【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压力容器领域，特别涉及一种兼具抗塑性垮塌和抗内压屈曲设计的碟形封头制造方法。
技术介绍
1、凸形封头是压力容器最常用的封头结构，包括半球形封头、球冠形封头、椭圆形封头和碟形封头。相对半球形封头，碟形封头深度小，易于成形制造；相对球冠形封头，碟形封头与筒体连接处不会产生很高的边缘应力；相对椭圆形封头，小直径碟形封头的冲压模具制作简单，大直径碟形封头便于旋压成形或分瓣成形。因此，碟形封头在工程中应用十分广泛。
2、工程中大多数压力容器碟形封头受内压载荷。在内压作用下碟形封头由于过渡区受环向压缩应力可能产生屈曲失效，随内压增大，最终发生塑性垮塌失效。因此，在内压碟形封头的设计制造过程中，必须考虑屈曲和塑性垮塌两种失效模式。
3、内压碟形封头设计方法的现行国内外规范标准主要包括gb/t 150.3-2011《压力容器第3部分：设计》(以下简称gb/t 150.3)、jb 4732-1995(2005年确认)-《钢制压力容器——分析设计标准》(以下简称jb 4732)、2021 asme boiler pressure vessel codesection viii《rules for construction of pressure vessels division 1》(以下简称asme viii-1)和《rules for construction of pressure vessels division 2alternative rules》(以下简称asme viii-2)、以及bs en
4、我国标准gb/t 150.3对于碟形封头的抗塑性垮塌设计，采用基于最大弹性应力的设计准则。对于抗内压屈曲设计，对球冠区与过渡区内半径之比小于等于5.5(ri/r≤5.5)的碟形封头，限制其有效厚度应不小于封头内直径的0.15％，其他封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.30％。但试验表明，满足上述有效厚度限制的封头也会产生屈曲，因此gb/t 150.3的屈曲判据不准确。
5、jb 4732对于碟形封头抗塑性垮塌设计，采用基于理想弹塑性理论的设计准则，对于计算厚度与球冠区内半径之比大于等于0.002(δh/ri≥0.002)；且计算压力与载荷组合系数和设计应力强度的乘积之比小于等于0.08(pc/ksm≤0.08)的碟形封头，需查图确定厚度，而查图会产生误差；对于抗内压屈曲设计，仅对δh/ri＜0.002的封头，要求“必要时应校核其稳定性”，并未给出具体设计方法。试验表明，δh/ri≥0.002的封头也会发生屈曲，jb 4732屈曲判据不准确。
6、此外，gb/t 150.3和jb 4732要求过渡区内半径与名义厚度之比大于等于3(即r/δ≥3)，不适用于过渡区半径较小且厚度较大的封头。
7、美国标准asme viii-1对于碟形封头抗塑性垮塌设计，采用基于弹性理论的设计准则；对于抗内压屈曲设计，采用基于弹性屈曲理论的设计准则，但仅要求对δh/ri＜0.002的碟形封头进行抗屈曲设计。试验表明，δh/ri≥0.002的封头也会发生屈曲，asme viii-1屈曲判据不准确。asme viii-1需迭代计算确定抗屈曲厚度，计算繁琐。asme viii-2对于碟形封头抗塑性垮塌设计，采用基于弹性理论的设计准则；对于抗内压屈曲设计，设计准则与asme viii-1相同，同样需迭代计算确定封头厚度。en 13445-3对于碟形封头抗球冠区塑性垮塌设计，采用基于最大弹性应力的设计准则；对于抗过渡区轴对称屈服和屈曲设计，采用基于理想弹塑性理论的设计准则。en 13445-3在计算抗过渡区轴对称屈服所需厚度时，需查图或迭代计算获得系数，查图有误差，迭代计算繁琐。en 13445-3要求对抗过渡区轴对称屈服所需厚度与封头内直径之比小于等于0.005(δy/di≤0.005)的碟形封头进行抗屈曲设计，该屈曲判据未考虑球冠区半径和过渡区半径的影响。试验表明，δy/di≤0.005的封头不一定发生屈曲，en 13445-3屈曲判据过于保守。en 13445-3限制封头外直径与计算厚度之比小于等于1000(即do/δh≤1000)，适用范围小。
8、综上，现行国内外压力容器规范标准(gb/t 150.3、jb 4732、asme viii-1、asmeviii-2和en 13445-3)中内压碟形封头设计方法存在以下技术问题：对于抗塑性垮塌设计，现行标准均基于弹性理论或理想弹塑性理论，未考虑材料应变硬化以及封头球化增强的影响，未充分利用封头承载能力，经济性差。对于抗内压屈曲设计，屈曲判据精确度较低，我国标准gb/t 150.3和jb 4732缺少厚度计算公式，不利于超大超薄封头设计。asme viii-1和asme viii-2抗屈曲设计方法、以及en 13445-3抗屈服设计方法通过迭代计算确定厚度，计算繁琐。此外，gb/t 150.3、jb 4732和asme viii-1限制r/δ≥3，en 13445-3限制do/δh≤1000，适用范围小。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种兼具抗塑性垮塌和抗内压屈曲设计的碟形封头制造方法。
2、为解决上述问题，本专利技术的解决方案是：
3、提出一种兼具抗塑性垮塌和抗内压屈曲设计的碟形封头制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
4、(1)根据压力容器的设计要求，初步确认碟形封头的尺寸、材料和制造工艺的数值，包括：计算压力pc、封头内直径di或外直径do、球冠区内半径ri或外半径ro、过渡区内半径r或外半径ro、制造封头所用材料的屈服强度sy和许用应力[σ]t，以及焊接接头系数φ；
5、(2)确定防止碟形封头塑性垮塌失效所需的计算厚度δc，其中：
6、对于以内直径为基准的封头，按下式计算：
7、
8、对于以外直径为基准的封头，按下式计算：
9、
10、式中：δc为防止碟形封头塑性垮塌失效所需的计算厚度，单位为mm；pc为计算压力，单位为mpa；di为封头内直径，单位为mm；do为封头外直径，单位为mm；φ为焊接接头系数；[σ]t为设计温度下材料许用应力，单位为mpa；
11、(3)绘制碟形封头屈曲判据曲线：
12、碟形封头屈曲判据公式如下式所示：
13、ri/r＝4.6×105(di/δc)-2.1+2.17
14、对该式进行图形化处理，获得ri/r值随di/δc值变化趋势的曲线；
15、(4)根据碟形封头屈曲判据曲线，判断碟形封头是否可能发生屈曲：
16、基于步骤(2)的计算结果，如ri/r值和di/δc值落在曲线上或右上方，则封头可能发生屈曲；若ri/r值和di/本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种兼具抗塑性垮塌和抗内压屈曲设计的碟形封头制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，碟形封头产品的径厚比Di/δh应满足：20≤Di/δh≤2000。
3.根据权利要求1所述的方法，碟形封头产品的球冠区内半径与封头内直径之比Ri/Di应满足：0.7≤Ri/Di≤1.0。
4.根据权利要求1所述的方法，碟形封头产品的过渡区内半径与封头内直径之比r/Di应满足：0.06≤r/Di≤0.2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制造碟形封头所用材料，是符合压力容器制造标准所规定的碳素钢、低合金钢或高合金钢。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制造碟形封头的常规工艺，具体是指采用冲压工艺、旋压工艺或分瓣成形工艺制造封头。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，碟形封头的内直径Di≥4米时，采用分瓣成形工艺进行加工制造。
【技术特征摘要】
1.一种兼具抗塑性垮塌和抗内压屈曲设计的碟形封头制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，碟形封头产品的径厚比di/δh应满足：20≤di/δh≤2000。
3.根据权利要求1所述的方法，碟形封头产品的球冠区内半径与封头内直径之比ri/di应满足：0.7≤ri/di≤1.0。
4.根据权利要求1所述的方法，碟形封头产品的过渡区内半径与封头内直径之比r/di应...
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