气瓶水压试验合格标准实验研究【摘要】水压试验是气瓶检验的主要项目，将容积残余变形率超过10%作为气瓶报废的标准沿用至今。笔者通过实验，分析了气瓶水压试验现行评定标准存在的问题，并对采用容积弹性变形作为评定指标进行了探讨，以期为制订更合理的水压试验标准提供有益的启示。【关键词】水压试验合格标准容积残余变形率容积弹性变形1引言气瓶水压试验是气瓶检验的必检项目，也是公认的全面检验气瓶综合性能较理想的方法。水压试验的合格评定标准，我国规定为容积残余变形率(（容积残余变形与容积全变形的比率）不大于10%。此规定虽有某些理论依据，在国内外也有较长时间的实践经验，但并是很科学的。试验证明，容积残余变形率并不能准确地反映瓶壁应力水平；同时，将容积残余变形率不大于10%规定为合格标准，并非一个十分严密的数据。实际上，容积残余变形常常受到测量误差的影响，特别是采用内侧法试验装置时。对此，有关专家进行过论证，提出了一些建议和设想。笔者在实验基础上，对无缝高压气瓶水压试验合格标准存在的问题进行了分析和探讨。2现行水压试验合格评定标准存在的问题2.1水压试验合格标准的确定依据以容积残余变形率作为气瓶水压试验评定指标，是因其与瓶壁应力、应变之间存在着一定的关系。高压气瓶可看作一端为平底封头、一端为半球形封头的薄壁圆筒形容器；筒体部分在试验压力作用下，壳壁处于两向应力状态，即轴向应力(z、周向应力(t；其轴向、周向弹性变形分别为(z、(t，周向残余变形为(‘t(一般情况无轴向的残余变形)；半球封头的周向弹性变形(0。设气瓶的半径为R，简体部分长度为L。在试验压力下,气瓶的容积弹性变形(VE为：(VE=(VE筒体＋(VE封头=(R2（1＋(t）2·L（1+(x）＋×(R3（1＋(0）3－(R2L－×(R3简化,略去(的高次项得：(VE=(R2L(2(t＋(z）＋2(R3(0当气瓶的长度大于半径的10倍，即L(10R时，半球封头的弹性变形2(R3(0相对于筒体部分的变形来说很小，可忽略不计。因此，气瓶的弹性变形为：(VE=(R2L（2(t＋(z）气瓶在试验压力下产生的容积残余变形为：(VP=(R2(1＋(‘t2－(R2L简化，略去(t的高次项后得：(VP=2(R2L(‘t气瓶的容积全变形包括容积弹性变形和容积残余变形的部分，即容积全变形(V为：(V=(VE＋(VP=(R2L(2(x＋(x＋2(‘t)因此，容积残余变形率为：(==对于薄壁容器：(t=－(=(1－1/2(),(z=(z/E－((t/E=(t(1/2－()/E式中，(为泊松比。将(=0.3代入，得((sub)z(/sub)=0.235((sub)t(/sub),所以(=2((sup)’(/sup)(sub)t(/sub)/2.235((sub)t(/sub)+2((sup)’(/sup)(sub)t(/sub)若容积残余变形率(((10%，则([2]((0.124(t若制造气瓶的低合金钢的弹性极限为(e=500Mpa,弹性模量为E=2.1×105Mpa,则(t=(e/E=500/2.1×105=2.38×0.001(‘=0.124×2.38×0.001(‘(t((0.124×2.38×10-3((0.0295%。由此可见，若气瓶水压试验时容积残余变形率不超过10%，则瓶壁产生的最大残余变形(‘t，也不超过0.03%,也就是气瓶在水压试验压力下瓶壁的最大应力在材料的弹性极限范围内。2.2实验分析和研究为了分析水压试验时容积残余变形率与瓶壁应力及应变之间的关系，笔者对公称工作压力为14.7MPa、直径为219mm、容积分别为40L和41L的两个中碳锰钢制（42Mn2，屈服极限(s=500MPa）缝气瓶在不同的试验压力下进行了水压试验。水压试验采用内侧法，通过测定瓶内在试验压力下所进入的水量与卸压后由瓶内排出的水量来计算它的容积全变形和容积残余变形，并由此计算出容积残余变形率。进行水压试验的同时，在两个气瓶外壁的中部各选一点进行应变测试。在每一点上沿瓶体的轴向和周向各贴一片电阻应变片，采用YJD-1型电阻应变仪并配有P20R-1型预调平衡箱，测试其在不同试验压力下的应变值及卸压后残余应变值。测试和计算结果列于表1。@5001@5101按设计要求，气瓶水压试验时瓶壁应力水平不超过材料屈服极限的90%。从表1、2中看到，当瓶壁的应力水平达0.9(s时，即瓶壁周向应力(t=0.9,(s=450Mpa时，两瓶体的周向残余应变分别为0.0024%和0.0055%，所对应的容积残余变形率分别为1.1%和2.8%。此数值大大小于10%的合格标准。从表中可见，当应力达到屈服极限时，由于材料具有明显的屈服平台，...
