一种承受内压圆筒的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种承受内压圆筒的制造方法。
【背景技术】
[0002] 承受内压力的圆柱形筒体即被简称为内压圆筒，它是工程上普遍使用的一种结 构，它是构成压力容器的最主要部分。压力容器是一种在炼油、化工、轻工、食品、制药、冶 金、海洋、航天等领域中普遍使用的一类设备。承受内压的圆筒的主要作用是提供工艺所需 的承压空间，配合其它不同的部件、不同的介质及不同的操作状态在内部空间中分别达到 储存、传热、传质、混合、分离、反应等目的。由于工业生产过程中压力容器的内压圆筒经常 会承受巨大压力，内部所装介质也可能是高温、有毒、易爆等高危介质，一旦筒体破裂将造 成非常严重的后果，所以国家对压力容器的内压筒体在设计计算、制造检验等各个方面都 有严格的要求。
[0003] 目前国内内压圆筒壁厚的制造方法主要为以下步骤：
[0004] 1.通过以下公式计算板材厚度δ，并向上圆整对计算结果取整数。
[0005] 基于材料的理想弹塑性模型而建立的数值计算公式：
[0007] 其中，Pc为计算压力MPa，Di为圆筒内直径mm，[ σ ]t为设计温度下圆筒材料的许 用应力MPa，Φ为焊接接头系数；
[0008] 2.用板材卷筒并焊接。
[0009] 3.对焊缝进行探伤，一般20%抽样探伤即可。
[0010] 4.按行业标准中的相关规定进行耐压试验。一般保压时间为30分钟。
[0011] 该方法虽然在一定程度能够满足内压圆筒的设计要求而被普遍采用，但由于此方 法已有几十年的历史，且当初材料种类、材料数据较少。随着技术进步、材料种类多样化及 材料数据积累以后，目前压力容器用钢的应力-应变关系大多已不再符合理想弹塑性模型 的规律，再按此方法计算内压圆筒壁厚有时显得特别保守，造成材料的巨大浪费。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种能有效节约材料，降低制造成本，适用范围大的承受 内压圆筒的制造方法。此方法是基于材料力学模型中的双线性强化模型而建立的。
[0013] 本发明的制造方法包括如下步骤：
[0014] (1)计算相关系数：
[0016] 其中Pc为计算压力MPa，σ s为屈服应力MPa，E i为应变强化段斜率，亦称拟合弹 性模量MPa，E为弹性段斜率，亦称弹性模量MPa，A、B为无量纲系数，
[0017] (2)通过如下公式计算板材厚度δ，并向上圆整对计算结果取整数：
[0019] 式中Di为内压圆筒的内直径mm，δ为内压圆筒壁厚mm ;
[0020] (3)根据计算结果，用板材卷筒并焊接；
[0021] (4)对焊缝进行100 %探伤；
[0022] (5)对设备进行保压强化。按L 25-1. 5倍Pc的压力对设备进行保压强化，保压时 长不少于2小时也不宜超过6小时；
[0023] (6)按下式计算应变率并验证应变率范围ε < 5%为合格，其余范围为废 品：
[0025] 式中ε为应变率％，1^'为圆筒保压强化后的外径周长mm，L为圆筒保压强化前的 外径周长mm。
[0026] 本发明的有益效果在于：
[0027] 1.本发明提供的计算方法是基于材料力学中的双线性应变强化模型而建立，它是 完全区别于基于理想弹塑性模型而建立的数值计算法。此方法能够充分考虑材料屈服后的 应变强化特性，可有效的利用材料的塑性承载能力。
[0028] 2.对焊缝进行100%探伤，更有效的保证了焊接质量。
[0029] 3.本发明在保压强化过程中使圆筒发生少量塑性变形从而提高材料的承压能力， 且同时把应变控制在5%以下，保证设备后期也有足够的塑性储备。
[0030] 4.在相同条件下本方法比传统方法的板材下料厚度要小的多，可有效节约材料， 降低制造成本。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
[0032] 实施例1
[0033] 本实施例的步骤如下：
[0034] L计算系数：
[0036] 其中Pc为计算压力并等于l.OMPa，σ s为屈服应力并等于205MPa，E1为应 变强化段斜率，亦称拟合弹性模量并等于1826. 2MPa，E1为弹性段斜率，亦称弹性模量 I. 95xl05MPa( σ 为奥氏体不锈钢S30408板材的材料参数，可查询GB24511-2009《承 压设备用不锈钢钢板及钢带》或进行拉伸试验得到），计算得到A = 0. 01279, B = 0. 00945。
[0037] 2.通过如下计算公式计算：
[0039] 式中Di为内压圆筒的内直径并等于2000mm，最后计算出内压圆筒壁厚δ为 6. 35mm。考虑板材厚度多为整数，所以取7mm板厚。
[0040] 3.根据计算结果，用板材卷筒并焊接；
[0041] 4.对焊缝进行100 %探伤。
[0042] 5.对设备按I. 4MPa压力进行保压强化，保压3小时后卸载压力。
[0043] 6.保压强化前圆筒外径周长为6324mm ;保压强化后圆筒外径周长为6476mm，所以
[0044] 与此同时，如果按传统方法计算的内压圆筒壁厚δ为7. 33_，同样考虑板材厚度 取整为8_板厚。新方法可节约材料12. 5%左右。与此同时，新方法保压强化过程和100% 探伤，更好的保证了质量安全。
[0045] 实施例2
[0046] 本实施例的计算步骤如下：
[0047] 1.计算系数：
[0049] 其中Pc为计算压力并等于20MPa，σ s为屈服应力并等于241. 5MPa，E 应变强 化段斜率，亦称拟合弹性模量并等于4250MPa，E为弹性段斜率，亦称弹性模量2. IxlO5MPa, (〇 为合金钢15CrM〇R板材的材料参数，数据可查询GB713-2014《锅炉和压力容器用 钢板》或进行拉伸试验得到），计算得到A = 0. 21901，B = 0. 02066。
[0050] 2.通过如下计算公式计算：
[0052] 式中Di为内压圆筒的内直径并等于1000mm，最后算的内压圆筒壁厚δ为 56. 90mm。考虑板材取整数且留部分余量，取58mm板厚。
[0053] 3.根据计算结果，用板材卷筒并焊接；
[0054] 4.对焊缝进行100 %探伤。
[0055] 5.对设备按30MPa的压力进行保压强化，保压5. 5小时后卸载压力。
[0056] 6.保压强化前圆筒外径周长为3504mm ;保压强化后圆筒外径周长为3661mm，所以
[0057] 与此同时，如果按传统方法计算的内压圆筒壁厚δ为78. 74_，同样考虑板材取 整数且留部分余量，取80mm板厚。新方法可使筒体壁厚减薄近22mm。按此例如果是内直径 1000mm，长度5000mm的圆筒，可节约钢材近3吨，节约成本4万余元。与此同时，新方法保 压强化过程和100%探伤，更好的保证了质量安全。
[0058] 通过实施例的对比可以发现本方法比传统方法的可节约大量的材料，尤其是承受 内压较大时，效果越显著。另外还可更有效的保证产品质量。
【主权项】
1. 一种承受内压圆筒的制造方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 计算相关系数：其中Pc为计算压力MPa，Os为屈服应力MPa，E 拟合弹性模量MPa，E为弹性模量 MPa，A、B为无量纲系数， (2) 通过如下公式计算板材厚度S，并向上圆整对计算结果取整数：式中Di为内压圆筒的内直径mm，5为内压圆筒壁厚mm; (3) 根据计算结果，用板材卷筒并焊接； (4) 对焊缝进行100%探伤； (5) 对设备进行保压强化。按1. 25-1. 5倍Pc的压力对设备进行保压强化，保压时长不 少于2小时，不超过6小时； (6) 按下式计算应变率并验证应变率范围e<5%为合格，其余范围为废品：式中e为应变率％，1^为圆筒保压强化后的外径周长mm，L为圆筒保压强化前的外径 周长mm〇
【专利摘要】一种承受内压圆筒的制造方法是先通过压力，屈服应力，E1为拟合弹性模量，E为弹性模量计算出无量纲系数A、B，再通过如下公式计算板材厚度δ，<maths num="0001"></maths>根据计算结果，用板材卷筒并焊接；对设备进行保压强化。按1.25-1.5倍Pc的压力对设备进行保压强化。本发明具有能有效节约材料，降低制造成本，适用范围大的优点。
【IPC分类】B23K37/00, B23K31/02
【公开号】CN105033484
【申请号】CN201510470807
【发明人】周军, 张婷婷, 王冀宁, 赵世平
【申请人】赛鼎工程有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月4日