封頭專題講座

關(guān)于封頭專題講座張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC封頭專題講座封頭是壓力容器的主要受壓元件，是容器上最重要的壓力部件之一。幾乎所有的壓力容器都離不開封頭。封頭的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GB/T25198-2010《壓力容器封頭》，是由原JB4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》改版升級(jí)而成。本講座未包括封頭設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。第2頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC一封頭形狀的分類●標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（長(zhǎng)半軸、短半軸之比為2:1）●碟形封頭（Ri=Di,ri=0.1Di）●半球形封頭●球冠形封頭●錐形封頭（CHA30°45°60°，r≥0.1Di）

r、中心角、高度相互影響●平底封頭●近似橢圓形封頭(R=0.9045Di,r=0.1727Di，hi=0.25Di)第3頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC第4頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC第5頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC二封頭的下料1封頭坯料采用整板為宜，如需拼接，宜取同一爐批號(hào)板料，并盡量選用同一張板料。2封頭坯料的拼接應(yīng)符合下列要求：⑴不允許存在十字焊縫。⑵封頭上各種不相交的拼接焊縫中心線間距離至少為封頭板材厚度S的3倍，且不小于100mm。封頭由瓣片和頂圓板拼接制成時(shí)，焊縫方向只允許是徑向和環(huán)向的。第6頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC3封頭投料厚度整體壓制的封頭，封頭坯料的厚度應(yīng)根據(jù)成形工藝條件考慮工藝減薄量，以確保封頭成形后的最小厚度不小于圖樣上封頭的名義厚度減去鋼板厚度負(fù)偏差（GB150-1998的規(guī)定），或不小于圖樣標(biāo)注的封頭成形后的最小厚度（GB150.4-2011的規(guī)定）。

GB150.4-2011規(guī)定：制造單位應(yīng)根據(jù)制造工藝確定加工余量，以確保受壓元件成形后的實(shí)際厚度不小于設(shè)計(jì)圖樣標(biāo)注的最小成形厚度。第7頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

值得注意的是，由于裝備條件、制造工藝等方面的差異，制造單位確定的加工余量不同，成形件投料的鋼材厚度也隨之不同。因材料許用應(yīng)力隨厚度增加時(shí)逐漸降低的，當(dāng)制造單位考慮加工余量致投料的鋼材厚度增加并跳檔時(shí)，許用應(yīng)力降低，“設(shè)計(jì)圖樣標(biāo)注的最小成形厚度”將增大。此時(shí)應(yīng)重新計(jì)算最小成形厚度，防止造成受壓元件強(qiáng)度不足的情況發(fā)生。如何進(jìn)行判斷？只需檢查投料厚度與名義厚度的許用應(yīng)力是否有跳檔即可。材料許用應(yīng)力跳檔的界線：16㎜、36㎜、60㎜、100㎜。第8頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

4封頭的展開尺寸●等面積法●等弧長(zhǎng)法●經(jīng)驗(yàn)公式法

4.1橢圓形封頭（EHA）展開尺寸

⑴坯料直徑D=1.19×(Di+S)+2h+30(余量)

按照該公式計(jì)算出來的尺寸，同西塘封頭鍛壓有限公司提供的尺寸表大體相同。

⑵也可以在CAD上畫出封頭的形狀，把封頭中性層弧長(zhǎng)作為封頭坯料直徑。因?yàn)檫@種方法得到的尺寸偏大，一般不需要再考慮加工余量第9頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

4.2碟形封頭（THA）展開尺寸

⑴可以在CAD上畫出碟形封頭封頭的形狀，把封頭中性層弧長(zhǎng)+15㎜，作為封頭坯料直徑。

⑵碟形封頭一般都是旋壓成形，其下料尺寸最好由封頭加工廠提供。特別是大尺寸碟形封頭、或者非標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，下料尺寸需經(jīng)封頭加工廠確認(rèn)后方可下料切割。

4.3半球形封頭(HHA)展開尺寸

坯料直徑D=1.42×(Di+S)+30～40(余量)

大尺寸球形封頭，下料尺寸需經(jīng)封頭加工廠確認(rèn)后方可下料切割。分瓣制造的封頭，按照瓣片放樣展開，周邊加放余量。第10頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

三封頭的拼接1控制錯(cuò)邊量，盡量平齊。復(fù)合板允許錯(cuò)邊1㎜。2.熱成形封頭，焊接工藝評(píng)定需覆蓋。大厚度正火板，工藝評(píng)定需注意焊縫強(qiáng)度能否滿足。3.嚴(yán)格按拍片要求施焊。焊接按照焊接工藝。拍片在成形后進(jìn)行。4.小曲率半徑部位焊縫打磨至于母材平齊。第11頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

四封頭的成形1按照成形溫度分●冷成形（在工件材料再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形加工GB150.4-2011）在工程實(shí)踐中，把環(huán)境溫度下進(jìn)行的塑性變形加工成為冷成形，介于冷成形和熱成形之間的塑性變形加工成為溫成形（wormforming）。溫成形也屬于冷成形范疇。

第12頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC再結(jié)晶

金屬冷加工變形后，由于內(nèi)能提高而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，由于原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，在晶格畸變較嚴(yán)重處，將進(jìn)行重新成核和晶粒長(zhǎng)大，形成一些位向與變形晶粒不同、內(nèi)部缺陷減少的等軸小晶粒。這些小晶粒不斷向外擴(kuò)展長(zhǎng)大，直至冷變形組織完全消失，從而獲得沒有內(nèi)應(yīng)力和形變的穩(wěn)定組織。這一沒有相變的結(jié)晶過程叫做再結(jié)晶?？梢赃M(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度叫做再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶溫度的高低，一般和金屬的成分和形變量有關(guān)。能導(dǎo)致再結(jié)晶的最小形變量叫做臨界形變。經(jīng)再結(jié)晶后，金屬的強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性、韌性大大提高，加工硬化狀態(tài)消失，內(nèi)應(yīng)力完全消除，金屬的性能又重新復(fù)原到冷變形之前的狀態(tài)。

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再結(jié)晶退火

將冷加工變形過的金屬（或合金）加熱到高于它的再結(jié)晶溫度，使之再結(jié)晶的熱處理工藝。最低再結(jié)晶溫度=0.4Tm（K）

[有的資料介紹為0.4～0.5Tm(K)]其中：

Tm-------金屬的熔點(diǎn)，

K---------K氏溫度舉例：Q345R,熔點(diǎn)1430℃、再結(jié)晶溫度約408～578℃。消除焊接應(yīng)力熱處理的溫度，低于下轉(zhuǎn)變溫度（Ac1，Q345R為715℃）。Q345R的焊后熱處理溫度為600℃。金屬材料的再結(jié)晶溫度低于焊后熱處理溫度。但實(shí)際上再結(jié)晶熱處理都是在焊后熱處理溫度下進(jìn)行。第14頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC●熱成形（碳素鋼、低合金鋼920～980℃；不銹鋼950～1150℃）2.按照成形方式分壓制成形——采用油壓機(jī)、水壓機(jī)。冷壓、熱壓所用模具不同。旋壓成形——采用壓鼓機(jī)、旋壓機(jī)。一般冷旋成形，也可采用火焰噴射熱旋成形。分瓣成形——分成瓣片（一般為奇數(shù)片）和頂圓，采用油壓機(jī)、水壓機(jī)壓制成形。第15頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC五封頭的熱處理1冷成形封頭的熱處理冷成形的封頭，按照GB150.4-2011第8.1.1條規(guī)定進(jìn)行恢復(fù)性能熱處理。主要依據(jù)（與ASMEⅧ-ⅠUCS-79相似）：●滿足5個(gè)條件中的任意一個(gè)；●根據(jù)封頭的變形率。碳素鋼、低合金鋼5%；奧氏體不銹鋼15%。冷成形件的恢復(fù)性能熱處理，通常都是按照焊后熱處理溫度進(jìn)行熱處理。

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2熱成形封頭的熱處理●熱成形封頭的熱處理，有別于設(shè)備的焊后熱處理。兩者不可混淆?！穹忸^在熱成形中，破壞了材料供貨熱處理狀態(tài)，需重新進(jìn)行熱處理以恢復(fù)到材料供貨熱處理狀態(tài)。熱處理的方式有：正火熱處理、正火+回火熱處理、調(diào)質(zhì)熱處理、固溶熱處理或穩(wěn)定化處理等?！穹职曛圃斓姆忸^，當(dāng)需要熱處理時(shí)，只需對(duì)瓣片、頂圓進(jìn)行熱處理。瓣片組焊后再進(jìn)行焊后熱處理。●有抗晶間腐蝕性能要求的不銹鋼復(fù)合板封頭的熱處理需謹(jǐn)慎考慮。既要滿足基層材料的性能要求，又要滿足復(fù)層材料的耐腐蝕性能。有時(shí)需要做熱加工工藝評(píng)定試驗(yàn)。在封頭出爐時(shí)，往往對(duì)不銹鋼復(fù)層采取強(qiáng)制冷卻措施。第18頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC3焊接試件與母材試件●材料進(jìn)行熱處理以恢復(fù)到材料供貨熱處理狀態(tài)，應(yīng)帶母材熱處理試件。封頭在加熱時(shí)，該母材試件應(yīng)一起加熱。封頭在熱處理時(shí)，該母材試件應(yīng)同爐熱處理。讓試件與封頭經(jīng)歷相同的熱過程，使試件性能代表封頭的性能。有拼接焊縫的封頭，只要有焊接工藝評(píng)定的支持，一般可不帶焊接試件。有特殊要求的（如特殊材料、用戶要求、圖樣要求），也需帶焊接試件?！馟B150.4-2011規(guī)定，凡封頭冷成形后需要通過熱處理恢復(fù)材料性能的，應(yīng)制備母材熱處理試件。第19頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC七封頭的驗(yàn)收

1封頭的形狀和尺寸檢查封頭的形狀和尺寸檢查，GB150.4-2011、GB/T25198-2010有詳細(xì)的規(guī)定，不再詳細(xì)講述，只是有重點(diǎn)地提一下?！竦畏忸^和折邊錐形封頭，過渡區(qū)轉(zhuǎn)角半徑不得小于標(biāo)準(zhǔn)要求?！駷楸阌跍y(cè)量，從2011年2月起改用帶間隙的全尺寸的內(nèi)樣板檢查封頭形狀?！褡⒁庥捎诜忸^形狀偏差引起與裙座筒體裝配位置的偏移，導(dǎo)致封頭環(huán)焊縫至裙座底面距離的超差。第20頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC2焊縫的無損檢測(cè)

2.1封頭拼接焊縫須進(jìn)行100%無損檢測(cè)（RT或UT），無損檢測(cè)在成形后進(jìn)行。

2.2圖樣上規(guī)定需100%無損檢測(cè)或焊縫系數(shù)規(guī)定為1.0的情況，射線檢測(cè)Ⅱ級(jí)合格；超聲檢測(cè)Ⅰ級(jí)合格。

2.3除2.2條規(guī)定者，射線檢測(cè)Ⅲ級(jí)合格；超聲檢測(cè)Ⅱ級(jí)合格。

2.4焊縫的表面檢測(cè)按照固容規(guī)和GB150-2011的規(guī)定。

2.5對(duì)Cr-Mo鋼、復(fù)合鋼板制封頭在熱成形后或熱處理后，是否需要進(jìn)行全體積的超聲波檢測(cè)或以檢查復(fù)合板貼合度為目的的超聲波檢測(cè)，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)文件和客戶的規(guī)定。第21頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC3母材試件、焊接試件性能報(bào)告封頭的母材試件或/和焊接試件的性能試驗(yàn)結(jié)果未被確認(rèn)之前，不允許將封頭轉(zhuǎn)入下道工序。如試驗(yàn)結(jié)果不合格，封頭需重新進(jìn)行熱處理。因此封頭熱處理后，需抓緊對(duì)試件進(jìn)行解剖、加工試樣和試驗(yàn)工作，以免影響封頭的制造進(jìn)度。第22頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

八封頭與圓筒的連接封頭與圓筒的焊接結(jié)構(gòu)在GB150.3-2011中有詳細(xì)介紹。但這僅僅是資料性附錄，只供參考。這里講的是設(shè)計(jì)問題，但與焊接、制造密切相關(guān)，只作簡(jiǎn)單介紹。封頭與筒體等厚連接比較多，兩者的連接比較簡(jiǎn)單。封頭厚度超過筒體厚度的情況比較少（主要是封頭大開孔進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)），把封頭的外緣削薄后就成了等厚連接。這里主要講球形封頭、球冠形封頭與筒體的連接結(jié)構(gòu)。

第23頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC第24頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC1壓力容器行業(yè)內(nèi)，一般都要求封頭與筒體對(duì)接后里口平齊，所以圖d)的結(jié)構(gòu)采用較少。

2圖e)是半球形封頭與筒體的連接結(jié)構(gòu)，里口平齊、外口用堆焊形式自然過渡，這是常用的結(jié)構(gòu)。凱凌化工（張家港）有限公司的三臺(tái)高壓加氫反應(yīng)器（淩212348、212349、212350）就是這種結(jié)構(gòu)。問題：下面的結(jié)構(gòu)，在與半球形封頭相連接的筒體上削薄可不可以？第25頁(yè),共30頁(yè)，2024年2