| 单词 | 球形容器整体无模成形技术 |
| 释义 | 【球形容器整体无模成形技术】 拼译：the Integral diless hydroforming technology of spherical vessels 就是将制造球形容器的“下料－压片成形－组装焊接－检验交货”的传统工序改变为“下料－组装焊接－整体成形－检验交货”的新工序，即将平面金属板料切割成预定形状(有些需要压弯或弯卷)的毛坯，然后在壳体内部充满流体介质，在外力能源(例如压力泵)的作用下对壳体充液加压使之发生塑性趋球变形而最终成形为球形容器。这种工艺是王仲仁发明的，被称为“王氏胀球法”，其要点包括整体成形、无模具、先组焊后成形，因此其范围包括了整体液压成形、整体爆炸成形以及燃气成形和冰冻成形等整体成形方法。其外力载荷不限，可以是各种人工能源和自然能源；其壳体结构没有任何限制，可以是任何多面壳体及单曲率壳体；其介质不限，可以是水、油及其它流体介质。已应用开发较多的是整体液压胀形法，这种方法简单、安全，无需专用设备，无需特殊介质，成形过程容易控制，不受场地限制，污染少，消耗低。爆炸成形法与液压法相似，而且成形速度快，节省能源设备，其难度在于爆炸技术，对于场地有安全要求。燃气法和冰冻法无需设备成形，消耗低，节省能源，有一定应用价值，但受时间、环境和场地限制。整体无模造球工艺具体工艺流程为：材料的选取及性能测试；切割下料，打磨坡口；组装焊接；一次探伤；整体成形；二次探伤，检验交货。 整体成形法采用的材料可以是低碳钢、低合金钢、不锈钢、铝合金和紫铜等材料。对于球形水塔、球形水箱和球形压力供水装置及一部分球形建筑装饰、造型，可用低碳钢材料(如A3、08F、08Al、10#、．JISG3131等)。对于低压容器，如造纸蒸球，可用20g等低碳钢和16MnR等低合金钢、SS41。对于一些装饰造型和液氨贮罐及一些耐腐蚀性容器，可用不锈钢(1Cr18Ni9Ti、304等)材料，或作为双层容器的内壳材料。对于3类液化气球形贮罐，可以采用16MnR等低合金钢材料。以上材料通过实验都取得了成功，并已应用在工程和生产上。新工艺要求材料具有较好的塑性、韧性和焊接性能，对于壳体的材料有一定的鉴定原则。一般要求材料的均匀延伸率δ10≥20%，下料前要对材料进行拉伸、冷弯和冲击等实验，也要进行必要的探伤(例如进行超声探伤)和厚度及表面质量检测，避免使用有夹层、内部缺陷和壁厚差过大及有表面损伤、疤痕的板材。其次要对材料进行焊接弯板拉伸试验，要求试样在拉直前不得断裂，拉直后试件最后断裂的断口必须远离焊缝及其热影响区发生明显缩颈现象。目前，国内外的球形容器主要有桔瓣式、足球式和足球桔瓣混合式结构，中国国内主要应用桔瓣结构容器。应用整体成形方法，采用不同结构的壳体，可以得到不同结构的球形容器。采用整体成形法成形的容器可以分为3类：1类是单层球罐，具体结构有桔瓣式(用桔瓣式单曲率壳或棱台组合壳体成形)、足球式(由32面壳体、14面壳体和12面壳体等成形)和筒节式(由多节圆台壳成形)；第2类是双层球罐，其结构可以是以上各种形式，其内外材料可以是低碳钢、低合金钢、不锈钢和铝合金等各种材料；第3类是异球形容器，例如扁球形容器、椭球形容器、锥球形容器等，这些壳体容器还可以用于制造成对薄壁封头，作为锥球形贮粮囤等，其结构一般是桔瓣式(由桔瓣式单曲率壳体胀成)和筒节式(由多节圆台壳胀成)。成形前的壳体结构可分为平板类多面壳体和单曲率壳体两类。平板类多面壳体包括32面壳体、14面壳体、12面壳本等足球类结构和棱台组合壳体结构；单曲率壳体指组焊前的板坯经过单向弯曲，为圆柱面或圆锥面，主要有桔瓣式单曲率壳体和多节圆台壳或称为锥柱结构壳体。对于成形球形壳体，胀前的壳体结构要求为一球内接壳体，平板类多面壳体所有顶点均在其外接球面上，单曲率壳体的所有纵横向焊缝(棱边)均在同一球面上。影响壳体成形的主要结构因素是壳体胀前各相邻板坯间的最小夹角，对于一定材料的壳体，其最终能否实现趋球变形，壳体的最小二面角起决定作用，它必须高于某一极限值。一般来说，壳体的最小二面角要大于135°，对于一些塑性、韧性及焊接性能很好的材料，这个角度值可降低至110°以上。足球式球壳和桔瓣式球壳的整体成形工艺各有其优缺点。足球式球壳因采用平顶板料因采用平板料组焊成形，不需弯卷预加工，下料简单，组焊方便，精度容易保证，但其最小二面角较小(138°)，且角度结构不易调正，减薄量较大，多用于小直径且壁厚不大的球壳成形。而桔瓣式球壳具有壁厚均匀、角变形小的优点，适于制造厚壁大直径球罐。但成形前的壳体采用棱台组合壳体或各种单曲率壳体，一般需要预弯或预卷，增加了组焊的备料工序。整体爆炸胀球法也可以实现各种不同结构球罐的成形。但目前主要应用的是多节圆台壳体，有双圆台、四圆台及圆台－圆柱式结构壳体。32面壳体是最早应用的典型足球式壳体，主要用于Φ3m以下的球罐。这种壳体造型新颖，与足球结构完全相同。备料、组焊均简单，但最小二面角仅为138°，结构不易改变，板面变形量较大，角变形量大，焊缝交汇区域的趋球变形难度较大，对材料性能要求严，最大减薄量在5%左右，适合于成形中小型球罐和建筑装饰物及各种艺术造型。14面体也是一种类似足球的壳体，用该种壳体成形的Φ1m球罐成形效果非常好。它同32面壳体一样，也适用于制作中小型球罐。棱台组合壳是新近实验成功的一种壳体，同32面壳体类似，这种壳体备料和组焊都比较简单，且结构灵活多变，可根据需要对其结构进行优化设计，适于成形大中小型各类桔瓣式球壳，只是坯料需要折弯，板面变形量稍大。桔瓣式单曲率壳体也是一种应用比较成功的壳体，这种壳体结构灵活多变，且相邻二面角较大，角变形量要求小，对材质要求低，适于成形各种大中小型桔瓣式球罐，目前已能应用这种壳体成功地制造Φ250mm～8．6m的各种球罐，在造纸、供水等领域得到应用，其难度是坯料需要预卷，组焊精度较难掌握。多节圆台壳也是一种单曲率壳体，其特点与单曲率壳体相似，但横缝容易起皱。用整体液压成形法制造的一台Φ1m夹层锅比较成功，用爆炸成形法成形的较多，其中最大的直径可达4m。双层球罐是最近实验成功的新专利项目，这种壳体成形前可以采用棱台组合壳、桔瓣式单曲率壳和其它壳体，成形后可以完全贴合无间隙，也可以是保留一定间隙的夹层球罐。双层球罐可以采用低碳钢、低合金钢、不锈钢和铝合金等各种材料，内外层材料可以采用相同材料也可以采用不同材料。实验中用棱台组合壳成形的Φ1350mm双层低碳钢球壳达到了完全贴合，成形效果非常好；用单曲率壳体成形的Φ250mm和Φ350mm内层不锈钢、外层低碳钢球壳成形效果也非常好。双层球罐内层采用不锈钢防腐，外层采用低碳钢承载，可以代替大量现有不锈钢容器，节省大量贵重金属；采用留有间隙的夹层球罐，夹层间隙便于采取绝热保冷措施，贮存低温产品和超低温产品(例如液氢、液氧等)；该技术用于制造多层厚壁球罐，可以提高球罐的安全性，充分利用中薄板的优良性能。异球形容器的整体成形是整体胀球技术的推广，可以利用单曲率壳体、棱台组合壳体、多节圆台壳及其它壳体或它们的组合结构整体成形椭球形容器、扁球形容器及锥球形容器。扁球形容器采用桔瓣式单曲率壳体成形，效果较好，这也是一种成对制造薄壁封头的简单方法。为了探讨壳体的变形规律和合理的工艺及设计参数，张士宏等先后对壳体的成形进行了较深入的理论研究。1986年首先用能量法计算了32面体各板面的挠度和压力等力能参数，并提出了多边形的外张折弯模型。1988年用圆板模型分别以圆形轨道和椭圆轨道对板面的挠度分布、最大顶点应变、成形压力等诸工艺参数进行了计算，结果与实验较为吻合。对壳体的趋球机理与趋圆弯矩效应进行了较多理论探讨，较好解释了壳体的变形过程和趋球变形。还提出了壳体变形的自动调节原理，从材料和几何两个方面解释了壳体产生塑性变形时是按趋球规律而不是随意进行变形的，其原因是壳体内的自动调节作用。在壳体变形数值模拟方面，首先用弹性和弹塑性有限元程序模拟了焊接弯板拉伸试样的变形过程，进而用三维薄壳等参单元ADINA程序在Siemens中型计算机上对32面壳体的变形过程进行了模拟。后来又分别对焊缝结构、棱台组合壳体胀形及桔瓣式单曲率壳体的胀形进行了非线性有限元模拟。目前正在进行双层球壳成形过程和厚壁球壳成形过程的非线性有限元模拟。目前，整体成形技术制造的球罐主要应用在造纸、建筑供水、建筑装饰和石油化工以及液氨贮罐方面。从成形方式上看，液压成形法将成为整体胀球法的最主要方式，其他方式由于受条件限制只能在一定范围内应用。为了适应特殊及大型球壳的成形，还会有其他整体成形方法相继问世。从材料上看，根据不同需要，低碳钢球罐将在供水系统、造纸工业、建筑装饰方面有较多应用，不锈钢球罐也会适当增加，以适应建筑装饰、合成氨球罐和双层球罐的需要。16MnR将成为最重要的材料，用以实现石油化工方面的3类球罐制造。对于一些特殊场合，还可能需要铝合金、钛合金及铜合金、锆合金的球形罐。从结构上看，桔瓣式单曲率壳体胀球将成为近期的主要结构壳体，棱台组合壳也逐渐会有较多应用，32面足球式壳体和其他结构壳体将在建筑装饰和中小型球罐成形方面有一定应用。双层球罐将引起人们的重视，并代替一部分特殊容器，开辟新的球罐应用领域。异球形容器也将得到巧妙应用。未来的球罐设计将是模拟化、计算机化，对于重要的球罐工程项目，人们将球罐制造和成形过程用计算机模拟，并进行优化设计。(哈尔滨工业大学张士宏副教授、苑世剑、王仲仁撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。