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封頭是壓力容器中的堵塞裝置,常用于壓力容器的兩端,我們知道壓力容器對于密封性要求較為嚴格,因此在制作封頭的,它的質量及形狀都是有嚴格要求的,封頭的品質直接關系到壓力容器的長期安全可靠運行。當球型封頭出現(xiàn)裂縫時,會影響封頭的使用嗎?
封頭是容器的一個部件(如下圖)根據(jù)幾何形狀的不同,可分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種,其中球形 、橢圓形、碟形、球冠型封頭又統(tǒng)稱為凸形封頭。在焊接上分為對焊封頭,承插焊封頭。用于各種容器設備,如儲罐、換熱器、塔、反應釜、鍋爐和分離設備等。材質有碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁、鈦、銅、鎳及鎳合金等。
不銹鋼封頭焊接過程中產生的裂紋一般是熱裂紋,熱裂紋又分為結晶裂紋、液化裂紋、和多邊化裂紋,產生的原因主要是焊接過程中母材中的雜質(硫化物)產生偏析,和易于產生低容共晶的物質(Ni),形成了低熔共晶,在拉伸應力的作用下就產生了微裂紋,對于高溫產生的熱裂紋,會在焊接應力的作用下,以及受到結構、工作介質、環(huán)境溫度的影響,擴展為宏觀裂紋,所以在工作一段時間后就產生了裂紋。
處理球型封頭裂紋時應先將裂紋去除掉,可以用無損檢測(滲透檢測)確認裂紋完全消除,然后采用小熱出入的焊接工藝,嚴格控制焊接線能量,和層間溫度,必要時可采用水冷,以避免產生晶間腐蝕,施焊過程中盡量多層多道焊,然后再進行一次射線檢測,確認無裂紋。
從以上情況我們可以看出,封頭出現(xiàn)裂縫會對生產造成非常嚴重的影響,因此在封頭的工作中,一定要注意盡量避免其出現(xiàn)裂縫的情況
在球形封頭的制作過程中,整體封頭的拉延過程,無論采用壓邊圈拉延或不采用壓邊圈拉延,一般在接近大曲率部位,封頭壁厚都要變薄。橢圓形封頭在曲率半徑處變薄極大,一般壁厚減薄量:碳鋼封頭可達8% ~ 10%,鋁封頭可達12% ~15%。球形封頭在底部變薄嚴重,可達12% -14%。在設計封頭和制定其制作沖壓工藝時,都應予以考慮。影響封頭璧厚變化的因素有: 1.材料強度越低,壁厚變薄量越大。 2.變形程度越大,封頭底部越尖,壁厚變薄量越大。 3.上、下模間隙及下模圓角越小,壁厚變薄量越大。 4.壓邊力過大或過小,壓制溫度超高,都會導致壁厚減小。
球形封頭的連接結構設計 球形封頭的受力情況好,在相同直徑和壓力下所需厚度很小,因而在較高設計壓力的石油化工設備中得到了廣泛應用。由旋轉薄殼理論公式可知在均勻內壓作用下,薄壁球殼的薄膜應力為相同直徑圓筒的一半,因而在容器設計中,球形封頭的設計所需厚度與圓筒所需厚度之差接近圓筒厚度的一半。 由于壁厚相差較大,球形封頭與圓筒的連接不可能直接對接,它們之間的連接部位出現(xiàn)結構不連續(xù),此處應力水平較高,因此連接結構的設計對設備安全性影響較大。