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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
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設計許用應力

許用應力 σ_allow × E
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Rp0.2(T) / 安全係數
—
Rm(20°C) / 安全係數
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σ_allow(焊前)
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控制準則
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蠕變範圍檢查
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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)~350400°C
碳錳壓力容器鋼 (P265GH, P355GH)~380450°C
鉬鋼 (16Mo3)~400500°C
鉻鉬鋼 (13CrMo4-5)~450550°C
2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10)~470600°C
奧氏體不鏽鋼 (304, 316L)~500700°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Rp0.2Rmf (EN)S (ASME)
S235JR235360150103
S355JR355510213146
P265GH265410171117
P355GH355490204140
16Mo3280450187129
13CrMo4-5295460192131
10CrMo9-10275450183129
304 不鏽鋼210520140138
316L 不鏽鋼200500133133
2205 雙相鋼450620258177

⚠️ 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。

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