封头专题讲座

张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC华菱化机职工技术培训资料（2012.11）封头专题讲座张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC封头专题讲座•封头是压力容器的主要受压元件，是容器上最重要的压力部件之一。几乎所有的压力容器都离不开封头。•封头的现行标准是GB/T25198-2010《压力容器封头》，是由原JB4746-2002《钢制压力容器用封头》改版升级而成。•本讲座未包括封头设计方面的内容。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC一封头形状的分类●标准椭圆形封头（长半轴、短半轴之比为2:1）●碟形封头（Ri=Di,ri=0.1Di）●半球形封头●球冠形封头●锥形封头（CHA30°45°60°，r≥0.1Di）r、中心角、高度相互影响●平底封头●近似椭圆形封头(R=0.9045Di,r=0.1727Di，hi=0.25Di)张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC二封头的下料1封头坯料采用整板为宜，如需拼接，宜取同一炉批号板料，并尽量选用同一张板料。2封头坯料的拼接应符合下列要求：⑴不允许存在十字焊缝。⑵封头上各种不相交的拼接焊缝中心线间距离至少为封头板材厚度S的3倍，且不小于100mm。封头由瓣片和顶圆板拼接制成时，焊缝方向只允许是径向和环向的。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC3封头投料厚度整体压制的封头，封头坯料的厚度应根据成形工艺条件考虑工艺减薄量，以确保封头成形后的最小厚度不小于图样上封头的名义厚度减去钢板厚度负偏差（GB150-1998的规定），或不小于图样标注的封头成形后的最小厚度（GB150.4-2011的规定）。GB150.4-2011规定：制造单位应根据制造工艺确定加工余量，以确保受压元件成形后的实际厚度不小于设计图样标注的最小成形厚度。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC值得注意的是，由于装备条件、制造工艺等方面的差异，制造单位确定的加工余量不同，成形件投料的钢材厚度也随之不同。因材料许用应力随厚度增加时逐渐降低的，当制造单位考虑加工余量致投料的钢材厚度增加并跳档时，许用应力降低，“设计图样标注的最小成形厚度”将增大。此时应重新计算最小成形厚度，防止造成受压元件强度不足的情况发生。如何进行判断？只需检查投料厚度与名义厚度的许用应力是否有跳档即可。材料许用应力跳档的界线：16㎜、36㎜、60㎜、100㎜。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC4封头的展开尺寸●等面积法●等弧长法●经验公式法4.1椭圆形封头（EHA）展开尺寸⑴坯料直径D=1.19×(Di+S)+2h+30(余量)按照该公式计算出来的尺寸，同西塘封头锻压有限公司提供的尺寸表大体相同。⑵也可以在CAD上画出封头的形状，把封头中性层弧长作为封头坯料直径。因为这种方法得到的尺寸偏大，一般不需要再考虑加工余量张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC4.2碟形封头（THA）展开尺寸⑴可以在CAD上画出碟形封头封头的形状，把封头中性层弧长+15㎜，作为封头坯料直径。⑵碟形封头一般都是旋压成形，其下料尺寸最好由封头加工厂提供。特别是大尺寸碟形封头、或者非标准碟形封头，下料尺寸需经封头加工厂确认后方可下料切割。4.3半球形封头(HHA)展开尺寸坯料直径D=1.42×(Di+S)+30～40(余量)大尺寸球形封头，下料尺寸需经封头加工厂确认后方可下料切割。分瓣制造的封头，按照瓣片放样展开，周边加放余量。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC三封头的拼接1控制错边量，尽量平齐。复合板允许错边1㎜。2.热成形封头，焊接工艺评定需覆盖。大厚度正火板，工艺评定需注意焊缝强度能否满足。3.严格按拍片要求施焊。焊接按照焊接工艺。拍片在成形后进行。4.小曲率半径部位焊缝打磨至于母材平齐。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC四封头的成形1按照成形温度分●冷成形（在工件材料再结晶温度以下进行的塑性变形加工GB150.4-2011）在工程实践中，把环境温度下进行的塑性变形加工成为冷成形，介于冷成形和热成形之间的塑性变形加工成为温成形（wormforming）。温成形也属于冷成形范畴。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC再结晶金属冷加工变形后，由于内能提高而处于不稳定状态，当加热到适当温度时，由于原子扩散能力增强，在晶格畸变较严重处，将进行重新成核和晶粒长大，形成一些位向与变形晶粒不同、内部缺陷减少的等轴小晶粒。这些小晶粒不断向外扩展长大，直至冷变形组织完全消失，从而获得没有内应力和形变的稳定组织。这一没有相变的结晶过程叫做再结晶。可以进行再结晶的最低温度叫做再结晶温度。再结晶温度的高低，一般和金属的成分和形变量有关。能导致再结晶的最小形变量叫做临界形变。经再结晶后，金属的强度、硬度显著下降，塑性、韧性大大提高，加工硬化状态消失，内应力完全消除，金属的性能又重新复原到冷变形之前的状态。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC再结晶退火将冷加工变形过的金属（或合金）加热到高于它的再结晶温度，使之再结晶的热处理工艺。最低再结晶温度=0.4Tm（K）[有的资料介绍为0.4～0.5Tm(K)]其中：Tm-------金属的熔点，K---------K氏温度举例：Q345R,熔点1430℃、再结晶温度约408～578℃。消除焊接应力热处理的温度，低于下转变温度（Ac1，Q345R为715℃）。Q345R的焊后热处理温度为600℃。金属材料的再结晶温度低于焊后热处理温度。但实际上再结晶热处理都是在焊后热处理温度下进行。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC●热成形（碳素钢、低合金钢920～980℃；不锈钢950～1150℃）2.按照成形方式分压制成形——采用油压机、水压机。冷压、热压所用模具不同。旋压成形——采用压鼓机、旋压机。一般冷旋成形，也可采用火焰喷射热旋成形。分瓣成形——分成瓣片（一般为奇数片）和顶圆，采用油压机、水压机压制成形。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC五封头的热处理1冷成形封头的热处理冷成形的封头，按照GB150.4-2011第8.1.1条规定进行恢复性能热处理。主要依据（与ASMEⅧ-ⅠUCS-79相似）：●满足5个条件中的任意一个；●根据封头的变形率。碳素钢、低合金钢5%；奥氏体不锈钢15%。冷成形件的恢复性能热处理，通常都是按照焊后热处理温度进行热处理。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC2热成形封头的热处理●热成形封头的热处理，有别于设备的焊后热处理。两者不可混淆。●封头在热成形中，破坏了材料供货热处理状态，需重新进行热处理以恢复到材料供货热处理状态。热处理的方式有：正火热处理、正火+回火热处理、调质热处理、固溶热处理或稳定化处理等。●分瓣制造的封头，当需要热处理时，只需对瓣片、顶圆进行热处理。瓣片组焊后再进行焊后热处理。●有抗晶间腐蚀性能要求的不锈钢复合板封头的热处理需谨慎考虑。既要满足基层材料的性能要求，又要满足复层材料的耐腐蚀性能。有时需要做热加工工艺评定试验。在封头出炉时，往往对不锈钢复层采取强制冷却措施。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC3焊接试件与母材试件●材料进行热处理以恢复到材料供货热处理状态，应带母材热处理试件。封头在加热时，该母材试件应一起加热。封头在热处理时，该母材试件应同炉热处理。让试件与封头经历相同的热过程，使试件性能代表封头的性能。有拼接焊缝的封头，只要有焊接工艺评定的支持，一般可不带焊接试件。有特殊要求的（如特殊材料、用户要求、图样要求），也需带焊接试件。●GB150.4-2011规定，凡封头冷成形后需要通过热处理恢复材料性能的，应制备母材热处理试件。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC七封头的验收1封头的形状和尺寸检查封头的形状和尺寸检查，GB150.4-2011、GB/T25198-2010有详细的规定，不再详细讲述，只是有重点地提一下。●碟形封头和折边锥形封头，过渡区转角半径不得小于标准要求。●为便于测量，从2011年2月起改用带间隙的全尺寸的内样板检查封头形状。●注意由于封头形状偏差引起与裙座筒体装配位置的偏移，导致封头环焊缝至裙座底面距离的超差。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC2焊缝的无损检测2.1封头拼接焊缝须进行100%无损检测（RT或UT），无损检测在成形后进行。2.2图样上规定需100%无损检测或焊缝系数规定为1.0的情况，射线检测Ⅱ级合格；超声检测Ⅰ级合格。2.3除2.2条规定者，射线检测Ⅲ级合格；超声检测Ⅱ级合格。2.4焊缝的表面检测按照固容规和GB150-2011的规定。2.5对Cr-Mo钢、复合钢板制封头在热成形后或热处理后，是否需要进行全体积的超声波检测或以检查复合板贴合度为目的的超声波检测，应满足设计文件和客户的规定。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC3母材试件、焊接试件性能报告封头的母材试件或/和焊接试件的性能试验结果未被确认之前，不允许将封头转入下道工序。如试验结果不合格，封头需重新进行热处理。因此封头热处理后，需抓紧对试件进行解剖、加工试样和试验工作，以免影响封头的制造进度。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC八封头与圆筒的连接封头与圆筒的焊接结构在GB150.3-2011中有详细介绍。但这仅仅是资料性附录，只供参考。这里讲的是设计问题，但与焊接、制造密切相关，只作简单介绍。封头与筒体等厚连接比较多，两者的连接比较简单。封头厚度超过筒体厚度的情况比较少（主要是封头大开孔进行整体补强），把封头的外缘削薄后就成了等厚连接。这里主要讲球形封头、球冠形封头与筒体的连接结构。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC1压力容器行业内，一般都要求封头与筒体对接后里口平齐，所以图d)的结构采用较少。2图e)是半球形封头与筒体的连接结构，里口平齐、外口用堆焊形式自然过渡，这是常用的结构。凯凌化工（张家港）有限公司的三台高压加氢反应器（淩212348、212349、212350）就是这种结构。问题：下面的结构，在与半球形封头相连接的筒体上削薄可不可以？张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC半球形封头与筒体连接结构图张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC3图f)是球冠型封头与筒体的连接结构(GB150-1998没有这种结构)筒体的一部分进行削薄后与封头相连接。削薄的长度一直到封头的切线位置。图形中还给出了两个≤14°的限制要求。但实际上还有两种处理方案（见CAD附图）：⑴削薄长度不小于3倍的厚度差；⑵削薄后的锥面与球冠相切。从三种方案的比较，可以看出：按照方案⑴，削薄长度最短，但与封头连接部位不够圆滑；按照方案⑵，削薄长度最长，与封头圆滑连接；按照图f)的连接结构，介于方案⑴、⑵之间。张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC张家港市华菱科技股份有限公司ZHSTC感谢各位领导、同事的光临！能和各位在这里共同学习、交流和探讨压力容器制造技术，我感到非常荣幸！再次感谢大家！