球形封頭的應(yīng)力分析結(jié)論

(1)在直徑和內(nèi)壓相同的情況下，球殼內(nèi)的應(yīng)力僅是圓筒形殼體環(huán)向應(yīng)力的一半，即球形殼體的厚度僅需圓筒容器厚度的一半。 但在實際應(yīng)用中，考慮到封頭上開孔對強(qiáng)度的削弱，封頭與筒體對焊的方便，以及為降低由于筒體和封頭的曲率半徑不連續(xù)所產(chǎn)生的邊緣應(yīng)力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。       

 (2)從受力分析來看，球形封頭的結(jié)構(gòu)形式在直徑、壁厚和工作壓力相同的條件下球形封頭內(nèi)所受的應(yīng)力小，兩向薄膜應(yīng)力相等，而且沿經(jīng)線是均勻分布的。如果和壁厚相等的筒體連接，邊緣附近的應(yīng)力與薄膜應(yīng)力并無明顯不同，因此它被廣泛用于壓力較高、直徑較大的高壓容器和特殊需要的場合。 

     封頭是壓力容器中的堵塞裝置，常用于壓力容器的兩端，我們知道壓力容器對于密封性要求較為嚴(yán)格，因此在制作封頭的，它的質(zhì)量及形狀都是有嚴(yán)格要求的，封頭的品質(zhì)直接關(guān)系到壓力容器的長期安全可靠運行。當(dāng)球型封頭出現(xiàn)裂縫時，會影響封頭的使用嗎？

     封頭是容器的一個部件（如下圖）根據(jù)幾何形狀的不同，可分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種，其中球形 、橢圓形、碟形、球冠型封頭又統(tǒng)稱為凸形封頭。在焊接上分為對焊封頭，承插焊封頭。用于各種容器設(shè)備，如儲罐、換熱器、塔、反應(yīng)釜、鍋爐和分離設(shè)備等。材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁、鈦、銅、鎳及鎳合金等。

     不銹鋼封頭焊接過程中產(chǎn)生的裂紋一般是熱裂紋，熱裂紋又分為結(jié)晶裂紋、液化裂紋、和多邊化裂紋，產(chǎn)生的原因主要是焊接過程中母材中的雜質(zhì)（硫化物）產(chǎn)生偏析，和易于產(chǎn)生低容共晶的物質(zhì)（Ni），形成了低熔共晶，在拉伸應(yīng)力的作用下就產(chǎn)生了微裂紋，對于高溫產(chǎn)生的熱裂紋，會在焊接應(yīng)力的作用下，以及受到結(jié)構(gòu)、工作介質(zhì)、環(huán)境溫度的影響，擴(kuò)展為宏觀裂紋，所以在工作一段時間后就產(chǎn)生了裂紋。

    處理球型封頭裂紋時應(yīng)先將裂紋去除掉，可以用無損檢測（滲透檢測）確認(rèn)裂紋完全消除，然后采用小熱出入的焊接工藝，嚴(yán)格控制焊接線能量，和層間溫度，必要時可采用水冷，以避免產(chǎn)生晶間腐蝕，施焊過程中盡量多層多道焊，然后再進(jìn)行一次射線檢測，確認(rèn)無裂紋。

    從以上情況我們可以看出，封頭出現(xiàn)裂縫會對生產(chǎn)造成非常嚴(yán)重的影響，因此在封頭的工作中，一定要注意盡量避免其出現(xiàn)裂縫的情況

    橢圓封頭與球形封頭的使用界限考慮：橢圓封頭的受力比球形封頭差,但制造比球形封頭容易,設(shè)計時如無其他因素考慮,在何時考慮采用球形封頭(如直徑及壁厚)較合理？ 一般使用橢圓封頭，球形封頭替代橢圓封頭的原因： 1、特殊材料，貴。 我們有2個4200的N10276封頭，用橢圓須32mm，用球封頭18mm，可節(jié)省約300W。 2、一般材料，厚。 用球封頭節(jié)省材料，一般超過40mm就可考慮用球封。 3、一般材料，大，厚。封頭成型困難，一般采用瓜瓣式，先成型，再拼焊，做球封容易。 無論從壓力還是直徑方面都很難確定采用橢圓封頭或球形封頭的一個界限。 有時多看看實際的裝置會有一些啟發(fā)?，F(xiàn)在的熱壁加氫反應(yīng)器都是球形封頭，氣相法線性低密度聚乙烯、聚反應(yīng)器（筒體直徑3500）雖然壓力不大高但也用的是球形封頭。曾做過氫氣罐雖然只有幾立方米，直徑900，但壓力較高20多MPa，也用了球形封頭。 我想當(dāng)你需要考慮改善封頭力及筒體應(yīng)狀況的時候優(yōu)先考慮用球形封頭。較多的情況是工藝條件已經(jīng)定了結(jié)構(gòu)形式。 因為球形封頭的深度比橢圓封頭大，如果是大直徑的需要拼接的球形封頭，在沖的時候有可能會把焊縫沖開。所以不好加工。 GB150中為什么將球形封頭與筒體的環(huán)縫定為A類？ 因為球形封頭的周向應(yīng)力和縱向應(yīng)力是相等的, 計算厚度比圓筒體小將近一半。球形封頭與筒體連接處一般是將筒體削薄, 連接焊縫處的縱向應(yīng)力應(yīng)該不小于筒體縱縫處的周向應(yīng)力, 所以球形封頭與筒體的環(huán)縫和筒體縱縫一樣屬于A類焊縫。