封頭是火筒加熱爐筒體上的重要部件。封頭設(shè)計時，需按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度計算。由于結(jié)構(gòu)需要，常要求在大直徑封頭上開設(shè)一個或幾個大孔，如油田大功率火筒加熱爐的鍋殼封頭上需開四個大孔的，其大孔直徑最大達(dá)Φ824mm。這樣的封頭已無法用現(xiàn)行的強(qiáng)度計算標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行設(shè)計計算了。為滿足生產(chǎn)需要，本文采用電阻應(yīng)變測量技術(shù)，對火筒加熱爐大開孔封頭進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測試試驗(yàn)，得出應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，確定該封頭的允許工作壓力。

大開孔封頭結(jié)構(gòu)及儀器

該封頭是一標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)橢球面，其中心截面是一橢圓（長軸=1500mm，短軸=750mm），考慮到封頭的剛度，在封頭上焊接十字加強(qiáng)筋板，平分四個中心對稱的大孔，孔內(nèi)焊有 Φ824mm*12mm圓管，封頭及筋板壁厚均為δ=12mm，材料均為20g。

儀器采用聚航科技JHYC靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)，模塊化設(shè)計，軟件式操作，測試數(shù)據(jù)實(shí)時顯示、實(shí)時保存、自動生成報告。測試導(dǎo)線用四芯屏蔽電纜，應(yīng)變片用45°箔式應(yīng)變花，粘貼劑用502膠水。

應(yīng)力應(yīng)變測試方案

測試目的：測量大開孔封頭應(yīng)變應(yīng)力分布，獲得封頭允許工作壓力。

測試布置：測點(diǎn)1-23沿十字加強(qiáng)筋方向分布在折線上，測點(diǎn)24在封頭圓心處，測點(diǎn)25-30、31-36、37-42、43-48分別在不同直徑的圓周上。

測試過程：用砂紙打磨待測部位，用鋼板尺劃線定出各測點(diǎn)的位置，用苯酮擦洗測點(diǎn)，按劃線位置和方位要求貼片，用膠布做絕緣，線號和點(diǎn)號一一對應(yīng)，應(yīng)變儀機(jī)箱上測量通道號和測點(diǎn)線號一一對應(yīng)，用焊錫焊好各節(jié)點(diǎn)，打開主機(jī)，掃描各通道，找出有問題的測點(diǎn)，分析原因及時處理，各測點(diǎn)全部正常后準(zhǔn)備升壓測試。

按0-0.205MPa-0.35MPa-0.51MPa-0.69MPa-0.72MPa-0.83MPa升壓方案升壓、保壓、測試、記錄，測試記錄采用電腦數(shù)據(jù)采集和記錄。

測試結(jié)果及分析

從上圖可知，折線處應(yīng)變和應(yīng)力均低于開孔附近圓周處的應(yīng)變和應(yīng)力，并且隨著封頭內(nèi)壓力的升高，應(yīng)變和應(yīng)力明顯增大。對于相同壓力，靠近開孔最近的圓周測點(diǎn)25-30發(fā)生的應(yīng)變最大，承受的應(yīng)力也最大。當(dāng)壓力為0.5MPa時，大孔與封頭邊緣間超規(guī)范區(qū)部位30點(diǎn)應(yīng)力最大，達(dá)到123.53MPa，但沒有超過材料的許用應(yīng)力（【σ】=125MPa）。對應(yīng)最大應(yīng)變?yōu)?.46mm，變形不大。當(dāng)壓力超過0.51-0.83MPa時，圓周上一些測點(diǎn)的應(yīng)力將超過許用應(yīng)力，但沒有超過材料的屈服極限σ_s=225MPa；最大變形可達(dá)到0.757mm。因此，封頭允許工作壓力為0.51MPa。

綜上所述，距大開孔最近的圓周上承受較大應(yīng)力，產(chǎn)生較大應(yīng)變；在允許工作壓力以內(nèi)沒有危險點(diǎn)出現(xiàn)，可以安全工作。十字加強(qiáng)筋附近測點(diǎn)應(yīng)變和應(yīng)力較小，說明十字加強(qiáng)筋不僅增加了封頭的剛度，而且起到了一定的加強(qiáng)作用。

總結(jié)

1. 封頭允許工作壓力為0.51MPa。

2. 大開孔邊緣圓周處當(dāng)量應(yīng)力較大，一般在大孔與封頭邊緣間靠近大孔處達(dá)到最大值。

3. 超過允許工作壓力時，當(dāng)量應(yīng)力很容易超過材料的許用應(yīng)力；在0.83MPa以內(nèi)不超過材料的屈服極限。

4. 電阻應(yīng)變測量技術(shù)可用于大開孔封頭應(yīng)力應(yīng)變測試研究。