論壓力容器設(shè)計(jì)及制造過程中降低應(yīng)力集中的措施

周柏峰

摘? 要：結(jié)合當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)及制造發(fā)展的情況，從自身參與壓力容器制造的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，多角度探討了壓力容器制造過程中的應(yīng)力集中問題，在此基礎(chǔ)上，提出有針對性的壓力容器制造降低應(yīng)力集中的方法，希望對于今后全面提升壓力容器設(shè)計(jì)及制造水平有所幫助。

關(guān)鍵詞：壓力容器;設(shè)計(jì)方案;應(yīng)力集中;制造改進(jìn)

在開展壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，只有全方位落實(shí)壓力容器在制造工藝中的質(zhì)量要求，能考慮到材料在沖壓性、焊接性、切削加工性、熱處理性等方面的情況，這樣才能更好地保障壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量。否則，如果存在著沒有從整體上考慮到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的工藝性情況，這樣就會造成制造環(huán)節(jié)中的裝配、拆卸、焊接、轉(zhuǎn)動、搬運(yùn)、運(yùn)輸?shù)却嬖谝欢ɡщy，難以保障制造質(zhì)量，提升了制造成本，還會增加相應(yīng)的安全隱患問題，容易出現(xiàn)產(chǎn)品碰撞損傷，造成一系列的質(zhì)量風(fēng)險隱患。

1? 壓力容器設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1? 壓力容器的應(yīng)用特點(diǎn)

一是，壓力容器往往具有較高的安全性需求，從實(shí)際的應(yīng)用場景來看，應(yīng)認(rèn)識到其存儲著高度危險性的物質(zhì)，如涉及到相關(guān)的易燃易爆氣體等。如果存在著安全性方面的考慮不足情況，容易造成安全事故問題，進(jìn)而無法保障壓力容器的廣泛應(yīng)用;二是，壓力容器設(shè)計(jì)及制造體現(xiàn)出很強(qiáng)的專業(yè)性，考慮到其用于進(jìn)行特殊物質(zhì)的存儲，并這些物質(zhì)存在著一定的腐蝕性，不同存儲物質(zhì)對于壓力容器的性能要求存在著不同情況，這里也體現(xiàn)出較強(qiáng)的專業(yè)性。最后，壓力容器涉及到多種類型的結(jié)構(gòu)，在滿足多樣化的物質(zhì)存儲需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)明確提出相關(guān)的不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這樣方可更好地適應(yīng)于不同環(huán)境工況下的存儲要求，也意味著壓力容器設(shè)計(jì)難度有所提升。

1.2? 壓力容器的設(shè)計(jì)制造發(fā)展現(xiàn)狀分析

為了全方位提升壓力容器的應(yīng)用水平，我國在壓力容容器的設(shè)計(jì)及制造方面取得了很大的進(jìn)步，并能逐步探索出符合我國工業(yè)化發(fā)展的較為成熟的壓力容器設(shè)計(jì)制造體系。從當(dāng)前的壓力容器制造工藝技術(shù)發(fā)展來看，其主要涉及到原材料驗(yàn)收、切割、焊接、無損檢測、后期處理等方面的內(nèi)容，再通過相關(guān)的工藝處理的基礎(chǔ)上，方可落實(shí)有效的不同應(yīng)用場景的壓力容器的發(fā)展，更好地符合我我國的工業(yè)化發(fā)展之路。

在制造壓力容器的過程中，人們始終關(guān)注到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等相關(guān)問題，只有充分重視加強(qiáng)壓力容器的結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容，認(rèn)清楚相關(guān)的工作性能特點(diǎn)及工作壓力，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，這樣才能更好地滿足制造質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的壓力容器的安全使用目標(biāo)。

2? 壓力容器制造過程中的應(yīng)力集中

2.1? 壓力容器制造過程中的應(yīng)力集中問題

針對壓力容器的應(yīng)力集中問題，其屬于彈性力學(xué)的范疇，關(guān)系到脆性材料的實(shí)際應(yīng)用情況。在具體的力的作用下，針對物體存在著形狀急劇變化的情況，這樣而造成的一系列的孔洞、缺口等情況，往往都是應(yīng)力集中的情況。在這樣的影響下，自然會造成容易出現(xiàn)相關(guān)的疲勞裂紋等情況。在應(yīng)力作用比較大的情況下，還會造成存在著物體的靜載斷裂的情況，這樣也無法保障物體的合理化應(yīng)用。從這個角度來看，我們應(yīng)在設(shè)計(jì)及制造環(huán)節(jié)中，盡可能避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題。在具體的壓力容器制造環(huán)節(jié)，盡可能避免此類問題。對于制造環(huán)節(jié)中所涉及到的大量的切割及焊接等環(huán)節(jié)，如果存在著工序不合理等情況，容易出現(xiàn)壓力容器方面的形狀的急劇變化的情況，從而會造成應(yīng)力集中的問題。

2.2? 壓力容器制造應(yīng)力集中問題的影響因素

一是，壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在不完善之處，缺陷之處較多。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，特別是封頭的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)落實(shí)具體的容器的密封性方面的要求?？紤]到存在著不合理的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)設(shè)計(jì)平蓋封頭存在著缺口的情況，自然會造成應(yīng)力集中問題產(chǎn)生，存在著安全隱患;二是，壓力容器的制造工藝方面存在著缺陷，特別是在特殊需求的作用下，部分壓力容器需要進(jìn)行棱角結(jié)構(gòu)，如不加以完善處理，容易造成應(yīng)力集中的問題。部分在制造工藝環(huán)節(jié)，還存在著難以滿足相應(yīng)的棱角制造等情況，這樣也意味著容易存在應(yīng)力集中的隱患問題。

3? 壓力容器制造降低應(yīng)力集中的方法

3.1? 壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)壓力容器的過程中，應(yīng)重視如何有效全方位降低應(yīng)力集中的問題，結(jié)合存在的實(shí)際情況，在考慮到壓力容器的實(shí)際應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，從整體上提出科學(xué)的解決方案。一般來說，從具體的壓力容器的結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)首先能重視選擇相應(yīng)的回轉(zhuǎn)殼體和成型封頭等方面的工作。對于這部分結(jié)構(gòu)來說，大都是選擇一體化制造方法，這樣能有效避免缺口等漏洞問題，從而能避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。

在某些情況下，壓力容器涉及到多件結(jié)構(gòu)的連接情況，為了有效避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，在這樣的情況下，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，落實(shí)盡可能保障不同結(jié)構(gòu)中的剛度差盡可能小?？紤]到影響剛度差的因素，還應(yīng)特別關(guān)注到結(jié)構(gòu)的厚度、曲率半徑、材料選用等方面，具體的設(shè)計(jì)壓力容器環(huán)節(jié)，盡量選擇同一種材料來進(jìn)行制造，同時，針對連接部分的問題，盡可能保持一致性的曲率半徑。

3.2? 壓力容器制造工藝的改進(jìn)方法

在優(yōu)化壓力容器的結(jié)構(gòu)方案環(huán)節(jié)，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求來進(jìn)行改進(jìn)具體的制造工藝，從而有效控制存在著壓力集中的問題。同樣，焊接問題依然屬于壓力容器制造中重要部分，也是保障其整體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在具體的焊接處理實(shí)踐中，如果難以控制余高等相關(guān)因素，這樣容易出現(xiàn)壓力容器的不合理的結(jié)構(gòu)，從而造成應(yīng)力集中問題較為突出。在具體的焊接環(huán)節(jié)，應(yīng)重視從技術(shù)措施入手，實(shí)現(xiàn)余高的嚴(yán)格控制。完成焊接基礎(chǔ)上，則應(yīng)落實(shí)相關(guān)壓力容器的焊縫進(jìn)行打磨處理。在落實(shí)壓力容器應(yīng)用質(zhì)量的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能避免點(diǎn)焊等焊接方式，保障壓力容器的制造水平。

4? 結(jié)語

綜上所述，考慮到壓力容器的設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，我們應(yīng)高度重視如何保障壓力容器發(fā)展符合實(shí)際需求，重點(diǎn)落實(shí)如何解決其存在著應(yīng)力集中的問題，在分析了壓力容器制造中應(yīng)力集中問題的影響因素的基礎(chǔ)上，提出了壓力容器的工藝改進(jìn)及設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，希望對提升壓力容易設(shè)計(jì)及制造水平有所幫助。

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