论压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施

周柏峰

摘  要：结合当前压力容器设计及制造发展的情况，从自身参与压力容器制造的实践经验出发，多角度探讨了压力容器制造过程中的应力集中问题，在此基础上，提出有针对性的压力容器制造降低应力集中的方法，希望对于今后全面提升压力容器设计及制造水平有所帮助。

关键词：压力容器;设计方案;应力集中;制造改进

在开展压力容器的设计过程中，只有全方位落实压力容器在制造工艺中的质量要求，能考虑到材料在冲压性、焊接性、切削加工性、热处理性等方面的情况，这样才能更好地保障压力容器的产品质量。否则，如果存在着没有从整体上考虑到产品结构的工艺性情况，这样就会造成制造环节中的装配、拆卸、焊接、转动、搬运、运输等存在一定困难，难以保障制造质量，提升了制造成本，还会增加相应的安全隐患问题，容易出现产品碰撞损伤，造成一系列的质量风险隐患。

1  压力容器设计与制造的发展现状

1.1  压力容器的应用特点

一是，压力容器往往具有较高的安全性需求，从实际的应用场景来看，应认识到其存储着高度危险性的物质，如涉及到相关的易燃易爆气体等。如果存在着安全性方面的考虑不足情况，容易造成安全事故问题，进而无法保障压力容器的广泛应用;二是，压力容器设计及制造体现出很强的专业性，考虑到其用于进行特殊物质的存储，并这些物质存在着一定的腐蚀性，不同存储物质对于压力容器的性能要求存在着不同情况，这里也体现出较强的专业性。最后，压力容器涉及到多种类型的结构，在满足多样化的物质存储需求的基础上，应明确提出相关的不同结构特点，这样方可更好地适应于不同环境工况下的存储要求，也意味着压力容器设计难度有所提升。

1.2  压力容器的设计制造发展现状分析

为了全方位提升压力容器的应用水平，我国在压力容容器的设计及制造方面取得了很大的进步，并能逐步探索出符合我国工业化发展的较为成熟的压力容器设计制造体系。从当前的压力容器制造工艺技术发展来看，其主要涉及到原材料验收、切割、焊接、无损检测、后期处理等方面的内容，再通过相关的工艺处理的基础上，方可落实有效的不同应用场景的压力容器的发展，更好地符合我我国的工业化发展之路。

在制造压力容器的过程中，人们始终关注到相应的结构设计等相关问题，只有充分重视加强压力容器的结构方面的内容，认清楚相关的工作性能特点及工作压力，优化结构设计参数，这样才能更好地满足制造质量要求，实现预期的压力容器的安全使用目标。

2  压力容器制造过程中的应力集中

2.1  压力容器制造过程中的应力集中问题

针对压力容器的应力集中问题，其属于弹性力学的范畴，关系到脆性材料的实际应用情况。在具体的力的作用下，针对物体存在着形状急剧变化的情况，这样而造成的一系列的孔洞、缺口等情况，往往都是应力集中的情况。在这样的影响下，自然会造成容易出现相关的疲劳裂纹等情况。在应力作用比较大的情况下，还会造成存在着物体的静载断裂的情况，这样也无法保障物体的合理化应用。从这个角度来看，我们应在设计及制造环节中，尽可能避免出现应力集中的问题。在具体的压力容器制造环节，尽可能避免此类问题。对于制造环节中所涉及到的大量的切割及焊接等环节，如果存在着工序不合理等情况，容易出现压力容器方面的形状的急剧变化的情况，从而会造成应力集中的问题。

2.2  压力容器制造应力集中问题的影响因素

一是，压力容器结构设计方面存在不完善之处，缺陷之处较多。在设计环节，特别是封头的设计环节，应落实具体的容器的密封性方面的要求。考虑到存在着不合理的设计方案，当设计平盖封头存在着缺口的情况，自然会造成应力集中问题产生，存在着安全隐患;二是，压力容器的制造工艺方面存在着缺陷，特别是在特殊需求的作用下，部分压力容器需要进行棱角结构，如不加以完善处理，容易造成应力集中的问题。部分在制造工艺环节，还存在着难以满足相应的棱角制造等情况，这样也意味着容易存在应力集中的隐患问题。

3  压力容器制造降低应力集中的方法

3.1  压力容器的结构设计要点

在设计压力容器的过程中，应重视如何有效全方位降低应力集中的问题，结合存在的实际情况，在考虑到压力容器的实际应用需求的基础上，从整体上提出科学的解决方案。一般来说，从具体的压力容器的结构出发，应首先能重视选择相应的回转壳体和成型封头等方面的工作。对于这部分结构来说，大都是选择一体化制造方法，这样能有效避免缺口等漏洞问题，从而能避免出现应力集中的情况。

在某些情况下，压力容器涉及到多件结构的连接情况，为了有效避免出现应力集中的问题，在这样的情况下，应从实际出发，落实尽可能保障不同结构中的刚度差尽可能小。考虑到影响刚度差的因素，还应特别关注到结构的厚度、曲率半径、材料选用等方面，具体的设计压力容器环节，尽量选择同一种材料来进行制造，同时，针对连接部分的问题，尽可能保持一致性的曲率半径。

3.2  压力容器制造工艺的改进方法

在优化压力容器的结构方案环节，还应结合实际需求来进行改进具体的制造工艺，从而有效控制存在着压力集中的问题。同样，焊接问题依然属于压力容器制造中重要部分，也是保障其整体质量的重要环节。在具体的焊接处理实践中，如果难以控制余高等相关因素，这样容易出现压力容器的不合理的结构，从而造成应力集中问题较为突出。在具体的焊接环节，应重视从技术措施入手，实现余高的严格控制。完成焊接基础上，则应落实相关压力容器的焊缝進行打磨处理。在落实压力容器应用质量的基础上，应尽可能避免点焊等焊接方式，保障压力容器的制造水平。

4  结语

综上所述，考虑到压力容器的设计制造环节，我们应高度重视如何保障压力容器发展符合实际需求，重点落实如何解决其存在着应力集中的问题，在分析了压力容器制造中应力集中问题的影响因素的基础上，提出了压力容器的工艺改进及设计改进方案，希望对提升压力容易设计及制造水平有所帮助。

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