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压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施赵亚军

发表时间：2021/6/1 来源：《基层建设》2021年第2期作者：赵亚军赵晓杰

[导读] 摘要：现如今，压力容器在工业生产过程中使用的非常广泛，并且有着很好地应用效果。

        山东蓝天锅炉有限公司山东省临沂市 276027
        摘要：现如今，压力容器在工业生产过程中使用的非常广泛，并且有着很好地应用效果。但是需要注意的是，我国现有的压力容器设计以及制造技术还是存在着很多的问题，其中应力集中问题是重点问题之一。基于此，本文首先对压力容器的概念以及制造特性进行了分析，接着对降低应力集中的措施以及增强压力容器设计及制造质量的措施进行了分析，希望能够提供相关借鉴。
        关键词：压力容器；设计制造；降低；应力集中；措施
        引言
        我国的航天、化工和军事等领域都应用了压力容器，其中化工领域是应用压力容器最为广泛的行业。压力容器在安全性和封闭性方面有着很大优势，在化工生产中起着重要作用。随着科学技术的发展，市场上出现了越来越多的压力容器，但是这些压力容器在质量方面有着很大差别，之所以出现这种情况主要原因就在于没有严格控制制造质量。压力容器制造中经常会出现一些质量问题，只有有效解决了这些质量问题，才能确保压力容器质量能够满足实际需要。
        1.压力容器概念及制造特性
        压力容器是一种密闭性容器，能够承载因为盛装气体或液体而产生的巨大压力。根据承受压力的不同可以将压力容器分为中、高、低三种，压力容器比普通容器的种类更多，承受的内外部压力也更大，密封性和安全性都比较高，而且能够使用很长时间，后期维护检查也不需要复杂的操作。从检验角度对压力容器进行分类，可以分为外部、内外部和全面检测三类。
        1.1品种结构存在复杂性
        压力容器的应用范围十分广泛，化工、军事和航天领域都需要应用压力容器，而且不同应用领域对压力容器的要求也是不同的，针对这种情况，制造企业就要对压力容器品种进行丰富，从而可以满足不同领域的使用需求。为了更好地满足不同领域用户的实际需求，制造企业还需要对压力容器参数和产品结构进行复杂化，这样即使压力容器的类型相同，在参数和内部结构方面也会存在一定差异。
        1.2有着很高的安全要求
        压力容器一般都会应用在具有强烈腐蚀性的工作环境，或是高温、高压环境，而且压力容器盛装介质的毒性和腐蚀性也比较强烈，基于此，制造企业进行压力容器制作时就需要重点关注使用材料质量和制作质量，并严格检测容器安全性，确保容器在恶劣工作环境中保持安全。为此，从设计压力容器开始一直到制造完成都需要严格遵守相关标准和规范要求。另外，还要积极更新制造工艺、不断引进先进的制造技术和工艺，以此来增强压力容器安全性。同时还需要根据压力容器安全标准要求科学合理地选择制造材料和技术，避免因为盲目的应用新技术和材料而导致压力容器出现质量问题[1]。
        2.压力容器制造降低应力集中的方法
        2.1完善压力容器的结构设计要点
        压力容器的结构设计是降低应力集中现象出现的最主要的方法。根据应力集中现象发生的特点，在进行压力容器结构设计的过程中，首先应当根据压力容器的实际应用需求，选择合理的结构方案。一般情况下，压力容器的结构设计应当首先采用回转壳体和成型封头。此类结构一般采用一体化制造方法，不容易出现缺口等漏洞，从而减少了发生应力集中现象的问题。在部分情况下，压力容器需要进行多件结构的连接。为了避免在连接的过程中发生应力集中的现象，应当尽可能减少不同结构之间的刚度差。根据刚度差的影响因素分析，需要注意的主要包括结构的材料选用、曲率半径、厚度等。在进行压力容器设计的过程中，应当尽可能采用同一种材料进行结构制造，并尽可能保证连接部分的曲率半径等等保持一致。
        2.2改进压力容器制造工艺
        除了对压力容器的结构设计方案进行优化之外，还需要对其制造工艺进行必要的改进，以降低压力集中现象的发生。

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目前，焊接仍然是压力容器制造中不可或缺的一环，也是保证压力容器制造质量的重要因素。在焊接的过程中，如果不能够实现对余高等因素的控制，很容易导致压力容器的结构不合理，进而发生应力集中的现象。因此，在进行压力容器焊接的时候，需要根据现有的技术手段，严格控制余高等[2]。在完成焊接工作后，需要根据相关规定对压力容器的焊缝等进行打磨。同时，为了保证压力容器的使用质量，应当尽可能避免采用点焊等焊接方式进行压力容器的制造。
        3.压力容器设计及制造过程质量优化策略
        3.1对原材料质量进行严格把关
        制造和使用压力容器都对安全性有着很高要求，因此制造企业必须对原材料质量进行严格把关。进行原材料选型时主要存在以下几个问题：第一、没有对原材料化学成分进行严格把关，例如，有些企业在没有获得生产许可的情况下，就将低合金钢私下替换为了碳钢，使用碳钢虽然能够降低成本，而且在机械性能方面和低合金钢没有太大差距，但是焊接性和抗腐蚀性都比较低。大部分压力容器都需要承受很大的压力，因此选用材料的化学成分一定要达到标准，选择这样的材料制造压力容器才能在高温、高压和高腐蚀环境中不受损坏，能够保持正常运转[2]。第二、没有合理设计压力容器壁厚，有些企业为了提高压力容器安全性，就会对压力容器壁厚进行私自增加，这样不仅会浪费材料，还会增加制造成本，而且还会给焊接加工工作人员增加工作负担，例如，有些企业采用比较厚的材料制作膨胀节和波纹管，致使压力容器刚性和设计要求不相符，远远超出设计要求，从而导致压力容器使用中出现安全问题。基于此，进行原材料进货时，就要从化学成分、力学性能和供应商等方面做好质量检测工作，并按照设计要求进行原材料选用，防止由于原材料质量不合格而导致压力容器出现质量问题。
        3.2对技术流程进行规范，对变形程度进行减小
        对于压力容器经常出现的变形问题应从以下几个方面进行控制：首先，工作人员应严格按照程序进行操作，并实时监督作业中的各种情况，而且设计压力容器时，需要将生产中可能会发生的各种误差情况都考虑进去，如，热磨具需要对冷缩情况进行考虑，冷磨具则需要对热胀情况进行考虑，这样才能避免由于变形所导致的计算误差。很多时候加工压力容器都会遇到热加工程序，而热加工程序会造成巨大强制力的出现，当强制力和限度持平时就会出现内应力，从而导致压力容器出现变形和裂缝的概率增加。进行实际制造时一定要对产生的内应力采取有效方法进行消除，同时还要严格控制处理阶段的温度情况，为了对火焰温度进行隔绝，也为了更好地进行热处理，可以将挡火墙设置到炉壁火焰的喷嘴位置。如果压力容器没有足够的外壳厚度，为了稳定内部环境，就需要在符合实际加工情况的基础上采取相应措施加强内部厚度[3]。
        3.3控制无损检验
        导致无损检测问题的发生原因有的是因为检测人员没有深入理解现行法规和标准，而且相关知识掌握不扎实，还有是因为检测人员没有强烈的责任心，不知道出具检测报告的人员还需要承担责任，为了提高检测效率就会进行违规操作。针对这些情况，制造企业一方面需要通过培训的方式帮助检测人员了解相关法规标准，同时还可以利用激励措施来促使检测人员对自身检测和管理水平进行积极提升；另一方面，制造企业还要对管理工作进行强化，通过批评教育的方式对检测人员的不良行为进行约束，并借助惩戒措施来为检测质量提供保障。
        4.结束语
        压力容器的设计制造对其应用有着重要的影响。为了推动压力容器的应用发展，本文通过分析压力容器的设计制造现状，对其中的应力集中问题进行了研究。在此基础上，本文结合压力容器制造中应力集中问题的影响因素，对其结构设计要点与制造工艺改进方法进行了探讨。这些研究对压力容器的设计制造与应用有很好的帮助。
        参考文献
        [1] 林建 . 低温压力容器及低温低应力容器的设计 [J]. 化工设计通讯，2019（5）.
        [2] 余乐 . 压力容器设计中的问题与防范措施 [J]. 科学技术创新，2019（15）.
        [3] 唐艳芳 . 高温压力容器设计注意事项 [J]. 上海化工，2019（4）.