大直徑無環(huán)焊縫U形膨脹節(jié)制造

1、.大直徑無環(huán)焊縫U形膨脹節(jié)制造符號說明n材料的應(yīng)變剛度指數(shù)A材料的基本強度常數(shù)，MPa筒體周向應(yīng)力，MPar筒體徑向應(yīng)力，MPar0筒體變形前平均直徑，mmr筒體變形后平均直徑，mmt0變形前壁厚，mmp筒內(nèi)液體壓力，MPapz筒體軸向總載荷，MPafi失穩(wěn)應(yīng)變r筒體徑向應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)參數(shù)o材料的預(yù)應(yīng)變i應(yīng)力強度z筒體軸向應(yīng)力，MPat變形后壁厚，mmp1軸向壓力，MPa筒體周向應(yīng)變i應(yīng)變強度z筒體軸向應(yīng)變U形膨脹節(jié)作為一種能自由伸縮的彈性補償元件，具有工作可靠、性能良好和結(jié)構(gòu)緊湊等多種優(yōu)點，已在石油化工、管道工程等部門得到廣泛應(yīng)用。然而，由于制造水平的原因，目前化工設(shè)備上的U形膨脹節(jié)都存在波峰

2、或波谷焊縫。當(dāng)U形膨脹節(jié)產(chǎn)生伸縮變形時，最大徑向應(yīng)力發(fā)生在波峰或波谷處的環(huán)縫上1。文獻23表明，這些環(huán)縫的焊接質(zhì)量對U形膨脹節(jié)的壽命有著重要影響。因此，如何生產(chǎn)出一種無環(huán)縫U形膨脹節(jié)，提高壽命系數(shù)，成了科研單位和生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的問題，特別是尋求一種制造大直徑無環(huán)縫U形膨脹節(jié)的方法，在石油化工生產(chǎn)不斷深化，生產(chǎn)條件不斷苛刻的今天，更有其現(xiàn)實意義。1無環(huán)縫U形膨脹節(jié)成型受力分析在膨脹節(jié)液壓成型工藝過程中，成型時筒外設(shè)有模具，所以只限制膨脹節(jié)成型后波長，而不能限制波高，波高完全是由液壓決定的。為了防止出現(xiàn)管壁破裂并確定裝置的安全泄壓壓力，必須預(yù)先算出筒節(jié)能夠承受的極限壓力。對于由應(yīng)變硬化材料所制成

3、的筒節(jié)，極限壓力就是當(dāng)管壁材料進入塑性流動狀態(tài)后，筒徑的增大及壁厚的減薄效應(yīng)抵消應(yīng)變硬化強化效應(yīng)時達到的壓力。這一壓力也稱為筒節(jié)的塑性失穩(wěn)壓力。圖1內(nèi)筒受力分析模型對于圖1所示模型，兩端封閉，筒內(nèi)充壓，軸向受壓力p1的作用，模型兩段的壓力互為獨立參數(shù)。加載后，平均半徑由r0變?yōu)閞，壁厚由t0變?yōu)閠，若忽略端頭效應(yīng)與徑向應(yīng)力，則有：=prt（1）（2）r=0(3)=ln(r/r0)(4)z=（+r）(5)r=ln(t/t0)(6)材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：i=A（o+i）n(7)其中，A、o、n為材料常數(shù)。在雙向拉應(yīng)力獨立作用下，即z0，r=0，設(shè)=/z，則有：（8）當(dāng)0時，筒徑擴大而失穩(wěn)，即dp0，

4、利用式(8)，可由式(1)寫成：（9）對式(9)進行微分，根據(jù)dp=0可得：根據(jù)塑性穩(wěn)定理論4，可得失穩(wěn)應(yīng)變?yōu)椋海?0）因此，成型過程中只要確定好應(yīng)力狀態(tài)參數(shù)，就可以根據(jù)式(9)確定加載內(nèi)壓的大小，同時根據(jù)式(4)(6)也可以控制好U形膨脹節(jié)的波高。2制造工藝過程U形膨脹節(jié)成型裝置主要由水壓機、高壓柱塞泵及模具等組成。2.1準備工作將待成型膨脹節(jié)的筒節(jié)兩端焊上剛性鋼板。為保證筒節(jié)與平板間的焊接質(zhì)量，采用內(nèi)開坡口雙面焊。先在內(nèi)部焊接，然后在外部挑根焊滿。坡口夾角為455，鈍邊與上下剛性平板間隙為23 mm，為使筒節(jié)上下環(huán)縫與上下平板都能實現(xiàn)內(nèi)開坡口雙面焊，鈍邊厚度為23 mm，先采用一剛性環(huán)板與

5、筒節(jié)焊接，再采用一圓形平板蓋在環(huán)板上，見圖2。最后，將膨脹節(jié)模具安放在膨脹節(jié)成型筒節(jié)端部，兩模具之間裝上定距塊，以控制膨脹節(jié)波長。 圖2膨脹節(jié)坯料焊接結(jié)構(gòu)2.2膨脹節(jié)成型上板開設(shè)進液口和壓力表接口，接上表和進液管。將準備好的筒節(jié)放置到液壓機的操作平臺上，向筒節(jié)內(nèi)加液壓。當(dāng)壓力升至p2左右時，停止加壓，開動水壓機，讓主活塞缸工作，主活塞壓至上板，穩(wěn)定筒節(jié)。然后，繼續(xù)加壓至p,當(dāng)開始出現(xiàn)塑性屈服時，停止加壓。筒節(jié)隨著屈服而縮短，為保證上下兩平板的剛性和平行特性，再次開動水壓機，緩慢下降，這時由于筒節(jié)縮短，體積變小，水壓升高，使其變形速率增大而難以控制。為此，在下壓主活塞時，應(yīng)同時打開排水閥，保持內(nèi)

6、壓p不變。3應(yīng)用實例有一D1 900 mm，t06 mm，材料為1Cr18Ni9Ti的膨脹節(jié)，材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為： i1 558（0016i）05取應(yīng)力狀態(tài)參數(shù)0.8，根據(jù)式(10)得：由式(7)得：i1 558（0016i）051 558（00160382）0598275將fi和i代入式(9)得：實際操作中，第一次加壓至2 MPa，打開水壓機，使缸頭頂牢筒節(jié)上蓋板，再打壓至3.5 MPa，筒節(jié)開始塑變，保壓成型。經(jīng)測量膨脹節(jié)周長的誤差為130 mm，完全滿足技術(shù)要求。4結(jié)語無環(huán)縫U形膨脹節(jié)改善了膨脹節(jié)筒體的受力狀態(tài)，提高了U形膨脹節(jié)的疲勞壽命。用此法制造大直徑U形膨脹節(jié)，方便易行，成型美觀，質(zhì)量