【正文】 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。 （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。 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。 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(guò)程中的熱均勻化速率，包含了幾個(gè)參數(shù)的作用。 （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(lái)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。采取措施的重點(diǎn)是降低拘束度。 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。 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。主要包括直線變形。 （二）、 焊接變形 焊接變形可分為整體變形和局部變形。 焊接剩余應(yīng)力屬于內(nèi)應(yīng)力，呈現(xiàn)如下性質(zhì)。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(guò)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。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。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 是焊縫與母材交接的過(guò)渡區(qū)，即溶合線處微觀顯示的母材半熔化區(qū)。 （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。 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。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。 為了保證焊接質(zhì)量，一般在焊接接頭處開適當(dāng)?shù)钠驴凇? 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。 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。 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。 ⑤ 減少金屬盒電能的耗損。 ③ 焊縫光滑、美觀。 ① 焊縫的化學(xué)成分較穩(wěn)定。 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。 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。 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 。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。 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。如果在熱成形過(guò)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。 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。 總裝焊接 熱處理 無(wú)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。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。筒體與平封頭連接、法蘭與管子連接、支座連接部位等。 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)。 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。 五、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題 1. 結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)當(dāng)平滑過(guò)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。 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(lái)降低開孔附近的應(yīng)力。 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。 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。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(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)。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。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。 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)。在相同的受壓條件下，平板蓋比其他形式的封頭厚得多。時(shí)，應(yīng)采用帶過(guò)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(wú)折邊結(jié)構(gòu)，當(dāng)α＞ 30176。 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。 ④ 無(wú)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(guò)渡段部分去掉，只留下球面部分，并把它們直接焊在筒體上。 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(guò)度圓?。ㄕ圻叄┖透叨葹?h 的直邊。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。 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。 ① 半球形封頭 半球形封頭是由半個(gè)球殼構(gòu)成的。 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 。 一、 壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則 對(duì)于壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則為 : ，并裝有可靠的安全保護(hù)措施，防止超壓； 、部件結(jié)構(gòu)的形式。因此，首先要求壓力容器的結(jié)構(gòu)便于制造。 第五節(jié)、 壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于結(jié)構(gòu)的原因引起容器破壞的因素主要有缺陷和應(yīng)力兩個(gè)方面。硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而內(nèi)部則具有一定的韌性。這樣改變鋼的表層組織 ，而內(nèi)部不發(fā)生相變?nèi)员３衷械慕M織狀態(tài) 。 按回火溫度的不同，可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。淬火一般得到馬氏體組織。 正火是把鋼（工件）加熱到臨界點(diǎn)（ Acm）以上 30~50℃，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。 退火是把鋼（工件）放在爐中慢慢加熱到臨界點(diǎn)（ Ac1 或 Ac3）或再結(jié)晶溫度上，保溫一段時(shí)間，隨爐緩慢冷卻下來(lái)的一種熱處理工藝。 普通熱處理 ： 退火與正火 淬火與回火 熱處理 表面人處理 ： 表面淬火 化學(xué)熱處理 形變熱處理 一 普通熱處理 普通熱處理是指以熱作用為主要過(guò)長(zhǎng)的熱處理，即熱作用只對(duì)金屬材料的內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和性能起決定性的影響，材料的化學(xué)成分。 根據(jù)熱處理時(shí)外界對(duì)金屬材料施加的基本作用以及材料的內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)變化的特點(diǎn) ，可將常用的熱處理形式分為三類。 除了前面涉及到的熱脆、回火脆化、氫脆外，材料性能劣化的現(xiàn)象還包括：珠光體球化、石墨化、和禁錮嚴(yán)肅 的再分配。 三、 高溫材料性能的劣化 常溫下鋼材的金相組織及力學(xué)性能一般都相當(dāng)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化。 金屬材料的局部高應(yīng)力與具有一定濃度的氫氧化鈉溶液相接觸而發(fā)生的電化學(xué)晶間腐蝕脆化現(xiàn)象稱為苛性脆化。 氫對(duì)鋼材的脆化過(guò)程是一個(gè)微觀裂紋在應(yīng)力作用下的擴(kuò)展過(guò)程。 鋼材中的氫 會(huì)使 材料的力學(xué)性能脆化，這種想象稱為氫脆，氫脆主要表現(xiàn)為塑性指標(biāo)大為降低，斷裂前無(wú)塑性變形。 一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)行淬火的鋼材還需再做回火處理以改善塑性與韌性。 不同的材料具有不同的脆性轉(zhuǎn)變溫度。 影響鋼材低溫韌性的因素很多，有晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、冶煉的脫氧方法、熱處理狀態(tài)、鋼板厚度、合金元素等，其中以合金元素的 影響最為顯著。鋼的冷脆是壓力容器材料脆化最重要的類型。脆性斷裂具有快速擴(kuò)展的特點(diǎn)，所以是最危險(xiǎn)的失效形式。 第三節(jié)、 壓力容器材料的脆化與劣化 用于壓力容器 受壓元件所用的鋼材在常溫靜載 荷條件下一般都有較好的塑性和韌性，工程上習(xí)慣稱之為 塑性材料。 5. 高溫容器用鋼 壓力容器在常溫以上的使用溫度一般在 400~600℃ .使用的鋼材多為低合金耐熱鋼。 器用鋼 GB150《鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定設(shè)計(jì)溫度小于或等于 20℃的壓力容器為低溫容器。 16MnR 是應(yīng)用最廣泛的低合金鋼，具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，一般在熱軋狀態(tài)下使用，主要用于制造中低壓石油化工設(shè)備和球罐。常用的鋼板有： 16MnR、 15MnNbR、 13MnMoNbR。 壓力容器常用的碳素鋼有碳素結(jié)構(gòu)鋼和專用碳素鋼兩種。對(duì)于高溫壓力容器，所選用的材料還應(yīng)具有抗氧化性能。 （四） 耐腐蝕性能 是指材料在使用條件下抵抗工作介質(zhì)腐蝕的能力。 （三） 工藝性能 壓力容器一般是采用卷板或沖壓成形的焊接結(jié)構(gòu)，而鋼材生產(chǎn)是經(jīng)過(guò)鍛造、熱軋等過(guò)程。 剛才的含碳量一般不大于 %，為了減少剛才的熱脆性和冷脆傾向，鋼材的化學(xué)成分中控制允許的硫、磷含量。 5 （一） 冶金質(zhì)量 剛才的冶金質(zhì)量一般包括 冶煉方式，硫、磷及偶存于鋼中其他有害元素的含量。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 第二節(jié)、 壓力容器用鋼材的要求 一、壓力容器用鋼材的要求 壓力容器用材考慮容器的使用條件（設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性。 (Cr) 在化 學(xué)性能方面它不僅能提高金屬耐腐蝕性能，也提高抗氧化性能。 (P) 是剛中的有害元素，可使鋼材的強(qiáng)度、硬度增加，塑性和韌性下降。 (S) 是鋼中的有害元素，它和鐵生成的 FeS與 Fe形成低熔點(diǎn)共晶體。 （ Si） 是強(qiáng)的脫氧劑。錳是低合金鋼中最常用的強(qiáng)化學(xué)元 素。 （ 二 ） 鋼材的元素組成 鋼中除碳、鐵外，還含有少量的錳 (Mn)、硅 (Si)、硫 (S)、磷 (P)、氧 (O)、氮 (N)/氫 (H)等元素。 （ 3） .按冶煉方法分類 可細(xì)化為按冶煉設(shè)備和按脫氧程度、澆注制度不同來(lái)分類。 （ 2） .按鋼的品質(zhì)分來(lái) ，鋼的品質(zhì)主要指鋼的純凈度。 （一） 鋼材的分類與成分 1. 鋼材的分類 鋼材通常按化學(xué)成分、金屬品質(zhì)、冶煉方式等進(jìn)行分類。常以時(shí)期破壞所消耗的功或吸收的能量來(lái)衡量，稱為材料的沖擊韌性，以Ak表示，單位 J。在工程技術(shù)中應(yīng)用最多的有 布氏硬度（ HB）、洛式硬度 (HRC、 HRB)、和維式硬度 (HV)等。 硬度是指材料對(duì)外界物體機(jī)械作用（如壓縮、刻劃）的局部抵抗能力。 材料的延生率與斷面收縮率值愈大，材料塑性愈好。 1. 延生率 主要反映材料均勻變形的能力，它以試件拉斷后總伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度的比值百分比δ（ %）來(lái)表示。 （ 二 ） 彈性與塑性 彈性是指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，一旦失去外力，仍能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。 （ 一 ） 強(qiáng)度 材料的強(qiáng)度是指材料抵御外加載荷而不致失效破壞的能力。 新疆大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 第三篇 壓力容器的材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 、 壓力容器的材料 一、 材料的力學(xué)性能 為滿足 各種壓力容器每個(gè) 具體工況的要求，合理的選用材