發(fā)布時(shí)間：2021-01-29所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：通過分析壓力容器的應(yīng)力可以使人們對(duì)壓力容器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造工藝等方面要求進(jìn)行更好的掌握，進(jìn)而對(duì)應(yīng)力分布方面的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和改善，為壓力容器承載安全性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，增加其使用年限。本文對(duì)降低壓力容器設(shè)計(jì)制造應(yīng)力集中的措施進(jìn)行分析，希望為
摘要：通過分析壓力容器的應(yīng)力可以使人們對(duì)壓力容器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造工藝等方面要求進(jìn)行更好的掌握，進(jìn)而對(duì)應(yīng)力分布方面的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和改善，為壓力容器承載安全性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，增加其使用年限。本文對(duì)降低壓力容器設(shè)計(jì)制造應(yīng)力集中的措施進(jìn)行分析，希望為壓力容器設(shè)計(jì)制作工作的開展提供一定參考，對(duì)壓力容器安全性及可靠性進(jìn)行提升，為化工石油等領(lǐng)域工作的開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：降低;壓力容器;設(shè)計(jì)制造;應(yīng)力集中
1壓力容器設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1設(shè)計(jì)師由于多種因素而缺乏靈活性
作為壓力容器設(shè)計(jì)和制造的主要執(zhí)行者，設(shè)計(jì)和制造人員的專業(yè)水平會(huì)在一定程度上影響壓力容器設(shè)計(jì)的質(zhì)量。但是，由于許多因素，設(shè)計(jì)人員通常在設(shè)計(jì)過程中無法大展身手，這也影響了壓力容器設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)的順利進(jìn)行。例如：在成本控制的影響下，壓力容器的建造水平無法得到有效提高，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員只能在有限的成本范圍內(nèi)選擇合適的建筑材料，此外，國家頒布了許多有關(guān)壓力容器設(shè)計(jì)和制造的法律法規(guī)，為設(shè)計(jì)人員提供了更多的外部約束，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)使用的靈活性降低，所以就缺乏了靈活性，無法變通。
1.2壓力容器材料選擇的問題
壓力容器的材料選擇非常重要，要根據(jù)壓力容器的用途，選擇不同性質(zhì)的材料。材料對(duì)于壓力容器來說非常關(guān)鍵，不同的材料種類可以決定壓力容器的使用方向，也可以控制壓力容器的實(shí)際使用效果。所以必須選擇高質(zhì)量的壓力容器材料，如果壓力容器材料的質(zhì)量不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，壓力容器的性能也會(huì)大大降低。選用好的材料也能夠在一定程度上解決壓力容器被腐蝕的問題，進(jìn)一步優(yōu)化壓力容器的使用效果。
1.3熱處理問題
熱處理問題主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。如果不嚴(yán)格制定壓力容器熱處理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則熱處理過程太粗糙，會(huì)隱藏更多的隱患，并對(duì)后續(xù)生產(chǎn)工作產(chǎn)生不利影響。另外，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，必須保證熱處理的完整性，這是達(dá)到理想設(shè)計(jì)和生產(chǎn)狀態(tài)的唯一方法。如果無法保證這兩點(diǎn)，那么就會(huì)大幅度降低壓力容器的安全性和可靠性。
相關(guān)期刊推薦：《化工設(shè)計(jì)通訊》(雙月刊)創(chuàng)刊于1975年，由湖南化學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)院主辦。發(fā)行范圍遍及全國各省、市、自治區(qū)化工主管部門、設(shè)計(jì)院、科研院(所)、化肥企業(yè)、化工企業(yè)、大專院校、圖書館及各信息部門。報(bào)道化工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、科研、生產(chǎn)、建設(shè)、技改等方面的新工藝、新材料、新產(chǎn)品、新設(shè)備、新技術(shù)。主要特色：以化肥及相關(guān)產(chǎn)品為主，兼顧無機(jī)化工、石油化工、醫(yī)藥及學(xué)術(shù)研究和工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目信息報(bào)道等。
2設(shè)計(jì)、制造過程中降低壓力容器應(yīng)力集中的措施
降低壓力容器設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)力集中問題進(jìn)而確保其承壓安全，本文從下述幾個(gè)方面加以說明：
2.1設(shè)計(jì)過程中降低壓力容器應(yīng)力集中的措施
壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求均應(yīng)有足夠的韌性，需要充分考慮以下問題：結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，減少約束;避免產(chǎn)生過大的溫度梯度;應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)形狀的突然變化，以減小局部高應(yīng)力;接管端部磨成圓角，呈圓滑過渡;容器支撐需設(shè)置墊板，不能直接焊在殼體上。以下為實(shí)際設(shè)計(jì)工作中常采用的幾種措施。
2.1.1從減小邊緣應(yīng)力出發(fā)，要盡量減小兩連接件的剛度差
邊緣應(yīng)力是由于壓力容器的幾何形狀的突變，結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，而引起彈性變形的不連續(xù)，當(dāng)邊緣兩側(cè)殼體的彈性變形相互約束必然產(chǎn)生邊緣力和邊緣彎矩，從而產(chǎn)生邊緣應(yīng)力。因而，在均勻載荷作用下，盡量減小兩連續(xù)件的剛度差(元件的剛度和該元件的材料性能、曲率半徑、器壁厚度三者相關(guān))，則就能減小兩連接件上的不連續(xù)應(yīng)力。由于邊緣應(yīng)力具有局部性，壓力容器的設(shè)計(jì)和制造中只作局部處理，改善邊緣的結(jié)構(gòu)，邊緣區(qū)域局部加強(qiáng);保證邊緣焊縫質(zhì)量;避免邊緣區(qū)域附加局部載荷或應(yīng)力集中。例如，直徑和材料都相同的兩圓筒相連，如兩者的壁厚不同，必會(huì)由于在同一內(nèi)壓作用下自由變形的不協(xié)調(diào)而在兩圓筒的一定范圍內(nèi)引起較大的邊緣應(yīng)力。為減小邊緣應(yīng)力，宜將較厚的圓筒在一定范圍內(nèi)做成削薄過渡，如圖1所示。對(duì)厚件采用削薄過渡的措施還可以改善焊接條件從而提高焊接質(zhì)量。又如，平封頭和圓筒的選擇，如采用圖2(a)所示的結(jié)構(gòu)，則不僅兩連接之間在連接處的剛度差比較大而引起較大的邊級(jí)應(yīng)力，而且角焊縫的存在也影響焊接質(zhì)量，所以我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定取圖2(b)的結(jié)構(gòu)，即在平蓋上開一圓槽，這樣不僅減小了兩連接件在連接處的剛度差，改善了應(yīng)力分布，而且將角焊縫改成了對(duì)接焊縫，改善了焊接條件而提高了焊接質(zhì)量。
2.1.2倒圓、倒角設(shè)計(jì)
通過有元計(jì)算和應(yīng)力實(shí)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，如果在物體有小空洞、缺口等情況，在受到外力的作用后，其附近的應(yīng)力將會(huì)遠(yuǎn)大于其它部位的數(shù)值。人們將這種應(yīng)力集中增大的情況稱作應(yīng)力集中。在壓力容器中，要想使應(yīng)力集中能夠得到降低，在進(jìn)行壓力容器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取有效措施，使不同類型的圓弧圓角半徑得到合理的擴(kuò)大，在尖銳的拐角處，可以進(jìn)行倒圓或倒角設(shè)計(jì)，這一系列措施可以避免壓力容器在應(yīng)用過程中，因?yàn)槎啻纬惺芡饬ψ饔枚l(fā)生應(yīng)力集中。例如，在壓力容器接管處采取倒圓的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，這種設(shè)計(jì)方案可以降低應(yīng)力集中30%。如果壓力容器介質(zhì)為易燃易爆物品，或者為承受交變荷載以及低溫容器，在設(shè)計(jì)過程中，都應(yīng)當(dāng)采取合理的措施，盡量降低局部結(jié)構(gòu)因?yàn)閿嗔眩鴮?dǎo)致的峰值應(yīng)力，避免壓力容器在應(yīng)用過程中出現(xiàn)疲勞損壞或脆性損壞，針對(duì)以上類型的壓力容器在焊縫余高方面的限制要比普通的容器更加嚴(yán)格，依據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)定，應(yīng)當(dāng)對(duì)接管端部進(jìn)行打磨，使其成為圓角。在制造過程中，不應(yīng)當(dāng)使點(diǎn)焊或斷開的連接呈裂縫，同時(shí)應(yīng)當(dāng)在支座處設(shè)置墊板，焊接過程中禁止直接焊接殼體，禁止敲打或刻畫受力元件，避免有缺口效應(yīng)的劃痕出現(xiàn)。此外，在焊接之后，進(jìn)行熱處理過程中，可以軟化淬硬區(qū)、降低氫含量、使組織形態(tài)發(fā)生改變，從而使壓力容器的力學(xué)性能得到改善。
在設(shè)計(jì)壓力容器過程中，多數(shù)情況都需要在硬度理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)穩(wěn)定性屬小和彈性失效準(zhǔn)確進(jìn)行合理應(yīng)用，在計(jì)算上則應(yīng)對(duì)平板和薄膜理論進(jìn)行合理應(yīng)用。在分析上，從應(yīng)力角度入手，通常應(yīng)當(dāng)對(duì)成型封頭和回轉(zhuǎn)殼體進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)減少平蓋封頭和矩形容器使用，只有在低壓、常壓或者有工藝存在特殊要求時(shí)，才能對(duì)平封頭的方式加以應(yīng)用。如果從應(yīng)力分布入手，對(duì)壓力容器進(jìn)行分析，封頭預(yù)應(yīng)力由差到好的排列順序如下：平封頭和緊縮口封頭、蝶形封頭、橢圓
形封頭、半球型封頭。如果在封頭的設(shè)計(jì)主要考慮材料等因素，則最佳的封頭方式為橢圓形封頭。
2.2制造過程中降低壓力容器應(yīng)力集中的措施
前者分析了應(yīng)力集中產(chǎn)生原因及其危害，從設(shè)計(jì)角度提出了幾點(diǎn)降低應(yīng)力集中措施，下面是壓力容器制造方面降低應(yīng)力集的幾點(diǎn)措施”：容器焊接完成并檢驗(yàn)合格后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，以便消除在組裝及焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中;焊接過程中嚴(yán)格控制焊接線能量，通過以小電流多道焊來實(shí)現(xiàn);不許強(qiáng)力組裝與成型，不得在設(shè)備上刻打鋼印及材料標(biāo)記;焊接區(qū)域內(nèi)，包括對(duì)接接頭表面不得有裂紋、氣孔和咬邊等缺陷，不應(yīng)有急劇的形狀變化，呈圓滑過渡;殼體上開接管孔及打坡口時(shí)盡量使用開孔機(jī)，保證坡口表面光潔度，以便在焊接過程中焊接接頭受熱均勻減少焊接過程中應(yīng)力集中;對(duì)材料表面作噴丸、輥壓、氧化等處理，以提高材料表面的疲勞強(qiáng)度。
結(jié)束語
當(dāng)前，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步過程中，壓力容器已經(jīng)成為了一項(xiàng)重要的工具。因此，制造企業(yè)需要加強(qiáng)對(duì)壓力容器制造質(zhì)量的控制，對(duì)于壓力容器在實(shí)際的制造過程所存在的不足，要進(jìn)行有效解決，綜合分析壓力容器的功能和使用需要，不斷提高壓力容器的使用安全性，最終實(shí)現(xiàn)壓力容器的有效應(yīng)用。——論文作者：王長(zhǎng)宏 王然
