对200升钢桶桶底强度的研究

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GB325中200L闭口钢桶是桶身与桶底、桶顶滚边而成型的,现在采用圆卷边,再加上桶底、桶顶与桶身折边处通过机械予压、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,而且花色也具增,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200L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者手中时,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200L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:我厂从西德进口采用200L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200L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转使用。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的分析

国标GB325中200L闭口钢桶是桶身与桶顶、桶底滚边而成型的,在填充料(封缝胶)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GB325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）

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)在去年4月19日平卷边桶抽检情况。如表1。已知薄钢板厚度δ=1.25mm,从上表中可以计算平卷边厚度平均值δ1=6.603mm,那么,卷边后弯曲半径可以计算得,

(2)在去年12月份对圆卷边抽检情况,见表2

表2 圆卷边抽检情况（单位：mm）

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=10(mm),那么,卷边后弯曲半径可以计算得:

(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,晶粒与晶粒之间产生了碎晶阻碍滑移的摩擦阻力增大,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,容易产生裂纹和断裂现象。

图3 钢板弯曲半径r

为了弯曲时防止破裂,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;钢桶的钢板厚度为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、桶顶与桶身折边处通过机械传动机预压、整平、紧密配合后提高了钢桶的强度和密封性。

我厂生产200L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,对钢桶的强度、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GB325标准中对钢桶桶底、桶顶与桶身卷边组合时只有尺寸和填封缝胶等技术要求,但是,对卷边组合时役有规定桶底、桶顶和桶身折边的宽窄尺寸,更没有规定卷边组合成形的技术要求。因此,我厂生产200L钢桶时,桶底、桶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±lmm,桶身折边尺寸控制在18±lmm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、桶顶折边和桶身折边部分预压、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(封缝胶不变)。

图4 钢桶组合成形折边尺寸控制

4、200L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”(简称“危规”)第Ⅱ类技术条件要求。

“危规”第.42.1.2.1条规定,应进行:跌落试验、液压试验、堆码试验和气压试验。

(1)跌落试验

a.试验数量:3个钢桶

b.跌落目标:符合“危规”4.2.1.2.3.3规定

c.跌落高度:符合“危规”4.2.1.2.3.4规定〔包装Ⅱ类1.2米〕要求

d.撞冲点:符合“危规”4.2.1.2.3.5规定

(2)堆码试验

按“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156k1g铅块(每桶高882mm,每桶毛重223kg,堆积高度为H=8×0.882=7.056m,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“危规”,第4.2.1.2.6.4条规定。

(3)液压试验

a.试验数量:一只钢桶

b.试验方法:符合“危规”第4.2.1.2.5.3条规定。

c.试验标准:符合“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“危规”第4.2.1.2..4.3条规定。

b.试验标准:符合“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:平卷边钢桶在去年7月11日完成试验结果,见表3。

表3 试验记录表

机械预压、整平及选用合理的封缝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。