CN111531058A - 一种基于深拉成型简单压力容器制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于深拉成型简单压力容器制造方法，通过本发明的制造方法，公称容积小于0.5立方米的容器，避免了卷圆筒、纵向焊接圆筒、环向焊连圆筒和封头，只需将封头环向焊在一起便可成为一个简单压力容器，将原本简单压力容器制造所需的三道焊缝变为一道焊缝。而公称容积大于0.5立方米的容器，根据容积只需要增加一个筒节，筒体和封头的环焊远离封头过渡区。降低了企业的制造成本，提高了生产效率，实现了简单压力容器设计制造的轻型化。

Description

一种基于深拉成型简单压力容器制造方法
技术领域
本发明涉及简单压力容器的设计技术领域，尤其涉及一种基于深拉成型简单压力容器制造方法。
背景技术
按照NB/T47052《简单压力容器》规定，简单压力容器必须满足：设计压力小于或者等于1.6MPa；设计温度大于或者等于-20℃，最高工作温度小于或者等于150℃；容积小于或者等于1.0m3；工作压力与容积的乘积小于或者等于1.0MPa·m3；介质为空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、医用蒸馏水蒸发而成的水蒸汽或上述气(汽)体的混和气体；允许介质中含有不足以改变介质特性的油等其他成分，但其闪点或燃点均应高于容器的最高工作温度30℃以上，且不影响与材料的相容性。
简单压力容器一般用于批量生产。盛装介质无毒性，压力、容积等参数不高，结构简单，使用寿命长，广泛应用于化工、冶金、电子电力、医药及包装等领域。TSG21《固定式压力容器安全技术监察规程》和NB/T47052《简单压力容器》规定了简单压力容器壁厚设计分为计算方法设计和试验方法设计。计算方法设计是：压力容器受压元件的壁厚按照GB150.3《压力容器》相应的章节规则设计；试验方法设计是：容器的筒体、凸形封头、平盖等主要的受拉元件保证强度要求的壁厚采用容器实物样品进行爆破实验来确定。
深拉是拉伸技术当中的一种。拉伸是利用模具使平板毛坯变成空心零件的方法。用拉伸工艺可以制得桶形、阶梯型、球形、锥形、抛物形等旋转体零件，也可以制成盒型和其他不规则形状的非旋转体零件。板料深拉成型有两种最基本的失效类型：起皱和破裂。在深拉过程中利用压边圈进行压边，以产生合适的摩擦力，增加板料中的拉力，控制材料的流动防止起皱。
目前，国内简单压力容器的壁厚设计一般采用计算方法设计。欧盟EN13831《供水设备用带内置横膈膜的封闭式膨胀容器》标准中，大多数膨胀容器也属于简单压力容器范畴。
其与传统的压力容器设计、制造方法有根本性的不同：壁厚设计采用试验方法设计，制造采用深拉技术。因此，应用深拉技术是实现简单压力容器的设计制造轻型化、降低成本，增强企业竞争能力一个好方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种降低企业制造成本，实现简单压力容器设计制造的轻型化的基于深拉成型简单压力容器制造方法。
为达到上述目的，本发明提出一种基于深拉成型简单压力容器制造方法，包括以下步骤：
步骤1：通过拉伸试验，获得压力容器材料在环境温度下的材料性能；
步骤2：应用CAE方法计算封头深拉过程，制定深拉成型工艺方案；
步骤3：将毛坯在液压机上深拉成型封头；
步骤4：去除压边，保留合适高度的筒体部分；
步骤5：容器成型；
对于公称容积小于0.5立方米的容器，将两深拉封头采用缩口插入式装配或者高频自动焊接；
对于公称容积大于0.5立方米的容器，将筒节和深拉封头采用缩口插入式装配或者高频自动焊接；合理选择焊材，保证对接焊接头的抗拉强度不低于母材标准规定的下限值；容器施焊前，受压元件焊缝、与受压元件相焊接的焊缝、熔入永久焊缝内的定位焊缝、受压母材的补焊，以及上述焊缝的返修焊缝按照NB/T47014进行焊接工艺评定或具有经过评定合格的焊接工艺规程(WPS)支持；保存焊接工艺报告、焊接工艺规程、施焊记录及焊工标识。
步骤6：其他部件的加工焊接；
步骤7：对焊缝进行无损检测；
步骤8：对成型压力容器进行耐压试验；
步骤9：对成型压力容器进行爆破试验。
优选的，在步骤1中，所述材料性能包括应力应变曲线、抗拉强度、屈服强度和断后延伸率。
优选的，在步骤2中，经计算制定不同类型深拉成型封头的深拉工艺参数，包括模具尺寸、毛坯厚度、毛坯圆板直径、压边力和深拉位移，保证深拉成型封头外观、厚度和强度满足设计要求。
优选的，在步骤3中，采用水刀或者其他切割方式将钢板加工成合适尺寸的毛坯圆板，将毛坯圆板放置在液压机上，且毛坯板两表面均匀涂适量的拉伸油或覆盖薄膜，以减少拉伸过程的摩擦力；调节液压机压边力进行深拉；深拉一次成型后的结构为封头和筒体一体结构。
优选的，在步骤4中，由于靠近压边的直边段部分，此处材料刚刚脱模，应力集中大且表面质量差，将深拉成型的封头切除压边和部分筒体。
优选的，在步骤6中，加工焊接简单压力容器其他的部件，包括支座、垫板和各种接管。
优选的，在步骤7中，在非批量生产时，对焊缝进行无损检测，如有不允许的缺陷，应该在缺陷清除干净后进行补焊，并对该部位采用原检测方法重新检测。
优选的，在步骤8中，制造完成后的简单压力容器进行耐压试验，试验方法和合格要求按照TSG21或NB/T47052的规定进行。
优选的，在步骤9中，用于批量生产的目的，对按本方法设计、制造完成后的简单压力容器，按批抽样进行爆破试验，试验方法和合格要求按照TSG21或NB/T47052的规定进行。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明提出了简单压力容器深拉成型的制造方法。该方法适用于采用碳钢制造的简单压力容器，采用本方法制造的简单压力容器，其功能和目前现有的压力容器基本一致，可用来储运空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、医用蒸馏水蒸发而成的水蒸气或上述气体的混合气体，应用十分广泛。
通过本发明的制造方法，公称容积小于0.5立方米的容器，避免了卷圆筒、纵向焊接圆筒、环向焊连圆筒和封头，只需将封头环向焊在一起便可成为一个简单压力容器，将原本简单压力容器制造所需的三道焊缝变为一道焊缝。而公称容积大于0.5立方米的容器，根据容积只需要增加一个筒节，筒体和封头的环焊远离封头过渡区。降低了企业的制造成本，提高了生产效率，实现了简单压力容器设计制造的轻型化。
附图说明
图1为深拉成型封头示意图；
图2为储气罐深拉成型过程中液压机的压边力。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
以某公称容积为0.4m3的储气罐为例，采用本发明叙述的方法进行深拉容器设计制造。该储气罐为简单压力容器，设计参数如表1所示。
表1储气罐设计参数表
设计温度T<sub>d</sub> 100℃ 设计压力P<sub>d</sub> 1MPa
工作介质 空气/水 容器外直径D<sub>O</sub> 740mm
全容积 0.4m<sup>3</sup> 焊接接头系数 1
腐蚀余量 0.5mm 材料 Q235B
步骤如下：
步骤1对碳钢Q235B材料进行常温下的拉伸力学性能测试，试验参考标准为GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，试样轴线垂直于板材轧制方向，试验过程采用准静态速率，最终输出材料的应力应变曲线、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率。
步骤2：应用CAE方法计算封头深拉过程，制定深拉成型工艺方案。得出深拉深度590mm；封头形状为椭圆形封头，深拉模具的关键尺寸如表2所示；液压机深拉时压边力分三段，横坐标是冲头运动位移，纵坐标是压边力大小，压边力大小如图2所示。
表2储气罐深拉工艺参数
Figure BDA0002484932510000051
步骤3：在液压机上深拉成型封头，拉伸后如图1a所示；
采用水刀或则其他切割方式将圆板毛坯加工成合适的尺寸，将毛坯放置液压机上，且毛坯板两表面均匀涂适量的拉伸油，减少摩擦，增加金属的流动性。调节液压机压边力进行深拉。
步骤4：去除压边，保留合适高度的筒体部分，如图1a-1b所示；
由于在直边段部分，此处材料刚刚脱模，应力集中大且表面质量差，所以切除压边和部分筒体，保证封头顶部到直筒切口高度为560mm。
步骤5：封头对接环焊，如图1c所示；
将两深拉封头采用缩口插入式装配或者高频自动焊接；合理选择焊材，保证对接焊接头的抗拉强度不低于母材标准规定的下限值；容器施焊前，受压元件焊缝、与受压元件相焊接的焊缝、熔入永久焊缝内的定位焊缝、受压母材的补焊，以及上述焊缝的返修焊缝应当按照NB/T47014进行焊接工艺评定或具有经过评定合格的焊接工艺规程(WPS)支持；保存焊接工艺报告、焊接工艺规程、施焊记录及焊工标识。
步骤6：其他部件的加工焊接a深拉后b切除压边c环焊:
加工焊接储气罐其他的部件，包括支座、垫板、接管等。
步骤7：对焊缝进行无损检测；
深拉成型简单压力容器经过形状尺寸及外观检查合格后，进行无损检测，如有不允许的缺陷，应该在缺陷清除干净后进行补焊，并对该部位采用原检测方法重新检查。
步骤8：耐压试验
制造完成后的储气罐进行水压试验。试验的步骤和合格要求按照NB/T47052的规定进行。
步骤9：爆破试验
对于批量生产的目的，对制造完成后的储气罐，还应当抽样进行爆破试验。爆破试验的步骤和合格要求按照TSG21或NB/T47052的规定进行。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过拉伸试验，获得压力容器材料在环境温度下的材料性能；
步骤2：应用CAE方法计算封头深拉过程，制定深拉成型工艺方案；
步骤3：将毛坯在液压机上深拉成型封头；
步骤4：去除压边，保留合适高度的筒体部分；
步骤5：容器成型；
对于公称容积小于0.5立方米的容器，将两深拉封头采用缩口插入式装配或者高频自动焊接；
对于公称容积大于0.5立方米的容器，将筒节和深拉封头采用缩口插入式装配或者高频自动焊接；合理选择焊材，保证对接焊接头的抗拉强度不低于母材标准规定的下限值；容器施焊前，受压元件焊缝、与受压元件相焊接的焊缝、熔入永久焊缝内的定位焊缝、受压母材的补焊，以及上述焊缝的返修焊缝按照NB/T47014进行焊接工艺评定或具有经过评定合格的焊接工艺规程(WPS)支持；保存焊接工艺报告、焊接工艺规程、施焊记录及焊工标识。
步骤6：其他部件的加工焊接；
步骤7：对焊缝进行无损检测；
步骤8：对成型压力容器进行耐压试验；
步骤9：对成型压力容器进行爆破试验。
2.根据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤1中，所述材料性能包括应力应变曲线、抗拉强度、屈服强度和断后延伸率。
3.根据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤2中，经计算制定不同类型深拉成型封头的深拉工艺参数，包括模具尺寸、毛坯厚度、毛坯圆板直径、压边力和深拉位移，保证深拉成型封头外观、厚度和强度满足设计要求。
4.据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤3中，采用水刀或者其他切割方式将钢板加工成合适尺寸的毛坯圆板，将毛坯圆板放置在液压机上，且毛坯板两表面均匀涂适量的拉伸油或覆盖薄膜，以减少拉伸过程的摩擦力；调节液压机压边力进行深拉；深拉一次成型后的结构为封头和筒体一体结构。
5.根据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤4中，由于靠近压边的直边段部分，此处材料刚刚脱模，应力集中大且表面质量差，将深拉成型的封头切除压边和部分筒体。
6.根据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤6中，加工焊接简单压力容器其他的部件，包括支座、垫板和各种接管。
7.根据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤7中，在非批量生产时，对焊缝进行无损检测，如有不允许的缺陷，应该在缺陷清除干净后进行补焊，并对该部位采用原检测方法重新检测。
8.根据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤8中，制造完成后的简单压力容器进行耐压试验，试验方法和合格要求按照TSG21或NB/T47052的规定进行。
9.根据权利要求1所述的基于深拉成型简单压力容器制造方法，其特征在于，在步骤9中，用于批量生产的目的，对按本方法设计、制造完成后的简单压力容器，按批抽样进行爆破试验，试验方法和合格要求按照TSG21或NB/T47052的规定进行。
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