開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析

臧少鋒

摘 要：開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值非常大，其屬于必不可少的壓力容器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。目前我國(guó)的壓力容器設(shè)計(jì)水平變得越來(lái)越高，而且國(guó)家也相繼制定了一系列的關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，因此開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在性價(jià)比和安全性等方面都具有了更高的要求。基于此，本文對(duì)在壓力容器設(shè)計(jì)中開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討，供大家參考。

關(guān)鍵詞：壓力容器設(shè)計(jì)；開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

壓力容器設(shè)計(jì)制造的過(guò)程包括一系列的環(huán)節(jié)，而其中開(kāi)孔操作屬于一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。通過(guò)開(kāi)孔操作可以確保壓力容器各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，而且在維修壓力容器的時(shí)候也變得更加方便，此外，在安裝和調(diào)試壓力容器的時(shí)候開(kāi)孔操作同樣具有非常重要的作用。然而針對(duì)壓力容器的容器壁實(shí)施開(kāi)孔操作會(huì)導(dǎo)致壓力容器的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列的改變，并且使壓力容器的壓力承受度有所降低，而其局部則可能會(huì)出現(xiàn)更差的應(yīng)力承受性能。要想使這一問(wèn)題得到有效解決，必須要對(duì)其實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)操作。

1 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)概述

在壓力容器上實(shí)施開(kāi)孔操作之后，為了能夠使降低的開(kāi)孔周圍材質(zhì)抗壓強(qiáng)度得以提升而對(duì)其實(shí)施補(bǔ)救的這樣一種方式就是所謂的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。由于要滿足不同的要求，采用同材質(zhì)材料制作壓力容器需要在外壁上將各種各樣的小孔開(kāi)出來(lái)，但是這樣會(huì)降低壓力容器的整體抗壓強(qiáng)度，并且進(jìn)一步導(dǎo)致壓力容器在使用過(guò)程中發(fā)生各種問(wèn)題，縮短壓力容器的使用壽命。要想使壓力容器的整體強(qiáng)度得以維持，就必須要針對(duì)壓力容器外壁所開(kāi)小孔周圍實(shí)施開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)處理。在具體實(shí)施開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的過(guò)程中需要綜合考慮對(duì)容器的要求、開(kāi)孔的數(shù)量、位置等各項(xiàng)因素，并且可以此為依據(jù)將開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)劃分為兩種，也就是局部補(bǔ)強(qiáng)和整體補(bǔ)強(qiáng)[1]。

2 在壓力容器中補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

壓力容器具有很多的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方式，從整體上來(lái)說(shuō)可以將其劃分為局部補(bǔ)強(qiáng)和整體補(bǔ)強(qiáng)，而補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)屬于一種非常重要的局部補(bǔ)強(qiáng)方式，其主要是指將補(bǔ)強(qiáng)板焊接在壓力容器的表面，從而不斷增厚即將設(shè)孔的金屬部位，確保實(shí)現(xiàn)正確的開(kāi)孔和有效的補(bǔ)強(qiáng)效果。通過(guò)分析制作壓力容器的過(guò)程和壓力容器的加工工藝，我們可以發(fā)現(xiàn)，將補(bǔ)強(qiáng)板焊接在容器壁外部屬于一項(xiàng)操作簡(jiǎn)單而又非常實(shí)用的方式。外部焊接補(bǔ)強(qiáng)板可以使壓力容器的耐力、韌性、強(qiáng)度得以有效提升，尤其是可以極大地強(qiáng)化開(kāi)孔處的抗疲勞能力。在應(yīng)用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：首先，要對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板的厚度予以重點(diǎn)關(guān)注，并且對(duì)其厚度設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。通常來(lái)講，與壓力容器開(kāi)孔部位的厚度相比，補(bǔ)強(qiáng)板的厚度應(yīng)高出一半以上。如果采用超標(biāo)的厚度，那么在焊接補(bǔ)強(qiáng)板的過(guò)程中就需要加大焊接角勢(shì)，并導(dǎo)致增加不連續(xù)應(yīng)力。其次，要選擇具有合格可塑性、韌性和延伸性的補(bǔ)強(qiáng)板，在正常的溫度下補(bǔ)強(qiáng)板的材質(zhì)應(yīng)具有小于400mPa的屈服度。最后，如果壓力容器所處環(huán)境具有較大的溫度變化、容易發(fā)生氧化和腐蝕的現(xiàn)象，這時(shí)不適合采用補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)方法；同時(shí)，如果壓力容器具有較高的補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量需求，則需要盡可能的采用整體補(bǔ)強(qiáng)的方式[2]。

3 在壓力容器設(shè)計(jì)中整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

補(bǔ)充和強(qiáng)化壓力容器開(kāi)孔處的強(qiáng)度就是所謂的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，其主要的目的就是強(qiáng)化開(kāi)孔處材質(zhì)的等級(jí)、強(qiáng)度和質(zhì)量，確保開(kāi)孔壓力容器質(zhì)量的完整性。整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)與補(bǔ)強(qiáng)圈技術(shù)相比具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，最為關(guān)鍵的是其能夠使容器外殼具有最低的應(yīng)力水平，從而使最佳補(bǔ)強(qiáng)效果充分地發(fā)揮出來(lái)。但是整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)具有較多的客觀條件要求，其是在殼體過(guò)渡的部位的要求更加嚴(yán)格，要保證殼體過(guò)渡的平緩性，并且要避免殼體在過(guò)渡地帶的某一段存在著過(guò)多的應(yīng)力。大量的實(shí)踐表明，從整體上來(lái)說(shuō)整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)具有最優(yōu)的補(bǔ)強(qiáng)效果，然而因?yàn)槠渚哂懈?、更?yán)格的過(guò)渡焊縫等方面的要求，所以其施工難度和施工成本也變得更大，一旦其中出現(xiàn)不符合要求的情況，就會(huì)導(dǎo)致壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的效果受到嚴(yán)重的影響，因此在選擇該方法的時(shí)候必須要做到嚴(yán)格而謹(jǐn)慎。

4 在壓力容器設(shè)計(jì)中厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中屬于一種重要的補(bǔ)強(qiáng)方式。在運(yùn)用厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的方法時(shí)必須要高度的重視接管材料的選擇問(wèn)題，這是由于這種補(bǔ)強(qiáng)方法的補(bǔ)強(qiáng)效果在很大程度上取決于接管材料的選擇。在具體的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中應(yīng)按照殼體材料的功能、性質(zhì)和特征選擇合適的材料，并且要保證選擇與容器殼體材料性質(zhì)相一致的接管補(bǔ)強(qiáng)材料，從而使金屬材質(zhì)的融通性得到有效地保證。一些人認(rèn)為，在選擇接管材料時(shí)候需要采用具有更高強(qiáng)度的材料，但是大量的實(shí)踐表明，過(guò)高強(qiáng)度等級(jí)的接管材料除了無(wú)法將正面的補(bǔ)強(qiáng)功效充分地發(fā)揮出來(lái)，在一定程度上還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)各種不良的負(fù)作用，會(huì)使容器結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和牢固性受到不利影響，因此這種主觀想法并不科學(xué)[3]。而如果選擇具有較低強(qiáng)度等級(jí)的接管材料，還應(yīng)針對(duì)接管壁實(shí)施增厚處理，確保其能夠達(dá)到理想的補(bǔ)強(qiáng)效果，而且在具體的應(yīng)用中這種較低強(qiáng)度等級(jí)的接管材料具有更多的施工工序，無(wú)法控制和確保開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)效果。要想使上述的問(wèn)題得以解決，就可以采用鍛件加工技術(shù)和無(wú)縫鋼管技術(shù)等對(duì)厚壁連接補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而有效地控制容器補(bǔ)強(qiáng)的誤差。如果具有很小的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)壓力，相應(yīng)的具有較低的補(bǔ)強(qiáng)效果和質(zhì)量要求，這時(shí)候就可以選擇厚度適宜的無(wú)縫鋼管技術(shù)，如果具有很大的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)壓力，這時(shí)候就需要采用鍛件加工技術(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中屬于一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，壓力容器的使用壽命在很大程度上取決于開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。由于我國(guó)目前已經(jīng)出臺(tái)了關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)的規(guī)章制度，所以必須要高度重視壓力容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作，從而使容器壁強(qiáng)度受到的開(kāi)孔負(fù)面影響得以減少，并且解決大量局部應(yīng)力集中在殼體和結(jié)合處的問(wèn)題?？傊每茖W(xué)合理的補(bǔ)強(qiáng)方式可以有效地避免壓力容器使用中的安全事故，有效地保證壓力容器的正常使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]付雙武.在壓力容器中的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技與企業(yè)，2014（04）.

[2]劉亞明.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析[J].河南科技，2013（09）.

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