在设计隔爆产品的外壳结构时，往往需要在外壳壁上设计各种用途的螺孔，例如安装标牌、安装内部芯体、固定盖板、设备本身安装等。由于这些螺孔是直接设计在隔爆外壳壁上，结构不合理会破坏隔爆外壳的防爆性能，需要谨慎对待。因此，各个版本的防爆标准中，均对这个结构提出了要求，但标准版本不同，要求并不相同。

不同版本标准中的要求

在GB3836.2-2010、GB/T3836.2-2021版的11.6中规定“对于不穿透隔爆外壳壁的螺孔或双头螺栓孔，隔爆外壳壁的剩余厚度应至少是螺栓或双头螺栓直径的三分之一，最小为3mm”。

在GB3836.2-2000版中，该条款为10.1，内容为“当采用可拆卸螺钉或螺栓紧固隔爆外壳的任何部件时，这些螺钉或螺栓孔不应穿透外壳壁。孔周围的金属厚度应不小于孔径的三分之一，且至少为3mm”。

在GB3836.2-83版中，相应的条款为11.3，内容为“外壳上的不透螺孔，其周围及底部的厚度须不小于螺栓直径的三分之一，但至少为3.0毫米”。

通过这几个版本的对比，我们可以发现，虽然对数值的要求始终没变，但是对厚度有要求部分的描述发生了变化。在83版中，明确了是不透螺孔的“周围及底部的厚度”，而在2000版中，变成了“孔周围的金属厚度”；在2010版及2021版中，则是“隔爆外壳壁的剩余厚度”。这几个版本中描述的变化，就带来了一些理解或者执行上的混乱。对于孔底部分的剩余厚度，都不存在理解上的差异，都应满足孔直径的三分之一或3mm。对螺孔圆柱部分外部的剩余厚度则有不同的理解，导致在执行过程中产生了差异。

具体结构的讨论

对于圆柱部分剩余厚度的要求，可以根据螺孔的不同情况进行讨论。

当螺栓是拧入外壳中专门的螺孔凸台时，此时，螺孔圆筒部分对隔爆外壳的完整性无实质性的影响，可以不执行防爆标准中的要求，但是其圆筒周围的厚度应当能保证功能的要求，并且应当考虑到加工时的误差造成的厚度变小。

当螺孔完全埋入构成隔爆外壳的壁厚中时，且在大面积的外壳壁面中间，孔周围的的剩余厚度远大于3mm，完全满足标准的要求。

图1 几种典型的外壳壁上的螺孔示意图

当螺孔在靠近壳体边缘时，例如法兰或筒体的外侧时，此时需要谨慎考虑圆筒部分周围厚度。

结构受力分析

为了更好地理解壁厚对隔爆结构的影响，我以某小型隔爆产品为例，进行针对性的结构分析，以了解内部爆炸时，螺栓、螺孔处的受力情况。

假设该产品为圆筒形结构，盖板与筒体之间为圆筒形隔爆接合面，采用4颗螺栓紧固，筒壁厚度仅为6mm，螺栓规格为M3,在理想状态下，孔周围剩余的厚度仅为1.5mm。筒体、盖板材料为铸铝，螺栓材料为钢。

图2 隔爆外壳剖面图

当外壳内部发生爆炸时，壳体和盖板内部受到爆炸压力的作用，有向外扩展的趋势，通过紧固螺栓保证其结构的完整性。假设内部爆炸压力为1.5MPa,均匀施加在外壳和盖板内部壁面，对其进行仿真计算后，可以得到如下结果。

图3 筒体部分应力分布图

图4 盖板部分应力分布图

图5 整体应力分布图

从上面各图中，我们可以清晰地观察到，在筒体螺孔、盖板光孔的内外侧均产生了明显的应力集中情况，且该值达到了材料抗拉强度的1/3～1/2。如果考虑到螺纹在壳体上的应力集中及加工误差造成的壁厚减小，该值将更大，外壳在内部爆炸压力的作用下，将会发生破裂，导致隔爆结构的失效。

另外，对螺栓部位观察，可以发现其在内侧也受到显著的拉伸力作用。该值达到了螺栓强度的一半。需要注意的是，在案例中，螺栓被简化成了一个圆柱，实际情况下，螺纹处会由于应力集中而产生更大的应力，导致螺栓强度不够。因此，隔爆接合面的紧固螺栓通常不应小于M4。

图6 螺栓应力分布图

鉴于以上情况，考虑将壳体螺栓孔处加厚，单边增加到3mm，其余参数不变，重新进行计算。

图7 法兰加厚的隔爆外壳剖面图

在这种结构下，壳体螺孔处最大应力降低到原来的58%，盖板光孔处最大应力降低到原来的64%，显著提高了结构的可靠性。

另外，上述计算结果是在未考虑冲击对壳体造成的破坏。如果按标准要求，对壳体螺孔外侧部位进行冲击试验，过薄的壁厚会发生变形，使得在拧出螺纹时破坏外壳壁，这个情况在实际检验时也确实发生过。

通过上述的案例分析，我们可以发现，当螺孔靠近壳体边缘时，其圆柱部分周围的厚度也应谨慎考虑，保证有足够的厚度，特别是当不能避免外部冲击时，应注意对螺纹孔外侧的防护或提高结构刚性。

小结

隔爆外壳壁上的螺纹孔，可能对防爆性能产生影响，应当根据具体结构，合理设计结构。螺孔周围的剩余厚度不宜过小，且螺栓规格也不应太小。结构应有足够的安全裕量，以保证在产品正常使用过程中，持续满足防爆性能要求。