球形封頭與筒體連接區(qū)的應(yīng)力分析

 壓力容器的結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)往往是壓力容器的高應(yīng)力區(qū)，一般說來，壓力容器的結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)可分為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)和局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)兩種。總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)是指對(duì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)大的部分產(chǎn)生影響的應(yīng)力或應(yīng)變?cè)?，例如封頭與殼體連接區(qū)、設(shè)備法蘭與殼體連接區(qū)、接管區(qū)、不同直徑或厚度或材料的連接區(qū)等；局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)是指對(duì)結(jié)構(gòu)相對(duì)較小的范圍內(nèi)產(chǎn)生影響的應(yīng)力或應(yīng)變?cè)?，例如小的圓角半徑、小的連接件、部分焊透的焊縫或小孔等。很多結(jié)構(gòu)，如壓力容器開孔接管區(qū)等既存在總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)因素，又存在局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)因素。由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)的幾何結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜，很難用解析法進(jìn)行準(zhǔn)確求解，通常采用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。  球形封頭與筒體連接區(qū)的應(yīng)力分析 在高壓容器中，特別是直徑較大的容器經(jīng)常采用球形封頭，因?yàn)榍蛐畏忸^在內(nèi)壓作用下兩向應(yīng)力相等，受力狀況很好。球形封頭所需厚度往往比筒體厚度小很多，既可以節(jié)省材料又可以減輕負(fù)重。

     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(duì)于密封性要求較為嚴(yán)格，大型球形封頭制造廠，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(zhǎng)期運(yùn)行。當(dāng)球型封頭出現(xiàn)裂縫時(shí)，會(huì)影響封頭的使用嗎？

     封頭是容器的一個(gè)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(duì)焊封頭，承插焊封頭。用于各種容器設(shè)備，如儲(chǔ)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），大型球形封頭加工廠，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(duì)于高溫產(chǎn)生的熱裂紋，會(huì)在焊接應(yīng)力的作用下，寧夏大型球形封頭，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(shí)間后就產(chǎn)生了裂紋。

    處理球型封頭裂紋時(shí)應(yīng)先將裂紋去除掉，可以用無損檢測(cè)（滲透檢測(cè)）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(shí)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(cè)，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(huì)對(duì)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

  半球形封頭是指由半個(gè)球殼及直邊（圓筒短節(jié)）構(gòu)成的封頭。球殼的曲率半徑處處相等，受力均勻。與其他封頭相比，半球形封頭在承受相同內(nèi)壓時(shí)，所需要的壁厚較小。在球殼與相同厚度圓筒的連接處，因曲率半徑變化引起的邊緣應(yīng)力僅為圓筒總體薄膜應(yīng)力的3.1%，可忽略不計(jì)。所以半球形封頭力學(xué)性能較好，所用材料節(jié)省。

    和其他的封頭做對(duì)比的話，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)半球形封頭在直徑和承壓相同的條件下，所需厚度比較小，封頭容積相同時(shí)其表面積也較小，用料很省。該封頭的受力比較均勻，在制造上也是比較困難的，因此一般情況下，除了用于壓力較高、直徑較大的壓力容器外，其他的容器采用的比較少。半球形封頭與其他形式封頭相比較在直徑和承壓相同的條件下，所需厚度較小，封頭容積相同時(shí)其表面積較小，大型球形封頭廠家，用料較省。受力很均勻。但 由于制造困難，一般除用于壓力較高、直徑較大的壓力容器外，其他容器較少采用。

    在使用該封頭的時(shí)候，我們需要注意防止其與碳鋼直接接觸，避免鐵離子的污染。不要露天存放，還應(yīng)避免雨淋，強(qiáng)制組焊也是不可取的

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