的凸形封头的设计形式。

 

第一个图中平焊法兰，类似于甲型平焊法兰。我们是否可以将上图中长颈对焊法兰结构改成这种结构呢？但甲型平焊法兰对于压力1.6MPa或温度300℃以上又有一定的局限性。

对于第三个图中整体式法兰，封头直边段高度h﹥法兰厚度+角焊缝高度+13mm，由于封头直边超过60mm就很难成型（不要不信邪，下图中封头返修就是活生生的例子），换句话说就是设备法兰含密封面的厚度不能超过40mm,所以该结构只适用于设备直径小、压力低的场合。

相比较而言，第二个图中平焊法兰，封头直边段高度h﹥法兰厚度（两侧焊缝近似抵消），法兰可一稍稍厚那么一丢丢。

NB/T 47020～47027标准的这个规定的原因我斗胆猜测：由于封头直边段与法兰的连接处的边缘应力影响到了封头以及法兰本身，而根据圣维南原理我们知道边缘应力是会衰减的，其衰减范围现在一般认为就是Sqrt(DN×δo)。只是从安全角度出发所作的定性要求，实质是法兰标准制定者不管使用者的成本问题，通过提高使用要求，而先行有效地免除了一切可能发生的责任。

但在GB/T 150“带法兰的凸型封头”中，当圆筒长度小于Sqrt(DN×δo)时，虽然圆筒另一端不连续的边缘应力叠加到圆筒与法兰的焊缝上，导致焊缝应力升高，但按GB/T 150的定量计算，此时的焊缝应力并未超标，因而是允许的。

这点和封头直边高的规定有异曲同工之妙，早期封头标准中规定：封头壁厚≤8mm，直边高25mm；封头壁厚＞8mm，直边高40mm，避开焊缝的热影响区为3倍的壁厚。这样规定是因为过去一直认为封头转角区及转角和直边连接部分应力复杂，把直边和厚度相联系起来加长直边认为能有效降低应力。但这个是主观臆断和事实有很大出入，随着大量有限元分析发现，转角和直边相连部分应力并不大，甚至可以没有直边，现在保留直边作用仅剩下组对方便了。

比如我们所熟知的轴式吊耳在HG/T 21574-2008中有如下规定，而在HG/T 21574-2018中取消了，我猜原因也大致相同。

     关于带法兰的凸型封头形式，ASME Ⅷ-1 强制性附录1-6中也有同样的规定。

     注意！ASME此处用是Loose Flange Type，中文翻译本翻译成松套法兰，用专业软件翻译出来是活套法兰，容易让人产生歧义。在ASME Ⅷ-1强制性附录2中松套法兰写作Loose-Type Flanges；GB/T150英文版也是Loose-Type Flange。  

      ASME的松套法兰，GB/T150叫松式法兰,化工管法兰标准里面把活套法兰叫做松式法兰。是不有点“老虎老鼠，傻傻分不清楚”。此处节点GB/T150是平焊法兰，所以按照国标COPY ASME一贯的思路，我觉得改成松式法兰是不更好？

GB、ASME、EN13445、API

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