压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施

吴爽 陶桂花 李伟彦

摘 要： 随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，压力容器的设计制造越来越受到人们的关注。由于传统技术的限制，现有的压力容器制造方法存在着应力集中的问题。为了推动压力容器的未来发展和应用，通过分析压力容器的应用特点，对其设计制造发展现状进行了探讨。在此基础上，通过分析压力容器制造过程中的应力集中问题，对其影响因素进行了总结。同时，通过分析时代技术的发展现状，对压力容器制造过程中降低应力集中的方法进行了研究。这些研究对压力容器的制造与应用有着重要的意义，有很好的现实价值。

关键词： 压力容器;设计制造;应力集中

【中图分类号】TQ323.41;TQ051.3   【文献标识码】A   【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.254

引言：近年来，社会经济的不断提升，科学技术的快速发展，使压力容器广泛应用在我国的各个领域当中，如：餐饮、生物制造等。随着压力容器应用范围的不断拓展，压力容器需求量日益剧增，使压力容器出现了各种各样的类型，然而在设计与制造过程中还存在着众多的问题。由于压力容器的质量决定着压力容器的实际使用效果，所以在对压力容器设计与制造期间，需要控制好细节问题，针对存在的问题提出相应的解决措施，进而增强压力容器的使用质量，实现理想的使用效果。

1 压力容器的主要特点

1.1 压力容器对安全性要求极高

压力容器是广泛应用于各种行业的特种设备，例如高温、高压、低温、深冷以及高腐蚀性等各种工况环境，同时又因其盛装介质多数情况下为易燃、易爆的液化气体或者具有高度危害的化学介质，直接涉及人的生命和工业生产安全，所以本着安全第一、预防为主的原则，在压力容器的设计和制造过程中，我们必须严格执行相关法律、法规以及产品标准的规定，确保压力容器在生产和使用全生命周期的安全可靠性。

1.2 压力容器的设计制造具有极强的专业性

压力容器的设计制造不仅安全性较高，而且对专业性的要求还较高。与普通工业生产设备不同的是：压力容器的制造蕴含了多项学科和多种技术，例如力学知识技术、材料分析、机械加工以及冶金工业知识技术等。此外，为了确保压力容器设备能够适应于多个领域，多个复杂环境的使用，还需要使用化学防腐技术以及相关计算机技术等。在设计制造过程中，一旦出现哪项技术应用不全面，就会给整个设备使用的安全性带来影响。因此，压力容器设计制造人员就应具备较为专业的理论知识，并具备丰富的制造经验，做好与其他生产环节人员的密切配合与交流，确保有效的降低压力容器出现故障的几率，保障压力容器的安全使用。

1.3 产品结构参数多样性

上文提到，压力容器的适用范围较为广泛，涉及饮食，化工，制药，石油等多个行业，而且就算在同一行业使用压力容器，因产品结构和功能具有差异性，所以压力容器的产品参数也具有多样性的特点。所以在进行压力容器产品制造的过程当中，工作人员去根据不同的用途设计不同的产品结构和产品参数，当然水产品参数具有多样性的特点，但在机械零件，工艺流程等相似的生产环节，仍具有可利用的相似信息。

2 压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施

2.1 做好防腐蚀设计

大多数压力容器由金属材料制成，在使用过程中经常会出现腐蚀的情况，因此，设计和制造时必须严格遵守防腐蚀设计，这样才能有效地延长压力容器的使用寿命。另外，检查和操作人员还需要定期检查压力容器，以确保金属颗粒在压力容器的金属外表面上均匀分布。进而降低设备腐蚀和爆炸的可能性。在压力容器的制造中，还可以适当地添加铬元素以改善压力容器的耐腐蚀性。

2.2 明确计算法兰数值

法兰设计是压力容器设计过程中不可缺少的重要内容，法兰设计的效果决定着压力容器整体设计的质量。增强对法兰设计的管理与控制能够使压力容器的设计质量得到进一步提升。从国际方面来看，Waters法是压力容器在设计过程中经常使用的法兰设计方式。在具体设计时还需要采用科学的方法对压力容器法兰设计进行核算，经过全面考虑法兰结构、受力状况等，按照压力容器设计与生产加工的要求，得到准确的设计参数，进而使压力容器设计制造质量得到进一步增强。

2.3 压力容器制造工艺的改进方法分析

除了对压力容器的结构设计方案进行优化之外，还需要对其制造工艺进行必要的改进，以降低压力集中现象的发生。目前，焊接仍然是压力容器制造中不可或缺的一环，也是保证压力容器制造质量的重要因素。在焊接的过程中，如果不能够实现对余高等因素的控制，很容易导致压力容器的结构不合理，进而发生应力集中的现象。因此，在进行压力容器焊接的时候，需要根据现有的技术手段，严格控制余高等。在完成焊接工作后，需要根据相关规定对压力容器的焊缝等进行打磨。同时，为了保证压力容器的使用质量，应当尽可能避免采用点焊等焊接方式进行压力容器的制造。

2.4 加强材料的选用

材料是压力容器设计制造的基础，更是保障设计质量的关键。因此，有关部门就应加强重视材料的采购工作。其中，碳素钢和低合金钢是制造压力容器时常用的两种材料，而在采购这两种材料时，就应确保各种元素的含量能够严格的符合有关要求，并检查材料上是否有国家有关部门所印制的检验标志，只有检验合格后，才能将其投入正常使用。此外，在采购材料时，还应要求供应商出具材料制造商的合格证书，检查合格书中是否注明了材料的规格、材质、检验要求、各个元素含量等是否满足国家法律、法规、标准的要求，以此才能有效的保障材料使用的安全性。质量检验人员还应检查材料的力学性能，避免压力容器受到生产材料的影响而出现爆炸的现象。

结语：目前，压力容器以其独有的专业特性已成为石油、化工、机械、海洋等行业广泛使用的核心设备之一;同时因其结构的特殊性、盛装介质的复杂性以及使用环境工况的多样性等特点，也使其具有极高的危险性，故而被列为特种设备之一，受国家法律、法规等强制管理，这也要求开展压力容器设计和制造过程中，必须严格遵守相关法律、法规和技术标准规定，同时将理论和实践有效结合，不断的对设计制造过程中产生的各类问题进行归纳研究，累积行业经验，在确保安全可靠的前提下达到设計先进、结构合理、易于制造、使用可靠和造价经济等目的，进而确保产品的使用安全性能。

参考文献

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