壓力容器設(shè)計及制造過程中降低應(yīng)力集中的措施

沈 愚，劉科明

（1.青島軟控云蟻重工有限公司，山東青島 266317；2.山東凱泰科技股份有限公司，山東青島 266000）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，石油能源在現(xiàn)代生活中發(fā)揮的作用越來越重要。在石油行業(yè)發(fā)展的過程中，壓力容器的應(yīng)用一直受到人們的重點關(guān)注。長期以來，我國對壓力容器的應(yīng)用發(fā)展十分重視，并逐步建立了比較成熟的壓力容器設(shè)計制造體系，為我國經(jīng)濟社會發(fā)展提供了必要的基礎(chǔ)。

隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國現(xiàn)有的壓力容器設(shè)計制造體系逐漸暴露出自身的問題和不足。在壓力容器制造的過程中，應(yīng)力集中問題一直是限制其進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的重要因素。為了推動壓力容器的未來發(fā)展，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，推動應(yīng)力集中解決方法的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。

本文擬通過分析壓力容器設(shè)計制造的發(fā)展現(xiàn)狀，對其制造過程中的應(yīng)力集中問題提出相應(yīng)的解決方法。

1 壓力容器設(shè)計與制造的發(fā)展現(xiàn)狀

在現(xiàn)代生產(chǎn)活動中，壓力容器的設(shè)計與制造越來越受到人們的關(guān)注。為了推動壓力容器的設(shè)計發(fā)展，本文通過分析壓力容器的應(yīng)用特點，對其設(shè)計制造發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究。

1.1 壓力容器的應(yīng)用特點

壓力容器目前被廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)等多個領(lǐng)域中，并在其中發(fā)揮出了重要的作用。在實際應(yīng)用中，壓力容器能夠承受比較大的壓力，從而為各類危險品提供一個安全的存放環(huán)境。我國作為工業(yè)大國之一，石油行業(yè)的發(fā)展一直是我國關(guān)注的重點。壓力容器憑借著自身的特點，在其中發(fā)揮的作用越來越關(guān)鍵。

根據(jù)我國壓力容器的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文對壓力容器的應(yīng)用特點進(jìn)行了總結(jié)：

首先，壓力容器有極高的安全性需求。在實際應(yīng)用壓力容器的過程中，需要壓力容器儲藏大量的高度危害性物質(zhì)，例如易燃易爆氣體等。如果壓力容器的安全性不足，很容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)展，進(jìn)而影響到壓力容器的廣泛應(yīng)用。

其次，壓力容器對專業(yè)性的要求很高。壓力容器一般被用于存儲特殊物質(zhì)，其中大量的物質(zhì)具有腐蝕性等特點。不同的儲存物質(zhì)對壓力容器的性能特點要求各不相同。因此，壓力容器的專業(yè)性要求很高。

此外，壓力容器需要多種不同的結(jié)構(gòu)。為了充分滿足不同物質(zhì)的存儲需求，壓力容器需要設(shè)計出多種不同的結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)在不同環(huán)境下對不同物質(zhì)的良好存儲，因此提高了壓力容器的設(shè)計難度。

1.2 壓力容器的設(shè)計制造發(fā)展現(xiàn)狀分析

為了滿足壓力容器的未來發(fā)展和應(yīng)用，壓力容器的設(shè)計制造一直是人們關(guān)注的重點研究課題。我國對壓力容器設(shè)計制造的發(fā)展也一直十分重視，并逐步建立了比較成熟的壓力容器設(shè)計制造體系。

目前，壓力容器制造工藝已經(jīng)比較成熟?，F(xiàn)有的壓力容器制造工藝主要包括原材料驗收、切割、焊接、無損檢測、后期處理等。經(jīng)過一系列的工藝處理，才能夠保證制造出的壓力容器能夠充分滿足人們的需求。

在壓力容器制造的過程中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計受到人們的重點關(guān)注。壓力容器的結(jié)構(gòu)決定了其工作性能特點與能夠承受的壓力。如果壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，很容易發(fā)生制造質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，無法滿足壓力容器安全使用的需求等。

2 壓力容器制造過程中的應(yīng)力集中

壓力容器的設(shè)計制造對其應(yīng)用有著重要的影響。由于現(xiàn)代技術(shù)等方面的限制，現(xiàn)有的壓力容器在制造的過程中存在著應(yīng)力集中的問題。本文通過分析相關(guān)資料，對壓力容器制造的應(yīng)力集中問題進(jìn)行了研究，并對其中的影響因素進(jìn)行了探討。

2.1 壓力容器制造過程中的應(yīng)力集中問題分析

應(yīng)力集中是一種常見的彈性力學(xué)問題，也是影響脆性材料實際應(yīng)用的主要問題之一。在物體應(yīng)用的過程中，如果物體存在形狀急劇變化的地方，例如缺口、孔洞等，則很容易發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生此類現(xiàn)象時，物體很容易產(chǎn)生疲勞裂紋等。在部分極端情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)物體發(fā)生靜載斷裂的情況，從而直接影響到物體的使用。因此，需要盡可能避免應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

在壓力容器制造的過程中，也容易出現(xiàn)此類問題。壓力容器的制造需要進(jìn)行大量的切割、焊接等工作。如果工序處理不當(dāng)，就會在壓力容器上留下形狀急劇變化的地方，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 壓力容器制造應(yīng)力集中問題的影響因素分析

為了解決壓力容器制造中的應(yīng)力集中問題，本文通過分析相關(guān)資料，對其影響因素進(jìn)行了總結(jié)：

（1）壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷。壓力容器在設(shè)計的過程中，需要對其封頭等結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，以保證壓力容器的密封性等。由于部分設(shè)計方案的不合理，采用的平蓋封頭等設(shè)計方案很容易出現(xiàn)缺口等，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）壓力容器的制造工藝不完善。由于特殊情況下的應(yīng)用需求，部分壓力容器需要制造棱角結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)如果處理不完善，很容易導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。而目前廣泛采用的工藝處理手段無法充分滿足壓力容器棱角的制造，也是重要的影響因素之一。

3 壓力容器制造降低應(yīng)力集中的方法

為了推動壓力容器設(shè)計制造的發(fā)展，本文通過分析多方資料，結(jié)合時代技術(shù)發(fā)展的特點，對壓力容器制造過程中降低應(yīng)力集中的方法進(jìn)行了研究，并對其中的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點與制造工藝改進(jìn)方法進(jìn)行了探討。

3.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計是降低應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)的最主要的方法。根據(jù)應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生的特點，在進(jìn)行壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)壓力容器的實際應(yīng)用需求，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案。一般情況下，壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)首先采用回轉(zhuǎn)殼體和成型封頭。此類結(jié)構(gòu)一般采用一體化制造方法，不容易出現(xiàn)缺口等漏洞，從而減少了發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象的問題。

在部分情況下，壓力容器需要進(jìn)行多件結(jié)構(gòu)的連接。為了避免在連接的過程中發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)盡可能減少不同結(jié)構(gòu)之間的剛度差。根據(jù)剛度差的影響因素分析，需要注意的主要包括結(jié)構(gòu)的材料選用、曲率半徑、厚度等。在進(jìn)行壓力容器設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能采用同一種材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)制造，并盡可能保證連接部分的曲率半徑等等保持一致。

3.2 壓力容器制造工藝的改進(jìn)方法分析

除了對壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化之外，還需要對其制造工藝進(jìn)行必要的改進(jìn)，以降低壓力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

目前，焊接仍然是壓力容器制造中不可或缺的一環(huán)，也是保證壓力容器制造質(zhì)量的重要因素。在焊接的過程中，如果不能夠?qū)崿F(xiàn)對余高等因素的控制，很容易導(dǎo)致壓力容器的結(jié)構(gòu)不合理，進(jìn)而發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行壓力容器焊接的時候，需要根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)手段，嚴(yán)格控制余高等。在完成焊接工作后，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定對壓力容器的焊縫等進(jìn)行打磨。同時，為了保證壓力容器的使用質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)盡可能避免采用點焊等焊接方式進(jìn)行壓力容器的制造。

4 結(jié)語

壓力容器的設(shè)計制造對其應(yīng)用有著重要的影響。為了推動壓力容器的應(yīng)用發(fā)展，本文通過分析壓力容器的設(shè)計制造現(xiàn)狀，對其中的應(yīng)力集中問題進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合壓力容器制造中應(yīng)力集中問題的影響因素，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計要點與制造工藝改進(jìn)方法進(jìn)行了探討。這些研究對壓力容器的設(shè)計制造與應(yīng)用有很好的幫助。