CN1083750A - 无模高能整体成型封头技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是金属容器制造中的无模高能整 体成型封头技术。本发明是直接在筒体两端各焊接 一个多面体，将炸药放置在筒体内，用水作传压介质， 水将炸药爆炸时产生的能量传递给筒体两端多面体 的金属板上，使其成型为不同形式的封头；依此方法 还可使异种材料复合与不同形式封头的成型同步完 成；此发明兼有消除封头和筒体焊接应力的作用。本 发明生产的各种封头生产成本仅为传统技术制造相 同封头的1/8，生产周期的1/20。

Description

本发明涉及的是金属容器制造领域中的无模高能整体成形封头技术。此发明尤其适合于制造异种材料复合与不同形式封头的成形同步完成各种形式的复合金属封头;此发明还兼有消除封头与筒体焊接应力和对容器整体进行校形的作用。

目前国内外制造封头的方法主要有三种：一种是有模压力加工封头技术，其过程是先将金属板下料成圆形板料，再根据所需要的封头形状和大小分别制造出上下模具，通过油压机和模具将圆形金属板料压制成封头。（见大庆石油学院出版的化工机械制造专业教材《压力容器制造工艺学》一书）。这种技术的缺点是：每制造一种形状或尺寸规格的封头就需要相应的一种形状、尺寸规格的模具，使封头的制造成本大大增加，场地面积占用大、生产周期长、能耗大;无论制造多大的封头均需要油压机设备，当所制造的封头较厚时，还需要先将金属板加热，这就需要增加加热设备;对于大尺寸封头接板后，在油压机上进行压制时还会造成接板焊缝处产生微裂纹;通过这种技术生产出的封头通常还需要进行热处理，所以热处理设备也是必须的;由于受到油压机加工能力和模具制造难度大的限制，不可能采用这种方法生产出较大尺寸的封头，对于大型封头（如直径在三米以上的封头）通常情况下只能采取分片压制整体组装焊接的方法，这样做不但整个工艺难度大、封头制造周期加长，而且一种尺寸、形状的封头通常需要两套以上的模具，封头的制造成本进一步增加。特别是利用这种技术生产出的封头在变形量较大（如半球封头和椭圆形封头）的折边处金属板料会有较大的减薄，封头的深度越大这样情况就越明显。第二种方法是旋压法制造封头技术，其过程是先将金属板下料成圆形板料，然后在旋压机上通过压鼓、卷边等过程加工出封头。（见大庆石油学院出版的化工机械制造专业教材《压力容器制造工艺学》一书）。这种技术的缺点是：无论生产多大的封头均需要价格昂贵的旋压机设备，其设备占地面积大，生产成本、生产周期和能源消耗比第一种有模压力加工封头技术均没有明显下降，特别是当所生产的封头较厚时，要先将金属板加热，这就同样需要加热设备;对于大尺寸封头接板后，旋压机的强力旋压还会造成接板焊封处产生微裂纹;通过这种技术生产出的封头通常情况下根据需要还要求进行热处理，所以热处理设备也是必要的;由于这种制造封头技术是直接利用金属旋压头对金属板料进行接触式强力旋压，所以生产出的封头表面磨损严重，会形成许多环带状伤痕，特别利用这种技术生产出的封头（如半球封头和椭圆形封头）在变形量大的折边处金属板会有较大的减薄，封头的深度越大这样情况就越明显;由于受到旋压机加工能力的限制，不可能采用这种方法生产出较大尺寸的封头;根据有关资料介绍当前国内还不能生产大型旋压机，而目前国内进口的旋压机旋压出的封头最大直径不超过五米，封头壁厚不超过三十毫米;另外利用该技术生产出的封头外形尺寸不严格也是该技术的致命弱点。第三种方法是有模爆炸成形封头技术，其过程是先将金属板下料成圆形板料，再根据所需要的封头大小形状和要求分别制造出上下模具，再将圆形金属板料固定在上下模具之间，通过真空泵将金属板料和下模具之间空间的空气抽空，将炸药固定在上模具的一定位置处，然后用大吨位起吊设备将模具和金属板料整体一同吊起放入专用爆炸水井内，利用水作为传压介质，通过炸药爆炸时产生的能量使金属板料贴靠在下模使金属板胀形为封头。一个封头的生产通常要经过这样的过程重复多次才能得到尺寸准确的封头。（见郑哲敏、杨振声编写、国防工业出版社出版的《爆炸加工》一书）。这种技术的缺点是：必须使用专用模具、抽真空设备、爆炸水井和大吨位的起吊设备;当所生产的封头尺寸或形状发生变化时，就要另外重新制造一种规格的模具;另外当封头的尺寸大出金属板宽时还需要接板，而拼接后的金属板在爆炸加工过程中会在焊缝处经常产生微裂纹，这种技术还要求爆炸成形前的金属板料与模具的质量比不小于1∶20，否则爆炸成形时模具会被炸裂，这就是说如果生产一个重量为两吨的封头，其模具重量不得少于四十吨，这就给生产较大封头造成很大的困难，甚至是利用该技术生产大尺寸封头都是不可能的了，其原因就在于制造大尺寸、大吨位模具往往是十分困难的;封头的生产成本增加，场地占用增大、生产周期长。以上三种制造封头的技术还具有一个共同的缺点就是生产封头过程和封头与筒体连接过程均是分步进行的，即先将封头生产出来，再将封头与筒体对接，这样做不但生产周期长而且筒体与封头对接时往往会产生错边量超差，质量难以保证等问题。常用的半球封头、椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和锥形封头中的半球封头、椭圆形封头和锥形封头的制造，无论采用上述的哪一种制造封头技术其生产难度都是很大的，其原因是这三种封头的变形拉深量过大，采用整板料变形会造成很多质量问题，而采用多块板料经压制后再拼接的工艺技术复杂难度又大，这就使受力好、节省材料的半球封头很难广泛的推广。而对于更具优越性的复合材料封头的生产目前还未见有资料介绍能将材料复合与封头成形在筒体对接之前一次完成的报导。

本发明的目的是：克服上述现有制造封头技术的缺点，提出一种新的“无模高能整体成形封头技术”。其特征是：首先将不同材质的金属材料下料成一定尺寸和形状的板料，并将其在卷板机上卷制成圆柱体和锥台体（或者全部为锥台体），将其组焊成与封头外形曲线相同的内接多面壳体，将该多面壳体与同体对接为一体，例如附图3;再将一定参数的炸药分点放置在整个金属容器壳体内规定的位置上，例如附图3中的（6）、（8）;通过水[例如附图3中的（4）]将炸药爆炸时产生能量的主要部分传递给筒体两端与封头外形曲线相同的内接多面壳体的金属板上，[例如附图3中的（2）、（3）、（9）、（10）]完成半球封头的无模整体成形。例如附图1。必要时应在筒体两端截头锥与筒体连接处放置一加强圈，[例如附图3中的（11）]。如果改变筒体两端封头外形曲线和曲线的内接多面壳体金属板料的下料尺寸、形状以及炸药参数，通过无模爆炸成形还可以制造出椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和锥形封头。当将筒体两端封头外形曲线的内接多面壳体金属板料的下料为多种不同材质，并分层将其组焊成与封头外形曲线相同的内接多面壳体，经过无模高能成形后即可得到多层异种材料复合封头。[例如附图1]。本发明从根本上解决了无模整体成形封头和无模整体成形复合封头中的多个关键技术。其主要特点是：（1）.不需要大型油压机、旋压机、模具、压力泵和真空泵即可生产任意直径和任意壁厚的单材质半球封头、椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和锥形封头等多种封头;（2）.不需要大型油压机、旋压机、模具、压力泵和真空泵即可生产多种金属材料之间的任意组合复合（铝、铜、低合金钢、碳钢、不锈钢和钛等金属之间任意组合复合均可以完成）、多层数、任意壁厚和任意封头直径的异种材料复合与各种类型封头无模高能成形同步完成的复合材料封头;（3）.材料复合与封头成形时金属性能不受影响，金属材料的塑性指标没有明显损耗;（4）.焊缝相对少，复合与成形过成还可以消除焊接应力，改善封头和筒体的焊缝受力情况，同时还有对整体容器进行校形的作用;（5）.封头成形后壁厚减薄量小;（6）.由于用水作传压介质，所以成形后的封头或复合成形后的封头表面质量好;（7）.成形和复合成形过成快，封头生产周期短，仅为传统制造技术生产相同封头或复合材料封头生产周期的二十分之一;（8）.本发明是先将成形前的与封头外形曲线相同的内接多面壳体与筒体对接，然后再进行成形、材料复合、消除应力和校形等过程，这样使封头与筒体对接尺寸容易控制，整个工艺过程简单易行。（9）.利用廉价的炸药作为能源，节省了其他能源，使生产成本进一步降低;（10）.由于不使用大型油压机、旋压机、模具、压力泵和真空泵，而使施工占地面积大大减少、人员减少、流动资金减少，生产成本大大降低。采用本发明生产的封头，其制造成本仅为传统技术制造相同封头或复合材料封头的八分之一;（11）.生产过程所需设备简单，一般中小型压力容器制造厂和金属结构厂均具备生产条件，并适合现场施工和安装。

本发明可以按以下过程实现：①.将不同材质的金属板料经计算分别下料，并卷制成一节圆柱体所需的矩形板料和若干块卷制成锥台体的扇形料（根据需要也可以将金属板全部下料成若干块卷制成锥台体所需的扇形板料），而后根据设计结构的要求先将一种材质卷制好的金属板组焊成与封头外形曲线相同的内接多面壳体，再将第二种、第三种……，材质的金属依次组焊在上一层的与封头外形曲线相同的内接多面金属壳体上，从壳体的里层或外层进行组焊均可以。首先得到一个由异种材料分层组成的多层与封头外形曲线相同的内接多面金属壳体，例如附图3中的（1）、（2）、（9）;②.然后用两个金属圆板分别组焊在壳体两端，例如附图3中的（3）、（10）;③.在筒体中间开一一定尺寸规格的圆孔，例如附图3中的（2），通常情况下该孔为人孔，筒体金属板材料的组成种类、层数和顺序应与筒体两端的金属壳体材料组成的种类、层数和顺序相同;③.在筒体人孔表面加焊一块加强工艺板，例如附图3中的（13）;④.从上孔将水把壳体灌满，作为传压介质，例如附图3中的（4）;⑤.把经过严格计算后的一定参数的炸药，例如附图3中的（6）、（8），通过炸药架，例如附图3中的（5），定位于壳体内;⑥.经过电线例如附图3中的（7），给雷管通电使其爆炸，雷管爆炸引爆炸药，由此产生异种材料之间复合与封头的无模整体成形所需要的能量。经过消除成形前整体筒体焊接应力、异种材料复合、封头的整体无模成形和校形等过程最终得到异种材料复合封头的容器。对于单层一种材质金属的无模高能整体成形封头的技术，只需在上述的多层异种材质金属复合与无模高能整体成形封头的技术实施过程中减少多层异种金属叠加组焊一道工序即可，其他工序相同。经过多台各种尺寸规格和多层异种材料复合与无模高能整体成形封头同步完成和单层一种材质金属的无模高能整体成形封头的生产，证明了该技术的可行性和先进性。所生产出的一、二、三类各种封头经国家劳动部有关门检验完全达到了GB150-89和GB12337-90等相应的国家标准和部颁标准，创造了可喜的经济效益与社会效益。

附图1是多层异种材质金属复合与无模高能整体成形封头同步完成后的容器。附图2是单层一种材质金属的无模高能整体成形封头后的容器。附图3为本发明技术实施过程中的说明图。

Claims (5)

1、应用于金属容器制造领域中的无模高能整体成形封头技术。其特征在于：本发明是直接在筒体两端各焊接一个半球形封头曲线内接多面体，将一定参数的炸药放置在筒体内规定的几何位置上，利用水作为传压介质，水将炸药爆炸时产生的能量转递给筒体两端半球形封头曲线内接多面体的金属板上，使筒体两端封头外形曲线内接多面体的金属板账形为半球形封头。

2、如权力1所述，其特征还在于：当改变筒体两端封头曲线形状和内接多面体金属板的下料尺寸和形状，并改变炸药参数和放置位置，经无模高能成形后还可以得到椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和锥形封头。

3、如权利1和2所述的筒体两端封头曲线形状的内接多面体，其特征还在于：筒体两端封头曲线的内接多面体可以是由不同的金属材料分层焊接成的异味种材料多层多面体结构，经无模高能成形后还可以得到异种材料复合成的半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和锥形封头。

4、如权利1、权利2和权利3所述的筒体内的炸药参数，其特征还在于：当改变炸药的药形、药位、药量和炸药的分步点等参数，通过炸药爆炸时能量的大小变化和能量波形式的变化，分别可以达到消除整体容器的焊接应力、使筒体两端封头外形曲线内接多面体账形为与筒体两端封头外形曲线相同的各种封头、封头的异种材料复合和封头的校形。

5、如权利1、权利2和权利3所述筒体两端成形的各类封头，其特征还在于：筒体与筒体两端焊接的封头曲线内接多面体之间，应根据成形的不同形式封头的需要，适当加置一个工艺环，以防止炸药爆炸时筒体本身的变形和带折边的封头成形时折边的产生，并完全达到相应的国家标准。

Images