压力容器封头制造中存在的问题及技术分析

压力容器封头制造中存在的问题及技术分析

苏衍志

菏泽市产品检验检测研究院，山东菏泽 274000

摘要：文章阐述了公司生产的高压厚壁压力容器设备的功能、结构及技术特征，按照设备技术要求完成下封头与排出口接管封头的工艺过程。重点介绍封头工艺过程的原理、适用范围、特点及工艺技术参数确定、操作过程等关键工艺过程内容。通过实际封头过程的完成，进一步验证了工艺过程的规范性、正确性、可行性，保证设备封头质量，顺利完成设备制造任务。

关键词：压力容器；封头制造；技术

1引言

封头装配技术是指在机械装配过程中利用金属零件材料在低温条件下线性膨胀引起尺寸收缩的特性，将被包容件在冷却剂冷却使其尺寸收缩，再装入包容件，使其达到配合位置的过程。恢复常态后，被包容件能牢固地配合在包容件内产生径向变形获得较大的联结强度，从而满足装配技术要求，它适用金属材料的范围广泛，对于大多数低碳钢件、合金钢件、有色金属都使用。一般用于包容件与被包容件材质、力学性能、材料硬度存在较大差异，特别适用于中、小型有色金属材料、薄壁件等装配需要，不仅装配质量容易保证，在低温下也改变了金属材料的金相组织，使金属结构稳定，金属强度提高。同时，出现低温脆化现象，使材料塑性、韧性降低。封头操作过程、使用设备和工具简单，特别使用于过盈量较小时，将外形尺寸较小的零件装配于大型零件中，其最大优点是可以避免直接压入时配合接触面的拉伤或削去过盈层厚度，且定位准确、联结强度稳定可靠、承载荷较大，对零件自身力学性能、加工精度、表面加工质量影响较小等优点'气因此，多用于石油、化工、核电、电子、机械加工等行业技术要求较高、精密装配的中、小型零部件联结中。

2封头前工件加工

某公司生产的高压容器设备工作介质为中毒危害具有腐蚀性气液混合体。在压力容器的制造过程中，为保证设备强度，接管与壳体联结在结构上一般采用全焊透结构或密封焊与封头结构相结合的结构形式。设备由于壳体壁较厚，接管壁薄且外形尺寸较小，采用全焊透结构工艺性较差、曲面圆周焊接工作较多、操作困难，因此，采用密封焊与封头相结合的联结方式。按照设备设计、结构特征和工况条件，要求下封头组件中锻件球形封头与薄壁件排出接管采用封头联结，为增加联结强度、密封性和长期使用工况要求，封头后采用密封焊，其结构如图1所示，设备主要功能为工作介质通过高压反应后气液混合物排出容器外。由于设备工况为高压状态，封头工艺过程的质量十分关键，直接影响的设备的使用性、安全性。因此，根据设备结构、材料特点和以往封头工艺操作过程经验，对封头工艺过程进行全面的工艺分析和试验，确定冷却剂选用、温度、时间等关键技术参数及具体操作过程，保证设备封头组装任务顺利完成。

2.1工件成型

封头前，为保证装配过程能顺利进行，对相配合的零件成型和加工表面粗糙度等都要求较高。零件加工后应去除两端及表面毛刺，保持表面光滑，工件接触表面要求粗糙度较高，一般要求应达到此=0.8um0下封头材料为00Crl8Nil0TiIV不锈钢锻件，外形为球形封头，按设计要求加工23°侧孔04OH7.加工设备：卧式篷床（型号：AC100）,加工过程采用高速低进给方法，并用水冷却液进行冷却。刀具专用组合刀具，严格控制转速：300-350r/min,进给量：lmm/min，加工后用百分表对加工040尺寸公差进行检测，用对比样块对加工内表面粗糙度度进行检测。排出口接管材料为00Crl8Nil0Ti不锈钢棒，精确测量加工侧孔尺寸及公差，通过最大、最小过盈量和工艺性试验确定接管外径尺寸最终加工尺寸公差，加工设备：普通车床（型号：C616）,刀具材料为：YG8普通车刀，加工过程采用高速低进给方法，并用水冷却液进行冷却。车加工外形控制转速：900~1000r/min,进给量：0.002mm/r,加工完成后在车床上使用专用抛光布进行外表面抛光，保证两相连零件接触表面符合。同样采用百分表和对比样块对配合尺寸公差及外表面粗糙度进行检査。经检测，完全符合设计图纸技术要求。

2.2冷却剂选择

由于封头过程受限制的条件较多，因此没有统一的行业标准，都是根据材料特性和实际经验进行确定。为保证封头后的效果，选用同材质的工艺试验件进行试验，确定封头操作冷却剂选用、温度、时间及操作过程。由于设备被封头件为排气接管外形尺寸较小、壁厚10mm,属典型薄壁件，采用直接冷却法，将工件直接置放于带绝热层冷却桶的液氮中，冷却不同的时间测量控制工件冷缩量来达到最好的冷却效果。压力容器制造行业中常用的冷却剂固体干冰、液氨、液氮，他们的冷却温度分别为-78C、-70C、-196。由于液氮价格便宜，储存简单，生产成本低，冷却效果较好和操作方便，同时，氮气是惰性气体，操作过程中挥发的氮气对人体没有伤害等优点。因此，在封头工艺要求中多选用液氮作为冷却剂用于对工件进行冷却处理。

2.3冷却温度

封头过程中，根据配合件的配合公差、过盈量、表面粗糙度以及工件的外形、规格、位置关系等来选择封头的温度，其中过盈量是选择封头温度的关键因素。只能根据常用材料经验进行温度范围的确定，最终通过范围内对工件收缩量温度精确测量确定最终合适冷却温度。选用封头温度并非越低越好，经过封头后的零件，强度降低，寿命缩短，承载力降低等现象，该低温范围就不能选用。

2.4冷却时间

封头过程中，零件的壁厚、长度、材料的力学性能等因素都对冷却时间产生影响，它是封头过程能否顺利完成操作的重要因素之一，如果冷却时间短，不仅影响安装尺寸，还有可能发生未装配到位就有抱死的严重后果'气冷却时间过长，则影响装配联结强度和装配效率。

3操作过程

由于液氮温度较低和操作过程要求快速的原因，操作时需2人配合完成。操作时需穿戴防护工作服和防冻手套，整理与带装配件正左方，将液氮容器放置在正前方叫封头前，通过放样确定配合定位长度尺寸75mm,对排出接管配合长度进行标识并用卡箍定位，以保证排出接管定位准确，待封头完成后去除卡箍。操作过程应迅速，否则零件温度迅速回升，并在表面产生厚霜，材料公差膨胀在装配过程中“卡死”现象。用专用机具将接管放置在液氮容器内，冷却22min后夹出，提取过程中用干净的纱布对面进行擦拭清洁。由另外一人双手迅速握住，距离段头50mm左右，对准垂直方向迅速插入，依靠卡箍定位，待过一段时间，去掉卡箍完成封头过程。由于接管外形较小、壁薄，为防止焊接过程中变形，密封焊采用手工氫孤焊，焊接过程使用小电流、小热输入、中速焊接的方法完成接管与厚壁壳体密封焊联结。

4结束语

通过下封头与排出接管的封头工艺过程进行工艺性试验，确定具体操作过程中技术参数的，最终顺利应用于设备封头过程中，后续设备各项检测和试验均一次性合格，进一步验证了薄壁管与厚壁壳体封头配工艺各技术参数的正确性、规范性和可靠性。根据设备材料特性和封头过程制造经验，公司先后顺利完成的核电项目稳压器、离线啜吸检测装置、煤和石油化工设备高压过滤器、热高压分离器、醋酸反应器、结晶器等多项设备制造过程中均有釆用封头连接的要求，顺利完成设备的制造。设备投产使用至今，１０余年，无任何安全、质量问题。实践证实，封头装配技术以独特工艺性、可靠性、安全性等优点，在核电、航空、化工工业等领域的精密装配中越来越多的广泛应用。

参考文献

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