专利名称：双层球形容器的整体胀形制造方法
技术领域：
本发明涉及一种双层球形容器的制造方法。
目前，双层球形容器制造成形比较困难，国内外尚无采用整体成形制造双层球形容器的先例，国内外均采用先成形球形瓣片后组焊成双层球形容器的方法，主要采用热压法或冷压成形法将板料压制成球形瓣片及封头，然后将它们依次组装焊接或用包扎机包扎成双层球形容器，见参考材料1、北京金属结构厂，通用机械研究所，双层半球形封头的试制和研究，化工与通用机械，1974(5-6)PP1-3;2、Б.О.Белорусец，Изготовление сферических изотермических резервуаров для хранения криогенных продуктов，Химическое инефтяное Мащиностронение，No.7(1984);3、陈登丰，全双层结构高压容器，化工与通用机械，1978，PP61-65;4、通用所，《国外低温容器焊接》，1975.9，有关经济安全的400巴压力液氧与液氢贮罐设计的一些问题。
热压法或冷压成形法制造双层球形容器，就是利用大型压力机和成套模具，将下料后的板料压制成不同尺寸的球壳板，然后将它们按一定顺序规律组焊或包扎在一起，形成双层球形容器。此方法的缺点是需要大型压力机和成套的昂贵模具，热压法还需要对毛坯进行加热，劳动强度大，需要加热设备，而且压制后的球壳板表面质量差，减薄量大;冷压法需要的压机吨位大，球壳板回弹量高，难以控制。这种方法要求下料精度高，难以保证组装精度，球壳焊接残余应力高，生产周期长，造价高，不利于小批量多变产品和大直径双层球壳的制造。
此前，曾有人提出了单层球形容器的整体液压成形法，该方法采用封闭平板多面壳体，采用无内模也无外模的液压膨胀工艺，多面壳体最终成形为足球式单层球形容器，参见资料王仲仁，球形容器成形新技术，中国专利No.85106571。
本发明的目的是提出整体胀形制造双层球形容器的方法。本发明使双层球形容器在工业上广泛应用成为可能，其造价可大大降低。1)用本发明方法可制造工业及民用防腐球形容器，内层用不锈钢或铝合金衬里，外层用用低碳钢，因而可以节省贵重金属，降低造价;2)本发明方法可制造双层球形容器，有利于采取绝热防寒、保冷措施;3)本发明方法可制造双层球形容器，安全性好，容易避免灾难性破裂，爆破时没有碎片飞出;4)本发明可制造双层厚壁球罐，以代替单层厚壁球罐。
本发明的要点在于先将板材割成一定形状的板料毛坯，然后依次设计结构按从内到外的顺序将板料毛坯组装焊接成双层封闭壳体，该壳体的结构可以是平板类多面壳体，也可以是经预卷的单曲率壳体，内外层壳体间保持一定设计间隙，该间隙大于或等于内层壳体的焊缝加强高，对于胀后仍保持间隙的双层球罐，仙外层壳体在内外板面角点处点焊固定。成形过程中首先将内层壳体内部充满液体或气体的传力介质，并对内层壳体按三段式间歇加载法(附图3)充液加压，使内层壳体在内压载荷及外层壳体束缚作用下发生塑性趋球胀形面成为内层球壳;对于胀后需要紧密贴合的双层球壳，外层壳体钻小孔(直径2～5mm)六～十个，以利成形过程中释放夹层气体，外层壳体的变形是依靠内层壳体的外胀刚性接触压力及摩擦束缚作用，胀形逐渐由球板面中心向边缘扩散，边缘附近首先发生塑性变形，并逐渐发生塑性趋球胀形，最后整个外层壳体随内层壳体的趋球变形而成为双层球壳，对于胀后仍需保持间隙的双层球壳，其内外层夹层间需首先充入一定液体或气体及柔性固体介质传递内层壳体引起的法向压力并对内层及夹层交替加载，在此压力作用下，外层壳体发生塑性胀形面成为球形的外层壳体。
由以上过程可以看出，双层壳体在胀球过程中，其内壳体是有外层靠模的，并且此靠模也有一定变形并有最终形状尺寸，内层壳体的变形受内压力和外层壳体共同作用而成形的，并非自由胀形;外层壳体的摩擦对内层的变形、壁厚分布和焊接缺陷(如裂纹)的扩展有重要影响和束缚作用;外层壳体的变形并非均匀内压胀形而是依靠内层壳体的外胀刚性接触力作用及刚性接触区逐渐扩大而使外层壳体逐渐发生塑性趋球变形并扩大的情况下而完成其塑性趋球胀形的;因此在加载过程中必须根据内外层壳体的变形特点合理施加内压，按照内外层壳体无接触、部分接触和完全接触三个阶段按不同加载曲线加载，并且加载过程中应有保压时间，即采用间歇式加载法(如图3所示)。对于胀后有间隙之双层球壳，在第三阶段就采取内壳、夹层交替进行加压，内层加压时夹封闭，夹层加压时内层封闭。
本发明的主要工序如下1、备料。选择检验合格的板料金属，要求壁厚差小，无夹层，然后按设计尺寸在剪床上或用气割枪，或采用其他方法将平面金属板料切割成一定形状的毛坯;对单曲壳体所用毛坯还需要预卷、预弯，然后将毛坯打磨坡口。
2、组装焊接。采用从内到外的先后次序首先将毛坯板料组焊成封闭内层壳体，并进行内外侧焊;然后依次组焊外侧壳体点焊固定，并保持均匀的间隙。壳体的焊接要符合国家标准GB150-89。最后，要在封闭双层壳体上焊制充液管，放气阀等装置。
3、一次检验。用探伤仪器对所有焊缝进行探伤检验。发现焊缺陷要及时补焊并重复检验。
4、充压胀形。成形前首先在封闭壳体内部及夹层间充入传力介质，然后按设计要求和前述加载原理，用三段间歇加载法对壳体充液加压使之发生塑性趋球变形得到一双层壳体。
5、二次检验。根据国家规定，对成形后的双层球形容器要进行探伤检验和几何精度检验，检验后方能出厂应用。
本发明是对双层球形容器成形制造方法的变革，这种方法改革了传统方法先压制球瓣然后组装焊接的工序，而采用了先组焊壳体后液压成形，是一种整体成形方法。
本发明的传力介质可以是油、水、压缩空气或其它柔性物质，加压方法可采用充液、充气或其他高能率成形加压法。
本发明的双层壳体可以是封闭多面壳体(各面为平板)，可以是经预卷焊制的单曲率双层壳体。
应用本工艺可制造直径200mm至28m的双层球形容器，产品的造价可降低30-50%，可用于制造化工制酸、制碱、尿素和合成氨及食品，制酒行业的防腐容器，可制造大型低温储罐，如液氧、液氮、液氢低温储罐。本工艺有很大的推广价值，值得研究开发。
本发明的优点如下1、不需要大型压力机和专用设备，不需要加热炉，初投资少。
2、不需要成套模具。
3、备料简单，划线容易，组焊方便，下料精度和组焊精度容易保证。
4、制造周期短，造价低。
5、由于充压加载时使焊接残余应力降低，有利于提高产品质量，可免去水压超载处理。
图1是双层球形容器整体成形加载系统图。图中1单向阀、2管路、3压力表、4卸压阀、5精密压力表、6双层封闭壳体、7放气阀。
图2为双层球形容器示意图。
图3为三段间歇式加载曲线。
实施例直径1350mm双层球形容器，1991年1月试制成功，内外壳体材料分别为日本低碳钢板JIS G3131 SPEC和国产低碳钢板BY3F，壁厚均为3mm，胀前壳体为四带棱台组合壳体，胀前夹层间隙为8mm，胀后为桔瓣式双层球形容器，紧密贴合无间隙，胀形压力P1＝3.2MPa，P2＝4.8MPa和P3＝5.6MPa。
权利要求
1.一种球形容器的制造方法，其步骤是先将金属板材焊制成一个封闭的多面壳体，在壳体内施加压力，在无外壁约束和内压力作用的情况下使多面壳体发生趋球塑性变形而最终成形为球形容器，本发明的特征在于按如下步骤制造双层球形容器。a.先将金属板材按由里至外的顺序焊制成双层封闭壳体，内外层壳体间保留一定间隙，该间隙应大于或等于内层壳体的焊缝加强高；b.在内层壳体内部充满液体或气体，在外层壳体钻小孔6-10个，孔径2-5毫米；c.对内层壳体按三段间歇式加压；d.内层壳体在内压和外层靠模的束缚作用下发生塑性变形，在内层壳体变形过程中，外层壳体在内层壳体的外胀刚性接触压力和无外壁约束的情况下亦发生塑性趋球变形；e.成形为内外紧密贴合的双层球壳。
2.权利要求1所述双层球形容器的制造方法，其特征在于成形后的内外球壳之间需保留一定间隙时，夹层间充以液体或气体，还可以是柔性固体介质，在加压过程中应对内层和夹层交替加载，内层加压时夹层封闭，夹层加压时内层封闭。
全文摘要
本发明涉及双层球形容器的制造方法，适用于制造防腐、绝热、保冷及保温和厚壁高压双层球形容器。本发明是首先将平面板料预先组焊成封闭的非球形双层壳体，然后对壳体内部(及夹层)按一定方式和规律充液压加压，最终得到贴合或有间隙的双层球形容器。本工艺方法不需要模具和大型压力机，工序简单，成本降低，组装精度高，残余应力小，适用于厂内和现场施工。
文档编号B21D26/02GK1065610SQ91102339
公开日1992年10月28日 申请日期1991年4月10日 优先权日1991年4月10日
发明者王仲仁, 张士宏 申请人:哈尔滨工业大学