压力容器残余变形量的检测

【摘要】随着我国工业水平的发展，我国的压力容器的生产进入到现代化时代。为了满足人民对压力容器的需求，保证压力容器的质量，就必须对压力容器的变形问题展开深入和细致的研究。压力容器在制造过程中的变形的问题，技术上时常出现，也困扰着众多的压力容器的研究者和相关工程师们，本文对压力容器的变形问题展开了详细论述，阐述了压力容器的变形检测的两种方法即外测法和内测法，以及备料、火焰切割、成型误差等导致变形的原因，并在此基础上提出相关对策。本文目的在于，为压力容器残余变形的研究提供一些建议和参考。

【关键词】内测法，外测法，问题，对策

中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

在压力容器的生产程序中，出现变形的问题是十分正常的。在生产工艺上，如果不能及时控制和采取有效的应对方案，势必对产品的的质量产生不利影响，更为严重的是直接导致产品成为废品而不能使用，造成生产的上损失。因此，重视对压力容器的变形问题的研究是十分重要的。在生产工艺上，必须严格按照生产技术要求，力争将变形风险降到最低，最大程度地保障产品的质量。以下就是本文对压力容器的检测与控制的论述。

二、测定残余变形量内测法和外测法的比较

1.外测法

外测法是在钢瓶外部测量它在耐压试验时的容积变形,试验时需把钢瓶放在一个密闭的水套内进行测试,它的主要优点是可以直接从量管中读出钢的变形值,因而计算方便。外测法存在如下缺点:

一般外测法测量时由于有较长的密封周边,故费工费时。试验时水套密封圈处的渗漏不易发现,至使测量引起较大的误差。例如若钢瓶全变形值$Vc=45ml,残余变形值$Vc= 1ml,则:E=$Vc/$V@100% = 1/45@100% = 2.2%,若有015 ml的渗漏,则:E=$Vc/$V@100%=〔(1-015)/45〕@100%=1.11%,误差达50%左右。由于钢瓶放在水套内(只适用于体积较小的压力容器),钢瓶表面上附着的小气泡难以排尽,对钢瓶的测试也会带来误差。¼还有一个值得重视的问题是用外测法测量时受温升的影响较大,导致的测量误差也较大。

2.内测法

内测法是利用测定液化石油气钢瓶在实验压力下所进入的水量,与它在卸压后由瓶内所排出来的水量来计算它的容积全变形和容积残余变形。这种方法的优点是装置比较简单,操作方便,工效高,钢瓶漏水易于发现,但受钢瓶内和管路中窝藏的气体影响,若不进行修正将会产生较大误差。

在水压试验时钢瓶和管路完全处于弹性阶段,因此压力-进水量应呈线性关系。当压力上升时,系统内受压缩并且逐步溶解的气体空间必须由水去补充。而气体在水中的溶解度将随着压力的升高而增大,但由于水压试验压力上升很快,空气溶解后来不及扩散,造成气泡周围水中局部区域处于溶解饱和状态,阻碍了空气的继续溶解。

因此当加压至214MPa时,气体溶解量甚微。在卸压时,这部分气体随着压力的降低,溶解在水中的气体,大部分从水中释出。而被压缩的气体空间,由于卸压后其体积又恢复到常压状态下的气体空间。在升压过程中,气体受到压缩、并逐步溶解。在降压过程中气体膨胀,溶解在水中的气体释出。因此真正影响进水量的影响因素是在实验压力下,被压缩的气体所占的空间,应由水来补充,所以实际测得的进水量偏小。为消除系统内窝藏气体量的影响,不必对所测得的进水量进行修正,根据修正后的进水量计算所得的。残变率应该是较为准确的。

由以上对内测法和外测法的分析和实践,说明外测法在测时的影响因素较多,难以测准。为了更快更好的测得钢瓶的容积残余变形率,我们建议采用内测法测定钢瓶的残余变形率。

三、变形问题及其对策

1.备料误差的变形问题与控制措施

钢材是制造压力容器的主要原材料，但是在运输、吊装过程中，经常受到各种内外力的作用而发生弯曲、扭曲等变形问题，不仅影响了划线切割，也不利于零件的成型精度。因此在下料之前，应采取措施纠正钢材的变形问题，如果存在凹凸不平、大波浪等现象，可能增大卷筒后筒节直径的误差，对环缝对接口位置的错边量产生影响。针对这一问题，采取矫形措施，可更好地增强设备零件精度，保障后续工序的顺利进行。

2.火焰切割的变形问题与控制措施。如果下料的尺寸出现误差，那么部件成形之后就不可能符合规定标准；有关造成下料尺寸不准的原因，主要由于计算失误、放大样失误等，除了与操作人员的技术水平有关，没有及时校对下料尺寸，也是不容忽视的原因。具体应从以下几个细节进行控制：

首先，筒节的控制。大直径壳体的短筒节下料过程中，端口位置的火焰切割加工边非常容易发生变形问题；当切割的高温冷却之后，加工边就会产生“热胀冷缩”现象，出现“弧度”边；当筒节辊圆之后，端口不能保持同一个水平面，出现误差，不能顺利组对或焊接。针对这一问题，可采取机械加工或者对称切割的方法，可较好地避免变形；

其次，钢板坯料的控制。在压力容器的密封圈或者大型法兰中普遍采用钢板坯料，进行火焰切割之后，由于胀缩作用，造成钢板表面凹凸不平，甚至减少了坯料面的加工量。针对这一问题，在切割坯料板之后应采取矫形措施，如果坯料板仍不平整，可适当增大加工余量；最后，封头的控制。当已经成型的封头经过火焰切割之后，在周边位置可能产生收缩变形，缩小了封头口径；对于整体成型的封头端口加工工艺来说，在设计成型模具时应该考虑火焰切割之后的收缩量；对于瓣片式封头端口加工来说，应适当放大封头组装时的口径，或者直接采取机械加工方法，对避免变形起到关键作用。

3.成型误差的变形问题与控制措施

当压力容器的部件加工成型之后，可能由于模具不标准或者操作不当等问题造成变形，主要原因为热成型的封头发生脱模现象；如果在温度较高的情况下发生脱模，则引发严重的封头收缩变形，甚至几何尺寸严重超过标准；或者在模具设计阶段的考虑不周全，当压力容器部件成型之后，也可能与要求不相符。针对压力容器成型之后变形问题，应采取如下措施：一方面，严格按照工艺技术标准进行成型操作，通过检查样板，合理控制加工件的形状；另一方面，有关模具的设计，在遵循加工件理论的前提下，充分考虑压力容器部件加工成型过程中以及加工成型之后的变化，对于冷成型模具应考虑成型件的回弹量，而热成型模具则考虑成型件的收缩问题。

4.内应力的变形问题与控制措施

在压力容器制造过程中，由于反复性的热加工操作，再加上组装过程产生较大的强制力，当压力容器成型之后就会存在一定的内应力，在运行过程中存在变形或裂纹风险，这种情况需要采取热处理措施来消除内应力。其一，要求热处理措施符合规范要求，热处理炉的内部温度均匀，在炉壁火焰的喷嘴位置设计挡火墙，避免火焰直接与热处理件接触；其二，如果进入炉中的压力容器比较长，需要设置临时的支座支垫，根据容器的尺度确定具体数量；其三，如果壳体的直径偏大、厚度较薄，需采取内部加强措施；其四，一些压力容器部件可能在高温状态下失去稳定性，需要结合实际情况采取加固加强措施。

四、结语

对于压力容器的变形问题，是压力容器生产中的“老大难“问题，困扰着众多的压力容器的研究者。鉴于变形问题对压力容器的质量的高低，甚至是容器否具有使用价值，有直接的影响。本文以此为出发点，对变形问题展开探讨，为压力容器的变形问题的研究献言献策。

参考文献：

[1]廖爱华,张洪武,吴昌华. 超速压气机的残余变形分析[J]. 机械设计与制造. 2008(11)

[2]李悦,孟永彪,黎玉萍,文洪江. 车载CNG气瓶残余变形率测试计算方法[J]. 化工机械. 2010(06)

[3]鲁士军,郭海艳,杨永立,周力,王徽,朴丕龙. 一种超高压水压试验装置[J]. 工程机械. 2010(01)

[4]孙凯,潘亦苏,罗征志,徐五一,张志昌. 基于SYSWELD的K7转向架副构架焊接数值模拟[J]. 电焊机. 2010(12)

[5]汪苏,王春侠. 航空发动机薄壁机匣激光焊接有限元数值模拟[J]. 航空制造技术. 2008(03)