專利名稱：爆炸法整體消除球罐的焊接應(yīng)力的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬壓力容器制造領(lǐng)域中整體消除容器組焊中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和容器在成形時產(chǎn)生的應(yīng)力。尤其是金屬壓力容器中的球形容器的整體焊接應(yīng)力的消除。
目前國內(nèi)外普遍采用的球罐(包括其他結(jié)構(gòu)形式的金屬壓力容器，下面統(tǒng)稱“壓力容器”)焊接應(yīng)力的消除方法有四種一種是爐內(nèi)整體熱處理法。即把壓力容器放在熱處理爐(室)內(nèi)通過加熱-保溫-冷卻過程而進(jìn)行的消除應(yīng)力的處理方法。這種方法其應(yīng)力消除質(zhì)量雖較為理想，但由于壓力容器尺寸通常很大，建造很大的熱處理爐(室)是很困難的，況且有許多壓力容器一般是在現(xiàn)場組焊完成的，所以采用這種方法對于一般較大的壓力容器的焊接應(yīng)力的消除是不適用的。另外這種方法還存在著成本高、周期長、能源消耗大和金屬表面氧化、合金燒損影響壓力容器表面質(zhì)量等問題。第二種方法是整體內(nèi)加熱法，即首先在壓力容器外表面全部砌上保溫層或加封耐高溫的保溫材料，然后在壓力容器內(nèi)加入燃料(例如石油液化氣)進(jìn)行燃燒加熱，再通過保溫、冷卻盡而達(dá)到退火消除應(yīng)力的目的。這種方法是目前國內(nèi)外大型壓力容器(特別是球罐)主要采用的一種消除焊接應(yīng)力的方法。但是這種方法消除焊接應(yīng)力的效果并不十分理想，一般只能消除70%左右。這是因為壓力容器在加熱冷卻后會產(chǎn)生新的熱應(yīng)力。另外同上面介紹的第一種應(yīng)力消除方法一樣，此法同樣存在著成本高(熱處理費用通常為壓力容器制造工程造價的15%左右)、周期長、壓力容器內(nèi)表面氧化和合金燒損等問題。特別是目前壓力容器正逐漸地向大型化發(fā)展，這時應(yīng)用此法消除壓力容器的焊接應(yīng)力將會越發(fā)困難。第三種方法是局部加熱法。為了降低成本、縮短工期，人們又研究出局部加熱法，即采用工頻感應(yīng)加熱、或環(huán)形火焰加熱，也有采用紅外線熱元件加熱。即將寬于母材12倍以上的加熱器，布滿整個壓力容器的焊縫處，進(jìn)行加熱退火處理，進(jìn)而達(dá)到消除應(yīng)力的目的。這種局部加熱法雖比整體加熱法經(jīng)濟(jì)、費用也少，但消除應(yīng)力效果比整體加熱方法要差。而且周期長，操作施工復(fù)雜，能源消耗大、金屬表面氧化、合金燒損等問題仍沒有得到解決。第四種方法是低溫消除應(yīng)力法。為了克服由于高溫加熱而造成的缺陷有人又推出了此法。這種方法純屬是利用機(jī)械力的作用，其原理與高溫回火根本不同。這種方法是先將兩個火焰噴炬連續(xù)地把焊縫兩側(cè)加熱到180℃～230℃，形成兩條加熱帶，使焊縫兩側(cè)的加熱帶與焊縫本身之間有一個溫度差△t，然后在一定的距離上用噴水管噴出水冷卻加熱帶，在壓力容器上造成一個熱應(yīng)力場，這個應(yīng)力場最終使焊縫受壓應(yīng)力，而母材加熱帶受拉應(yīng)力，此應(yīng)力場迭加在焊縫殘余應(yīng)力場上，能抵消部分焊接殘余應(yīng)力。此法雖蔽開了高溫加熱，但仍未能徹底脫開加熱，而且在一個較大的壓力容器上的所有焊縫通過火炬加熱和水管噴水冷卻得到一個準(zhǔn)確合理的施加應(yīng)力場絕非是一件容易辦到的事。另外這種方法仍然存在著質(zhì)量控制難、操作復(fù)雜、應(yīng)力消除不徹底，成本和周期也未有明顯的降低。根據(jù)焊接壓力容器低應(yīng)力脆性破壞事故分析，人們早已得出如下結(jié)論“由于壓力容器在焊接時采用的是局部加熱，焊縫金屬冷卻收縮時會引起很大的內(nèi)應(yīng)力，隨著壓力容器的壁厚增加。焊接殘余應(yīng)力的分布也更為復(fù)雜。正是這種不利的應(yīng)力形成了低溫度下產(chǎn)生低應(yīng)力脆性破壞的主要原因之一。由于殘余應(yīng)力和外力、缺陷的迭加或是由于殘余應(yīng)力產(chǎn)生而加劇金屬疲勞、應(yīng)力腐蝕等問題而造成破裂，在金屬壓力容器破壞事故中占了很大的比重。(見上海市第一機(jī)電工業(yè)局科技組情報站編輯的《球罐》一書;上海科學(xué)技術(shù)出版社出版，化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會編輯的《球形容器設(shè)計》一書)。能否有效地消除壓力容器組焊時產(chǎn)生的應(yīng)力是一種關(guān)系到國計民生的大事，對此國家部分布標(biāo)準(zhǔn)對壓力容器必須進(jìn)行焊后熱處理的范圍做了明確的規(guī)定(見JB/Z105-73鋼制壓力容器焊接規(guī)程第31條、第32條)許多工程技術(shù)人員及專家學(xué)者長期以來為了尋找一種消除應(yīng)力效果好、經(jīng)濟(jì)、方便的方法，付出了艱辛的努力。
本發(fā)明的目的，是克服上述現(xiàn)有消除壓力容器焊接應(yīng)力技術(shù)的缺陷。提出一種操作施工簡單，實用方便的消除壓力容器焊接應(yīng)力效果好的方法，即“爆炸法整體消除球罐(和其他結(jié)構(gòu)形式的壓力容器及管道)的焊接應(yīng)力”。其特點1、整個應(yīng)力消除過程不需要對壓力容器焊縫或表面進(jìn)行加熱。在采用本技術(shù)消除應(yīng)力后，壓力容器表面不存在著氧化和合金燒損現(xiàn)象，故表面質(zhì)量好。2、節(jié)省能源。本發(fā)明是利用炸藥(TNT、R.D.X、混合炸藥C-4等均可)爆炸時產(chǎn)生的能量作為能源，來完成壓力容器的應(yīng)力消除。由于炸藥具有價格低廉、單位質(zhì)量釋放的能量大、引爆操作簡單、且無需專用設(shè)備等特點。而這些特點卻是一般燃料和電能所無法相比的。由此可大大降低成本。3、操作簡單、周期短。本發(fā)明操作過程簡單易行，所用的時間很短。將一定量的炸藥放在注滿水的壓力容器的適當(dāng)位置引爆，(完全可以在壓力容器作水壓實驗時利用本技術(shù)完成焊接應(yīng)力的消除)。而且利用本發(fā)明在消除應(yīng)力時不需要在容器外表面加任何保溫層，其過成操作十分簡單和容易掌握。以球罐應(yīng)力消除為例，其施工周期僅為目前普遍采用的內(nèi)燃法施工周期的百分之一。4、消除焊接應(yīng)力效果好。這是因為本發(fā)明不同于常規(guī)方法的應(yīng)力消除。本發(fā)明是①、通過炸藥爆炸時產(chǎn)生的波在壓力容器壁內(nèi)作有規(guī)律的傳播，從而可以改善應(yīng)力分布、降低應(yīng)力峰值。②、一定質(zhì)量的炸藥在爆炸時會使壓力容器發(fā)生彈性變形和微量的塑性變形這也可以使壓力容器內(nèi)部的焊接應(yīng)力釋放出去。③、由于炸藥爆炸會使壓力容器發(fā)生有規(guī)律的多次振動，這種機(jī)械震動也同樣會有效地消除壓力容器內(nèi)部的應(yīng)力。④、由于本發(fā)明是利用水這種不可壓縮的良好傳壓介質(zhì)將炸藥爆炸時產(chǎn)生的能量高效(能量利用率可達(dá)50%以上)均勻地傳遞給壓力容器，故利用本發(fā)明在消除應(yīng)力時，壓力容器受力各點一致，其應(yīng)力消除質(zhì)量是可信賴的。實驗證明本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有任何一種技術(shù)。應(yīng)力消除的質(zhì)量好，而且不會帶來負(fù)作用。⑤、本發(fā)明適用范圍廣。這就是說，本發(fā)明不但適用于結(jié)構(gòu)形式上不同的壓力容器(如球罐、柱形罐等)而且還可用于多種材質(zhì)(如低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼。以及大多數(shù)的有色金屬如鋁、銅、鈦等)。因為這些金屬材料在爆炸力的沖擊下能表現(xiàn)出良好的塑性變形特征，即在爆炸沖擊下，這些金屬的塑性變形能力會有幾倍乃至十幾倍的提高。這一點是伍德(Wood)在爆炸脹形封頭時發(fā)現(xiàn)的(見Wood，W.W.，“Fina l Report on sheet Metal Forming Technology”，Vol.L，ASD TDR 63-7-871，Ling-Temco-Vought Co.Under AF.33(657)-7314 July 1963)這對于采用爆炸法消除焊接應(yīng)力在根本上提供了可靠的保證。這一點對于那些是由高強(qiáng)鋼、不銹鋼和鈦合金等金屬焊接成的壓力容器焊接應(yīng)力的消除尤為重要。⑥、減薄量、可以忽略不計。由于采用本發(fā)明消除應(yīng)力時不會使金屬表面產(chǎn)生氧化和合金燒損現(xiàn)象。同時由于爆炸藥量是設(shè)計在只會使壓力容器發(fā)生彈性變形和微量的塑性變形以下的，故利用本發(fā)明消除焊接應(yīng)力時其減薄量小于千分之一。通常是完全可以忽略不計的，這對于壓力容器在壁厚強(qiáng)度計算考慮附加壁厚C3值的大小時，可以完全忽略消除應(yīng)力時對壁厚的影響。⑦、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益好。由于本發(fā)明不但無需任何大型設(shè)備、所用能源成本低、施工周期短、而且操作簡單易行，另外還節(jié)省了大量的人力、物力，這無疑會給用戶、企業(yè)和社會都會帶來可喜的效益。同時把炸藥用于和平建設(shè)事業(yè)無疑更是一件令人心慰的事。當(dāng)把本發(fā)明與本人的另一個有關(guān)爆炸法制球技術(shù)發(fā)明專利(專利公布號為88220048)結(jié)合使用時，將會給用戶帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。
附

圖1是采用本發(fā)明實施對球罐焊接應(yīng)力消除的示意圖;附圖2是采用本發(fā)明對柱型罐實施焊接應(yīng)力消除的示意圖。
例如本發(fā)明可以按如下過程實施。1、球形罐應(yīng)力的消除(例如附圖1)，把球型炸藥(例如附圖1中的[1])先固定在木架(例如附圖1中的[4])，通過木塞支座(例如附圖1中的[5])，放置在注滿水(例如附圖1中的[3])的球殼(例如附圖中的[2])的幾何中心處，然后引爆即可完成對球形罐的應(yīng)力消除過程。2、柱形罐應(yīng)力的消除(例如附圖2)把線狀炸藥(例如附圖2中的[1])通過木塞支座(例如附圖2中的[5])，放置在注滿水(例如附圖2中的[3])的柱形罐(例如附圖中的[2])的幾何軸線上引爆即可完成對柱形罐應(yīng)力消除過程。(注根據(jù)柱形罐結(jié)構(gòu)特點還可以把炸藥制作成環(huán)形或其它的形狀，放置位置也將有所變化)。目前利用本發(fā)明已完成了包括φ4000mm直徑的液氨球罐(三類壓力容器)在內(nèi)的十幾個球殼和柱形罐的焊接應(yīng)力消除工作，經(jīng)過檢測完全達(dá)到了國家部頒標(biāo)準(zhǔn)。顯示出了可喜的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，這項技術(shù)已受到了許多有關(guān)專業(yè)廠家和用戶的關(guān)注。
權(quán)利要求
1.在金屬壓力容器制造領(lǐng)域中利用“爆炸法整體消除球罐的焊接應(yīng)力”。其特征在于，本發(fā)明是利用一定量的炸藥作為能源，將其放在球殼的幾何中心位置上引爆，通過水作為傳壓介質(zhì)傳遞能量來完成對組焊后的球罐進(jìn)行整體消除焊接應(yīng)力的目的。
2.如權(quán)利要求書1所述，其特征還在于，本發(fā)明還適用多種結(jié)構(gòu)形式(例如柱型罐)的金屬壓力容器及管道的整體組焊后焊接應(yīng)力的消除。以及改善和消除球型罐、柱型罐等多種金屬壓力容器及管道在冷、熱加工過程中造成的應(yīng)力。此時炸藥的放置位置將有所不同。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是在金屬壓力容器制造領(lǐng)域中采用爆炸法整體消除球、柱型壓力容器和管道組焊后產(chǎn)生的焊接應(yīng)力，及其在成型時造成的應(yīng)力。方法是以炸藥做能源，根據(jù)容器、管道結(jié)構(gòu)特點將炸藥放在一定位置上引爆，由水將能量傳遞到容器、管道上，從而達(dá)到消除和改善應(yīng)力的目的。以球罐應(yīng)力消除為例，本發(fā)明生產(chǎn)成本僅為目前普遍采用的內(nèi)燃法成本的千分之一、生產(chǎn)周期的百分之一。從采用本發(fā)明完成的產(chǎn)品來看，其質(zhì)量和效益均是可喜的。
文檔編號B23P25/00GK1051135SQ89107970
公開日1991年5月8日 申請日期1989年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月25日
發(fā)明者王南海, 張?zhí)煸S 申請人:王南海