发布时间：2021-01-29所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：通过分析压力容器的应力可以使人们对压力容器结构特点、制造工艺等方面要求进行更好的掌握，进而对应力分布方面的状态进行调整和改善，为压力容器承载安全性奠定坚实基础，增加其使用年限。本文对降低压力容器设计制造应力集中的措施进行分析，希望为
摘要：通过分析压力容器的应力可以使人们对压力容器结构特点、制造工艺等方面要求进行更好的掌握，进而对应力分布方面的状态进行调整和改善，为压力容器承载安全性奠定坚实基础，增加其使用年限。本文对降低压力容器设计制造应力集中的措施进行分析，希望为压力容器设计制作工作的开展提供一定参考，对压力容器安全性及可靠性进行提升，为化工石油等领域工作的开展奠定坚实基础。
关键词：降低;压力容器;设计制造;应力集中
1压力容器设计与制造的发展现状
1.1设计师由于多种因素而缺乏灵活性
作为压力容器设计和制造的主要执行者，设计和制造人员的专业水平会在一定程度上影响压力容器设计的质量。但是，由于许多因素，设计人员通常在设计过程中无法大展身手，这也影响了压力容器设计和制造活动的顺利进行。例如：在成本控制的影响下，压力容器的建造水平无法得到有效提高，因为设计人员只能在有限的成本范围内选择合适的建筑材料，此外，国家颁布了许多有关压力容器设计和制造的法律法规，为设计人员提供了更多的外部约束，导致设计人员在设计时使用的灵活性降低，所以就缺乏了灵活性，无法变通。
1.2压力容器材料选择的问题
压力容器的材料选择非常重要，要根据压力容器的用途，选择不同性质的材料。材料对于压力容器来说非常关键，不同的材料种类可以决定压力容器的使用方向，也可以控制压力容器的实际使用效果。所以必须选择高质量的压力容器材料，如果压力容器材料的质量不符合相关标准，压力容器的性能也会大大降低。选用好的材料也能够在一定程度上解决压力容器被腐蚀的问题，进一步优化压力容器的使用效果。
1.3热处理问题
热处理问题主要表现在两个方面：首先，没有严格的标准。如果不严格制定压力容器热处理的设计标准，则热处理过程太粗糙，会隐藏更多的隐患，并对后续生产工作产生不利影响。另外，在实际的设计过程中，必须保证热处理的完整性，这是达到理想设计和生产状态的唯一方法。如果无法保证这两点，那么就会大幅度降低压力容器的安全性和可靠性。
相关期刊推荐：《化工设计通讯》(双月刊)创刊于1975年，由湖南化学工业设计院主办。发行范围遍及全国各省、市、自治区化工主管部门、设计院、科研院(所)、化肥企业、化工企业、大专院校、图书馆及各信息部门。报道化工产品的设计、科研、生产、建设、技改等方面的新工艺、新材料、新产品、新设备、新技术。主要特色：以化肥及相关产品为主，兼顾无机化工、石油化工、医药及学术研究和工程设计项目信息报道等。
2设计、制造过程中降低压力容器应力集中的措施
降低压力容器设计制造中的应力集中问题进而确保其承压安全，本文从下述几个方面加以说明：
2.1设计过程中降低压力容器应力集中的措施
压力容器的结构设计要求均应有足够的韧性，需要充分考虑以下问题：结构应尽量简单，减少约束;避免产生过大的温度梯度;应尽量避免结构形状的突然变化，以减小局部高应力;接管端部磨成圆角，呈圆滑过渡;容器支撑需设置垫板，不能直接焊在壳体上。以下为实际设计工作中常采用的几种措施。
2.1.1从减小边缘应力出发，要尽量减小两连接件的刚度差
边缘应力是由于压力容器的几何形状的突变，结构的不连续，而引起弹性变形的不连续，当边缘两侧壳体的弹性变形相互约束必然产生边缘力和边缘弯矩，从而产生边缘应力。因而，在均匀载荷作用下，尽量减小两连续件的刚度差(元件的刚度和该元件的材料性能、曲率半径、器壁厚度三者相关)，则就能减小两连接件上的不连续应力。由于边缘应力具有局部性，压力容器的设计和制造中只作局部处理，改善边缘的结构，边缘区域局部加强;保证边缘焊缝质量;避免边缘区域附加局部载荷或应力集中。例如，直径和材料都相同的两圆筒相连，如两者的壁厚不同，必会由于在同一内压作用下自由变形的不协调而在两圆筒的一定范围内引起较大的边缘应力。为减小边缘应力，宜将较厚的圆筒在一定范围内做成削薄过渡，如图1所示。对厚件采用削薄过渡的措施还可以改善焊接条件从而提高焊接质量。又如，平封头和圆筒的选择，如采用图2(a)所示的结构，则不仅两连接之间在连接处的刚度差比较大而引起较大的边级应力，而且角焊缝的存在也影响焊接质量，所以我国现行标准就规定取图2(b)的结构，即在平盖上开一圆槽，这样不仅减小了两连接件在连接处的刚度差，改善了应力分布，而且将角焊缝改成了对接焊缝，改善了焊接条件而提高了焊接质量。
2.1.2倒圆、倒角设计
通过有元计算和应力实测可以发现，如果在物体有小空洞、缺口等情况，在受到外力的作用后，其附近的应力将会远大于其它部位的数值。人们将这种应力集中增大的情况称作应力集中。在压力容器中，要想使应力集中能够得到降低，在进行压力容器结构的设计时，应当采取有效措施，使不同类型的圆弧圆角半径得到合理的扩大，在尖锐的拐角处，可以进行倒圆或倒角设计，这一系列措施可以避免压力容器在应用过程中，因为多次承受外力作用而发生应力集中。例如，在压力容器接管处采取倒圆的方式进行设计，依据统计显示，这种设计方案可以降低应力集中30%。如果压力容器介质为易燃易爆物品，或者为承受交变荷载以及低温容器，在设计过程中，都应当采取合理的措施，尽量降低局部结构因为断裂，而导致的峰值应力，避免压力容器在应用过程中出现疲劳损坏或脆性损坏，针对以上类型的压力容器在焊缝余高方面的限制要比普通的容器更加严格，依据相关的设计规定，应当对接管端部进行打磨，使其成为圆角。在制造过程中，不应当使点焊或断开的连接呈裂缝，同时应当在支座处设置垫板，焊接过程中禁止直接焊接壳体，禁止敲打或刻画受力元件，避免有缺口效应的划痕出现。此外，在焊接之后，进行热处理过程中，可以软化淬硬区、降低氢含量、使组织形态发生改变，从而使压力容器的力学性能得到改善。
在设计压力容器过程中，多数情况都需要在硬度理论的基础上进行，对稳定性属小和弹性失效准确进行合理应用，在计算上则应对平板和薄膜理论进行合理应用。在分析上，从应力角度入手，通常应当对成型封头和回转壳体进行应用，应减少平盖封头和矩形容器使用，只有在低压、常压或者有工艺存在特殊要求时，才能对平封头的方式加以应用。如果从应力分布入手，对压力容器进行分析，封头预应力由差到好的排列顺序如下：平封头和紧缩口封头、蝶形封头、椭圆
形封头、半球型封头。如果在封头的设计主要考虑材料等因素，则最佳的封头方式为椭圆形封头。
2.2制造过程中降低压力容器应力集中的措施
前者分析了应力集中产生原因及其危害，从设计角度提出了几点降低应力集中措施，下面是压力容器制造方面降低应力集的几点措施”：容器焊接完成并检验合格后进行消除应力热处理，以便消除在组装及焊接过程中产生的应力集中;焊接过程中严格控制焊接线能量，通过以小电流多道焊来实现;不许强力组装与成型，不得在设备上刻打钢印及材料标记;焊接区域内，包括对接接头表面不得有裂纹、气孔和咬边等缺陷，不应有急剧的形状变化，呈圆滑过渡;壳体上开接管孔及打坡口时尽量使用开孔机，保证坡口表面光洁度，以便在焊接过程中焊接接头受热均匀减少焊接过程中应力集中;对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理，以提高材料表面的疲劳强度。
结束语
当前，在我国社会经济发展进步过程中，压力容器已经成为了一项重要的工具。因此，制造企业需要加强对压力容器制造质量的控制，对于压力容器在实际的制造过程所存在的不足，要进行有效解决，综合分析压力容器的功能和使用需要，不断提高压力容器的使用安全性，最终实现压力容器的有效应用。——论文作者：王长宏 王然
SCISSCIAHCI
