【導(dǎo)讀】造成的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛均由本人負(fù)責(zé)。文中依法引用他人成果均已做出明確標(biāo)注，域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用。作為特種設(shè)備的壓力容器，具有一定的。危險(xiǎn)性和危害性，因此關(guān)系到人民的生命安全，影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)。本文主要通過對(duì)壓力容器的概念、特點(diǎn)、基本要求，壓力容器的強(qiáng)度與應(yīng)。實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，保證設(shè)備運(yùn)行安全。

　　

【正文】 性； 、檢修和清洗。 二、 壓力容器零部件設(shè)計(jì) 壓力容器形狀主要有圓筒形、 球形、方形組合形 。 封頭是壓力容器的主要受壓元件，常見的形式有凸形封頭、錐形封頭、變 徑段，平板蓋等。 ① 半球形封頭 半球形封頭是由半個(gè)球殼構(gòu)成的。為了焊接方便以及降低新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 邊界外的邊緣壓力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。 ② 橢圓形封頭 橢圓形封頭由半個(gè)橢球和一個(gè)高度為 h 的圓筒形筒節(jié)組成。 橢圓形的曲率是連續(xù)的，因此橢圓形封頭的應(yīng)力也是連續(xù)分布的。直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受邊緣應(yīng)力作用。壓力容器中常用的是長(zhǎng)短軸比值為 2 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。 ③ 碟形封頭 也 稱為折邊球形封頭，由三部分組成：以 Ri 為半徑的球面、以 r 為半徑的過度圓弧（折邊）和高度為 h 的直邊。由于球面部分與過渡區(qū)、過渡區(qū)與直邊段的曲率半徑不同，結(jié)構(gòu)不連續(xù)，會(huì)引起連接處的局部高應(yīng)力，因此規(guī)定碟形封頭球面部分的半徑不大于筒體內(nèi)徑，通常取 倍的封頭內(nèi)直徑。 ④ 無折邊球形封頭 球罐形封頭相當(dāng)于把碟形封頭的直邊及過渡段部分去掉，只留下球面部分，并把它們直接焊在筒體上。由于與筒體的連接處存在明顯的形狀突變，會(huì)引起較大的附加彎曲應(yīng)力，因此只適合較小、壓力較低的容器。 ⑤ 錐形封頭 主要應(yīng)用于許多化工設(shè)備 的底蓋，它的優(yōu)點(diǎn)是便于收集與卸除這些設(shè)備中的固體物料。 對(duì)于錐體大端，當(dāng)錐殼半頂角α≤ 30176。時(shí)，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)，當(dāng)α＞ 30176。時(shí)，應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。 對(duì)于 錐體小端，當(dāng)錐殼半頂角α≤ 45176。時(shí)，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)，當(dāng)α＞ 45176。時(shí)，應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。 ⑥ 平板蓋 與其他封頭比較，平板蓋封頭受力情況最差。在相同的受壓條件下，平板蓋比其他形式的封頭厚得多。但是，由于平板蓋封頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，在壓力不高，直徑較小的容器中，采用平板蓋封頭比較經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便。 三、 法蘭結(jié)構(gòu)與密封設(shè)計(jì) 法蘭 連接是種常見的可拆卸結(jié)構(gòu)。要保證法蘭連接的緊密性，必須合理的選擇壓緊面的形狀。最常采用的壓緊面結(jié)構(gòu)形狀有平面、凹凸面、榫槽面和梯形槽等。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 四、 開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng) 為了滿足工藝 、 安裝、檢修的要求，往往要在容器的筒體或封頭上開各種形狀、大小不同的孔或連接接管。容器開孔后，不但削弱了容器壁的厚度，而且在筒體也接管處，由于原殼體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，在開孔區(qū)形成了一個(gè)局部地高應(yīng)力集中取，產(chǎn)生應(yīng)力集中。有于邊緣處的峰值應(yīng)力較高，甚至超過材料的屈服極限，加之容器材料和制造等因素的綜合作用，往往成為容器的破壞源。因此，需要對(duì)壓力容器位置與尺寸、連接結(jié)構(gòu)和補(bǔ)強(qiáng)問題進(jìn)行設(shè)計(jì)。 容器接管處的應(yīng)力集中遠(yuǎn)比小孔處的情況嚴(yán)重。 ①在圓筒殼體上開孔，對(duì)于內(nèi)徑小于等于 1500mm 時(shí)，最大孔徑應(yīng)小于等于筒體內(nèi)徑的 1/2，且小于等于 520 mm；對(duì)于內(nèi)徑大于 1500 mm 的圓筒，最大孔徑應(yīng)小于等于筒體內(nèi)徑的 1/3，求小于等于 1000 mm； ②凸形封頭或球星容器開孔，最大孔徑應(yīng)不大于殼體內(nèi)徑的 1/2； ③錐形封頭的開孔最大直徑應(yīng)不大于孔中心處錐體內(nèi)徑的 1/3。 容器上開孔時(shí) ，無論開孔尺寸的大小，孔邊的應(yīng)力集中都是存在的。 所謂開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)是在開孔附近區(qū)域增加補(bǔ)強(qiáng)金屬，使之達(dá)到提高器壁厚度，降低應(yīng)力集中系數(shù)，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的目的。容器開孔補(bǔ)強(qiáng)的形式有整體補(bǔ)強(qiáng)和補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。 整體補(bǔ)強(qiáng)是指采用增加整個(gè)殼體的厚度，或用全焊透的結(jié)構(gòu)形式將壁厚接管與整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件與殼體相焊接來降低開孔附近的應(yīng)力。 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是指在殼體開孔周圍貼焊一圈鋼板，即為補(bǔ)強(qiáng)，是最常見的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。 五、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意的問題 1. 結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)當(dāng)平滑過渡 受壓殼體存在幾何形狀突變或其他 結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)，都會(huì)產(chǎn)生較高的不連續(xù)應(yīng)力。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免，一般采用圓弧過渡或斜坡過度的形式，防止突變。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 2. 避免高應(yīng)力區(qū)相互疊加 在壓力容器中，由于工藝、安裝、檢修的要求，往往需要開孔或連接接管，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將這些結(jié)構(gòu)相互錯(cuò)開，以防止局部應(yīng)力疊加造成更惡劣的應(yīng)力狀態(tài)。 3. 注重角焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 壓力容器上不可連接的部位多采用角焊縫結(jié)構(gòu)。例如筒體與夾套連接。筒體與平封頭連接、法蘭與管子連接、支座連接部位等。在結(jié)構(gòu)上，角焊縫結(jié)構(gòu)應(yīng)力比較集中，它受到拉應(yīng)力 、彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力的作 用，焊縫承受彎曲和切應(yīng)力的能力較弱。因此，角焊縫中存在的缺陷，在交變載荷或沖擊的 不斷作用下缺口不斷擴(kuò)展，常由此導(dǎo)致斷裂引起事故。 4. 避免采用剛性過大的焊接結(jié)構(gòu) 第四篇 壓力容器制造與焊接 第一節(jié)、 壓力容器制造 一、 板焊結(jié)構(gòu)壓力容器制造 板焊結(jié)構(gòu)壓力容器應(yīng)用十分廣泛，適用于各類型的壓力容器，其制造的基本工藝如圖所示。 總裝焊接 熱處理 無損檢測(cè) 壓力試 驗(yàn)（水壓試驗(yàn)）、性能試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn) 出廠 板材購(gòu)入與驗(yàn)收 下料 成形加工（壓邊、卷制、坡口加工等） 縱焊縫焊接 機(jī)械加工、矯形 防腐處理 油漆 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 1. 成形加工 成形工藝主要有沖壓。卷制、彎曲和旋壓等。 筒體 的卷制實(shí)質(zhì)上是一種彎曲工藝 ， 冷彎工藝一 般用于版厚小于 50mm 的鋼板，大于 50mm 的鋼板應(yīng)采用熱卷或熱沖壓成形。熱卷和熱沖壓溫度應(yīng)選擇在材料的正火溫度，以保證熱成形后材料的力學(xué)性能。如果在熱成形過程中溫度高于正火溫度，則應(yīng)在成形后，再做一次常規(guī)的正火處理，以恢復(fù)期力學(xué)性能。 球形封頭、橢圓形封頭、頂蓋、球罐的球瓣通常采用冷沖壓或熱沖壓而成。 2. 裝配與焊接 裝配與焊接是決定容器質(zhì)量的關(guān)鍵工序。焊件的裝配不僅要求部件的尺寸 符合設(shè)計(jì)圖的要求，而且要保證接頭的裝配和定位，以保證焊縫質(zhì)量符合焊接技術(shù)要求。影響焊接質(zhì)量的重要接頭裝配尺寸是接頭的間 隙量和對(duì)口錯(cuò)邊量。 容器焊接順序是先焊筒節(jié)縱縫，焊好后校圓，在組裝焊接環(huán)縫。 二、 壓力容器的焊接 （一） 常用的焊接方法 1. 焊條電弧焊 焊條電弧焊是利用焊條與焊件之間的電弧熱，將焊條及部分焊件熔化的一種焊接方式 。焊接過程如圖。 焊條電弧焊的特點(diǎn)、特點(diǎn)是； ① 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，易于維修； ② 對(duì)焊接接頭的裝配尺寸要求相對(duì)較低； 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 ③ 可進(jìn)行各種位置的焊接； ④ 適合焊接多種金屬材料及各種結(jié)構(gòu)形狀。 焊條電弧焊的缺點(diǎn)是，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)焊工的技術(shù)及操作要求較高。 2. 埋 弧焊 埋弧焊是以一個(gè)（或多個(gè) ）金屬電極與工件之間形成的電弧，電弧在焊劑層下燃燒一進(jìn)行焊接的方法。如圖所示： 埋弧焊與焊條電弧焊相比，有以下一些特點(diǎn)。 ① 焊縫的化學(xué)成分較穩(wěn)定。 ② 焊接接頭具有良好的綜合力學(xué)性能。 ③ 焊縫光滑、美觀。 ④ 適合厚度較大的構(gòu)件的焊接，其焊絲伸出長(zhǎng)度小，較細(xì)的焊絲可采用較大的焊接電流。 ⑤ 減少金屬盒電能的耗損。 ⑥ 易 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、機(jī)械化操作，勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高。 3. 氬弧焊 氬弧焊是利用氬氣作為保護(hù)氣的保護(hù)電弧焊，如圖所示： 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 氬弧焊根據(jù)電極是否 熔化分為不熔 化極氬弧焊和熔化極氬弧焊。不熔化極氬弧焊通常叫 鎢極氬弧焊，它以鎢棒做電極，在氬氣的保護(hù)下，靠鎢極與工件間產(chǎn)生的電弧熱， 熔化母件金屬進(jìn)行焊接。 熔化極氬弧焊 是采用連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極，在氬氣的保護(hù)下，依據(jù)焊絲與工件之間產(chǎn)生的電弧熱，熔化母件金屬與焊絲形成焊縫。 用氬氣作保護(hù)氣體的電弧焊接與其他焊接方法比較具有以下以下特點(diǎn)： ① 應(yīng)用氬氣隔絕大氣，防止了氧、氮、氫等氣體對(duì)電弧焊及熔池的影響，內(nèi)焊金屬及焊絲的元素不易燒損； ② 氬氣流對(duì)電弧有壓縮作用，故熱量較集中；由于氬氣對(duì)近縫區(qū)的冷卻，可使熱影響區(qū)變窄， 罕見的變形量減??； ③ 氬弧焊焊接電弧穩(wěn)定，施焊方便；焊接時(shí)可不用焊劑，焊縫表面無焊渣，成形美觀； ④ 焊接接頭組織緊密，綜合力學(xué)性能較好；在焊接不銹鋼時(shí)，焊縫的耐腐蝕性特別是抗晶間腐蝕性能較好； 氬弧焊幾乎可以用于所有的鋼材、有色金屬及合金的焊接。 二、 焊縫與焊接接頭 焊縫是指焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。在熔化焊范圍內(nèi)，焊縫分為對(duì)接焊縫、角焊縫、塞焊縫和端接焊縫五種形式。 為了保證焊接質(zhì)量，一般在焊接接頭處開適當(dāng)?shù)钠驴?。坡口的主要作用是保證焊透。此外，坡口的存在 還可形成足夠容積的 金屬液熔池，以便焊渣浮起，不新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 致造成夾渣。 常見的坡口、焊縫與焊接接頭的形式如表所示。 坡口、焊縫與焊接接頭的 一般 形式 （一） 焊接接頭的組成 以對(duì)接接頭對(duì)接焊縫為例，焊接接頭組成包括：焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分 ，如圖所示。 熱影響區(qū)的寬度與焊接方法，線能量、板厚及焊接工藝有關(guān)。 （二）、 焊接接頭的組織 焊接接頭中焊縫金屬是高溫液態(tài)冷卻至常溫固態(tài)的。這期間經(jīng)歷了兩次結(jié)晶過程，即從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y(jié)晶過程和在固相狀態(tài)下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的二次結(jié)晶過程。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 是焊縫與母材交接的過渡區(qū)，即溶合線處微觀顯示的母材半熔化區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，化學(xué)成分十分不均勻，因而性能上也是不均勻的。實(shí)際上，熔合區(qū)往往是焊接接頭最薄弱的部位，存在缺口效應(yīng)，已于產(chǎn)生冶金缺陷。 三、 焊接剩余應(yīng)力 與變形 （一）、 焊接剩余應(yīng)力 在焊接 過程中，焊接區(qū)以遠(yuǎn) 高于周圍區(qū)域的速度急劇加速，并局部熔化。焊接區(qū)材料因受熱而膨脹，熱膨脹 受到 周圍較冷區(qū)域的，并造成熱應(yīng)力，受熱去溫度升高后屈服極限下降，熱應(yīng)力可分布的超過該區(qū)域的屈服極限；結(jié)果焊接區(qū)形成了塑性的熱壓縮；冷卻 后，比周圍區(qū)域相對(duì)縮短、變窄或減小。因此，這個(gè)區(qū)域就呈現(xiàn)拉伸剩余應(yīng)力，周圍區(qū)域則承受壓縮剩余應(yīng)力。 焊接剩余應(yīng)力屬于內(nèi)應(yīng)力，呈現(xiàn)如下性質(zhì)。 ① 相互平衡性 ② 遵循盈利疊加原理 ③ 有“應(yīng)力重分布”現(xiàn)象 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 ④ 沒有明顯的外觀表現(xiàn) 影響焊接剩余應(yīng)力的主要因素有材料的性質(zhì)，焊接工藝條件、焊接拘束度等。 （二）、 焊接變形 焊接變形可分為整體變形和局部變形。 整體變形是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的形狀或尺寸發(fā)生變化，變形將影響到整個(gè)外形和結(jié)構(gòu)的承載能力。主要包括直線變形。彎曲變形和扭曲變形。 結(jié)構(gòu)的某些部分發(fā)生變形，變形也將影響到 整個(gè)結(jié)構(gòu)的外形和它的承載能力。 影響焊接變形的主要主要有線能量、板厚、根部間隙或坡口等。 四、 焊接質(zhì)量控制方法 壓力容器焊接質(zhì)控制的原則是，避免淬硬組織和冷裂紋，為此，除了要求選擇合適的焊接材料外，焊接質(zhì)量的控制是至關(guān)重要的。 （一）、 設(shè)計(jì)方面 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使得能對(duì)結(jié)構(gòu)在其制造過程中產(chǎn)生的剩余焊接應(yīng) 力和焊接變形加以有效控制，即應(yīng)能保證焊接過程的可行性。采取措施的重點(diǎn)是降低拘束度。 減少焊縫的數(shù)量和尺寸 。 （二）、 材料方面 材料因素對(duì)于焊接剩余應(yīng)力與焊接變形的影響，主要按材料特征值，如熔化溫度、熱擴(kuò)散率、熱膨脹系數(shù)、彈性模量、屈服極限來作出比較性評(píng)價(jià)，評(píng)定時(shí)不考慮它們與溫度的關(guān)系。 熔化溫度焊接剩余應(yīng)力和焊接變形的影響是相向的，即較高的熔化溫度引起較高應(yīng)力和較大的變形。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 熱擴(kuò)散率 對(duì)焊接應(yīng)力與變形 有著相向的影響，它表征瞬時(shí)熱傳導(dǎo)過程中的熱均勻化速率，包含了幾個(gè)參數(shù)的作用。 熱膨脹系數(shù)對(duì)焊接應(yīng)力與變形也產(chǎn)生同向影響且特別明顯，但在出現(xiàn)具有反向影響的相變應(yīng)變時(shí)，其作用也會(huì)受到一定的限制。 彈性模量 增大時(shí)焊接剩余應(yīng)力隨之增大，而焊接變形隨之減小，不穩(wěn)定現(xiàn)象尤其可因彈性模量較大而受到 抑制。 屈服極限對(duì)焊接剩余應(yīng)力與焊接變形的影響與彈性模量相同。 （三）、 工藝方面 對(duì)焊接工藝上要求設(shè)法減少焊接熱作用的集中，使焊縫有收縮余地，減少對(duì)焊縫的拘束作用。 五、 焊接性能評(píng)定 焊接質(zhì)量是影響壓力容器制造質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，因此焊接控制是壓力容器制造安裝質(zhì)量管理系統(tǒng)體系中最重要的控制環(huán)節(jié)。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 第五篇 壓力容器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 第一節(jié)、 宏觀檢查 宏觀檢查主要是檢查外觀、結(jié)構(gòu)及尺寸等是否滿足容器安全使用的要求。這是一種