压力容器用封头制造工艺设计策略研究

压力容器用封头制造工艺设计策略研究

沈小明、冯德章、沈凯、马宁

瓯星机械设备有限公司   浙江省温州市   325000

【摘要】在压力容器制造过程中，封头是其关键部件之一，对压力容器的整体性能和安全性具有重要影响。所以，必须严格控制封头的制造工艺，以保证其质量。但在封头制造过程中，还存在一些问题和不足，严重影响了封头的整体性能和安全性。为此，本文首先分析了压力容器用封头的分类及主要特点，然后介绍了封头制造工艺中的重点工艺问题，最后提出了具体的解决策略，以期对实际工作起到参考作用，保障压力容器封头的质量。

关键词：压力容器；封头；制造工艺；设计策略

压力容器是一种特殊的压力设备，其主要应用于石油、化工、食品等行业中。但在实际生产过程中，由于封头制造工艺技术要求较高、制造难度大，所以容易导致压力容器质量问题较多。如果不能有效解决封头制造工艺问题，则会影响到压力容器整体质量和安全性。因此在压力容器制造过程中需要加强对封头制造工艺的研究和分析，保证封头的设计方案科学、合理、有效。

一、压力容器用封头的分类及特点

封头是压力容器中最重要的部件之一，其作用主要有两个：一是对压力容器的封头进行保护，避免外界因素对其造成破坏；二是封头可以将压力容器内部的压力和热量进行传递，减少压力容器内壁的温度升高，降低温度应力对压力容器的影响。因此，封头是压力容器制造过程中不可或缺的重要部件【1】。根据其材质不同，封头可以分为：碳钢、不锈钢、合金钢、铝合金等。目前，我国对于封头材料主要以碳钢为主，这种封头具有较高的强度和耐腐蚀性。但由于不锈钢具有良好的抗腐蚀性和强度，因此在现代工业生产中得到了广泛应用。此外，不锈钢材料也具有良好的机械性能和耐腐蚀性。因此，在实际生产中需要根据不同材料选择不同的封头材料。

二、常用封头压制工艺

（一）旋压成形

通过旋转可以扩大受力点，同时可以基于某个方向的压力，促使金属材料沿着这一方向进行变形和流动，从而形成某个形状。要求金属材料具备塑性变形的性能和流动性能，旋压成形比较复杂，包括塑性变形和流动变形，结合了强力旋压和普通旋压。通常是厚度较薄的椭圆形封头和平底封头制造过程中利用，有利于节省生产成本。可以划分旋压为冷旋压和热旋压两种方式，其中冷旋压的应用率更高，在加工碳素钢和不锈钢材料的封头过程中都可以利用。在旋压之前需要实施预成形，例如可以采取压鼓措施。

（二）冲压成形

利用热冲压成形工艺，主要是利用金属热塑性成形原理，使材料的成形性能得以提升，通常是在制造较厚板材的封头中利用。但是热加工过程中利用的燃料会影响环境和材料自身，导致原材料性能受到影响，在产品成型之后还需要进行热处理，有效改善材料热能，在热冲压过程中，环境因素会影响到产品热膨胀率，完成热冲压之后很难控制产品尺寸【2】。冷冲压工艺可以保障产品尺寸的精确性，整体成比较低，还可以保障产品外观的美观性，因此冷冲压成型工艺利用率较高。

（三）分瓣加工成形

分瓣加工的产品范围较大，在加根据形状不同，可以制定专业的模具，而且需要耗费较多的时间加工，因为封头具有较多的拼缝，而且焊接工作量比较大，而且最终成型效果比整体封头相对较差，因此这种工艺的利用率相对较低。

三、压力容器用封头制造工艺中存在的主要问题

（一）封头外形尺寸控制难度大

封头在实际制造过程中，其外形尺寸一般会受到诸多因素的影响，比如外部尺寸、表面形状等，这些因素均会直接影响到封头的整体质量和安全性。例如，封头外部尺寸的大小直接影响到封头的受力大小，如果封头的外部尺寸较小，那么其所受到的压力就会很大。如果封头的外部尺寸较大，则会对封头整体造成一定压力。另外，在实际制造过程中，封头需要对其进行多次成型。如果封头外形尺寸较小，则会降低封头的整体稳定性，容易出现变形问题。同时，在实际生产过程中，如果封头外形尺寸控制不好，则容易导致封头出现缺陷问题。

（二）封头端部变形问题严重

在实际生产过程中，封头端部变形问题比较突出。如果封头端部存在变形问题，则会对封头整体质量产生严重影响。如果封头端部出现变形问题，则会降低封头的整体使用性能和安全性。同时，还会影响到其他零部件的使用寿命和质量【3】。因此，在实际生产过程中需要加强对封头端部变形问题的控制力度。 一旦发现封头端部存在变形问题时，必须及时进行处理和控制。

四、解决策略

（一）优化焊接材料的配比

对于材料问题，可以通过优化焊接材料的配比来实现，提高封头质量。如：可以在封头内表面施加涂层，以防止焊接后的金属氧化现象发生。同时，也可以使用较大的焊接电流，从而提高焊接效率和质量。另外，还可以在焊接过程中添加抗氧剂和脱氧剂，以有效防止焊料中的氧化物进入到焊缝中。

（二）保障焊缝的质量

在封头制造过程中，为了保证焊缝质量，应该对焊缝的工艺参数进行严格控制。在设计封头制造工艺时，应该根据实际情况制定相应的焊接工艺，如焊前预热、焊后热处理等，以保证焊接质量。为了确保焊缝质量，还应控制焊缝的厚度。在实际生产过程中，为了提高焊缝的抗腐蚀能力和抗冲击能力，应采用多层多道焊法进行焊接。但是在实际生产过程中，由于受到焊接方法、技术水平等因素的影响，容易导致焊缝质量不达标。为此，应加强对焊缝质量的控制力度，并及时采取相应措施进行处理。

（三）改进封头制造工艺

对于尺寸问题，可以通过改进封头制造工艺来解决。如：对封头进行矫正后再进行打磨，以保证其表面光滑、无裂纹等缺陷；在打磨之后使用砂轮打磨，以去除多余的金属；采用机械加工的方式对封头进行加工。针对冷成形封头，可以根据相关规定在成形之后采取预处理，及时消除冷变形产生的参与应力，这样有利于恢复材料性能。

（四）改善封头表面处理方式

对于表面缺陷问题，可以通过改善封头表面处理方式来实现。如：在压力容器制造过程中使用镀锌板和不锈钢板材的方法进行封头表面处理。此外，还可以采用电镀、喷涂、热喷涂等方式进行表面处理，以保证其表面光滑、无裂纹等缺陷。 如：在焊接过程中可以采用坡口角度为30°~45°的方法进行焊接；在成型后也可以采用坡口形式来减少焊接缺陷的出现。此外，还可以采用两次加工的方式来减少裂纹产生的几率【4】。此外对于尺寸问题，可以通过提高设备精度来实现。如：在压力容器制造过程中采用高精度的封头制造设备；选择高精度的封头设计方案等。

结束语：

从技术方面来看，封头制造工艺是压力容器制造过程中的一项重要内容，其需要对封头进行严格的制造工艺控制，以保证其质量和安全。而在封头制造工艺中，存在的主要问题是：材料选择不当；热处理方法不合理；焊接工艺不规范。针对这些问题，应该采取相应措施进行解决：1.选择合理的材料；2.合理制定热处理工艺；3.科学选择焊接方法；4.规范焊接操作。从管理方面来看，压力容器用封头制造过程中需要加强管理。在封头制造过程中，可以利用信息化技术实现对质量管理工作的有效监管。在生产过程中，相关人员需要对封头进行严格检验，以保证压力容器用封头制造的整体质量，从而保障压力容器用封头制造的安全性能。

参考文献：

[1]李莉,郭太平,武兴国.压力容器球形封头椭圆的校正方法[J].大型铸锻件,2023(04):51-56.

[2]吴肖,靳茂明.压力容器筒体和椭圆封头冷成型后的变形率计算[J].中国特种设备安全,2023,39(06):13-17+23.

[3]孙捷飞,黄月.压力容器碟形封头内压下的弹性失稳的分析[J].中国化工装备,2023,25(01):45-48.

[4]刘祥,闫建旺.压力容器用锥形封头开裂原因分析[J].石油和化工设备,2023,26(01):113-116.