什麼是允許應力？

允許應力（σ_allow 或 f 或 S）是設計中允許的最大應力。它等於材料強度除以設計規範（例如 ASME VIII、EN 13445）定義的安全係數。

根據 ASME VIII 如何計算允許應力？

ASME VIII Div.1：室溫下 S = min(Rp0.2/1.5, Rm/3.5)。在高溫下，時間依賴（蠕變）特性可能起主導作用。2007 年版將抗拉強度係數從 4 降低至 3.5。

根據 EN 13445 如何計算允許應力？

EN 13445-3：鐵素體鋼 f = min(Rp0.2/1.5, Rm/2.4)。奧氏體鋼：f = max(Rp0.2/1.5, Rp1.0/1.2) 但 ≤ Rm/3。溫度依賴值來自 EN 10028。

何時蠕變變得重要？

碳鋼在約 350°C 以上、低合金鋼在約 400°C 以上、奧氏體不鏽鋼在約 450°C 以上、高合金鋼在約 500°C 以上時，蠕變顯著。高於這些溫度時，時間依賴斷裂應力將決定允許應力。

什麼是焊接接頭效率？

焊接接頭效率（E 或 z）根據無損檢測（NDE）等級降低允許應力：全輻射照相檢測 E=1.0，局部輻射照相檢測 E=0.85，無體積無損檢測 E=0.7。它考慮了潛在的焊接缺陷。

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依材料查詢許用應力

依據 ASME VIII Div.1 或 EN 13445-3 計算設計許用應力。溫度相關特性、蠕變斷裂檢查、焊接接頭效率係數。12 種以上材料等級。

ASME VIIIEN 13445σ_allow蠕變檢查焊接係數

材料等級

設計規範

設計溫度 (°C)

焊接接頭效率

負荷類型

快速預設

設計許用應力

許用應力 σ_allow × E

—

Rp0.2(T) / 安全係數

—

Rm(20°C) / 安全係數

—

σ_allow（焊前）

—

控制準則

—

蠕變範圍檢查

—

負載調整後之許用應力

—

溫度 T 下之材料特性

—

EN 13445-3（鐵素體鋼）

ASME VIII Div.1

溫度降額

降伏強度與抗拉強度均隨溫度升高而降低。本計算機採用基於 EN 10028 / ASME II-D 資料之線性化降額曲線：

低於 100°C：特性維持室溫數值
100–400°C：逐漸降低（降伏強度下降速度快於抗拉強度）
高於 400°C：顯著降低；蠕變可能成為控制因素

蠕變區間

當設計溫度超過蠕變起始溫度時，時間相依之破斷應力成為控制因素。典型蠕變起始溫度：

材料類型	蠕變起始溫度 (°C)	典型最高設計溫度
碳鋼 (S235, S355)	~350	400°C
碳錳壓力容器鋼 (P265GH, P355GH)	~380	450°C
鉬鋼 (16Mo3)	~400	500°C
鉻鉬鋼 (13CrMo4-5)	~450	550°C
2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10)	~470	600°C
奧氏體不鏽鋼 (304, 316L)	~500	700°C

實務範例

範例 — P265GH 於 250°C，EN 13445

已知： P265GH, Rp(20)=265 MPa, Rm=410 MPa, T=250°C, 焊合係數 E=1.0

Rp(250°C) ≈ 265 × 0.85 = 225.3 MPa（溫度降額）

f_yield = 225.3 / 1.5 = 150.2 MPa

f_UTS = 410 / 2.4 = 170.8 MPa

f = min(150.2, 170.8) = 150.2 MPa （降伏強度控制）

當 E=1.0 時：σ_allow = 150.2 MPa

室溫下材料比較

材料	Rp0.2	Rm	f (EN)	S (ASME)
S235JR	235	360	150	103
S355JR	355	510	213	146
P265GH	265	410	171	117
P355GH	355	490	204	140
16Mo3	280	450	187	129
13CrMo4-5	295	460	192	131
10CrMo9-10	275	450	183	129
304 不鏽鋼	210	520	140	138
316L 不鏽鋼	200	500	133	133
2205 雙相鋼	450	620	258	177

⚠️ 注意： 本計算機提供初步設計的近似值。請務必根據您的特定材料等級、產品形式、厚度及溫度，查閱實際規範表格（ASME II-D、EN 10028、EN 10222）進行驗證。

容許應力是設計元件中所允許的最大應力。它是材料強度除以規範所定義的安全係數。採用容許應力可確保元件在正常 (或異常) 負載下不會失效，並保有足夠的安全餘裕。

不同規範採用不同的安全係數，因此同一材料會有不同的容許應力。

ASME VIII 對 UTS 採用 3.5 的安全係數 (2007 年以前為 4.0)，而 EN 13445 採用 2.4。這表示 ASME 在 UTS 準則上較為保守。不過，兩者對降伏強度都採用 1.5。

對於由降伏強度控制的高強度材料 (例如 S355、2205)，兩種規範得出的結果相近。對於由 UTS 控制的較低強度材料，ASME 明顯更為保守。

降伏強度與 UTS 都會隨溫度升高而降低。降伏強度下降得更快。高於蠕變起始溫度時，與時間相關的斷裂應力可能成為控制準則。

範例：S355 在 400°C 時的 Rp ≈ 297 MPa (相較於 RT 時的 355)，因此容許應力由 213 降至 ~173 MPa (EN)。

高於下列溫度時，蠕變的影響顯著：碳鋼 ~350°C、Mo 鋼 ~400°C、CrMo ~450°C、沃斯田鐵系 SS ~500°C。高於這些溫度時，100,000h 蠕變斷裂應力除以其安全係數後，可能低於依降伏強度計算的容許應力。

焊接接頭效率 (E 或 z) 用於考慮潛在的焊接缺陷：

E=1.0: 對所有焊縫進行完整的射線或超音波檢查
E=0.85: 局部 (部分) 射線檢查
E=0.7: 無體積性 NDE (僅目視檢查)

有效容許應力 = σ_allow × E。採用 E=1.0 需要更多 NDE，但可容許較薄的壁厚。

本頁所述的操作流程由 Vibromera 團隊使用 Balanset-1A（一款用於現場轉子平衡的便攜式雙通道動平衡儀及振動分析儀）開發並經過實地測試。