钢质无缝气瓶制造讲议

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驻厂人员抽取),一只进行机械性能试验,另一只进行水压 爆破试验。 b 机械性能试验项目:拉伸试验、冷弯试验、冲击试验、金 相检验、底部解剖。
c 水压爆破试验应在自动爆破试验机上进行,按GB15385 《气瓶水压爆破试验方法》进行,爆破装置应能自动记录 曲线。
以上试验的合格依据应是气瓶制造标准的要求。
钢质无缝气瓶 结构、设计、制造
山东华宸高压容器
陈桂芹
2011.12
一、钢质无缝气瓶的结构型式
无缝气瓶按其端部结构分类共有五种型式。典型结构详见 图1—1所示;其中凹形底和带底座凸形底气瓶的结构及其主 要附件,见图1—2所示。宏观划分为凸型底和凹型底,其中凸 型底又分为半球型底、蝶形底、H型底三种型式(见 GB5099图3)。气瓶的主体部分是瓶体(直接承受内压的气 瓶主体),其材质应符合GB18248-2008《气瓶用无缝钢管》 或GB13447-2008《无缝气瓶用钢坯》。瓶体包括以下部 位:瓶口系指气瓶的介质进出口处;瓶颈系指无缝气瓶瓶口 部位的瓶体缩颈部分,通常有内螺纹,用以连接瓶阀。稍大 容积的钢质无缝气瓶的瓶颈处套有颈圈,其功能是固定连接 颈圈在瓶
设计内容及程序
1、设计依据:根据2000版《气瓶安全监察规程》、 GB5099《钢质无缝气瓶》5.2条规定。
2、气瓶设计内容: 设计任务书、设计计算书(包括底部有限元分析报告)、
产品图样、设计说明书、标准化审查报告、使用说明书、 型式试验报告。
3、设计技术参数: ①公称工作压力Pw:对于盛装永久气体的气瓶,系指在基准
⑧瓶口加工
a 钻瓶口 b 螺纹加工:螺纹牙型、尺寸和公差应符合GB8335《气并
专用螺纹》的规定,不允许有倒牙、平牙、牙双线、牙底 平、牙尖、牙阔以及螺纹表面上的明显跳动波纹。瓶口基 面起有效螺距数,中容积瓶体不得少于8个螺距,小容积瓶 体不得少于7个螺距。 ⑨水压试验
a 逐只进行水压试验,试验过程按GB/T9251《气瓶水压试 验方法》进行,按GB5099规定,水压试验压力为公称工作 压力的1.5倍,在水压试验压力下保压时间为1min,压力表 指针不得回降,中容积瓶体的容积变形率不得大于3%;瓶 体泄漏或明显变形即行判废。
⑿喷涂
为了保护瓶体表面,在钢瓶表面涂一层油漆或喷涂一 层环氧树脂粉末,油漆或粉末经加热后固化在钢瓶表 面上,美国和欧洲的一些国家要求钢瓶表面必须镀锌, 以防空气中有害离子的侵蚀 。
涂层应均匀牢固,不应有气泡、漆痕、龟裂纹和剥落 等缺陷。
⒀气密性试验
气密性试验前根据用户要求装配颈圈和瓶阀,颈圈与 瓶体连接形式是铆接,瓶阀与瓶体装配后,应留有备 用螺纹2~5个螺距。
颈外侧,用以装配瓶帽的零件。固定连接颈圈的方法有两种, 一种是热装,另一种是冷碾,其材质可以是钢板压制,也 可用铸钢制成;瓶肩系指气瓶筒体与瓶颈之间弧形部分; 筒体系指瓶体的圆柱部分,亦称瓶身;瓶底系指气瓶瓶体 封闭端的非筒体的承压部分;瓶根系指气瓶筒体与瓶底连 接的过渡部分;底座系指为使凸形底气瓶能稳定站立、与 瓶体固定连接的座圈式零件。底座的形状有圆筒状和四角 状两种。底座的固定方法一般为热装。无缝气瓶的附件较 为简单,只有瓶阀、瓶帽和防震圈。
⑥使用环境:一般在-20℃~60℃。 ⑦主体材料。 ⑧附件材料。 以上这些设计参数要在设计任务书中体现。
4、设计计算书 首先是材料选用:
– 按GB18248-2008《气瓶用无缝钢管》、GB134471992《无缝气瓶用钢坯》标准中的材料列表来选取材 料。
– 确定抗拉强度(Rb)最低保证值及屈服强度(Re)最低 保证值,Re是由制造厂热处理工艺决定,且Re≤75% Rb。
注:为了保证瓶体性能,应进行连续热处理。 在规定了抗拉强度最低保证值的情况下,热处理工艺中温度
变动值不能超过30℃。 ⑥组批 瓶体应按热处理顺序组批,中容积瓶不大于502只为一个批量,
小容积瓶不大于202只为一个批量。 ⑦批量检验(破坏性试验) a 从每批热处理后的钢瓶中随机抽取两只(由技术监督部门
图1-9
⑾敲钢印(制造钢印标记)
2000版《气瓶安全监察规程》附录1“气瓶的钢印标记和 检验色标”,规定了钢印应打到瓶体肩部,项目和排列如 图1-10所示,如果瓶体小打不开,也可在瓶肩部沿一条 圆周线排列。
图中标记的含义: 1-充装气体名称或化学分子式; 2-气瓶编号 3-水压试验压力,MPa; 4-公称工作压力,MPa; 5-实际重量,kg; 6-实际容积,L; 7-瓶体设计壁厚,mm; 8-单位代码和年月日; 9-监督检验标记; 10-气瓶制造单位许可证编号; 11-产品标准号。
6.6冷弯试验:用冷弯试验衡量材料在室温时的塑性。试验时, 试样在规定的冷弯条件下弯到规定的角度,一般根据试样 弯曲表面有无裂纹或折断等破坏情况来评定材料的质量。
三、钢质无缝气瓶设计
对气瓶的设计要求 1)气瓶在充灌状态下长期储存,不允许漏气。采用可靠
性高的工艺方法。 2)在保证工作安全可靠的前提下,气瓶的结构重量最轻; 3)气瓶外形尺寸的选择应考虑充分利用弹体的空间; 4)气瓶材料应与贮存的气体相容,成形好,有利于保证
3、 许用压力:钢瓶在充装、使用、储运过程中允许承受的 最高压力。
4、 屈服应力:对材料试件拉伸试验,呈明显屈服现象的, 屈服点或下屈服点;无明显屈服现象的,取屈服强度。
5、 批量:系指采用同一设计条件,具有相同的公称直径、 设计壁厚,用同一炉罐号钢,同一制造方法制成,按同一热 处理规范进行连续热处理的钢瓶所限定的数量.
b 水压试验过程中应进行瓶体称重,即瓶+水的重量、空瓶 重量,中容积气瓶测出容积变形率。
⑩抛丸除锈
目的:去除气瓶表面锈蚀及氧化皮,使之获得一定粗糙度 的光度表面,以增加涂层的吸附能力,确保涂层质量。
抛丸分内抛丸和外抛丸两种
a 内抛丸:清除瓶体内部的锈蚀、氧化皮。如图1-9所示。
b 外抛丸:清除瓶体外表面的锈蚀、氧化皮,如图1-9所示。
在收底完成后立刻进行压底。
收完后的钢瓶如图1-7所示
图1-7
气瓶收口过程及收口后的瓶口截面如图1-8所示
图1-8
④瓶体内外表面及壁厚检验
a 筒体内外表面应光滑圆整,不得有肉眼可见的裂纹、 折叠、波浪、重皮、夹杂等影响强度的缺陷;对氧化 皮脱落造成的局部圆滑凹陷和修磨后的轻微痕迹允许 存在,但必须保证设计壁厚。瓶肩与筒体必须圆滑过 渡,瓶肩上不允许有沟痕存在。
温度时(一般为20℃)所盛装气体的限定充装压力;对于 盛装液化气体的气瓶,系指温度为60℃时瓶内
气体压力上限值。
②水压试验压力Ph:为检验气瓶静压强度所进行的以水为
介质的耐压试验压力。
③设计应力系数F:瓶体材料屈服应力设计取值与水压试
验压力下筒体当量应力之比。
④公称容积V:气瓶容积系列中的容积等级。 ⑤筒体外径D0:气瓶筒体部分的外直径尺寸。
验.第3部分:抗拉强度低于1100MPa的正火和正火后回火钢瓶 》
③钢瓶制造除应符合标准规定外,还应符合产品图样 和技术条件的规定。
2、瓶体制造方法:
①以钢坯或钢板等为原料,经冲拔、冲压拉伸制造;
②以无缝钢管为原料,经收底、收口制成。
3、制造过程
钢质无缝气瓶制造流程(以无缝钢管收底、收口为 例):
7、标准化审查报告 主要是审查产品图样和设计文件的完整性,审查所引用
的规范性文件是否是最新有效版本。 8、使用说明书 告知用户气瓶使用注意事项。
三、钢质无缝气瓶 制造
气瓶制造首要条件是:取得气瓶制造许 可证。
无缝气瓶属压力容器制造中的B1类。
钢质无缝气瓶制造过程
1、制造依据: ①国内标准规范:《气瓶安全监察规程》、GB5099《钢质无
缝气瓶》; ②国际标准: ISO9809-1《可重复充装的钢质无缝气瓶—设计、结构,和检
验.第1部分:抗拉强度低于1100MPa的淬火和回火钢瓶 》; ISO9809-2《可重复充装的钢质无缝气瓶—设计、结构,和检
验.第2部分:抗拉强度高于1100MPa的淬火和淬火后回火钢瓶 》 ISO9809-3 《可重复充装的钢质无缝气瓶—设计、结构,和检
原材料进厂验收、材料复验→定距切割→熔合收底→
收口→热处理→批量检验→钻眼→加工螺纹→水压试
验→抛丸除锈
敲钢印→气密性试验→喷漆→成品
检验→入库。
①材料进厂检验、复验 a 检查材料质量证明书是否合格; b 检验无缝钢管标记、内外观及壁厚是否符合 GB18248要
求; c 按材料炉号进行化学成分复验结果是否与质证书相符; d 按材料批号进行力学性能(拉伸、冲击试验)复验结果是
6、气瓶在使用过程中,受到不同形式外力的作用,所谓金属 的机械性能,是指金属抵抗外力的能力。
6.1机械性能的基本指标有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲 劳强度等;
6.2抗拉强度就是指受外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 6.4屈服强度:在载荷不增加的情况下仍能发生明显塑性变形
时的应力
6.5金属材料在受力时能够产生显著的变形而不破裂的性能称 为塑性。
– 瓶体各部分的容积计算。 – 瓶体长度计算。 – 瓶体重量计算。 – 瓶体最大充装量计算。 – 爆破压力计算值计算。 5、产品图样 根据计算说明书及相关标准绘制产品图样。包括产品 总图、部件图。 6、设计说明书 设计说明书的内容是对设计计算书的进一步说明:进一 步阐明设计规范、设计
参数、瓶体主体材料的化学成分、气瓶结构、主要生产 工艺流程、检验和试验要求等。
强度及气密;
5)尽量选择分子量较低的气体以利减少气体的重量。
早期使用的气体多为压缩氮气甚至空气。由于氦气的 分子量较小,在相同的条件下一立方米体积氦的重量 为氮的重量的七分之一,并且沸点低、惰性好。另外 输送系统用压缩氦气作气源,当用减压器节制氦的流 量时,情况与节制氮或空气时相反,氦的温度是上升 的,这就可以额外地减少所需气体的总存储量。基于 以上优点,氦气近来被广泛应用。
b 用超声波测厚仪进行逐只测厚,壁厚应大于等于设 计壁厚,否则该瓶体判废。
⑤热处理 热处理目的
a 消除收底收口留有的残余应力;
b 细化晶粒,改善瓶体性能。
热处理方法 根据不同的材料及工艺,热处理方法分为 a 正火热处理 b 正火后回火热处理 c 淬火热处理 d 淬火后回火热处理 热处理方式:进行瓶体整体热处理。
否与质证书相符。 以上若有其中一项不合格,则判定进厂材料为不合格。 ②定距切割: 将钢管移至切管机上按下料长度定距切割并进行标记移植。
(为了便于追溯,每只钢瓶都要标注材料移植号)
③熔合收底
如图1-3、图1-4、图1-5所示 图1-3
图1底(压底),再收口。收口收底的加热温度有 所不同,但都应达到1200℃-1400℃。凹型底气瓶
图1-1
图1-2
二、术语
1、永久气体:临界温度小于一10℃的气体,高 压液 化 气 体 :临界温度大于或等于一10'C,且小于或等于70'C.
2、 公称工作压力:对于盛装永久气体的钢瓶,系指在基准 温度时(一般为20'C)所盛装气体的限定充装压力;对于盛装 高压液化气体的钢瓶,系指温度为60℃时瓶内气体压力的上 限值。
– 确定设计应力系数值: 对正火或正火后回火热处理的钢瓶设计,F取用0.82。 对淬火后回火热处理的钢瓶设计,F值取用0.77。
按GB5099中第5.2.5条的公式计算筒体设计壁厚。所取用的 筒体壁厚应大于等于设计壁厚。
– 计算筒体壁厚 计算瓶底壁厚
– 按GB5099中第5.2.6条规定,确定瓶底壁厚,然后进行水 压试验压力下的弹性有限元分析计算。瓶体底部的厚度 只能取用有限元计算合格的厚度。
– 5.2.6.3中规定的底部厚度尺寸是按钢坯拔伸工艺确定的, 对于无缝钢管收底制成的瓶底,不一定符合此要求,如 果不能满足此条要求则应进行水压试验压力下的压力循 环试验来验证。
瓶口设计:钢瓶的瓶口的厚度,自螺纹沟槽处算起,不得 小于筒体的设计壁厚,保证在承受紧阀的力偶距和铆合颈 圈的附加外力时不变形。
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