外壳本体:材料与紧固件

接合面参数决定"火焰传不传得出",但外壳能不能扛住内爆、紧固件会不会被崩飞、壳体材料自己会不会变成点火源——这些"非接合面"问题同样一票否决。这一篇讲壳体的三大支柱:材料、壁厚(强度)、紧固件。

系列 隔爆设计思维 · 05/08阅读 约 10 分钟对应标准 GB/T 3836.2-2021 第 11、12、19 章;GB/T 3836.1-2021 第 8、9 章

一、材料(第 12 章 + 3836.1 第 8 章):不能自己变成点火源

隔爆外壳的材料要同时满足:耐内爆冲击、耐环境腐蚀、摩擦/撞击不产生有效点火源。第三条是防爆特有的:

  • 轻金属(铝合金等):镁、钛、锆含量按设备类别与 EPL 受限(GB/T 3836.1 第 8 章)——轻金属锈斑/颗粒受撞击摩擦可能产生热点和火花,煤矿(I 类)和 Ga 级场合限制最严;
  • 含铜合金:用于可能接触乙炔的环境时,含铜量受限(防生成对冲击敏感的乙炔铜);
  • 非金属材料(第 19 章 + 3836.1):塑料外壳要经受完整的"非金属套餐"——耐热(表 17:湿热老化数周)、耐冷、紫外(户外)、抗冲击(表 15:1 kg 重锤,II 类高危险 0.7 m 下落),并控制静电:外部非金属表面积、最大宽度按 EPL 与气体分组受限(3836.1 表 7、表 8),表面电阻达标。

设计咨询时的典型对话:客户问"塑料壳能不能做隔爆?"——能(3836.2 第 19 章有完整路径),但要先回答三个问题:容积多大(塑料壳要过压力试验)、有没有静电风险面(大面积塑料在 IIC 场合几乎必然超表面积限制)、成本账算不算得过金属壳。多数动力类隔爆产品的答案是:金属为主,非金属只用于观察窗、操作键等局部。

标准条款卡片
标准条款卡片 GB/T 3836.1-2021 第 8 章(材料成分):外壳材料中轻金属的镁、钛、锆含量以及铜合金的含铜量按设备类别与 EPL 受限,目的是防止摩擦/撞击火花与敏感化合物生成。具体限值以第 8 章原文为准。

二、强度:壁厚不由标准给,由试验定

一个反直觉的事实:3836.2 不规定壳体壁厚。壁厚由设计者通过"参考压力 → 结构强度"的链条自己论证,最终由第 15 章的压力试验裁决(第 7 篇详述)。工程做法:

  1. 按经验初选壁厚(参考同容积同组别的已定型产品);
  2. 必要时做强度仿真(内压载荷 + 紧固件预紧力联合工况);
  3. 样机做参考压力测定,过压试验(1.5 倍参考压力)后壳体不得出现影响隔爆性能的损坏或永久变形。

与强度相关的一个隐藏条款:压力重叠(第 3.10 条)——当外壳分成连通的多个空腔时,一个空腔先爆,会把另一个空腔预压(压力重叠),使后爆腔的压力显著升高。多腔体外壳要么把连通孔做大,要么按最恶劣工况测参考压力。这个概念在图纸评审阶段就要介入:隔板上的过线孔太小,就是给压力重叠铺路。

材料与强度的设计链
图 5-1|材料与强度的设计链

三、紧固件(第 11 章 + 3836.1 第 9 章):特殊在哪

隔爆外壳的紧固件必须用特殊紧固件:

  1. 只能用工具才能拆卸——不允许徒手/硬币就能拧的开盖结构(防止非专业人员随意开盖);
  2. 螺纹啮合余量:紧固后应留有足够的螺纹余量,盲孔紧固件不得穿透外壳壁(穿透即破坏隔爆通道);
  3. 间距与布局:紧固件间距决定法兰的受力分布,间距过大导致法兰"鼓包",局部间隙超标——这就是为什么表 2/表 3 的间隙是"组装完成后"的实测值,紧固件布局是隐性输入;
  4. 性能等级可追溯:附录 F(资料性)给出螺栓/螺母机械性能等级参考(4.6~10.9 级抗拉/屈服数据),设计文件应指定并锁定等级,不得被采购环节"等效替换"降级;
  5. 力矩要进文件:与隔爆相关的紧固力矩应标注在图纸/说明书上,认证后还要在铭牌或说明书中向用户传递(3836.2 第 20 章、表 14 警示标志:"紧固件力矩不小于 ××")。

四、客户落地清单(本篇相关)

  1. 材料表逐项核对:壳体/法兰/紧固件的材质单(化学成分报告),对照 I 类/II 类/乙炔环境限制;
  2. 非金属部件清单:观察窗、按钮帽、铭牌——逐个挂试验依据(耐热、耐冷、冲击、静电);
  3. 多腔结构画连通性图,评估压力重叠风险,必要时预留增大连通孔的改版空间;
  4. 紧固件表:规格、性能等级、数量、力矩值、防松方式,锁定进图纸;
  5. 强度论证材料:壁厚计算或仿真报告,作为认证文件的技术附件。

本篇小结

  • 材料三红线:轻金属镁钛锆受限、乙炔环境限铜、非金属过"耐候+冲击+静电"套餐;
  • 壁厚标准不规定,由参考压力与 1.5×过压试验裁决;多腔壳警惕压力重叠(3.10);
  • 紧固件 = 特殊紧固件:工具拆卸、不穿透壳壁、锁定性能等级、力矩进文件;
  • 落地四件套:材质单、非金属清单、连通性图、紧固件表。

下期预告:第 6 篇《引入装置、Ex 元件外壳与壳内电池》——电缆怎么"穿墙"才合规?空壳也能单独取证是什么操作?隔爆壳里的电池有哪些附加约束?下一篇见。


参考资料 1. GB/T 3836.2-2021 第 11、12、19 章及附录 F 2. GB/T 3836.1-2021 第 8 章(材料)、第 9 章(紧固件)、表 15/表 17

免责声明:本文为科普介绍,材料成分限值以 GB/T 3836.1-2021 第 8 章原文为准,强度设计以试验验证和认证机构审定为准。

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