浅析降低压力容器应力集中的措施

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压力容器在石油、化工等工业领域当中获得了广泛的应用，而石油、化工等工业产业的快速发展迫切需要数量更多、质量更高的压力容器来保证生产的正常安全运行。

为了能够有效提升压力容器的安全性与可靠性，我国不仅逐步完善了相应的技术标准和技术规范，而且也大力鼓励在压力容器设计和制造过程中采用新工艺和新材料。应力腐蚀是影响压力容器安全性与可靠性 的重要因素，如果不采取有效措施应对应力腐蚀问题，压力容器在使用过程中便会出现应力腐蚀开裂的现象，不仅会损坏压力容器本身，还会造成严重的财产损失和生命危险，其危害性很大。应力集中是导致应力腐蚀的重要原因之-，采用有效措施降低压力容器应力集中问题，从而避免由于应力腐蚀破裂而引发的灾难性事故，才能保证压力容器安全运行，保护人民生命和财产安全，促进国民经济发展。

1应力集中和应力腐蚀应力腐蚀导致压力容器开裂的具体过程是，化学物质或者机械作用导致压力容器的氧化膜被损坏，出现了腐蚀点，腐蚀介质的持续腐蚀作用加上拉应力的共同作用，经过- 段时问之后，该腐蚀点便会出现裂纹，并逐渐扩展，最终导致压力容器的破损。应力集中是导致压力容器出现应力腐蚀的首要因素。应力集中指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。通常表现为压力容器表面的裂纹或者类似裂纹的其他缺陷♂构形状不连续，焊接过程中温度梯度大，焊缝咬边、焊瘤、结疤的存在及焊缝余高超标，热处理不当导致压力容器表面出现裂纹，制作过程中强力组装，在加工和制造的过程中由于不科学的加工工艺造成的机械损伤，材料在生产和制造过程中没有达到技术标准存在表面缺陷等等，以上都是应力集中产生的原因之-， 只有消除和降低应力集中才能避免应力腐蚀发生。

2设计 制造过程中 氐压力容器应力集中的措施对于压力容器而言，安全性是核心问题，以此为基础再保障其经济性。压力容器应该具备在较大荷载情况有效应对变形与破坏的能力，这也正是压力容器设计制造的核心与关键所在〉低压力容器设计制造中的应力集中问题进而确保其承压安全，本文从下述几个方面加以说明：2.1设计过程中降低压力容器应力集中的措施压力容器的结构设计要求均应有足够的韧性，需要充分考虑以下问题：结构应尽量简单，减少约束；避免产生过大的温度梯度；应尽量避免结构形状的突然变化，以减兄部高应力；接管端部磨成圆角，呈圆滑过渡；容器支撑需设置垫板，不能直接焊在壳体上。以下为实际设计工作中常采用的几种措施。

2.1.1减小两连接件的刚度差降低边缘区域的应力集中是设计中必须考虑的重要因素之-。-般而言，压力容器的荷载、壳体壁厚如果缺乏连续性便会导致边缘应力。具体而言，压力容器的结构不连续和几何形状突变便会导致弹性变形的不连续性，此时，处于相互约束状态下的压力容器两侧壳体弹性变形应力会产生边缘弯矩，最终产生边缘应力 。正是因为上述原因，以荷载均匀为前提，如果我们能够减小两连续件的刚度差，则该两连接件的连接处的应力便会大大降低，因为边缘应力具有非常显著的局部特性，所以在进行压力容器设计过程中，需要高度重视局部的科学处理，切实提高局部结构的科学性，进而防止边缘应力的集中。

我们经常遇到，为了提高材料的利用率，降低成本，提高经济效益，设计的压力容器筒体壁厚不等厚。从受力角度分析，-旦压力作用于这两段筒节连接部位的时候，该连接部位-定会因为压力而出现不协调的自由变形，导致两段筒节连接处出现相对较大的边缘应力。遇到这种情况，为了消除压力容器安全隐患，我们经常采用当两侧钢材厚度不等时，若卞厚度小于等于l0ram，两 板厚 度差 超过 3ram；若 卞 厚度大 于1 0ram，两板厚度差大于30%或超过5ram时， 均应单面或双面削瘪板边缘，或按同样要求采用堆焊方法将卞边缘焊成斜面，且削蓖堆焊长度应大于等于3倍两连接件厚度差 。这样保证两段简节厚度的平缓过渡，避免两件连接部位的形状突变，降低了两件连接部位的应力集中，避免了在应力腐蚀介质作用下的应力腐蚀的发生。

2.1.2标准椭圆形封头、碟型封头及折边锥型封头都带25ram或40ram直边封头是压力容器主要受压元件之-，选取什么型式封头关系到整台设备成本及承受外载荷的大小问题，不同类型的封头的受力情况是迥然不同的，但是它们在与筒体连接时，按标准封头要求都留有25ram或40mm直段，这样，除了考虑两连接件之间形成对接接头，容易焊接之外，更重要的-点是考虑结构的连续性，在压力作用下避免在两件连接处产生应力集中现象。

2.1.3折边锥形封头过渡圆浑径大小的要求，两连接件焊接接头内外壁圆角过渡在压力容器的结构设计上，标准折边锥形封头中rs、ri大小主要是从折边处降低应力集中方面而考虑的；在压力容接管与壳体连接处内外壁应避免尖角过渡，而采用尽量大的圆角过渡，对尖锐的拐角进行倒角和倒圆；设备焊缝的内外表面要求与母材之间进行圆滑过渡或打磨与母材齐平 。所有这些措施都是为了降低设计过程中应力集中。避免低温容器、承受交变载荷的压力容器、脆性材料压力容器、有应力腐蚀介质的压力容器而产生的应力腐蚀破裂。

2.2制造过程中降低压力容器应力集中的措施前者分析了应力集中产生原因及其危害，从设计角度提出了几点降低应力集中措施，下面是压力容器制造方面降低应力集的几点措施 ：容器焊接完成并检验合格后进行消除应力热处理，以便消除在组装及焊接过程中产生的应力集中；焊接过程中严格控制焊接线能量，通过以小电流多道焊来实现；不许强力组装与成型，不得在设备上刻打钢影材料标记；焊接区域内，包括对接接头表面不得有裂纹、气孔和咬边等缺陷，不应有急剧的形状变化，呈圆滑过渡；壳体上开接管孔及打坡口时尽量使用开孔机，保证坡口表面光洁度，以便在焊接过程中焊接接头受热均匀减少焊接过程中应力集中；对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理，以提高材料表面的疲劳强度。

3结语本文简要探讨了应力集中和应力腐蚀之间的关系，指出了应力腐蚀对于压力容器和工业企业及社会的潜在危害；而后给出了在设计方面及制造方面如何降低压力容器内存在的集中应力的几点措施，并且列举经常遇到的几种现象加以说明。所以消除应力集中要从预防入手，提出从设备设计、加工装配和操作等过程中综合考虑可能发生的应力集中因素，采取有效措施加以降低或消除。避免应力腐蚀发生，确保压力容器安全运行。