谈谈补强圈的适用范围

补强圈补强是指在壳体开孔周围贴焊一圈钢板，即补强圈。补强圈结构简单，易于制造，被广泛应用于中低压压力容器中。GB/T150-2011、JB/T4736-2002和HG/T20583-2011三个标准都规定了补强圈的适用范围，三个标准规定的适用范围还不相同，那么该如何选用呢？

GB/T150-2011规定补强圈的适用范围

1） 低合金钢的标准抗拉强度下限值Rm<540MPa；2） 补强圈厚度小于等于1.5δn；3） 壳体名义厚度δn≤38mm。若条件许可，推荐以厚壁接管代替补强圈进行补强，其δnt/δn宜控制在0.5~2。

JB/T4736-2002规定补强圈的适用范围

1） 容器设计压力小于6.4MPa；2） 容器设计温度不大于350℃；3） 容器壳体开孔处名义厚度δn≤38mm；4） 容器壳体钢材的标准抗拉强度下限值不大于540MPa；5） 补强圈厚度应不大于1.5倍壳体开孔处的名义厚度；6） 不推荐用于铬钼钢制造的容器；7） 不推荐用于盛装毒性为极度危害与高度危害介质的容器；8） 不适用于承受疲劳载荷的容器。

HG/T20583-2011规定补强圈的不适用范围

1） 高强度钢（Rm>540MPa）和铬钼钢（如：15CrMoR，14Cr1MoR，12Cr2Mo1R，12Cr2Mo1VR，12Cr1MoVR）制造容器；2） 补强圈厚度大于1.5δn（δn——容器壁的名义厚度）。3） 设计压力大于或等于4MPa的第三类压力容器。4） 容器壳体壁厚（δn）大于或等于38mm。5） 容器内介质毒性为极度、高度危害介质。6） 疲劳压力容器。7） 对于高温（设计温度大于350℃）和低温（设计温度小于或等于-20℃）工况下工作的压力容器，不推荐使用补强圈补强结构。

从三个标准对补强圈适用范围的规定上看，JB/T4736-2002和HG/T20583-2011标准的规定比较相似，但后者稍严还在低温下提出禁用要求。GB/T150-2011虽然在三个标准中要求的最宽松，但提出若条件许可，推荐以厚壁接管代替补强圈进行补强。

为什么高强度钢不能使用补强圈？

补强圈与壳体相焊时，使此处的刚性变大，对角焊缝的冷却收缩起较大的约束作用，容易在焊缝处造成裂纹。特别是高强度钢淬硬性大，对焊接裂纹比较敏感，更易开裂。

为什么高温工况下不推荐使用补强圈？

由于补强板与壳体间始终存在着间隙，造成一层薄薄的静止空气隙，影响传热，进而易引起附加的温差应力。

为什么疲劳容器不能使用补强圈？

接管、补强圈、壳体焊接处的刚性大，焊后接管处角焊缝容易产生裂纹。由于补强圈与壳体是搭接焊接结构，未能与壳体成为整体，因而其抗疲劳性能较差。

为什么极度、高度危害介质不推荐使用补强圈？

补强圈结构一般角焊缝，不易检测，只能磁粉或渗透检测焊缝的质量，且补强圈结构不容易发现泄漏，因此，不推荐容器内介质毒性为极度、高度危害介质使用补强圈。

补强圈其他不宜使用的场合

唐超在《补强板补强的有关问题探析》一文中总结了4处补强圈不宜选用的场合，小编在此引用如下：「1凸形封头上的大尺寸接管处由于凸形封头（球形、椭圆形、碟形）上任意处的开孔补强圈都应是两个方向的曲面板，对于该种位置的补强圈单靠在卷板机上成型是达不到要求的。对于小尺寸的补强板，可以通过锤击、冲压或其它方法成型，但对于大尺寸接管的补强圈，要采用上述成型方法达到比较理想的成型是比较困难的，除非在封头模具上成型，但实际制造往往又做不到此点。因此，对于凸形封头上的大尺寸接管，如果采用补强圈，则很难保证补强圈与壳体间紧密贴合，或即使能与壳体焊在一起，势必也是强行组装，焊后会造成很大的残余应力，容易引起焊缝开裂，从而造成安全隐患。因此，对于凸形封头上的大尺寸接管的补强，不宜采用补强圈，而采用整体加厚封头或采用厚壁接管等补强方法。2距离主焊缝较近处当接管离主焊缝（主要指壳体的A、B类焊缝、壳体与管板、法兰的角焊缝）比较近时，由于焊接残余应力的重合及局部应力集中的迭加，可能会出现应力峰值，从而容易在补强圈与壳体的外周焊缝上引起焊趾裂纹，进而可能导致安全事故。

3斜切接管（尺寸较大情况）对于斜切接管，其开孔形状往往存在尖点，此处具有较高的应力集中系数。对于这种情况可能会出现峰会应力而引起开裂，并引起裂纹的延迟扩展。同时，由于进行补强计算时所采用的方法又是等面积法，对于这种情况该法的计算往往又是偏于补强不足。再者，此种结构采用补强圈材料浪费比较大，焊后焊缝的外观质量也不易保证。4大开孔情况由于应力集中系数可知，开孔直径愈大，开孔一接管附近的峰值应力愈高。对于d/D>0.5的大开孔结构，随开孔率的不同其应力集中系数可高达7~8，而且应力集中现象也仍然是局部的。换言之，对于大开孔情况，其应力集中民仍然是小范围的，这与壳体小开孔理论分析是一致的。同时，由于壳体曲率的影响，在开孔边缘引起的附加弯曲力矩恶化了边缘受力，正因此而等面积法对于大开孔是不能适用的，而补强圈存在补强分散，不能与壳体形成整体，会造成新的应力集中等缺点，因此，对于大开孔情况，如果再采用补强圈结构，很不利于安全。