CN111519072A - 一种压力容器的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力容器的制作工艺，包括以下步骤：S1、制备铝合金熔液：将铝合金原材料加热熔融至液态，得到液态铝合金熔液；S2、注模及脱模：将步骤S1得到的液态铝合金熔液注入耐高温的压力容器模具中，并在压力容器模具进行冷却后，将成型的压力容器模胚从压力容器模具中脱离；S3、切割及打磨；S5、磨削；S6、深冷处理：S7、低温回火；S8、加盖及密封。本发明通过一体成型和涂覆合理配比的Al粉体、Ti粉体、铜粉体制备的防护涂层，又极大地增加了压力容器的硬度、耐磨性以及安全性，不仅减少了传统压力容器焊接处或受腐蚀处易漏气、易发生炸罐的风险，从而提高了压力容器的使用寿命，同时提高了其在恶劣化境下的工作能力。

Description

一种压力容器的制作工艺
技术领域
本发明涉及压力容器技术领域，尤其涉及一种压力容器的制作工艺。
背景技术
压力容器在当代各种工业生产和高科技部门得到广泛应用，尤其各种大型、高温、深冷、高压、耐腐蚀等特殊贵重压力容器装备，如大型尿素合成塔、石油加氢反应器、全不锈钢液氢压力容器、核堆压力壳及各种超大型压力贮罐等，更是化工、能源及高科技等工业技术部门的关键设备。
焊接技术主要指代同一种或不同种类的材质借助高温或高价实现永久性结合的方式，在压力容器的设计、生产过程中都会运用到这项技术。在进行压力容器制造时，其40%的工序是通过焊接来完成的。由于各种用途，压力容器的厚度也各有不同，在进行较厚的压力容器制造时，焊接技术使用的次数会更加频繁，焊接技术在压力容器中的使用占据了压力容器制造工序的一半以上。同时，由于焊接技术在使用时会被诸多因素所影响，导致在进行压力容器制造时会直接地影响到其质量以及成品设备的实际效用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种压力容器的制作工艺。
一种压力容器的制作工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金熔液：将铝合金原材料加热熔融至液态，得到液态铝合金熔液；
S2、注模及脱模：将步骤S1得到的液态铝合金熔液注入耐高温的压力容器模具中，并在压力容器模具进行冷却后，将成型的压力容器模胚从压力容器模具中脱离；
S3、切割及打磨：将压力容器模胚进行边角料的切割，以及对压力容器模胚的内外表面进行打磨处理；
S4、激光熔覆：将涂层材料熔覆在打磨处理好的压力容器模胚的内外表面，形成厚度1～1.5mm的激光熔覆层；
S5、磨削：采用砂轮对激光熔覆后的压力容器模胚的内外表面的激光熔覆层进行磨削处理；
S6、深冷处理：将磨削完成的压力容器模胚放入液氮中进行深冷处理，然后回升至室温；
S7、低温回火：将步骤S6深冷处理后的带有内外防护涂层的压力容器模胚放入低温回火炉中进行回火处理，然后冷却至室温，得到压力容器筒体；
S8、加盖及密封：将加工成型的盖体与步骤S7得到的压力容器筒体通过转销进行转动连接，并在盖体的开口处内嵌密封圈，得到压力容器。
优选的，步骤S1中，所述铝合金原材料，包括以下按重量百分比计各元素：Gd；0.04％，Zn：3％，Sb：0.11％，Mg：0.8％，Cu：0.8％，B：0.05％，Cr：0.02％，Ti：0.2％，Zr：0.16％，Er：0.2％，Si：0.02％，Mn：0.12％，其他金属及非金属的杂质杂质：总量不超过0.25％，余量为Al。
优选的，步骤S1中，具体步骤包括：将原料Gd、Zn、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Si以及Al在熔炼炉中熔融至740～760℃，然后加入B、Cr、Sb、Cu，继续升温至820～850℃，待合金元素全部熔融后，进行除气除渣，然后静置至740～760℃时，得到液态铝合金熔液。
优选的，步骤S2中，压力容器模具采用水冷淬火的方式进行冷却，所述水冷淬火的时间为3～5min，步骤S4中，所述激光熔覆的激光功率为1500～2000W，光斑直径为2～4mm，扫描速度为200～600mm/min。
优选的，步骤S5中，所述磨削的方式为顺磨，砂轮速度15～20m/s，工件转速10～15m/s；磨削深度：0.01～0.03mm，步骤S6中，所述深冷处理工序时，液氮的温度为-150～-188℃，降温的速度0.3～0.5℃/min，保温8～10h后，以0.8～1.2℃/min回升至室温，步骤S7中，回火温度为150～220℃，回火时间1～3h后，以0.4～0.6℃/min冷却至室温。
优选的，所述涂层材料，包括以下重量份的原料：Al粉体22～38%，Ti粉体40～56%，铜粉体6～12%，各组分之和为100%，且所述Al粉体粒度为60～70μm、Ti粉体的粒度为55～70μm、Cu粉体的粒度为45～65μm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过向铝合金中加入复合添加微量的Gd、Zr及Yb等微合金化元素(Yb既可以提高铝合金的强度又可以提高其断裂韧性)进行改性，使得改性后的铝合金材料制作的压力容器具有低成本、高强度以及优良的冲击韧性等优点，同时通过一体成型代替传统焊接技术和涂覆合理配比的Al粉体、Ti粉体、铜粉体制备的防护涂层，又极大地增加了压力容器的硬度、耐磨性以及安全性，不仅减少了传统压力容器焊接处或受腐蚀处易漏气、易发生炸罐的风险，从而提高了压力容器的使用寿命，同时提高了其在恶劣化境下的工作能力，本发明制作的压力容器的可承载压力为15～17MPa，抗压性能优异。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种压力容器的制作工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金熔液：将原料Gd、Zn、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Si以及Al在熔炼炉中熔融至740℃，然后加入B、Cr、Sb、Cu，继续升温至830℃，待合金元素全部熔融后，进行除气除渣，然后静置至740℃时，得到液态铝合金熔液，其中，铝合金原材料包括以下按重量百分比计各元素：Gd；0.04％，Zn：3％，Sb：0.11％，Mg：0.8％，Cu：0.8％，B：0.05％，Cr：0.02％，Ti：0.2％，Zr：0.16％，Er：0.2％，Si：0.02％，Mn：0.12％，其他金属及非金属的杂质杂质：总量不超过0.25％，余量为Al；
S2、注模及脱模：将步骤S1得到的液态铝合金熔液注入耐高温的压力容器模具中，并在压力容器模具采用水冷淬火的方式进行冷却后，水冷淬火的时间为3min，然后将成型的压力容器模胚从压力容器模具中脱离；
S3、切割及打磨：将压力容器模胚进行边角料的切割，以及对压力容器模胚的内外表面进行打磨处理；
S4、激光熔覆：将涂层材料熔覆在步骤S3打磨处理好的压力容器模胚的内外表面，形成厚度1.2mm的激光熔覆层，其中，激光熔覆的激光功率为2000W，光斑直径为3mm，扫描速度为400mm/min；
S5、磨削：采用砂轮对激光熔覆后的压力容器模胚的内外表面的激光熔覆层进行磨削处理；其中，磨削的方式为顺磨，砂轮速度：15m/s，工件转速：15m/s；磨削深度：0.03mm；
S6、深冷处理：将步骤S5磨削完成的压力容器模胚放入液氮中进行深冷处理，其中，液氮的温度为-188℃，降温的速度0.4℃/min，保温8h后，以1.0℃/min回升至室温；
S7、低温回火：将步骤S6深冷处理后的带有内外防护涂层的压力容器模胚放入低温回火炉中进行回火处理，回火温度为180℃，回火时间1h后，以0.6℃/min冷却至室温，得到压力容器筒体；
S8、加盖及密封：将加工成型的盖体与步骤S7得到的压力容器筒体通过转销进行转动连接，并在盖体的开口处内嵌密封圈，得到压力容器P1。
实施例2
一种压力容器的制作工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金熔液：将原料Gd、Zn、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Si以及Al在熔炼炉中熔融至750℃，然后加入B、Cr、Sb、Cu，继续升温至820℃，待合金元素全部熔融后，进行除气除渣，然后静置至760℃时，得到液态铝合金熔液，其中，铝合金原材料包括以下按重量百分比计各元素：Gd；0.04％，Zn：3％，Sb：0.11％，Mg：0.8％，Cu：0.8％，B：0.05％，Cr：0.02％，Ti：0.2％，Zr：0.16％，Er：0.2％，Si：0.02％，Mn：0.12％，其他金属及非金属的杂质杂质：总量不超过0.25％，余量为Al；
S2、注模及脱模：将步骤S1得到的液态铝合金熔液注入耐高温的压力容器模具中，并在压力容器模具采用水冷淬火的方式进行冷却后，水冷淬火的时间为5min，然后将成型的压力容器模胚从压力容器模具中脱离；
S3、切割及打磨：将压力容器模胚进行边角料的切割，以及对压力容器模胚的内外表面进行打磨处理；
S4、激光熔覆：将涂层材料熔覆在步骤S3打磨处理好的压力容器模胚的内外表面，形成厚度1mm的激光熔覆层，其中，激光熔覆的激光功率为1500W，光斑直径为4mm，扫描速度为600mm/min；
S5、磨削：采用砂轮对激光熔覆后的压力容器模胚的内外表面的激光熔覆层进行磨削处理；其中，磨削的方式为顺磨，砂轮速度：20m/s，工件转速：10m/s；磨削深度：0.02mm；
S6、深冷处理：将步骤S5磨削完成的压力容器模胚放入液氮中进行深冷处理，其中，液氮的温度为-170℃，降温的速度0.3℃/min，保温8h后，以0.8℃/min回升至室温；
S7、低温回火：将步骤S6深冷处理后的带有内外防护涂层的压力容器模胚放入低温回火炉中进行回火处理，回火温度为200℃，回火时间1h后，以0.5℃/min冷却至室温，得到压力容器筒体；
S8、加盖及密封：将加工成型的盖体与步骤S7得到的压力容器筒体通过转销进行转动连接，并在盖体的开口处内嵌密封圈，得到压力容器P2。
实施例3
一种压力容器的制作工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金熔液：将原料Gd、Zn、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Si以及Al在熔炼炉中熔融至760℃，然后加入B、Cr、Sb、Cu，继续升温至820℃，待合金元素全部熔融后，进行除气除渣，然后静置至760℃时，得到液态铝合金熔液，其中，铝合金原材料包括以下按重量百分比计各元素：Gd；0.04％，Zn：3％，Sb：0.11％，Mg：0.8％，Cu：0.8％，B：0.05％，Cr：0.02％，Ti：0.2％，Zr：0.16％，Er：0.2％，Si：0.02％，Mn：0.12％，其他金属及非金属的杂质杂质：总量不超过0.25％，余量为Al；
S2、注模及脱模：将步骤S1得到的液态铝合金熔液注入耐高温的压力容器模具中，并在压力容器模具采用水冷淬火的方式进行冷却后，水冷淬火的时间为4min，然后将成型的压力容器模胚从压力容器模具中脱离；
S3、切割及打磨：将压力容器模胚进行边角料的切割，以及对压力容器模胚的内外表面进行打磨处理；
S4、激光熔覆：将涂层材料熔覆在步骤S3打磨处理好的压力容器模胚的内外表面，形成厚度1.2mm的激光熔覆层，其中，激光熔覆的激光功率为1800W，光斑直径为3mm，扫描速度为300mm/min；
S5、磨削：采用砂轮对激光熔覆后的压力容器模胚的内外表面的激光熔覆层进行磨削处理；其中，磨削的方式为顺磨，砂轮速度15m/s，工件转速15m/s；磨削深度：0.01mm；
S6、深冷处理：将步骤S5磨削完成的压力容器模胚放入液氮中进行深冷处理，其中，液氮的温度为-150℃，降温的速度0.4℃/min，保温8h后，以1.2℃/min回升至室温；
S7、低温回火：将步骤S6深冷处理后的带有内外防护涂层的压力容器模胚放入低温回火炉中进行回火处理，回火温度为220℃，回火时间1h后，以0.4℃/min冷却至室温，得到压力容器筒体；
S8、加盖及密封：将加工成型的盖体与步骤S7得到的压力容器筒体通过转销进行转动连接，并在盖体的开口处内嵌密封圈，得到压力容器P3。
实施例4
一种压力容器的制作工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金熔液：将原料Gd、Zn、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Si以及Al在熔炼炉中熔融至750℃，然后加入B、Cr、Sb、Cu，继续升温至840℃，待合金元素全部熔融后，进行除气除渣，然后静置至750℃时，得到液态铝合金熔液，其中，铝合金原材料包括以下按重量百分比计各元素：Gd；0.04％，Zn：3％，Sb：0.11％，Mg：0.8％，Cu：0.8％，B：0.05％，Cr：0.02％，Ti：0.2％，Zr：0.16％，Er：0.2％，Si：0.02％，Mn：0.12％，其他金属及非金属的杂质杂质：总量不超过0.25％，余量为Al；
S2、注模及脱模：将步骤S1得到的液态铝合金熔液注入耐高温的压力容器模具中，并在压力容器模具采用水冷淬火的方式进行冷却后，水冷淬火的时间为4min，然后将成型的压力容器模胚从压力容器模具中脱离；
S3、切割及打磨：将压力容器模胚进行边角料的切割，以及对压力容器模胚的内外表面进行打磨处理；
S4、激光熔覆：将涂层材料熔覆在步骤S3打磨处理好的压力容器模胚的内外表面，形成厚度1.2mm的激光熔覆层，其中，激光熔覆的激光功率为1800W，光斑直径为3mm，扫描速度为500mm/min；
S5、磨削：采用砂轮对激光熔覆后的压力容器模胚的内外表面的激光熔覆层进行磨削处理；其中，磨削的方式为顺磨，砂轮速度18m/s，工件转速12m/s；磨削深度：0.02mm；
S6、深冷处理：将步骤S5磨削完成的压力容器模胚放入液氮中进行深冷处理，其中，液氮的温度为-168℃，降温的速度0.5℃/min，保温8h后，以1.2℃/min回升至室温；
S7、低温回火：将步骤S6深冷处理后的带有内外防护涂层的压力容器模胚放入低温回火炉中进行回火处理，回火温度为180～℃，回火时间1h后，以0.5℃/min冷却至室温，得到压力容器筒体；
S8、加盖及密封：将加工成型的盖体与步骤S7得到的压力容器筒体通过转销进行转动连接，并在盖体的开口处内嵌密封圈，得到压力容器P4，。
压力试验表征
对实施例1-4制备的成品压力容器内分别注入压力为15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa的空气进行抗压测试，根据实施例1-4，分别制得样品P1、P2、P3、P4各5件，分别于安全室内进行罐体抗压极限测试，以罐体爆炸或漏气时的罐体内压力值为测试结果，试验结果如下表1(每种样品取平均值，单位为MPa)。
表1
样品P1 样品P2 样品P3 样品P4
极限值 16.25 16.73 16.32 17.09
由表1结果可知，与普通焊接的压力容器相比，本发明实施例中制作的样品P1、样品P2、样品P3、样品P4的抗压极限值高，抗压性能优异。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种压力容器的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备铝合金熔液：将铝合金原材料加热熔融至液态，得到液态铝合金熔液；
S2、注模及脱模：将步骤S1得到的液态铝合金熔液注入耐高温的压力容器模具中，并在压力容器模具进行冷却后，将成型的压力容器模胚从压力容器模具中脱离；
S3、切割及打磨：将压力容器模胚进行边角料的切割，以及对压力容器模胚的内外表面进行打磨处理；
S4、激光熔覆：将涂层材料熔覆在步骤S3打磨处理好的压力容器模胚的内外表面，形成厚度1～1.5mm的激光熔覆层；
S5、磨削：采用砂轮对激光熔覆后的压力容器模胚的内外表面的激光熔覆层进行磨削处理；
S6、深冷处理：将步骤S5磨削完成的压力容器模胚放入液氮中进行深冷处理，然后回升至室温；
S7、低温回火：将步骤S6深冷处理后的带有内外防护涂层的压力容器模胚放入低温回火炉中进行回火处理，然后冷却至室温，得到压力容器筒体；
S8、加盖及密封：将加工成型的盖体与步骤S7得到的压力容器筒体通过转销进行转动连接，并在盖体的开口处内嵌密封圈，得到压力容器。
2.根据权利要求1所述的一种压力容器的制作工艺，其特征在于，步骤S1中，所述铝合金原材料包括以下按重量百分比计各元素：Gd；0.04％，Zn：3％，Sb：0.11％，Mg：0.8％，Cu：0.8％，B：0.05％，Cr：0.02％，Ti：0.2％，Zr：0.16％，Er：0.2％，Si：0.02％，Mn：0.12％，其他金属及非金属的杂质杂质：总量不超过0.25％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种压力容器的制作工艺，其特征在于，步骤S1中，具体步骤包括：将原料Gd、Zn、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Si以及Al在熔炼炉中熔融至740～760℃，然后加入B、Cr、Sb、Cu，继续升温至820～850℃，待合金元素全部熔融后，进行除气除渣，然后静置至740～760℃时，得到液态铝合金熔液。
4.根据权利要求1所述的一种压力容器的制作工艺，其特征在于，步骤S2中，压力容器模具采用水冷淬火的方式进行冷却，所述水冷淬火的时间为3～5min，步骤S4中，所述激光熔覆的激光功率为1500～2000W，光斑直径为2～4mm，扫描速度为200～600mm/min。
5.根据权利要求1所述的一种压力容器的制作工艺，其特征在于，步骤S5中，所述磨削的方式为顺磨，砂轮速度15～20m/s，工件转速10～15m/s；磨削深度：0.01～0.03mm，步骤S6中，所述深冷处理工序时，液氮的温度为-150～-188℃，降温的速度0.3～0.5℃/min，保温8～10h后，以0.8～1.2℃/min回升至室温，步骤S7中，回火温度为150～220℃，回火时间1～3h后，以0.4～0.6℃/min冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的一种压力容器的制作工艺，其特征在于，所述涂层材料，包括以下重量份的原料：Al粉体22～38%，Ti粉体40～56%，铜粉体6%～12%，各组分之和为100%，且Al粉体粒度为60～70μm、Ti粉体的粒度为55～70μm、Cu粉体的粒度为45～65μm。
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