[其他]球形壓力容器成形方法

無效

• 申請號: 85106571
• 申請日: 1985-09-02
• 公開（公告）號: CN85106571B
• 公開（公告）日: 1988-05-04
• 發明（設計）人: 王仲仁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21D26/02
• 分類號: B21D26/02
• 代理公司: 哈爾濱工業大學專利事務所
• 代理人: 黃錦陽

本發明是一種制造球形壓力容器的一種方法，屬于壓力容器制造的技術領域。

壓力容器制做成球形結構，在理論有兩個明顯的優點。第一，在相同的內壓力作用下，直徑和板厚相同的球瓣膜應力僅為園柱形容器的周向膜應力的一半。第二，在板材面積相同的情況下，球罐的容積大于一般其它形體的容器。

目前，球形容器的制做工藝一般是先將球形容器劃分成許多球瓣。然后根據球瓣的尺寸下料，下料后進行沖壓加工，使每塊毛坯成形為球瓣的形狀，再進行整體焊接。但是，采用這種目前世界上通用的制造工藝，存在著許多難以克服的缺點，主要表現在以下幾個方面：

1、下料工序復雜，因為球瓣的毛坯展開尺寸很難精確計算，而且由于彈性形變，成形后的精度難以控制。

2、用于沖壓加工球瓣的模具費用昂貴。

3、在整體焊接裝配過程中對沖壓件尺寸精度要求很高，因此一般的沖壓加工難以滿足，并且會在裝配中產生裝配應力。

4、由于焊縫的冷卻收縮，導致球體的幾何變形。采用一般方法無法進行校正。

5、由于坡口間隙大，器壁約束強，從而會產生較大的殘余應力。為減少殘余應力需要專門的后續處理。

在現有技術中，利用加壓脹形的原理，配合模具的使用，可以使工件形成與模一致的形狀。例如日本專利JP55-54223A，是在一外部設有模具的密閉腔體內通過液體加壓、使工件的主體部分直徑伸展脹大，形成與模一致的形狀。美國專利US-4513598，是在一外設模具的管狀工件內通過加壓使工件的某一部位伸展脹大，從而形成與模一致的形狀，上述現有技術的共同特征之一是在成形工件的外部設置模具，采用模具成形工件是壓力加工工藝中的常用方法，而模具制造不僅難度大，費用高，對于一些大型工件的模具，有時是無法加工制造的例如對于直徑在5米以上的大型球形容器，是無法制造一次成形的模具的。

本發明的目的在于利用相同板材包容空間中球形體積最大的原理，采用加壓脹形的方法來成形球形容器。在加壓成形過程中，不需在外部設置模具，從而為成形球形容器提供了一種經濟、有效、實用的方法。

本發明的要點在于，將板材坯予先焊接成一個球內接多面殼體，該多面殼體的各個面不需予先壓成球瓣狀，然后用液體充滿內腔，排氣后用泵打壓以實現成形也可用氣體或其它物質加壓成形。這種方法的實質是在密閉的球內接多面殼體容器中加壓，使之產生一定量的塑性變形，從而形成一個球形容器。

圖1是球形壓力容器充液或充氣加壓脹形初始階段的示意圖，圖中〔1〕為溢流閥，2為管路，3為泵，4為球內接多面殼體。

在加壓成形過程中，不需要在外部設模具但對板材的原始厚度均勻性要加以控制，成形過程中所需壓力P不斷增加，最大壓力的數值隨球形容器的直徑d與板厚t的比值d/t的增大而減少。隨材料的強度極限σ^b增大而增大，當d/t＞150時。所需壓力P≤0.02σ_b。例如，當σ_b＝50Kg/mm²＝5000Kg/Cm²時，最大壓力P≤100Kg/CM²。

本發明適于制造工作壓力小于50Kg/CM²，容器的直徑與板厚的比值d/t大于100的球形或近球形容器，其直徑不受限制。例如可以成形直徑為15米或30米以上的球形容器。直徑小于上述值的球形容器也可以用此法生產。

采用本發明提出的方法制做大型球形壓力容器，與原有的球形壓力容器制造方法相比，具有明顯的優點。主要有以下幾個方面：

1、下料工序簡單，下料后的毛坯尺寸可以嚴格控制。

2、裝配簡單，在安裝時，由于相鄰面的邊均為直邊，十分容易吻合，使得裝配精度大大提高。

3、不需采用沖壓加工，從而可節省大量設備和模具費用。對于品種多變及特大球形壓力容器的制造，其優越性就更加突出。

4、由于加壓脹形過程的壓力一般高于工作壓力1-2倍，因此不需要再進行專門的壓力試驗。

5、與原有拼裝方式相比，對于直徑大于5米左右的球罐其焊縫的總長度減少一半左右，這不僅使焊接工作量大為減少，而且，壓力容器的工作可靠性也大大提高。

6、由于在焊接成形后進行加壓脹形，故可減少殘余應力，因而可省略專門的消除殘余應力的處理工序。

7、采用本方法制造大型球形壓力容器，不需任何專門設備，制造周期大大縮短，具有明顯的經濟效益。