[其他]球形压力容器成形方法

说明书

本发明是一种制造球形压力容器的一种方法，属于压力容器制造的技术领域。

压力容器制做成球形结构，在理论有两个明显的优点。第一，在相同的内压力作用下，直径和板厚相同的球瓣膜应力仅为园柱形容器的周向膜应力的一半。第二，在板材面积相同的情况下，球罐的容积大于一般其它形体的容器。

目前，球形容器的制做工艺一般是先将球形容器划分成许多球瓣。然后根据球瓣的尺寸下料，下料后进行冲压加工，使每块毛坯成形为球瓣的形状，再进行整体焊接。但是，采用这种目前世界上通用的制造工艺，存在着许多难以克服的缺点，主要表现在以下几个方面：

1、下料工序复杂，因为球瓣的毛坯展开尺寸很难精确计算，而且由于弹性形变，成形后的精度难以控制。

2、用于冲压加工球瓣的模具费用昂贵。

3、在整体焊接装配过程中对冲压件尺寸精度要求很高，因此一般的冲压加工难以满足，并且会在装配中产生装配应力。

4、由于焊缝的冷却收缩，导致球体的几何变形。采用一般方法无法进行校正。

5、由于坡口间隙大，器壁约束强，从而会产生较大的残余应力。为减少残余应力需要专门的后续处理。

在现有技术中，利用加压胀形的原理，配合模具的使用，可以使工件形成与模一致的形状。例如日本专利JP55-54223A，是在一外部设有模具的密闭腔体内通过液体加压、使工件的主体部分直径伸展胀大，形成与模一致的形状。美国专利US-4513598，是在一外设模具的管状工件内通过加压使工件的某一部位伸展胀大，从而形成与模一致的形状，上述现有技术的共同特征之一是在成形工件的外部设置模具，采用模具成形工件是压力加工工艺中的常用方法，而模具制造不仅难度大，费用高，对于一些大型工件的模具，有时是无法加工制造的例如对于直径在5米以上的大型球形容器，是无法制造一次成形的模具的。

本发明的目的在于利用相同板材包容空间中球形体积最大的原理，采用加压胀形的方法来成形球形容器。在加压成形过程中，不需在外部设置模具，从而为成形球形容器提供了一种经济、有效、实用的方法。

本发明的要点在于，将板材坯予先焊接成一个球内接多面壳体，该多面壳体的各个面不需予先压成球瓣状，然后用液体充满内腔，排气后用泵打压以实现成形也可用气体或其它物质加压成形。这种方法的实质是在密闭的球内接多面壳体容器中加压，使之产生一定量的塑性变形，从而形成一个球形容器。

图1是球形压力容器充液或充气加压胀形初始阶段的示意图，图中〔1〕为溢流阀，2为管路，3为泵，4为球内接多面壳体。

在加压成形过程中，不需要在外部设模具但对板材的原始厚度均匀性要加以控制，成形过程中所需压力P不断增加，最大压力的数值随球形容器的直径d与板厚t的比值d/t的增大而减少。随材料的强度极限σ^b增大而增大，当d/t＞150时。所需压力P≤0.02σ_b。例如，当σ_b＝50Kg/mm²＝5000Kg/Cm²时，最大压力P≤100Kg/CM²。

本发明适于制造工作压力小于50Kg/CM²，容器的直径与板厚的比值d/t大于100的球形或近球形容器，其直径不受限制。例如可以成形直径为15米或30米以上的球形容器。直径小于上述值的球形容器也可以用此法生产。

采用本发明提出的方法制做大型球形压力容器，与原有的球形压力容器制造方法相比，具有明显的优点。主要有以下几个方面：

1、下料工序简单，下料后的毛坯尺寸可以严格控制。

2、装配简单，在安装时，由于相邻面的边均为直边，十分容易吻合，使得装配精度大大提高。

3、不需采用冲压加工，从而可节省大量设备和模具费用。对于品种多变及特大球形压力容器的制造，其优越性就更加突出。

4、由于加压胀形过程的压力一般高于工作压力1-2倍，因此不需要再进行专门的压力试验。

5、与原有拼装方式相比，对于直径大于5米左右的球罐其焊缝的总长度减少一半左右，这不仅使焊接工作量大为减少，而且，压力容器的工作可靠性也大大提高。

6、由于在焊接成形后进行加压胀形，故可减少残余应力，因而可省略专门的消除残余应力的处理工序。

7、采用本方法制造大型球形压力容器，不需任何专门设备，制造周期大大缩短，具有明显的经济效益。