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对200升钢桶桶底强度的研究

文/刘裕祥

【摘要】为保证包装钢桶的可靠性和耐用性,对钢桶的物理性能和机械性能应全面考虑。国标GB/T 325中200升闭口钢桶是桶身与桶底、桶顶卷边而形成的,现在采用圆卷边,再加上桶底、桶顶与桶身翻边处通过机械预压、整平、紧密配合后大大增加了钢桶的强度。

【关键词】钢桶;桶底强度;机械预压

 

1 引言

在我国改革开放政策指引下,各种产品内销出口任务日益增多,随着化工、石油、医药等工业生产速度逐年递增,其产品不仅品种多,而且花色也剧增,这些产品对包装用钢桶的强度要求更高了。下面对如何提高200升钢桶桶底强度问题提出一些建议。

2 钢桶的可靠性和耐用性

产品的流通过程很复杂,在这个过程中所遭受到的破坏因素和破坏形式也是多种多样的。因此,为保证包装钢桶的可靠性和耐用性,必须周全地考虑到所有的破坏因素。这就对包装钢桶的物理性能和机械性能提出了很高的要求,同时还必须有一定的安全系数,在日常生活中可以看到,一些产品的包装在达到消费手中时,就已经破烂不堪,根本谈不到保护产品的作用,更谈不上使产品美观和吸引用户了。国外有许多用户对200升钢桶周转使用,产品用完之后,钢桶基本上完好如新,还可以复用或另作他用,例如:我厂从德国进口采用200升钢桶包装的化工原料,料用完后,工厂又把此钢桶装化工产品销往国内用户;另外,我厂生产的200升钢桶装化工产品出口到美国,美国用完料后,利用此钢桶装油漆等溶剂第二次运输使用。现在,国内外对各种不同的包装,都规定了标准化的规格,以适应产品对牢固性及其它各方面的需要。

3 卷边形式与受力情况分析

国标GB/T 325中200升闭口钢桶是桶身与桶顶、桶底卷边而成型的,在填充料(密封胶)不变的情况下,卷边的形状不同,钢桶强度也不同,我厂参照国标GB/T 325生产的钢桶卷边有两种形式,第一种形式为平卷边,第二种形式为圆卷边,如放大图(图1、图2)。


图1 平卷边示意图



图2 圆卷边示意图


表1 平卷边抽检情况(单位:mm)

序号

卷边厚度δ1

卷边高度S1

1

6.67

14~15

2

6.50

14~15

3

6.75

14~15

4

6.65

14~15

5

6.40

14~15

6

6.47

14~15

7

6.28

14~15

8

6.06

14~15

9

7.21

14~15

10

7.16

14~15

11

7.22

14~15

12

7.31

14~15

13

6.40

14~15

14

6.57

14~15

15

6.46

14~15

16

6.40

14~15

17

6.55

14~15

18

6.46

14~15

19

6.34

14~15

20

6.20

14~15

我厂实际生产的钢桶卷边形式和放大图相类似,其测得的数据如下

(1)平卷边桶抽检情况(如表1)。已知薄钢板厚度为δ=1.25mm。从上表中可以计算平卷边厚度平均值为δ1=6.603mm,那么,卷边扣弯曲半径可以计算得:

R1=(δ1-δ)/2=(6.603-1.25)/2=2.677(mm)

r1=δ/2+δ=1.25/2+1.25=1.875(mm)

(2)圆卷边抽检情况(见表2)。

表2 圆卷边抽检情况(单位:mm)

序号

卷边直径d2

卷边直径d1

1

10.05

9.85

2

9.88

9.96

3

9.75

9.82

4

10.10

9.97

5

10.12

10.00

6

9.95

10.12

7

10.00

9.87

8

9.81

9.99

9

9.85

10.05

10

9.95

10.12

11

9.87

10.05

12

10.05

9.87

13

10.15

9.95

14

10.10

10.10

15

9.96

10.02

16

10.05

10.00

17

9.97

9.97

18

10.12

10.05

19

10.06

9.88

20

 

9.95

已知薄钢板厚度δ=1.25mm,从上表中可以计算出圆卷边后的平均直径d2=9.9765≈10mm,那么,卷边扣弯曲半很可以计算得:

R2=(d2-δ)/2=(10-1.25)/2=4.375(mm)

r2=(d2-3δ)/2=(10-3×1.25)/2=3.125(mm)

(3)钢在常温下变形时,其组织结构及机械性能也有了显著的改变。

随着变形程度的增加,强度极限及硬度上升,而延伸率及冲击韧性降低。钢在常温下变形时,硬度升高是由于变形后晶格与晶粒均产生了扭曲,产生了内应力,使原子处于高位能的状态,因此,要使金属继续变形就需要更大的外力;同时,晶粒与晶粒之间生产了碎晶阻碍滑移的摩擦阴力增大,也就增加了变形的困难。薄钢板弯曲度增加之后,就产生上述情况,此时继续增加外力,使之变形过大时,钢板的弯曲的地方就失去了弹性和延伸率,容易产生裂纹和撕裂现象。


图3 钢板弯曲半径r

为了弯曲时防止破坏,钢板弯曲时最小半径必须这样选择,最小弯曲半径:

rmin=K•δ

K——系数,一般取0.25~1;

δ——钢板厚度,mm;

钢板的厚度为δ=1.25mm,代入上式,得:

rmin=K•δ=0.25×1.25=0.312(mm)

rmin= K•δ=1×1.25=1.25(mm)

为了使金属薄钢板不产生破裂,规定半径必须增大约1倍。所以,

r大=2×rmin=2×1.25=2.5(mm)

根据理论分析及计算结果可以看出,钢桶的卷边形式不同使薄钢板产生弯曲半径也不一样。

平卷边:r1<r大

圆卷边:r2>r大

圆卷边不易使桶顶、桶底卷边处的钢板产生破裂现象,保证了钢桶的牢固性。通过钢桶的性能试验更加证实了圆卷边比平卷边好。

(4)钢桶的桶底、桶顶与桶身翻边处通过机械传动机构预压、整平、紧密配合后提高了钢桶的强度和密封性。

我厂生产200升闭口钢桶,用于包装化工产品,此产品对包装要求较严,不仅要适应内装物使其质量指标不发生任何变化,而且,对

桶的强度、密封性等诸方面都要求很高。储运过程中钢桶避免不了撞击、坠落等,所以,要想法提高钢桶的强度和密封性。

国标GB/T 325标准中对钢桶桶底、桶顶与桶身卷边组合时只有尺寸和填密封胶等技术要求,但是,对卷边组俣时没有规定桶底、桶顶和桶身翻边的宽窄尺寸,更没有规定卷边组合成形的技术要求。因此,我厂生产200升钢桶时,桶底、顶与桶身卷边组合成形前,将桶底和桶顶折边尺寸严格控制在30±1mm,桶身折边尺寸控制在18±1mm范围内,并且桶底、桶顶与桶身组合后在专用机械传动机上夹紧滚动使之桶底折边、桶顶折边和桶身翻边部分预压、整平按一定角度紧密配合,如图4所示。另外,钢桶卷边组合成形前,使桶身折边的焊缝处暴露在卷边外的突出小铁舌打磨平整,然后在卷边机上卷边组合成形。这样生产制造的钢桶的双重卷边无铁舌,而且,外观光滑、均称。通过钢桶性能试验证明:这种成形方法大大提高了钢桶强度和密封性(密封胶不变)。


图4 钢桶组合成形翻边尺寸控制

4 200升闭口钢桶试验情况

我厂出口化工产品的包装钢桶符合“国际海上危险货物运输规则”第Ⅱ类技术条件要求。

“海运危规”第4.2.1.2.1条规定,应进行跌落试验、液压试验、堆码试验和气试验。

(1)跌落试验

a.试验数量:3个钢桶

b.跌落目标:符合“海运危规”4.2.。1.2.3.3规定

c.跌落高度:符合“海运危规”4.2.1.2.3.4规定

d.撞击点:符合“海运危规”4.2.1.2.3.5规定

(2)堆码试验

按“海运危规”4.2.1.2.6.3试验方法进行。具体作法是事先装好(按规定)水的钢桶一只,将两块平整 的板平放于桶上,保持平衡。其上放置相当于堆积八只钢桶高,底层桶所承受的重量1561kg铅块(每桶高882mm,每桶毛重223kg,堆积高度为H=8×0.882=7.065m,底层桶承重G=(8-1)×223=1561kg)。重压24小时,量其尺寸,桶身均无任何变形。检查结果符合“海运危规”第4.2.1.2.6.4条规定。

(3)液压试验

a.试验数量:一只桶

b.试验方法:符合“海运危规”第4.2.1.2.5.3条规定。

c.试验标准:符合“海运危规”第4.2.1.2.5.4条规定。

(4)渗漏试验

空钢桶内通入干燥气体,当气压上升到49kPa,稳压5分钟。

a.试验方法:符合“海运危规”4.2.1.2.4.3条规定。

b.试验标准:符合“海运危规”第4.2.1.2.4.5条规定。按照以上程序完成了两次试验,其试验结果如下:

第一次试验:平卷边钢桶试验结果,见表3。

表3 平卷边钢桶试验记录表

跌落试验

撞击部位

钢桶损伤变形情况

试验情况

结论

桶底与焊缝交接处

桶边凹进30mm,底凸出15mm

撞击处微漏

不符合“海运危规”要求

纵向焊缝

桶轻微变形,微凹

撞击处不漏

符合“海运危规”要求

桶顶

桶顶微变形

撞击处微漏

不符合“海运危规”要求

堆码试验

桶未变形

不漏

符合“海运危规”要求

液压试验

桶内压力78kPa

大口盖处微漏

不符合“海运危规”要求

气压试验

桶未变形

全面检查

符合“海运危规”要求

第二次试验:圆卷边钢桶试验情况,见表4。

表4 圆卷边钢桶试验记录表

跌落试验

撞击部位

钢桶损伤变形情况

试验情况

结论

桶底与立缝交接处

桶边凹进25mm,底凸15mm

试验正常、不漏

符合“海运危规”要求

纵向焊缝

桶轻微变形

试验正常、不漏

符合“海运危规”要求

桶顶

桶顶微变形

试验正常、不漏

符合“海运危规”要求

堆码试验

桶未变形

试验正常

符合“海运危规”要求

液压试验

桶顶凸起、变形

试压103kPa,不漏

符合“海运危规”要求

气压试验

桶未变形

不漏

符合“海运危规”要求

 

以上各种试验证明,200升钢桶采用了圆卷边,合理的选用桶底、桶顶与桶身组合时通过机械预压、整平及选用合理的密封胶等一系列技术措施,大大提高了钢桶的桶底强度和密封性,保证了化工、石油、医药等产品在流通过程中的意外损失,减少了索赔等现象,无形中增加了各单位的经济效益。

 

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