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一、压力容器结构及特点所谓容器是指用于储存气体、液体和固体原料、中间产品或成品的设备。本节重点阐述压力容器的制造技术。第三节焊接容器的制造压力容器的定义：根据《压力容器安全技术监察规程》(国家质量技术监督检验检疫总局质技监局锅发(2019)154号)之规定，凡具备下列三个条件的容器统称为压力容器：①最高工作压力pw≥0.1MPa(不含液体静压力)；②内直径(非圆形截面指其最大尺寸)≥0.15m，且容积V≥0.025m3；③盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点液体。一、压力容器结构及特点1.压力容器的分类压力容器的分类方法很多，主要的分类方法如下：⑴按设计压力（p）分类可分为四个承受等级，即：①低压容器（代号L）：0.1MPa≤p＜1.6MPa。②中压容器（代号M）：1.6MPa≤p＜10MPa。③高压容器（代号H）：10MPa≤p＜100MPa。④超高压容器（代号U）：p≥100MPa。⑵按综合因素分类在承受等级分类的基础上，综合压力容器工作介质的危害性（易燃、致毒等程度），可将压力容器分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类。①Ⅰ类容器：一般指低压容器（Ⅱ、Ⅲ类规定的除外）。②Ⅱ类容器：属于a)中压容器（Ⅲ类规定的除外）；b)易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；c)毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；d)低压管壳式余热锅炉；e)低压的搪玻璃压力容器。1.压力容器的分类③Ⅲ类容器：属于a)毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和p×V大于或等于0.2MPa×m3的低压容器；b)易燃或毒性程度为中度危害介质且p×V大于或等于0.5MPa×m3的中压反应容器和大于或等于10MPa×m3的中压储存容器；c)高压、中压管壳式余热锅炉；d)高压容器；e)中压的搪玻璃压力容器；f)移动式压力容器；g)使用抗拉强度规定下限≥570MPa材料制造的压力容器.1.压力容器的分类⑶按容器的用途和化工工艺过程的性质分类可将其分为反应容器、换热容器、分离容器和储运容器，主要有储罐类（包括立式、卧式储罐和球罐等）容器，工业锅炉及气包，石油化学工业中的反应器、反应釜、蒸煮球及合成塔等。此外，高炉、转炉、洗涤塔和水泥窑炉等结构的焊接壳体及水电站的涡壳，核能、航天及深海探测器的一些特殊的压力壳等，也属于此类结构。此外，从压力容器安全技术角度可将容器分为固定式容器和移动式容器。.1.压力容器的分类（4）按焊接容器用途分类1、贮罐类焊接容器1）立式圆柱形贮罐（如图5-19）2）湿式贮气罐3）干式贮气罐4）球罐5）水珠状贮罐6）卧式圆形贮罐2、小型工业锅炉及大型电站锅炉汽包3、化工反应类容器4、冶金建材、水电等行业所用设备冶金建材、水电等行业设备中有大量的焊接容器，如高炉、平炉、转炉体(壳)热风炉、洗涤塔、水泥窑炉的炉体、水电站的蜗壳等。5、特殊用途的焊接容器2.压力容器的结构特点压力容器有多种结构形式，最常见的结构为圆柱形、球形和锥形三种，如图5-1所示。图5-1典型压力容器的结构形式1.压力容器的分类下面简单介绍圆柱形容器的结构特点。⑴筒体筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需要的大部分压力空间。当筒体直径较小（小于500mm）时，可用无缝钢管制作。当直径较大时，一般用钢板卷制或压制（压成两块半圆板或数块弧形板）后焊接而成，以卷制筒体多见。⑵封头根据几何形状的不同，压力容器封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种。其中凸形封头使用最多，凸形封头包括球形封头和椭圆形封头。图5-2所示为几种常见的封头结构形式。1.压力容器的分类图5-2封头的结构形式a)椭圆封头b)球形封头c)带折边锥形封头1.压力容器的分类⑶法兰法兰按其所连接的部分分为管法兰和容器法兰。用于管道连接和密封的法兰叫管法兰；用于容器顶盖与筒体连接的法兰叫容器法兰。法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓连接起来。⑷开孔与接管工艺要求和检修时的需要，在石油化工容器的筒体和封头上开设各种孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管，以及安装压力表、液位计、流量计和安全阀等接管开孔。手孔及人孔是用来检查容器内部并用来装拆和洗涤容器内部的装置。手孔直径一般不小于150mm。直径大于1200mm的容器应开设人孔。开孔部位的强度被削弱，一般应进行补强。⑸支座压力容器靠支座支承并固定在基础上。视圆柱形容器的安装位置不同，可采用立式容器支座和卧式容器支座两类。对卧式容器主要采用鞍式支座，对于薄壁长容器也可采用圈座。上述五大部分即构成了一台压力容器的外壳。3.压力容器焊缝规定在GB150-2019《钢制压力容器》中规定，压力容器受压元件用钢应具有钢材质检证书，制造单位应按照该质检证书对钢材进行验收，必要时还应进行复检。同时，把压力容器受压部分的焊缝按其所在的位置分为A、B、C、D四类，如图5-3所示。其中，A类焊缝最为重要。1.压力容器的分类图5-3压力容器上焊缝的分类⑴A类焊缝受压部分的纵向焊缝（多层包扎压力容器层板的层间纵向焊缝除外），各种凸形封头的所有拼接焊缝，球形封头与圆柱形筒节连接的环向焊缝以及嵌入式接管与圆柱形筒节或封头对接连接的焊缝均属于此类焊缝。⑵B类焊缝受压部分的环向焊缝、锥形封头小端与接管连接的焊缝均属于此类焊缝（已规定为A、C、D类的焊缝除外）。⑶C类焊缝法兰、平封头、管板等与壳体、接管连接的焊缝，内封头与圆筒的搭接角焊缝以及多层包扎压力容器层板的纵向焊缝，均属于此类焊缝。⑷D类焊缝接管、人孔、凸缘等与壳体连接的焊缝，均属于此类焊缝（已规定为A、B类焊缝的除外）。二、薄壁圆柱形容器的制造㈠圆柱形容器的结构特点1.筒体筒体是压力容器的主要组成部分，对圆柱形筒体来说，其结构方式又可分为整体式和组合式两种。⑴整体式筒体结构形式：单层卷焊、整体锻造、电渣重熔等。特点：结构简单，制造方便，材料利用率和生产的自动化程度高；用于低压、中压容器上。二、薄壁圆柱形容器的制造⑵组合式筒体一般由多层包扎、多层热套、多层绕板等方法来制作；多层包扎容器应用最为广泛。①多层包扎容器选用13～20mm厚钢板卷制内筒再将6～12mm的层板预弯成半圆形或瓦块形，用钢丝绳扎紧定位施焊，使其固定在内筒上，经多层包扎达到设计厚度，最后将筒节和封头相互组焊成容器。二、薄壁圆柱形容器的制造②多层热套容器用25～50mm的中厚板制作内筒和各外筒，将外层筒加热膨胀后套入内筒，达到过盈配合，依次套入各层，直至达到设计厚度。再将筒体与封头组焊成容器，后经退火热处理，消除套合应力和焊接应力。二、薄壁圆柱形容器的制造组合式筒体的特点：Ⅰ同样厚度条件下，比整体式安全性高；Ⅱ纵焊缝错开分布，单条焊缝缺陷对整体影响小；Ⅲ内外筒体中用不同的材料制作，故可节省贵重材料；Ⅳ多层容器之厚度不受原材料规格的限制。二、薄壁圆柱形容器的制造㈡薄壁圆柱形容器的制造图5-4典型薄壁圆柱形容器结构二、薄壁圆柱形容器的制造薄壁容器一般是指壁厚与直径之比很小的容器。此类容器具有结构成熟、设计理论较完善；工艺成熟，工艺路线（流程）简单；可利用热处理方法提高材料的性能等优点。薄壁容器的制造难点是：焊接变形的控制，尤其是壳体的波浪变形和焊接区的棱角（失稳变形）；焊缝质量要求高；重要结构（如航天用壳体等）还要求很高的密封性。二、薄壁圆柱形容器的制造薄壁卷制容器的生产过程主要有：1.焊前准备；2.制定工艺流程；3.备料加工；4.装配和焊接；5.检验及成品加工等。二、薄壁圆柱形容器的制造1.焊前准备⑴产品加工前应熟悉图纸和技术要求。⑵压力容器用钢一般均经过各种焊接性试验，以确定与之匹配的焊接材料和焊接工艺的适应性。⑶压力容器用钢还应当具有适应各种形式热处理的特性。⑷沸腾钢一般不允许作为压力容器用钢。⑸所有焊接工艺规范参数均应由焊接工艺评定来确定。二、薄壁圆柱形容器的制造2.制定工艺流程图典型产品的工艺流程一般如图5-5所示。值得注意的是，除了无损探伤外，其实每个生产环节也都应贯穿着质量控制（检验）工作。另外，封头直径较小时，可用一块钢板制成，无需拼接工艺。二、薄壁圆柱形容器的制造图5-5典型单层卷制薄壁容器生产工艺流程图二、薄壁圆柱形容器的制造3.备料加工备料加工就是各种零、部件毛坯料的准备过程。⑴筒节的备料加工首先应对所用母材进行复检，内容包括化学成分、各种力学性能、表面缺陷及外形尺寸（主要是厚度）的检验。一般采取抽检的方法，抽检的百分比由容器的种类决定。钢板的选用、复检内容和比例，请参阅GB150－2019之“4材料”部分的规定。二、薄壁圆柱形容器的制造划线前要进行展开，可采用计算展开法，考虑壁厚因素，一般按中径展开。具体展开公式如下：式中L——筒节毛坯展开长度（mm）；Dg——容器公称直径（mm）；δ——容器壁厚（mm）；S——加工余量（包括切割余量、刨边余量和焊接收缩量等）（mm），如两侧均需刨边，则取10mm～15mm。π()gLDS二、薄壁圆柱形容器的制造划线后进行下料加工。薄板和宽度较小的毛坯料可用剪板机剪切下料；中厚板（8mm～30mm）的低碳钢和低合金钢板多采用气体火焰切割。奥氏体不锈钢板和铜、铝等有色金属及其合金，则需采用等离子弧切割。二、薄壁圆柱形容器的制造现在，由于数控切割机的普及，实际上人工划线工序已被省略，只需将尺寸数据输入数控切割机即可完成划线工序的工作。毛坯料切割好后，要进行坡口的加工，一般采用刨边机完成此工作。二、薄壁圆柱形容器的制造⑵封头的备料加工母材的复检合格后，进行划线下料。倘若封头毛坯直径较大，由于板材宽度的限制，需进行毛坯料的拼接，要求拼接焊缝必须焊透。二、薄壁圆柱形容器的制造4.成形加工⑴筒节的卷制可选用三辊或四辊卷板机，对已加工好的筒节毛坯料进行卷制加工。对厚度超过20mm的高强钢可考虑热卷。要保证筒节的卷制质量，不可以产生错口、鼓形、锥形及椭圆等缺陷。二、薄壁圆柱形容器的制造⑵封头的成形封头的成形方法主要有三种，即：①借助于胎、模具的冲压成形；②旋压成形；③爆炸成形。以使用冲压成形（也称压制或压延）方法具多。二、薄壁圆柱形容器的制造对于直径3000mm左右的低碳钢和低合金钢中厚板封头，常采用1000t～1500t四柱式液压机进行压制。考虑到常温下压制（冷压）时母材变形抗力较大等因素，多采用加热后压制（热压）的方法来加工封头，加热温度为母材金属的线以上。封头压制成形后，进行二次划线，并借助于焊接回转台进行二次切割。经验收合格后待装配。3A二、薄壁圆柱形容器的制造5.筒节纵缝装配焊接筒节卷制完成后，进行纵焊缝的装配焊接。⑴筒节纵缝的装配①筒节的装配一般在V形铁或焊接滚轮架上进行，若成批生产，可设计或选用专门的装配装置来提高生产率。二、薄壁圆柱形容器的制造②通过采用夹具保证纵缝边缘平齐，且沿整个长度方向上间隙均匀一致后，可进行定位焊，定位焊多采用焊条电弧焊，焊点要有一定尺寸，且焊点间距应在200～300mm左右。③为防止纵缝装配后在吊运和存放过程中筒节产生变形而导致不圆度，往往可在筒内点焊临时支承。二、薄壁圆柱形容器的制造⑵筒节纵缝的焊接对重要容器，纵缝焊接时要备有焊接试板。为提高焊接生产率，对结构钢母材制造的筒节常用埋弧焊。中厚板对接焊缝通常有以下几种具体的焊接方法：二、薄壁圆柱形容器的制造①无衬垫双面埋弧焊此种方法对边缘加工和装配要求较高，要求边缘必须平直，保证间隙小于1mm。焊接第一面的熔深为板厚的40%～50%，第二面要控制熔深达到板厚的60%～70%，以保证焊透。二、薄壁圆柱形容器的制造②焊条电弧焊封底的单面埋弧焊这是一种常用的方法，先用焊条电弧焊封底，熔深为板厚的30%～35%，然后用埋弧焊焊接正面焊缝。值得注意的是，采用此焊接工艺时，往往需要用碳弧气刨清理焊根后再进行埋弧焊。这种方法不用焊剂垫，对装配要求也不严格，但生产率较低。二、薄壁圆柱形容器的制造③焊剂垫或铜垫上单面或双面埋弧焊在焊剂垫、铜垫上进行单面焊双面成形或双面自动焊。由于有了衬垫可以防止熔池金属和熔渣流淌，并可防止烧穿。例