壓力容器設計及制造過程中降低應力集中的措施

沈 愚，劉科明

（1.青島軟控云蟻重工有限公司，山東青島 266317；2.山東凱泰科技股份有限公司，山東青島 266000）

隨著現代工業的發展，石油能源在現代生活中發揮的作用越來越重要。在石油行業發展的過程中，壓力容器的應用一直受到人們的重點關注。長期以來，我國對壓力容器的應用發展十分重視，并逐步建立了比較成熟的壓力容器設計制造體系，為我國經濟社會發展提供了必要的基礎。

隨著新技術的發展和應用，我國現有的壓力容器設計制造體系逐漸暴露出自身的問題和不足。在壓力容器制造的過程中，應力集中問題一直是限制其進一步發展應用的重要因素。為了推動壓力容器的未來發展，在現有技術的基礎上，推動應力集中解決方法的應用越來越受到人們的關注。

本文擬通過分析壓力容器設計制造的發展現狀，對其制造過程中的應力集中問題提出相應的解決方法。

1 壓力容器設計與制造的發展現狀

在現代生產活動中，壓力容器的設計與制造越來越受到人們的關注。為了推動壓力容器的設計發展，本文通過分析壓力容器的應用特點，對其設計制造發展現狀進行了研究。

1.1 壓力容器的應用特點

壓力容器目前被廣泛應用于化學工業、石油工業等多個領域中，并在其中發揮出了重要的作用。在實際應用中，壓力容器能夠承受比較大的壓力，從而為各類危險品提供一個安全的存放環境。我國作為工業大國之一，石油行業的發展一直是我國關注的重點。壓力容器憑借著自身的特點，在其中發揮的作用越來越關鍵。

根據我國壓力容器的應用現狀，本文對壓力容器的應用特點進行了總結：

首先，壓力容器有極高的安全性需求。在實際應用壓力容器的過程中，需要壓力容器儲藏大量的高度危害性物質，例如易燃易爆氣體等。如果壓力容器的安全性不足，很容易導致安全事故的發展，進而影響到壓力容器的廣泛應用。

其次，壓力容器對專業性的要求很高。壓力容器一般被用于存儲特殊物質，其中大量的物質具有腐蝕性等特點。不同的儲存物質對壓力容器的性能特點要求各不相同。因此，壓力容器的專業性要求很高。

此外，壓力容器需要多種不同的結構。為了充分滿足不同物質的存儲需求，壓力容器需要設計出多種不同的結構，以實現在不同環境下對不同物質的良好存儲，因此提高了壓力容器的設計難度。

1.2 壓力容器的設計制造發展現狀分析

為了滿足壓力容器的未來發展和應用，壓力容器的設計制造一直是人們關注的重點研究課題。我國對壓力容器設計制造的發展也一直十分重視，并逐步建立了比較成熟的壓力容器設計制造體系。

目前，壓力容器制造工藝已經比較成熟。現有的壓力容器制造工藝主要包括原材料驗收、切割、焊接、無損檢測、后期處理等。經過一系列的工藝處理，才能夠保證制造出的壓力容器能夠充分滿足人們的需求。

在壓力容器制造的過程中，其結構設計受到人們的重點關注。壓力容器的結構決定了其工作性能特點與能夠承受的壓力。如果壓力容器的結構設計不當，很容易發生制造質量不達標，無法滿足壓力容器安全使用的需求等。

2 壓力容器制造過程中的應力集中

壓力容器的設計制造對其應用有著重要的影響。由于現代技術等方面的限制，現有的壓力容器在制造的過程中存在著應力集中的問題。本文通過分析相關資料，對壓力容器制造的應力集中問題進行了研究，并對其中的影響因素進行了探討。

2.1 壓力容器制造過程中的應力集中問題分析

應力集中是一種常見的彈性力學問題，也是影響脆性材料實際應用的主要問題之一。在物體應用的過程中，如果物體存在形狀急劇變化的地方，例如缺口、孔洞等，則很容易發生應力集中的現象。當發生此類現象時，物體很容易產生疲勞裂紋等。在部分極端情況下，甚至會出現物體發生靜載斷裂的情況，從而直接影響到物體的使用。因此，需要盡可能避免應力集中現象的發生。

在壓力容器制造的過程中，也容易出現此類問題。壓力容器的制造需要進行大量的切割、焊接等工作。如果工序處理不當，就會在壓力容器上留下形狀急劇變化的地方，從而導致應力集中現象的發生。

2.2 壓力容器制造應力集中問題的影響因素分析

為了解決壓力容器制造中的應力集中問題，本文通過分析相關資料，對其影響因素進行了總結：

（1）壓力容器的結構設計存在缺陷。壓力容器在設計的過程中，需要對其封頭等結構進行設計，以保證壓力容器的密封性等。由于部分設計方案的不合理，采用的平蓋封頭等設計方案很容易出現缺口等，從而導致應力集中現象的發生。

（2）壓力容器的制造工藝不完善。由于特殊情況下的應用需求，部分壓力容器需要制造棱角結構。此類結構如果處理不完善，很容易導致應力集中現象的發生。而目前廣泛采用的工藝處理手段無法充分滿足壓力容器棱角的制造，也是重要的影響因素之一。

3 壓力容器制造降低應力集中的方法

為了推動壓力容器設計制造的發展，本文通過分析多方資料，結合時代技術發展的特點，對壓力容器制造過程中降低應力集中的方法進行了研究，并對其中的結構設計要點與制造工藝改進方法進行了探討。

3.1 壓力容器的結構設計要點分析

壓力容器的結構設計是降低應力集中現象出現的最主要的方法。根據應力集中現象發生的特點，在進行壓力容器結構設計的過程中，首先應當根據壓力容器的實際應用需求，選擇合理的結構方案。一般情況下，壓力容器的結構設計應當首先采用回轉殼體和成型封頭。此類結構一般采用一體化制造方法，不容易出現缺口等漏洞，從而減少了發生應力集中現象的問題。

在部分情況下，壓力容器需要進行多件結構的連接。為了避免在連接的過程中發生應力集中的現象，應當盡可能減少不同結構之間的剛度差。根據剛度差的影響因素分析，需要注意的主要包括結構的材料選用、曲率半徑、厚度等。在進行壓力容器設計的過程中，應當盡可能采用同一種材料進行結構制造，并盡可能保證連接部分的曲率半徑等等保持一致。

3.2 壓力容器制造工藝的改進方法分析

除了對壓力容器的結構設計方案進行優化之外，還需要對其制造工藝進行必要的改進，以降低壓力集中現象的發生。

目前，焊接仍然是壓力容器制造中不可或缺的一環，也是保證壓力容器制造質量的重要因素。在焊接的過程中，如果不能夠實現對余高等因素的控制，很容易導致壓力容器的結構不合理，進而發生應力集中的現象。因此，在進行壓力容器焊接的時候，需要根據現有的技術手段，嚴格控制余高等。在完成焊接工作后，需要根據相關規定對壓力容器的焊縫等進行打磨。同時，為了保證壓力容器的使用質量，應當盡可能避免采用點焊等焊接方式進行壓力容器的制造。

4 結語

壓力容器的設計制造對其應用有著重要的影響。為了推動壓力容器的應用發展，本文通過分析壓力容器的設計制造現狀，對其中的應力集中問題進行了研究。在此基礎上，本文結合壓力容器制造中應力集中問題的影響因素，對其結構設計要點與制造工藝改進方法進行了探討。這些研究對壓力容器的設計制造與應用有很好的幫助。