压力容器封头制造问题及技术分析

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了压力容器封头制造问题及技术分析范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：压力容器封头部件的制造，受工艺操作、材料特性的影响，将产生一定的质量问题，如鼓包、裂纹等缺陷，严重降低设备的使用性能。基于此，文章对压力容器封头制造中存在的问题进行分析，并针对问题提出相关的技术解决措施。

关键词：压力容器；封头；制造技术；韧性处理

压力容器是指密闭设备通过加压处理存储一定量的液体或气体，以满足工业生产、日常生活等需求。压力容器材料的选取必须具备稳定性，且符合特种作业环境的工作需求，以保证设备在使用过程中不会产生破损的问题。从压力容器整体构造来看，其中最易发生破损的位置为封头处，因为压力容器罐体属于一体压缩工艺制造的，封头处则属于罐体密封部位，其呈现出参数与罐体存在一定的差异，如封头处的承压部件需经过多道热塑工艺，保证部件符合设备使用需求。但在封头部件制造过程中，受工艺、操作行为等因素的影响，使部件本体面临着严重的质量问题，间接加大压力容器的不合格率。为减少加工缺陷问题的产生，必须分析出封头部件制造过程中可能存在的问题，然后，制定相关防止举措，以提高封头部件的质量性能。

1压力容器封头制造中存在的问题

1.1封头鼓包问题

封头部件制造过程中产生的鼓包问题一般是发生在部件热成型环节。在部件受热拉伸时，部件圆滑过渡部位所受到的压缩力呈现出一定的切向特性，如果切向力大于部件内应力时，则将产生部件失稳效应，令原材料发生鼓包现象。此外，封头部件原材料在炉内加热处理时，如发生受热不均的现象（材料上部温度低于下部温度），金属材料各区域的承压值参数将形成误差，此时，材料无法因为受热而形成均衡式体积增大，这就导致在后期压塑过程中弯角平滑处的过渡区间面积加大，当金属组织呈现出相对较软的现象时，硬值区域所产生的应力高于软值区域，进而产生鼓包现象。一般来讲，封头部件鼓包区域一般为弯角过渡区间。

1.2封头裂纹问题

金属材料裂纹产生的原因主要是内应力无法满足外界环境压力的需求，进而导致材料本体产生裂痕的现象。在压力容器封头部件制造过程中，裂纹产生的主要环节为冲压工艺、旋压工艺中。从内应力产生形式来看，封头部件所产生应力主要分为两种：（1）是因为金属材料内部的晶格所产生畸变现象，令原有金属软组织硬化，进而产生多余的应力；（2）金属材料内、外表面的拉伸形变量存在较大的参数差异，导致部件所能承受的压力值具有较高的变动性，当外界压力在内、外应力的差值之间部件不会产生形变，一旦数值高于或小于材料的极限值时，则封头材料将产生裂纹。一般来讲，封头部件裂纹产生区域一般为焊缝处、端口处，当材料存在应力无法承接外部作用力时，如部件冲压时所产生的间隙作用力，如果应力不集中，或者是横切面不平滑，都将造成局部应力小于外部应力的情况，进而令部件产生裂纹。

1.3封头减薄问题

压力容器封头部件在塑形过程中，由于属于压缩工艺，部件将受到拉伸力、摩擦力等，此时，封头部件的上部与底部所受到的力学参数将存在一定的差异，且底部受到的各类作用力相对较小，这就造成底部壁厚减薄数值相对较小。而对于封头部件的直边区域来讲，由于上部区域所承接的作用力具有综合特性，边缘区域的作用力大于弯角过渡区域所呈现出延伸拉力，部件此处厚度将增加。弯角过渡区域在压缩过程中承受的是模具冲击所带来的外部作用力、材料内部拉伸所形成的延展力，在上述两种应力共同作用下，壁体的减薄程度将增大。封头减薄问题的成因主要分为以下三点：（1）部件压鼓工艺在具体施行过程中未能控制好力度，导致壁体在减薄过程产生不均匀现象，但在系统参数的设定下，减薄工艺将以壁体最薄处作为基准，进而导致壁体减薄超标；（2）模具、材料表面不平滑，则部件压塑过程中产生的摩擦力系数将加大，降低原材料的拉伸系数，如果材料拉伸效果不明显，需加大压缩作用力，这就造成部件成型后的参数无法满足预期设定需求；（3）边缘压力过大，材料在固定空间所能承受的拉伸度将呈现出一定的局限性，如果材料的切向自由度小于内应力所能承受的最大值时，将造成材料的减薄超标问题。

2压力容器封头制造问题的技术解决方案

压力容器封头制造过程中，受到作用力环境的影响，将产生不同类型的缺陷问题，例如，部件拉裂、划伤、凹坑、鼓包、过烧等问题。为此，必须找到解决问题的合理办法，分析出不同缺陷问题的主要成因，结合封头部件的性能制定出较为精准的解决方案。

2.1鼓包问题的技术解决

针对鼓包问题，为尽量避免封头材料内部存在的残余应力问题，可以对材料进行二次拉伸处理，利用一次拉伸与二次拉伸的作用力抵消残余应力，以提高材料的韧性值。从金属材料的力学特性来看，在一定的参数范围内，材料本体的应力与徐变力呈线性关系，这就令材料本体产生上部和下部两种屈服强度。当对材料进行二次拉伸时，一次拉伸所产生的残余应力将被二次优化处理，通过外部作用力抵消残余应力，可有效提高材料的质量性能。此外，为防止因温度受热不均所导致的材料承压值出现变化的问题，在炉内对材料进行加工时，可以对材料进行翻转受热，或者是利用加热设备来均衡上部与下部的温度，这样便可有效避免因金属组织发生硬化的现象，以降低封头部件鼓包问题的产生。

2.2裂纹问题的技术解决

裂纹问题对于封头部件所产生的危害较大，如果压力容器在使用过程中，封头部件裂纹处所产生的应力值难以承受罐体设备内部的压力值时，将使封头部件沿着裂纹处产生损毁的现象，罐体爆炸将对周边环境造成严重危害。考虑到裂纹产生的原因，需采用多类别的操作举措，排除裂纹问题。针对封头部件直边位置所产生裂纹来讲，需通过旋边速度或压力的控制，对材料加工形式进行管控，这样便可有效将材料加工参数约束在可控范围内，保证封头部件所产生的应力值符合整体压塑需求。在对切割工艺进行控制时，需对材料边口处进行打磨处理，特别是对弯角过渡区域，通过参数系数的测定，保证材料加工面的参数符合待加工需求，以避免出现端口裂纹的现象。在对焊缝区域进行处理时，由于焊缝位置的参数值呈现出较大变动特性，为避免外部作用力、内部应力对焊缝连接处造成冲击影响，必须针对部件承载压力，设定严格的焊接工艺系数，且在实际焊接时，必须保证匀速状态，放慢冷却速度，以此来提高焊缝位置的稳定性，一般来讲，针对封头部件的精细焊化处理，需采用小电流逐层焊接工艺，将焊缝中心所受到的集中应力进行分散，避免中心产生裂纹分化效应。同时，应防止焊接过程产生咬边现象，及时清理焊渣，并对焊缝区域进行二次热处理。

2.3封头减薄问题的技术解决

封头减薄问题是部件质量监控的重要环节，如果壁厚减薄超标，则将造成部件在使用过程中，内部应力值小于系统设定的基准值，无法令容器在固定容积下承载更大的压力，如果压力值高于封头部件的承载值时，将令部件产生损毁的严重现象。对于此，在对部件进行整体减薄处理时，必须考虑到胚料本体的厚度是否满足待加工需求，即材料在加工过程中是否留有足够的厚度供后续加工使用，如压边宽度。此外，必须对与封头部件加工相关联的各项工艺进行测定，如压鼓工艺、开裂控制工艺等，工艺执行所具备的参数必须符合封头设备制造需求。还需对操作人员进行专业度分析，保证岗位工作人员具备工艺施行的基本技能与职业素养等，其可正确对待岗位工作，以确保承担加工的工艺操作不会因为人为问题而造成工业生产误差。

3结语

综上所述，压力容器封头部件的制造对力学特性要求度较高，为避免因工艺操作而带来的缺陷问题，必须从多个角度分析出产生缺陷问题的本质原因，然后，采取合适的工艺行为制定出精准的解决策略，以提高设备的应用性能。期待在未来发展过程中，技术部门以及管理部门严格把控原材料的应用程序，制定出更为精细的制造方案，从内部、外部两方面解决封头设备的缺陷问题。

参考文献：

[1]张越,贠相羽,张会勇,单建强,孙吉良.严重事故下反应堆压力容器下封头耦合烧蚀传热分析[J/OL].原子能科学技术:1-9[2020-08-19].

[2]田士彬.奥氏体不锈钢压力容器封头开裂缺陷的探讨[J].化工管理，2019(20):155.

[3]罗娟,刘志伟,乔红威,罗家成,孙磊.熔融物作用下压力容器下封头热应力分析方法研究[J].核动力工程，2019,40(S1):104-109.

[4]张小英,刘法钰,陈焕栋.压力容器下封头在堆芯熔融物加热作用下的烧蚀过程及热应力分析[C].中国核学会.中国核科学技术进展报告（第五卷）——中国核学会2017年学术年会论文集第10册（核测试与分析分卷、核安全分卷）.中国核学会:中国核学会,2017:544-553.

作者：林忠拉 单位：浙江沈泰特种设备有限公司