单位文秘网 2021-07-22 08:15:37 点击: 次
摘 要:国家标准和行业标准对于复合钢板制造的压力容器错边量要求相当严格,一般不允许超过复层厚度的50%,而复合钢板的复层厚度一般为3mm,为了保证错边量不超标,成形后相邻筒节的周长差不能超过5mm。由于复合钢板材料是由两种不同金属材料通过特殊工艺复合而成的,其化学成分和力学性能都存在着较大差异,复合层材料的延展性和碳钢及低合金钢材料不相同,因此造成按照中径展开下料的尺寸与实际卷圆后的尺寸存在较大偏差,造成筒体组对错边量超差。根据我公司近几年生产的不同规格复合板容器塔器,通过实践,研究不同材质、不同板厚的复合钢板在下料、卷圆过程中受力后的延展规律,结合理论计算推算出复合钢板的实际下料尺寸。
关键词:压力容器;复合钢板;卷制;尺寸控制
1 均质板的延展性
1.1 筒体理论展开下料尺寸
普通塑性金属材料的中性層就是中心层,也就是说,均质板以中径为基准计算筒体展开下料尺寸。
L=(Di+δn)xπ
式中:
Di筒体内直径,mm;
Δn筒体名义厚度,mm。
1.2 筒体实际展开下料长度
根据工厂实际工作情况,筒体下料还要考虑与之相邻封头成型后的尺寸,一般根据封头加工实测周长尺寸,计算筒体实际下料尺寸,该下料尺寸按钢板中径展开即可。
2 复合板的延展性
2.1 复合板中性层的确认
根据材料力学基本理论和塑性金属材料屈服阶段的特性,用抵抗压缩变形的力对中性层取矩的总量相平衡的条件得出:
∑σ拉xFxY=∑σ压xFxY
式中:
F相应应力下的面积;
Y相应应力与中性层的距离。
复合钢板在受纯弯曲变形时,截面应力分布情况如图所示,设中性层在Y轴上任意位置,根据平衡方程式得出:
H=〔σs2/σs1(δ+δ0)-( δ0+K0(δ02/2R0)〕/[ K0(δ0/ R0)+2σs2 /σs1]
式中:
δ复合钢板总厚度;
δ0复层钢板厚度;
H复层到中性层的距离;
σs1复层的屈服极限;
σs2基层的屈服极限;
R0中性面曲率半径,mm;
K0复层强化系数,一般取210。
求出H值后,就可以确定复合钢板中性层的位置,即可计算出筒体理论展开长度:
L复=(Di+2H)xπ
2.2 复合板展开长度计算公式在实际生产中的应用
结合以上理论推断,在产品实际制造过程中,根据复合板的特性应用复合钢板展开下料尺寸计算公式,所进行的实践结果及数据进行比较。筒节环缝对口错边量决定于相邻筒节内圆周长之差,国家标准要求复合板错边量相邻筒节接口处错边量不大于钢板复层厚度的50%,切不大于2mm,而各设计单位提出更高要求,一般要求不大于1mm。所以相邻筒节内径之差不大于2mm,因此两相邻筒节周长之差不大于6.28mm。在实际容器制造过程中,筒节卷制时有操作工的人为因素、钢板卷制时的受力情况,综合以上因素,一般在实际生产中,要求周长之差控制在5mm以内。
工程实例如下表所示:
某塔:材质为16MnR+316L,厚度为(18+3)/(22+3)/(26+3)
以上实测数据可以说明,复合钢板下料尺寸计算方法和推论基本合理,相邻两筒节接口处的周长差可控制在4mm以内,内直径错边量可控制在0.5~1mm之间。
3 结论
①复合钢板的中性层是向强度较高的金属层一侧偏移的,即:当σs1>σs2时,中性层向复层偏移;当σs1=σs2时,中性层与中心层重合;当σs1<σs2时,中性层向基层偏移;②由于复合板的中性层内移,所以造成复合板的展开下料长度比均质板的理论展开下料长度要小,即复合钢板卷制时所发生的凸面纤维延伸变形量比均质板大;③在筒体卷制过程中,筒体壁厚与筒体直径的变化与中性层内移产生的长度差异有密切关系,直径越小,长度差异越大;板厚越大,长度差异也越大,且由于金属的特性会引起屈服强度的变化,所以在实际运用公式计算时,要充分考虑将材料的真实强度值代入,增加计算数值的准确性;④在进行实际展开料计算时,还要考虑其他各方面的影响因素,包括焊缝收缩量,组对间隙、坡口形式、焊接方法、卷制受压次数、卷制时压力大小、复合钢板爆炸工艺状况等。
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