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压力容器制造2007年11月第一章概述1.1压力容器的特点1.1.1压力容器的基本概念容器按所承受的压力大小分为常压容器和压力容器两大类。压力容器和常压容器相比不仅在结构上有较大的差别，而且在设计原理方面也不相同，所谓压力容器和常压容器划分是人为规定的。一般泛指最高工作压力P≥0.1MPa，用于完成反应、换热、吸收、萃取、分离和储存等生产工艺过程，并能承受一定压力的密闭的容器称为压力容器。另外，受外压（或负压）和真空容器也属于压力容器。1.1.2容器的分类1、按制造方法分根据制造方法的不同，压力容器可分为焊接容器，铆接容器、铸造容器、锻造容器等。2、按承压力方式分可分为内压容器和外压容器。3、按设计压力分a)低压容器0.1MPa≤P＜1.6MPab)中压容器1.6MPa≤P＜10MPac)高压容器10MPa≤P＜100MPad)超高压容器P≥100MPa4、按容器的设计温度分a)低温容器T≤-20℃b)常温容器-20℃＜T＜150℃c)中温容器150℃≤T＜400℃d)高温容器T≥400℃5、按容器的制造材料分钢制容器、铸铁容器、有色金属容器和非金属容器等。6、按容器外形分圆筒形容器、球形容器，矩形容器和组合式容器等。7、按容器在生产工艺过程中的作用原理分反应容器（代号为R）换热容器（代号为E）分离容器（代号为S）储存容器（代号为C）8、按容器的使用方式分固定式和移动式容器9、根据容器的压力高低、容积大小，使用特点、材质，介质的危害程度以及它们在生产过程中的很重要性分为便于安全技术监察和管理，“容规”将容器分为第一、二、三类。1.1.3压力容器的基本结构及其制造特点压力容器虽然种类繁多，形式多样，但其基本结构不外乎都是一个密闭的壳体，壳体内部大多数情况下都有内件，有的内件与壳体一样也承受一定压力，此时这些内件与壳体就都属于受压无件，在制造过程中都要按要求认真对待。常见的压力容器多为圆筒形壳体，其基本结构主要由以下几大部件组成。1）筒体一台容器的筒体通常由用钢板卷焊而成，这时的筒体有纵环焊缝。也有些小直径容器筒体用无缝钢管制成。对于厚壁高压容器的筒体还经常采用数个锻造筒节通过环缝焊接连接而成，这种容器则称为锻焊结构的压力容器。2）封头按几何形状不同，有椭圆形封头、球形封头、碟形封头、锥形封头和平盖等各种形式。封头和筒体组合在一起构成一台容器壳体的主要组成部分，也是最主要的受压元件之一。3）接管和法兰为使容器壳体与外部管线连接或供入进入容器内部，在一台容器上总是有一些大大小小的接管与法兰，这也是容器壳体的主要组成部分。在“容规”中规定，人孔接管、人孔法兰及人孔盖、设备法兰，为壳体开孔补强而设的补强圈及公称直径DN≥250mm的接管和法兰都是容器的主要受压元件。4）密封元件密封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发生泄漏的关键元件。对于不同的工作条件要求有不财的密封结构形式和不同材质及形式的密封垫片。5）容器内件在容器壳体内部的所有构件称为内件。有的内件如换热器中的换热管也是一种受压元件，在“容规”中还列为主要受压元件。6）容器支座压力容器是通过支座支承设备自重加上介质的重量，还要承受风载地震载荷给容器造成的弯曲力矩载荷，它是容器的主要受力元件之一。1.2压力容器制造的基本要求1.2.1严格贯彻压力容器制造许可证制度。1.2.2严格执行和遵守各项法规和标准。1.2.3要具有一定的制造能力、实力和基本条件。1.2.4要具有完善的压力容器质量保证体系。1.2.5以上仅是对压力容器制造所提出的最基本最起码的要求。第二章压力容器制造的主要工序及方法2.1备料2.1.1放样、画线放样、画线是压力容器制造过程的第一道工序，直接决定零件成型后的尺寸和几何形状精度，对以后的组对和焊接工序都有很大的影响。放样、画线包括展开、放样、画线、打标记等环节。筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准（式2-1）L=πD-ΔL=π（Di+S)-ΔL(式2-1）L—筒节展开长，mmD—筒节平均直径，mmDi—筒节内径，mmS—板厚，mmΔL—钢板伸长量，mm筒节的放样、划线工作一般靠人工进行，而压力容器的制造大多为单件小批生产，因些划线的劳动量大，速度慢。容器的划线又是十分重要的工作，一旦产生错误，将导致整个筒节报废。近年来，在划线工序的改进方面，已出现数控自动划线及电子照相划线。2.1.2下料1）剪切下料2）冲落下料3）火焰切割4）等离子切割火焰切割通常称为气割，它是利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的火焰流（通常称为预热火焰），将被切割的金属材料加热到其燃烧温度，然后喷射高速氧流（称为切割氧），使割缝处被加热到燃点的金属发生剧烈灼灼，并吹除掉燃烧后产生的氧化物，从而把金属分割开来。等离子切割原理众所周知，常温下的气体是不导电的，它是由中性的分子和原子所组成。如果设法提高气体分子和原子的能量，使原子外层电子具有足够能量，从原子中分离出来。这样，原来是中性的原子就变成了带负电的电子和带正电的离子，这个过程称为气体的电离。充分电离了的气体就是等离子气体，它是一种特殊的物质状态，现在物理学上把它列于固体、液体、气体之后，作为物质第四态。由于等离子体全部由正离子和电子组成，因而具有极高的导电能力，可以承受很大的电流密度，从而具有极高的温度，并有极好的导热性。等离子弧具有下特点：1）能量高度集中。由于等离子具有很高的导电性，可以通过极大的电流，具有极高的温度，故等离子的弧的能量是高度集中的。2）极大的温度梯度。由于等离子弧的横截面积很小，从温度最高的弧柱中心到温度较低的弧柱边缘，其温度的变化是很大的。3）具有很强的冲刷力。高能量的等离子弧由喷嘴的细孔中喷出，可达到极高的速度，因耐使之具有很强的机械冲刷力。4）等离子弧具有很大的调节范围。对等离子弧的喷射速度、冲击力、能量密度等均可进行调节，以得到“钢性弧”和柔性弧“，适应不同工作的要求。由于等离子弧具有上述特点，用来进行切割工作有具有其特殊优点，可用以切割各种火焰切割所不能切割的材料，如不锈钢、铝及其合金、铜及其合金能及其它特殊合金和各种非金属材料。而且切口狭窄，切缝边缘质量好，等离子弧切割已在我国获得比较广泛的应用。2.2成形成形的方法很多，主要讲述卷制成形2.2.2卷制成形卷制成形是单层卷焊式压力容器筒节制造的主要工艺手段。卷制成型是将钢板放在卷板机上进行滚卷成筒节，其优点为：成形连续，操作简便、快速、均匀。筒节的弯卷过程是钢板的弯曲塑性变形过程。在卷板过程中，钢板产生的塑性变形沿钢板厚度方向是变化的。其处圆周伸长、内圆周缩短，中间层保持不变。众所周知，变形率的大小直接影响到材料所产生的冷加工硬化现象。钢板越厚或卷成筒节直径越小，则钢板的变形率越大，其冷加工硬化现象也愈严重，在钢板内产生的内应力也就愈大。这样，就会严重地影响筒节的制造质量，甚至会产生裂纹，导致筒节的报废。为了保证筒节的制造质量，根据长期生产实践中积累的经验，一般冷太弯卷时，最缝外圆周伸长率应限制在下列范围内：对于碳素钢、16MnR外圆周伸长率≤3%；对于高强度低合金钢，外圆周伸长率≤2.5%板料经过多次不变形量的冷弯卷后，其各次伸长量的总和也不得超过上述允许佱，否则应进行消除冷卷变形影响的热处理，或采用热卷成型工艺。筒节卷制工作通常是在卷板机上进行的。常用的卷板机可分为三辊卷板机和四辊卷板机两类。用三辊卷板机卷制钢板如图所示。三辊卷板机的上辊是从动的，它可以上下辊之间来回移动，产生塑性变形，使整块钢板卷成圆筒形。但在钢板的两端各有一段无法弯卷的部分，通常称为平直段。平直段的长度卷板机结构有关，对于常用的对称三辊卷板机，平直段约为其下辊中心距的一半，（即图中a的一半）。因些，为了获得完整的圆筒形，在弯卷前，必须先将钢板的两端钢板的两端预制成所需弯曲半径的弧形，此项工作称为预弯。预弯工作可用各种压力机进行，也可利用预弯模在三辊卷板机上进行，如图所示，在两下辊的上面搁置一块由厚钢板制成的预弯模，将钢板的端部放入预弯模中，依靠上辊把它压弯成形。改变预弯模在下辊中位置以及钢板的伸入长度，便可获得不同的预弯半径，用这种方法进行预弯，也只能弯板厚12~14mm的钢板，否则只能在油压机上借助于预弯模进行板头的预弯，因而这类对称式三辊还很难适应卷制成形工艺的发展需要。近年来，在工业上开始应用一些可以直接进行预弯工作的三辊和四辊卷板机，以便于卷制工作的进行。这种卷板机的上辊是主动的，电动机通过减速箱带动上辊转动。下辊可上下移动，用于夹紧钢板，两侧可沿斜向升降，用于对钢板施加变形力，把钢板端头压紧在上下辊之间，然后利用侧辊的移动，使钢板端部产生了弯曲变形，达到所要求的曲率。两头可分别预卷而不需调头。2.3机械加工与坡口制备2.3.1焊接坡口加工压力容器承压壳体上的所有A、B类焊缝均为全焊透焊缝。都要进行无损检测。为保证焊缝质量，坡口的制备显得十分重要。坡口形式由焊接工艺确定，而坡口尺寸精度、表面粗糙度及清洁度取决于加工方法。筒体纵缝通常可采取刨边、铣边，车削加工、火焰切割等工艺手段来制备。壳壁开孔可采用气割、车削、镗、钻等方法。2.3.1.1刨边机加工坡口压力容器壳体焊缝坡口在下列情况下可选择刨边。1）允许冷卷成形的纵环缝、封头坯料拼接。2）不锈钢、有色金属及复合板的纵环缝3）坡口形式不允许用气割方法制备或坡口尺寸较确的，如U形坡口；窄间隙坡口。4）其他不适宜采用热切割方法制备的坡口，如低合金高强度材料等。采用刨边（可铣边）加工坡口的方式，在我国压力容器行业十分普遍。刨边机加工坡口与金属切削加工一样。刨边机长度一般为3~15m，加工厚度60~120mm.2.3.1.2立式车床加工坡口对于大型厚壁、合金钢容器，大多采用热卷，温卷成形，其环缝坡口则可在立式车床上加工完成，其优点是对各类坡口形式都适宜，钝边直径尺寸精度高。钝边加工直径容易控制。又能保证环缝装配组对准确。封头环缝及顶部中心开孔的坡口也可在立式车床上加工。2.3.1.3火焰切割方法制备坡口目前压力容器行业广泛应用的最为经济的手段是采用火焰切割方法制备坡口。切割坡口时，通常是将分离切割与坡口制备合并一步完成的。利用电子计算机对切割过程进行自动控制，使切割过程更便捷。目前国内的压力容器厂已广泛采用国产的或引进的数控火焰等离子切割机。数控切割机已替代了繁杂的人工划线、放样等工作，也替代了不太经济的刨边机制备坡口的工艺方式。切割过程可人工编程或计算机编程。可自动喷粉划线、自动点火、自动升降、自动穿孔、自动套料。切割全过程全部自动完成。筒体端面的切割、封头余量切割、筒体人孔等开孔切割、管子端口要害等工序，目前均已有相应的切割设备对其进行半自动切割。割出的坡口经打磨后即可进行组装、焊接。需要求特别指出的是，作为压力容器的焊接坡口，当材料为σb≥540MPa及Cr-Mo低合金钢，如采用火焰切割方法制备坡口时，应对坡口表面先进行打磨然后作磁粉或渗透检测。2.4装配2.4.1筒体装配筒节的制造过程中，至少有一条纵缝是在卷制后组焊的，同盱纵缝的组装没有积累误差，组装质量较易控制，但对于壁厚为20~45mm、直径为1000~6000mm的筒节，若弯卷过程控制不好，就会产生如下偏差筒节的板料预弯质量不佳还会造成纵缝棱角超差。这时靠组装过程来控制是无能为力的，而只能在筒节纵缝焊后校圆工序中予以修正。2.4.2壳体环缝的组装环焊缝的组装比纵焊缝困难。一方面由于制造误差，每个筒节和封头的圆周长度往往不同，即直径大小有偏差；另一方面，筒节和封头往往有一定的圆度误差。此外组装时还必须控制环缝的间隙，以满足容器最终的总体尺寸要求。可采用螺栓撑圆器、间隙调节器、筒式万能夹具等辅助工具有有关量具来矫正，对中、对齐。2.4.3人孔、接管、支座等零部件与壳体的组装2.4.3.1筒体划线在筒体总装、焊接、无损检测等工序完成后，作总体尺寸检验，并找出筒体两端的四条中心线，并核查是否等分，然后检查筒体两端中心线是否扭曲。检查步骤如下：1）将筒体放在滚轮架上，转动筒体，用吊垂线方法，使一端口的A心在最高位置。2）在另一端的A心上吊线，与端口交点C测