一種承受內(nèi)壓圓筒的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種承受內(nèi)壓圓筒的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 承受內(nèi)壓力的圓柱形筒體即被簡(jiǎn)稱(chēng)為內(nèi)壓圓筒，它是工程上普遍使用的一種結(jié) 構(gòu)，它是構(gòu)成壓力容器的最主要部分。壓力容器是一種在煉油、化工、輕工、食品、制藥、冶 金、海洋、航天等領(lǐng)域中普遍使用的一類(lèi)設(shè)備。承受內(nèi)壓的圓筒的主要作用是提供工藝所需 的承壓空間，配合其它不同的部件、不同的介質(zhì)及不同的操作狀態(tài)在內(nèi)部空間中分別達(dá)到 儲(chǔ)存、傳熱、傳質(zhì)、混合、分離、反應(yīng)等目的。由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中壓力容器的內(nèi)壓圓筒經(jīng)常 會(huì)承受巨大壓力，內(nèi)部所裝介質(zhì)也可能是高溫、有毒、易爆等高危介質(zhì)，一旦筒體破裂將造 成非常嚴(yán)重的后果，所以國(guó)家對(duì)壓力容器的內(nèi)壓筒體在設(shè)計(jì)計(jì)算、制造檢驗(yàn)等各個(gè)方面都 有嚴(yán)格的要求。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)內(nèi)壓圓筒壁厚的制造方法主要為以下步驟：
[0004] 1.通過(guò)以下公式計(jì)算板材厚度δ，并向上圓整對(duì)計(jì)算結(jié)果取整數(shù)。
[0005] 基于材料的理想彈塑性模型而建立的數(shù)值計(jì)算公式：
[0007] 其中，Pc為計(jì)算壓力MPa，Di為圓筒內(nèi)直徑mm，[ σ ]t為設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許 用應(yīng)力MPa，Φ為焊接接頭系數(shù)；
[0008] 2.用板材卷筒并焊接。
[0009] 3.對(duì)焊縫進(jìn)行探傷，一般20%抽樣探傷即可。
[0010] 4.按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。一般保壓時(shí)間為30分鐘。
[0011] 該方法雖然在一定程度能夠滿足內(nèi)壓圓筒的設(shè)計(jì)要求而被普遍采用，但由于此方 法已有幾十年的歷史，且當(dāng)初材料種類(lèi)、材料數(shù)據(jù)較少。隨著技術(shù)進(jìn)步、材料種類(lèi)多樣化及 材料數(shù)據(jù)積累以后，目前壓力容器用鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系大多已不再符合理想彈塑性模型 的規(guī)律，再按此方法計(jì)算內(nèi)壓圓筒壁厚有時(shí)顯得特別保守，造成材料的巨大浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種能有效節(jié)約材料，降低制造成本，適用范圍大的承受 內(nèi)壓圓筒的制造方法。此方法是基于材料力學(xué)模型中的雙線性強(qiáng)化模型而建立的。
[0013] 本發(fā)明的制造方法包括如下步驟：
[0014] (1)計(jì)算相關(guān)系數(shù)：
[0016] 其中Pc為計(jì)算壓力MPa，σ s為屈服應(yīng)力MPa，E i為應(yīng)變強(qiáng)化段斜率，亦稱(chēng)擬合彈 性模量MPa，E為彈性段斜率，亦稱(chēng)彈性模量MPa，A、B為無(wú)量綱系數(shù)，
[0017] (2)通過(guò)如下公式計(jì)算板材厚度δ，并向上圓整對(duì)計(jì)算結(jié)果取整數(shù)：
[0019] 式中Di為內(nèi)壓圓筒的內(nèi)直徑mm，δ為內(nèi)壓圓筒壁厚mm ;
[0020] (3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，用板材卷筒并焊接；
[0021] (4)對(duì)焊縫進(jìn)行100 %探傷；
[0022] (5)對(duì)設(shè)備進(jìn)行保壓強(qiáng)化。按L 25-1. 5倍Pc的壓力對(duì)設(shè)備進(jìn)行保壓強(qiáng)化，保壓時(shí) 長(zhǎng)不少于2小時(shí)也不宜超過(guò)6小時(shí)；
[0023] (6)按下式計(jì)算應(yīng)變率并驗(yàn)證應(yīng)變率范圍ε < 5%為合格，其余范圍為廢 品：
[0025] 式中ε為應(yīng)變率％，1^'為圓筒保壓強(qiáng)化后的外徑周長(zhǎng)mm，L為圓筒保壓強(qiáng)化前的 外徑周長(zhǎng)mm。
[0026] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0027] 1.本發(fā)明提供的計(jì)算方法是基于材料力學(xué)中的雙線性應(yīng)變強(qiáng)化模型而建立，它是 完全區(qū)別于基于理想彈塑性模型而建立的數(shù)值計(jì)算法。此方法能夠充分考慮材料屈服后的 應(yīng)變強(qiáng)化特性，可有效的利用材料的塑性承載能力。
[0028] 2.對(duì)焊縫進(jìn)行100%探傷，更有效的保證了焊接質(zhì)量。
[0029] 3.本發(fā)明在保壓強(qiáng)化過(guò)程中使圓筒發(fā)生少量塑性變形從而提高材料的承壓能力， 且同時(shí)把應(yīng)變控制在5%以下，保證設(shè)備后期也有足夠的塑性?xún)?chǔ)備。
[0030] 4.在相同條件下本方法比傳統(tǒng)方法的板材下料厚度要小的多，可有效節(jié)約材料， 降低制造成本。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 本實(shí)施例的步驟如下：
[0034] L計(jì)算系數(shù)：
[0036] 其中Pc為計(jì)算壓力并等于l.OMPa，σ s為屈服應(yīng)力并等于205MPa，E1為應(yīng) 變強(qiáng)化段斜率，亦稱(chēng)擬合彈性模量并等于1826. 2MPa，E1為彈性段斜率，亦稱(chēng)彈性模量 I. 95xl05MPa( σ 為奧氏體不銹鋼S30408板材的材料參數(shù)，可查詢(xún)GB24511-2009《承 壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》或進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得到），計(jì)算得到A = 0. 01279, B = 0. 00945。
[0037] 2.通過(guò)如下計(jì)算公式計(jì)算：
[0039] 式中Di為內(nèi)壓圓筒的內(nèi)直徑并等于2000mm，最后計(jì)算出內(nèi)壓圓筒壁厚δ為 6. 35mm?？紤]板材厚度多為整數(shù)，所以取7mm板厚。
[0040] 3.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，用板材卷筒并焊接；
[0041] 4.對(duì)焊縫進(jìn)行100 %探傷。
[0042] 5.對(duì)設(shè)備按I. 4MPa壓力進(jìn)行保壓強(qiáng)化，保壓3小時(shí)后卸載壓力。
[0043] 6.保壓強(qiáng)化前圓筒外徑周長(zhǎng)為6324mm ;保壓強(qiáng)化后圓筒外徑周長(zhǎng)為6476mm，所以
[0044] 與此同時(shí)，如果按傳統(tǒng)方法計(jì)算的內(nèi)壓圓筒壁厚δ為7. 33_，同樣考慮板材厚度 取整為8_板厚。新方法可節(jié)約材料12. 5%左右。與此同時(shí)，新方法保壓強(qiáng)化過(guò)程和100% 探傷，更好的保證了質(zhì)量安全。
[0045] 實(shí)施例2
[0046] 本實(shí)施例的計(jì)算步驟如下：
[0047] 1.計(jì)算系數(shù)：
[0049] 其中Pc為計(jì)算壓力并等于20MPa，σ s為屈服應(yīng)力并等于241. 5MPa，E 應(yīng)變強(qiáng) 化段斜率，亦稱(chēng)擬合彈性模量并等于4250MPa，E為彈性段斜率，亦稱(chēng)彈性模量2. IxlO5MPa, (〇 為合金鋼15CrM〇R板材的材料參數(shù)，數(shù)據(jù)可查詢(xún)GB713-2014《鍋爐和壓力容器用 鋼板》或進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得到），計(jì)算得到A = 0. 21901，B = 0. 02066。
[0050] 2.通過(guò)如下計(jì)算公式計(jì)算：
[0052] 式中Di為內(nèi)壓圓筒的內(nèi)直徑并等于1000mm，最后算的內(nèi)壓圓筒壁厚δ為 56. 90mm?？紤]板材取整數(shù)且留部分余量，取58mm板厚。
[0053] 3.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，用板材卷筒并焊接；
[0054] 4.對(duì)焊縫進(jìn)行100 %探傷。
[0055] 5.對(duì)設(shè)備按30MPa的壓力進(jìn)行保壓強(qiáng)化，保壓5. 5小時(shí)后卸載壓力。
[0056] 6.保壓強(qiáng)化前圓筒外徑周長(zhǎng)為3504mm ;保壓強(qiáng)化后圓筒外徑周長(zhǎng)為3661mm，所以
[0057] 與此同時(shí)，如果按傳統(tǒng)方法計(jì)算的內(nèi)壓圓筒壁厚δ為78. 74_，同樣考慮板材取 整數(shù)且留部分余量，取80mm板厚。新方法可使筒體壁厚減薄近22mm。按此例如果是內(nèi)直徑 1000mm，長(zhǎng)度5000mm的圓筒，可節(jié)約鋼材近3噸，節(jié)約成本4萬(wàn)余元。與此同時(shí)，新方法保 壓強(qiáng)化過(guò)程和100%探傷，更好的保證了質(zhì)量安全。
[0058] 通過(guò)實(shí)施例的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)本方法比傳統(tǒng)方法的可節(jié)約大量的材料，尤其是承受 內(nèi)壓較大時(shí)，效果越顯著。另外還可更有效的保證產(chǎn)品質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種承受內(nèi)壓圓筒的制造方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 計(jì)算相關(guān)系數(shù)：其中Pc為計(jì)算壓力MPa，Os為屈服應(yīng)力MPa，E 擬合彈性模量MPa，E為彈性模量 MPa，A、B為無(wú)量綱系數(shù)， (2) 通過(guò)如下公式計(jì)算板材厚度S，并向上圓整對(duì)計(jì)算結(jié)果取整數(shù)：式中Di為內(nèi)壓圓筒的內(nèi)直徑mm，5為內(nèi)壓圓筒壁厚mm; (3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，用板材卷筒并焊接； (4) 對(duì)焊縫進(jìn)行100%探傷； (5) 對(duì)設(shè)備進(jìn)行保壓強(qiáng)化。按1. 25-1. 5倍Pc的壓力對(duì)設(shè)備進(jìn)行保壓強(qiáng)化，保壓時(shí)長(zhǎng)不 少于2小時(shí)，不超過(guò)6小時(shí)； (6) 按下式計(jì)算應(yīng)變率并驗(yàn)證應(yīng)變率范圍e<5%為合格，其余范圍為廢品：式中e為應(yīng)變率％，1^為圓筒保壓強(qiáng)化后的外徑周長(zhǎng)mm，L為圓筒保壓強(qiáng)化前的外徑 周長(zhǎng)mm〇
【專(zhuān)利摘要】一種承受內(nèi)壓圓筒的制造方法是先通過(guò)壓力，屈服應(yīng)力，E1為擬合彈性模量，E為彈性模量計(jì)算出無(wú)量綱系數(shù)A、B，再通過(guò)如下公式計(jì)算板材厚度δ，<maths num="0001"></maths>根據(jù)計(jì)算結(jié)果，用板材卷筒并焊接；對(duì)設(shè)備進(jìn)行保壓強(qiáng)化。按1.25-1.5倍Pc的壓力對(duì)設(shè)備進(jìn)行保壓強(qiáng)化。本發(fā)明具有能有效節(jié)約材料，降低制造成本，適用范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】B23K37/00, B23K31/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105033484
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510470807
【發(fā)明人】周軍, 張婷婷, 王冀寧, 趙世平
【申請(qǐng)人】賽鼎工程有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年8月4日