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    平焊法蘭
    對壓力容器設備法蘭標準的一些總結

       1.甲型平焊法蘭直接與容器的筒體或封頭焊接,法蘭在上緊和工作時均會作用給容器器壁一定的附加彎矩。法蘭自身剛度小,所以其適用范圍也較小。  

         2.乙型平焊法蘭比甲型平焊法蘭增加了一個厚度一般大于筒體壁厚的短節,這樣既可增加整個法蘭的剛度又可使容器器壁避免承受附加彎矩。  

         3.長頸對焊法蘭是用根部增厚的頸取代了乙型法蘭的短節,從而更有效地增大了法蘭的整體剛度。由于去掉了乙型法蘭與短節的焊縫,所以也消除了可能發生的焊接變形及可能存在的焊接殘余應力。

         標準設備法蘭是在規定設計溫度為200℃,材料為16MnR或16Mn鍛件,根據不同形式的法蘭,規定了墊片的型式、材質、尺寸和螺柱材料的基礎上,按照不同直徑和不同壓力,通過多種方案的比較計算和尺寸圓整得到的。由于標準法蘭是以16MnR或16Mn鍛件來制定的,所以,如果法蘭材料強度低于16MnR或使用溫度高于200℃,則其最大允許工作壓力低于公稱壓力;反之,若法蘭材料強度高于16MnR或使用溫度低于200℃,則其最大允許工作壓力便高于公稱壓力。法蘭的最大允許工作壓力與公稱壓力孰高孰低,完全取決于法蘭材料和使用溫度。      在法蘭連接中,法蘭與殼體是焊在一起的,安裝時,法蘭與螺柱的溫度相同,而操作時,法蘭隨殼體溫度有所升高,一般法蘭的溫升值往往大于螺柱的溫升值,于是法蘭沿其厚度方向的熱變形(即法蘭增厚值)將大于螺柱的熱伸長量。由于法蘭盤在沿其厚度方向的剛度遠大于螺柱,所以在容器操作時,可以認為螺柱根本限制不了法蘭的增厚,反過來倒是法蘭強迫螺柱在其熱伸長之外,還要產生一定量的彈性變形。螺柱上所受到的附加軸向拉力的大小除與材料的彈性模量(E)、泊松比(ν)值有關外,還取決于螺柱與法蘭工作時的溫差以及螺柱桿的粗細。螺柱的最危險截面在車螺紋處,采用A型螺柱其危險截面上的附加熱應力要比B型螺柱的附加熱應力大,所以在使用溫度較高時,優先選用B型螺柱。    1.設計整體法蘭時,如果強度不能滿足要求,可試著做以下調整:首先檢驗墊片尺寸和螺栓、螺栓孔中心圓直徑是否盡可能的小,以最大限度的降低作用于法蘭的彎矩;在此條件滿足的前提下,若是軸向應力不能滿足要求,則可增加錐頸厚度和錐頸高度;若是徑向應力或環向應力不能滿足要求,則可增加法蘭盤厚度。  

         2.鞍座處筒體的周向壓應力隨鞍座包角θ和鞍座寬度以及筒體壁厚等的增加而減小。當周向壓應力不滿足校核條件時,一般不考慮增加筒體壁厚,而首先考慮在鞍座和筒體之間增設鞍座墊板以對筒體進行局部加強,這可有效降低周向壓應力。若加墊板不能滿足要求,可適當增大鞍座包角θ或鞍座寬度,或二者同時增加;若上述措施仍不能滿足要求時,可考慮在鞍座面上增設加強圈。對需要進行整體熱處理的臥式容器,最好增設鞍座墊板,且應在熱處理前焊好,以防熱處理時鞍座處被壓癟。 


       1.甲型平焊法蘭直接與容器的筒體或封頭焊接,法蘭在上緊和工作時均會作用給容器器壁一定的附加彎矩。法蘭自身剛度小,所以其適用范圍也較小。  

         2.乙型平焊法蘭比甲型平焊法蘭增加了一個厚度一般大于筒體壁厚的短節,這樣既可增加整個法蘭的剛度又可使容器器壁避免承受附加彎矩。

          在法蘭連接中,法蘭與殼體是焊在一起的,安裝時,法蘭與螺柱的溫度相同,而操作時,法蘭隨殼體溫度有所升高,一般法蘭的溫升值往往大于螺柱的溫升值,于是法蘭沿其厚度方向的熱變形(即法蘭增厚值)將大于螺柱的熱伸長量。由于法蘭盤在沿其厚度方向的剛度遠大于螺柱,所以在容器操作時,可以認為螺柱根本限制不了法蘭的增厚,反過來倒是法蘭強迫螺柱在其熱伸長之外,還要產生一定量的彈性變形。螺柱上所受到的附加軸向拉力的大小除與材料的彈性模量(E)、泊松比(ν)值有關外,還取決于螺柱與法蘭工作時的溫差以及螺柱桿的粗細。螺柱的最危險截面在車螺紋處,采用A型螺柱其危險截面上的附加熱應力要比B型螺柱的附加熱應力大,所以在使用溫度較高時,優先選用B型螺柱。    1.設計整體法蘭時,如果強度不能滿足要求,可試著做以下調整:首先檢驗墊片尺寸和螺栓、螺栓孔中心圓直徑是否盡可能的小,以最大限度的降低作用于法蘭的彎矩;在此條件滿足的前提下,若是軸向應力不能滿足要求,則可增加錐頸厚度和錐頸高度;若是徑向應力或環向應力不能滿足要求,則可增加法蘭盤厚度。      2.鞍座處筒體的周向壓應力隨鞍座包角θ和鞍座寬度以及筒體壁厚等的增加而減小。當周向壓應力不滿足校核條件時,一般不考慮增加筒體壁厚,而首先考慮在鞍座和筒體之間增設鞍座墊板以對筒體進行局部加強,這可有效降低周向壓應力。若加墊板不能滿足要求,可適當增大鞍座包角θ或鞍座寬度,或二者同時增加;若上述措施仍不能滿足要求時,可考慮在鞍座面上增設加強圈。對需要進行整體熱處理的臥式容器,最好增設鞍座墊板,且應在熱處理前焊好,以防熱處理時鞍座處被壓癟。  

     3.管板應力超過許用應力后,可以通過以下途徑進行調整: 

    1)增加管板厚度?梢源蟠筇岣吖馨宓目箯澖孛婺A,能有效降低管板應力。增加管板厚度還能使管板的抗彎剛度增大,管板的撓曲變形相對減小。為滿足一定量的總變形協調量,殼體和管束相應的變形量增加,從而使作用于管板周邊的橫剪力和彎矩增大,引起管板應力升高。 

    2)降低殼體軸向剛度。 

    3)膨脹節的設置。  

         固定管板換熱器中,換熱管軸向力校核不合格時,可調整折流板間距,縮短受壓失穩當量長度。若拉脫力不合格,可改變換熱管與管板的連接結構調整。上述措施無效的時候則需考慮設置膨脹節。     浮頭式換熱器在外壓工況下,球冠形封頭裝入法蘭的深度L對法蘭計算厚度影響很大,增加L會使法蘭減薄,但在內壓工況下恰恰相反,所以應謹慎調整L值,一般取L=δ+2。(δ為球冠形封頭厚度)     4.周邊簡支圓平板。在工程設計中重視的是最大撓度和最大正應力,撓度反映板的剛度,應力則反映強度。最大撓度和應力與圓板的材料、半徑、厚度有關。若構成板的材料和載荷已定,則減小半徑或增加厚度都可減小撓度和降低最大正應力。當圓板的幾何尺寸和載荷已定,則選用E(彈性模量)、μ(泊松比)較大的材料可減小最大撓度值。然而最大應力只與(3+μ)成正比,與E無關,而μ的數值變化范圍小,故改變材料并不能獲得有利的應力狀態。    1.焊后熱處理的目的和種類  

         焊后熱處理的主要目的是降低焊接殘余應力,改善焊接接頭的組織和性能。焊后若能立即進行熱處理,還有利于釋放焊縫金屬中的氫,防止焊接接頭產生冷裂紋。焊后熱處理根據熱處理溫度不同可分為:低于下轉變溫度的熱處理(即是我們最常說的焊后消除應力熱處理);高于上轉變溫度的熱處理(如正火);現在高于上轉變溫度,繼之在低于下轉變溫度進行的熱處理(正火或淬火后繼之以回火);上下轉變溫度之間的熱處理。奧氏體不銹鋼必須進行熱處理且有抗晶間腐蝕要求時,可進行固溶處理或穩定化處理,否則一般不作焊后熱處理。  

         1)對于碳素鋼和低合金鋼,最常用的是低于下轉變溫度的熱處理,即熱處理的加熱溫度低于材料的下轉變溫度Ac1,相當于去應力退火。主要目的是降低殘余應力,穩定結構尺寸。由于熱處理溫度與材料的高溫回火溫度相當,對于有淬硬傾向的材料,此類熱處理還能消除焊接接頭中的淬硬組織,降低峰值硬度,改善焊接接頭的塑性和韌性。此類熱處理降低殘余應力的機理是:隨著溫度的升高,材料的屈服強度將降低,經過一定時間的保溫,可使焊接接頭中較高的殘余應力通過塑性變形降低至保溫溫度下材料或焊縫金屬屈服強度的水平,如果在高溫下停留時間較長,還會因蠕變變形所產生的應力松弛使殘余應力進一步降低 。  

         2)高于上轉變溫度的焊后熱處理主要用于電渣焊焊接接頭,其目的是細化晶粒,改善焊接接頭的性能。除了電渣焊焊接接頭的細化晶粒熱處理外,以下情況也應視為高于上轉變溫度的焊后熱處理。     

    ①先拼板后成形的封頭或其他受壓元件,如果采用高于上轉變溫度的熱成形工藝,則此類受壓元件上的焊接接頭在熱成形過程中就經受了高于上轉變溫度的焊后熱處理  

         ②正火加回火或調質狀態使用的鋼材所焊制的受壓元件,為滿足使用狀態要求,需要在熱成形后重新進行正火或淬火處理時,則這種熱處理對于此類受壓元件上的焊接接頭來說也是高于上轉變溫度的焊后熱處理。 

          ③要求在正火加回火狀態使用的材料(如18MnMoNbR、15CrMoR等),其電渣焊焊接接頭或先拼板后進行熱成形的受壓元件,通常要求在正火(或相當于正火的熱成形)后再進行回火處理,對于焊接接頭來說,這樣的熱處理屬于先在高于上轉變溫度,繼之在低于下轉變溫度進行的焊后熱處理。

     2.焊后熱處理的溫度和保溫時間  溫度和保溫時間是焊后熱處理的重要工藝參數。

     (1)焊后熱處理的溫度  

     1)常用材料的焊后熱處理溫度可參照JB/T4709、GB12337及其他有關標準的規定。  

     2)調質或正火加回火狀態供貨的鋼材進行低于下轉變溫度的焊后熱處理時,熱處理溫度應低于鋼材的原回火溫度。  

     3)有回火脆性傾向的材料,焊后熱處理溫度應避開材料的回火脆性溫度范圍。

     4)異種鋼材相焊時,熱處理溫度應按兩者要求溫度的較高者。 

    5)非受壓元件與受壓元件相焊時,熱處理溫度應按受壓元件的規定。  

     6)熱處理是焊接工藝評定的重要因素,壓力容器或其受壓元件的焊后熱處理溫度應與所適用的焊接工藝評定中試件的焊后熱處理溫度基本相圖。 

    (2)焊后熱處理的保溫時間  

     1)焊后熱處理的最短保溫時間與壓力容器或受壓元件的焊后熱處理厚度有關。 按以下規定選。  

     ①對于等厚度的全焊透對接接頭, 為對接焊縫的厚度(余高不計)。 

    ②組合焊縫(坡口焊縫加角焊縫),為坡口深度與角焊縫厚度的較大者。  

     ③對于不等厚焊接接頭,    (封頭)厚度、補強板厚度以及連接角焊縫厚度中的較大者;接管與高頸法蘭相焊時,取對接處的管子厚度;管子與管板相焊時取焊縫厚度。  

     ④非受壓元件與受壓元件相焊時,取焊接處的焊縫厚度。

     ⑤焊接返修時, 為返修深度。  

     ⑥對于同一爐內進行焊后熱處理的壓力容器及受壓元件, 應取上述所有焊后熱處理厚度的最大值。  

     2)對于低于下轉變溫度的焊后熱處理,當母材為碳素鋼和強度型低合金鋼(焊接工藝評定中材料的類別號為I、II、III、VI類)且δPWHT ≤50mm時,最短保溫時間為對于球形儲罐,熱處理保溫時間按球殼厚度每25mm保溫1h計算,且不少于1h。  

     3.爐內整體焊后熱處理的操作規定:  

     (1)焊件進爐時爐內溫度不得高于400℃;  

     (2)焊件升溫至400℃后,加熱區升溫速度不得超過5000/δS℃/h,且不得超過200℃/h,最小可為50℃/h;  

     (3)升溫時,加熱區內任意5000mm長度內的溫差不得大于120℃; 

    (4)保溫時,加熱區內最高與最低溫度之差不宜超過65℃; 

    (5)升溫及保溫時應控制加熱區氣氛,防止焊件表面過度氧化;  

     (6)爐溫高于400℃時,加熱區降溫速度不得超過6500/δS℃/h,且不得超過260℃/h,最小可為50℃/h;

     (7)焊件出爐時,爐溫不得高于400℃,出爐后應在靜止空氣中繼續冷卻。      注:熱處理時,應在容器的代表性部位設置若干測溫點,相鄰測溫點的距離不宜超過5000mm。     局部熱處理時,環向焊接接頭每側加熱寬度應不小于鋼材厚度的2倍,接管與殼體相焊時加熱寬度不得小于鋼材厚度的6倍。在要求的加熱寬度的范圍內設置測溫點?拷訜岬牟课粦扇”卮胧,使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。

     3.復合板容器的焊后熱處理      焊后熱處理涉及到不銹鋼都比較頭疼,復合板也是如此。原則上如果復合鋼板的基層材料需要進行焊后熱處理,則該復合鋼板制造的容器也應進行焊后熱處理,但同時必須考慮熱處理對復層材料力學性能和  工具簡單,通用性大,故被廣泛用于鍛造形狀較簡單的單件、小批生產的鍛件。自由鍛設備有空氣錘、蒸汽-空氣錘和水壓機等,分別適合小、中和大型鍛件的生產。模鍛生產率高,操作簡單,容易實現機械化和自動化。模鍛件尺寸精度高,機械加工余量小,鍛件的纖維組織分布更為合理,可進一步提高零件的使用壽命。   自由鍛造時,鍛件的形狀是通過一些基本變形工序將坯料逐步鍛成的。自由鍛造的基本工序有鐓粗、拔長、沖孔、彎曲和切斷等。   (1).鐓粗 鐓粗是對原坯料沿軸向鍛打,使其高度減低、橫截面增大的操作過程。這種工序常用于鍛造齒輪坯和其他圓盤形類鍛件。鐓粗分為全部鐓粗和局部鍛粗兩種。   (2).拔長 拔長是使坯料的長度增加,截面減小的鍛造工序,通常用來生產軸類件毛坯,如車床主軸、連桿等。   (3).沖孔 用沖子在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。 

      (4).彎曲 使坯料彎曲成一定角度或形狀的鍛造工序。   (5).扭轉 使坯料的一部分相對另一部分旋轉一定角度的鍛造工序。 

      (6).切割 分割坯料或切除料頭的鍛造工序。 

      b、模鍛法蘭   模鍛全稱為模型鍛造,將加熱后的坯料放置在固定于模鍛設備上的鍛模內鍛造成形的。 

      (1).模鍛的基本工序 模鍛工藝過程:下料、加熱、預鍛、終鍛、沖連皮、切邊、調質、噴丸。 常用工藝有鐓粗、拔長,折彎、沖孔、成型。 

       (2).常用模鍛設備 常用模鍛設備有模鍛錘、熱模鍛壓力機、平鍛機和摩擦壓力機等。  通俗地講,鍛造法蘭質量更好,一般是通過模鍛生產,晶體組織細密,強度高,當然價格也貴一些。 

      c、割制法蘭   在中板上直接切割出法蘭的留有加工量的內外徑及厚度的圓盤,再進行螺栓孔及水線的加工。這樣生產出來的法蘭就叫做割制法蘭,此類法蘭最大直徑以中板的幅寬為限。 

      d、卷制法蘭   用中板割條子然后卷制成圓的工藝叫做卷制,多用于一些大型法蘭的生產。卷制成功之后進行焊接,然后壓平,再進行水線及螺栓孔的工藝的加工。


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