专利名称：爆炸法整体消除球罐的焊接应力的制作方法
技术领域：
本发明属于金属压力容器制造领域中整体消除容器组焊中产生的焊接应力和容器在成形时产生的应力。尤其是金属压力容器中的球形容器的整体焊接应力的消除。
目前国内外普遍采用的球罐(包括其他结构形式的金属压力容器，下面统称“压力容器”)焊接应力的消除方法有四种一种是炉内整体热处理法。即把压力容器放在热处理炉(室)内通过加热-保温-冷却过程而进行的消除应力的处理方法。这种方法其应力消除质量虽较为理想，但由于压力容器尺寸通常很大，建造很大的热处理炉(室)是很困难的，况且有许多压力容器一般是在现场组焊完成的，所以采用这种方法对于一般较大的压力容器的焊接应力的消除是不适用的。另外这种方法还存在着成本高、周期长、能源消耗大和金属表面氧化、合金烧损影响压力容器表面质量等问题。第二种方法是整体内加热法，即首先在压力容器外表面全部砌上保温层或加封耐高温的保温材料，然后在压力容器内加入燃料(例如石油液化气)进行燃烧加热，再通过保温、冷却尽而达到退火消除应力的目的。这种方法是目前国内外大型压力容器(特别是球罐)主要采用的一种消除焊接应力的方法。但是这种方法消除焊接应力的效果并不十分理想，一般只能消除70%左右。这是因为压力容器在加热冷却后会产生新的热应力。另外同上面介绍的第一种应力消除方法一样，此法同样存在着成本高(热处理费用通常为压力容器制造工程造价的15%左右)、周期长、压力容器内表面氧化和合金烧损等问题。特别是目前压力容器正逐渐地向大型化发展，这时应用此法消除压力容器的焊接应力将会越发困难。第三种方法是局部加热法。为了降低成本、缩短工期，人们又研究出局部加热法，即采用工频感应加热、或环形火焰加热，也有采用红外线热元件加热。即将宽于母材12倍以上的加热器，布满整个压力容器的焊缝处，进行加热退火处理，进而达到消除应力的目的。这种局部加热法虽比整体加热法经济、费用也少，但消除应力效果比整体加热方法要差。而且周期长，操作施工复杂，能源消耗大、金属表面氧化、合金烧损等问题仍没有得到解决。第四种方法是低温消除应力法。为了克服由于高温加热而造成的缺陷有人又推出了此法。这种方法纯属是利用机械力的作用，其原理与高温回火根本不同。这种方法是先将两个火焰喷炬连续地把焊缝两侧加热到180℃～230℃，形成两条加热带，使焊缝两侧的加热带与焊缝本身之间有一个温度差△t，然后在一定的距离上用喷水管喷出水冷却加热带，在压力容器上造成一个热应力场，这个应力场最终使焊缝受压应力，而母材加热带受拉应力，此应力场迭加在焊缝残余应力场上，能抵消部分焊接残余应力。此法虽蔽开了高温加热，但仍未能彻底脱开加热，而且在一个较大的压力容器上的所有焊缝通过火炬加热和水管喷水冷却得到一个准确合理的施加应力场绝非是一件容易办到的事。另外这种方法仍然存在着质量控制难、操作复杂、应力消除不彻底，成本和周期也未有明显的降低。根据焊接压力容器低应力脆性破坏事故分析，人们早已得出如下结论“由于压力容器在焊接时采用的是局部加热，焊缝金属冷却收缩时会引起很大的内应力，随着压力容器的壁厚增加。焊接残余应力的分布也更为复杂。正是这种不利的应力形成了低温度下产生低应力脆性破坏的主要原因之一。由于残余应力和外力、缺陷的迭加或是由于残余应力产生而加剧金属疲劳、应力腐蚀等问题而造成破裂，在金属压力容器破坏事故中占了很大的比重。(见上海市第一机电工业局科技组情报站编辑的《球罐》一书;上海科学技术出版社出版，化工设备设计全书编辑委员会编辑的《球形容器设计》一书)。能否有效地消除压力容器组焊时产生的应力是一种关系到国计民生的大事，对此国家部分布标准对压力容器必须进行焊后热处理的范围做了明确的规定(见JB/Z105-73钢制压力容器焊接规程第31条、第32条)许多工程技术人员及专家学者长期以来为了寻找一种消除应力效果好、经济、方便的方法，付出了艰辛的努力。
本发明的目的，是克服上述现有消除压力容器焊接应力技术的缺陷。提出一种操作施工简单，实用方便的消除压力容器焊接应力效果好的方法，即“爆炸法整体消除球罐(和其他结构形式的压力容器及管道)的焊接应力”。其特点1、整个应力消除过程不需要对压力容器焊缝或表面进行加热。在采用本技术消除应力后，压力容器表面不存在着氧化和合金烧损现象，故表面质量好。2、节省能源。本发明是利用炸药(TNT、R.D.X、混合炸药C-4等均可)爆炸时产生的能量作为能源，来完成压力容器的应力消除。由于炸药具有价格低廉、单位质量释放的能量大、引爆操作简单、且无需专用设备等特点。而这些特点却是一般燃料和电能所无法相比的。由此可大大降低成本。3、操作简单、周期短。本发明操作过程简单易行，所用的时间很短。将一定量的炸药放在注满水的压力容器的适当位置引爆，(完全可以在压力容器作水压实验时利用本技术完成焊接应力的消除)。而且利用本发明在消除应力时不需要在容器外表面加任何保温层，其过成操作十分简单和容易掌握。以球罐应力消除为例，其施工周期仅为目前普遍采用的内燃法施工周期的百分之一。4、消除焊接应力效果好。这是因为本发明不同于常规方法的应力消除。本发明是①、通过炸药爆炸时产生的波在压力容器壁内作有规律的传播，从而可以改善应力分布、降低应力峰值。②、一定质量的炸药在爆炸时会使压力容器发生弹性变形和微量的塑性变形这也可以使压力容器内部的焊接应力释放出去。③、由于炸药爆炸会使压力容器发生有规律的多次振动，这种机械震动也同样会有效地消除压力容器内部的应力。④、由于本发明是利用水这种不可压缩的良好传压介质将炸药爆炸时产生的能量高效(能量利用率可达50%以上)均匀地传递给压力容器，故利用本发明在消除应力时，压力容器受力各点一致，其应力消除质量是可信赖的。实验证明本发明优于现有任何一种技术。应力消除的质量好，而且不会带来负作用。⑤、本发明适用范围广。这就是说，本发明不但适用于结构形式上不同的压力容器(如球罐、柱形罐等)而且还可用于多种材质(如低碳钢、中碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢。以及大多数的有色金属如铝、铜、钛等)。因为这些金属材料在爆炸力的冲击下能表现出良好的塑性变形特征，即在爆炸冲击下，这些金属的塑性变形能力会有几倍乃至十几倍的提高。这一点是伍德(Wood)在爆炸胀形封头时发现的(见Wood，W.W.，“Fina l Report on sheet Metal Forming Technology”，Vol.L，ASD TDR 63-7-871，Ling-Temco-Vought Co.Under AF.33(657)-7314 July 1963)这对于采用爆炸法消除焊接应力在根本上提供了可靠的保证。这一点对于那些是由高强钢、不锈钢和钛合金等金属焊接成的压力容器焊接应力的消除尤为重要。⑥、减薄量、可以忽略不计。由于采用本发明消除应力时不会使金属表面产生氧化和合金烧损现象。同时由于爆炸药量是设计在只会使压力容器发生弹性变形和微量的塑性变形以下的，故利用本发明消除焊接应力时其减薄量小于千分之一。通常是完全可以忽略不计的，这对于压力容器在壁厚强度计算考虑附加壁厚C3值的大小时，可以完全忽略消除应力时对壁厚的影响。⑦、经济效益和社会效益好。由于本发明不但无需任何大型设备、所用能源成本低、施工周期短、而且操作简单易行，另外还节省了大量的人力、物力，这无疑会给用户、企业和社会都会带来可喜的效益。同时把炸药用于和平建设事业无疑更是一件令人心慰的事。当把本发明与本人的另一个有关爆炸法制球技术发明专利(专利公布号为88220048)结合使用时，将会给用户带来更好的经济效益。
附
图1是采用本发明实施对球罐焊接应力消除的示意图;附图2是采用本发明对柱型罐实施焊接应力消除的示意图。
例如本发明可以按如下过程实施。1、球形罐应力的消除(例如附图1)，把球型炸药(例如附图1中的[1])先固定在木架(例如附图1中的[4])，通过木塞支座(例如附图1中的[5])，放置在注满水(例如附图1中的[3])的球壳(例如附图中的[2])的几何中心处，然后引爆即可完成对球形罐的应力消除过程。2、柱形罐应力的消除(例如附图2)把线状炸药(例如附图2中的[1])通过木塞支座(例如附图2中的[5])，放置在注满水(例如附图2中的[3])的柱形罐(例如附图中的[2])的几何轴线上引爆即可完成对柱形罐应力消除过程。(注根据柱形罐结构特点还可以把炸药制作成环形或其它的形状，放置位置也将有所变化)。目前利用本发明已完成了包括φ4000mm直径的液氨球罐(三类压力容器)在内的十几个球壳和柱形罐的焊接应力消除工作，经过检测完全达到了国家部颁标准。显示出了可喜的经济效益和社会效益，这项技术已受到了许多有关专业厂家和用户的关注。
权利要求
1.在金属压力容器制造领域中利用“爆炸法整体消除球罐的焊接应力”。其特征在于，本发明是利用一定量的炸药作为能源，将其放在球壳的几何中心位置上引爆，通过水作为传压介质传递能量来完成对组焊后的球罐进行整体消除焊接应力的目的。
2.如权利要求书1所述，其特征还在于，本发明还适用多种结构形式(例如柱型罐)的金属压力容器及管道的整体组焊后焊接应力的消除。以及改善和消除球型罐、柱型罐等多种金属压力容器及管道在冷、热加工过程中造成的应力。此时炸药的放置位置将有所不同。
全文摘要
本发明涉及的是在金属压力容器制造领域中采用爆炸法整体消除球、柱型压力容器和管道组焊后产生的焊接应力，及其在成型时造成的应力。方法是以炸药做能源，根据容器、管道结构特点将炸药放在一定位置上引爆，由水将能量传递到容器、管道上，从而达到消除和改善应力的目的。以球罐应力消除为例，本发明生产成本仅为目前普遍采用的内燃法成本的千分之一、生产周期的百分之一。从采用本发明完成的产品来看，其质量和效益均是可喜的。
文档编号B23P25/00GK1051135SQ89107970
公开日1991年5月8日 申请日期1989年10月25日 优先权日1989年10月25日
发明者王南海, 张天许 申请人:王南海