封头专题讲座教材

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1、 华菱化机职工技术培训资料 （2012.11） 封头专题讲座 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 封头专题讲座 封头是压力容器的主要受压元件，是容器上最重要的压力 部件之一。几乎所有的压力容器都离不开封头。 封头的现行标准是GB/T25198-2010压力容器封头，是 由原JB4746-2002钢制压力容器用封头改版升级而成 。 本讲座未包括封头设计方面的内容。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 一 封头形状的分类 标准椭圆形封头（长半轴、短半轴之比为2:1） 碟形封头 （Ri=Di,ri=0.1Di）

2、半球形封头 球冠形封头 锥形封头 （CHA304560，r0.1Di） r、中心角、高度相互影响 平底封头 近似椭圆形封头 (R=0.9045Di,r=0.1727Di，hi=0.25Di) 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 二 封头的下料 1 封头坯料采用整板为宜，如需拼接，宜取同一炉批号 板料，并尽量选用同一张板料。 2 封头坯料的拼接应符合下列要求： 不允许存在十字焊缝。 封头上各种不

3、相交的拼接焊缝中心线间距离至 少为封头板材厚度S的3倍，且不小于100mm。封头由 瓣片和顶圆板拼接制成时，焊缝方向只允许是径向和 环向的。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 3 封头投料厚度 整体压制的封头，封头坯料的厚度应根据成形工艺条 件考虑工艺减薄量，以确保封头成形后的最小厚度不小于 图样上封头的名义厚度减去钢板厚度负偏差（GB150-1998 的规定），或不小于图样标注的封头成形后的最小厚度（ GB150.4-2011的规定）。 GB150.4-2011规定：制造单位应根据制造工艺确定加 工余量，以确保受压元件成形后的实际厚度不小于设计图

4、 样标注的最小成形厚度。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 值得注意的是，由于装备条件、制造工艺等方面的差异，制造单 位确定的加工余量不同，成形件投料的钢材厚度也随之不同。因材料 许用应力随厚度增加时逐渐降低的，当制造单位考虑加工余量致投料 的钢材厚度增加并跳档时，许用应力降低，“设计图样标注的最小成 形厚度”将增大。此时应重新计算最小成形厚度，防止造成受压元件 强度不足的情况发生。 如何进行判断？只需检查投料厚度与名义厚度的许用应力是否有 跳档即可。 材料许用应力跳档的界线：16、36、60、100。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技

5、股份有限公司 ZHSTCZHSTC 4 封头的展开尺寸 等面积法 等弧长法 经验公式法 4.1椭圆形封头（EHA）展开尺寸 坯料直径D=1.19(Di+S)+2h+30(余量) 按照该公式计算出来的尺寸，同西塘封头锻压有限公 司提供的尺寸表大体相同。 也可以在CAD上画出封头的形状，把封头中性层弧长作 为封头坯料直径。因为这种方法得到的尺寸偏大，一般不 需要再考虑加工余量 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 4.2 碟形封头（THA）展开尺寸 可以在CAD上画出碟形封头封头的形状，把封头中性层 弧长+15，作为封头坯料直径。 碟形封头一般都是旋压成形

6、，其下料尺寸最好由封头加 工厂提供。特别是大尺寸碟形封头、或者非标准碟形封头 ，下料尺寸需经封头加工厂确认后方可下料切割。 4.3 半球形封头 (HHA) 展开尺寸 坯料直径D=1.42(Di+S)+3040(余量) 大尺寸球形封头，下料尺寸需经封头加工厂确认后方可下 料切割。 分瓣制造的封头，按照瓣片放样展开，周边加放余量。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 三三 封头的拼接封头的拼接 1 1 控制错边量，尽量平齐。复合板允许错边控制错边量，尽量平齐。复合板允许错边1 1。 2.2.热成形封头，焊接工艺评定需覆盖。热成形封头，焊接工艺评定需覆盖。

7、 大厚度正火板，工艺评定需注意焊缝强度能否满足。大厚度正火板，工艺评定需注意焊缝强度能否满足。 3.3.严格按拍片要求施焊。焊接按照焊接工艺。拍片在严格按拍片要求施焊。焊接按照焊接工艺。拍片在 成形后进行。成形后进行。 4.4.小曲率半径部位焊缝打磨至于母材平齐。小曲率半径部位焊缝打磨至于母材平齐。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 四四 封头的成形封头的成形 1 1 按照成形温度分按照成形温度分 冷成形（在工件材料再结晶温度以下进行的塑性变形加冷成形（在工件材料再结晶温度以下进行的塑性变形加 工工GB150.4- 2011GB150.4- 201

8、1） 在工程实践中，把环境温度下进行的塑性变形加工成在工程实践中，把环境温度下进行的塑性变形加工成 为冷成形，介于冷成形和热成形之间的塑性变形加工成为为冷成形，介于冷成形和热成形之间的塑性变形加工成为 温成形（温成形（worm formingworm forming）。温成形也属于冷成形范畴。）。温成形也属于冷成形范畴。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 再结晶再结晶 金属冷加工变形后，由于内能提高而处于不稳定状态，金属冷加工变形后，由于内能提高而处于不稳定状态， 当加热到适当温度时，由于原子扩散能力增强，在晶格畸变较当加热到适当温度时，由于原子扩

9、散能力增强，在晶格畸变较 严重处，将进行重新成核和晶粒长大，形成一些位向与变形晶严重处，将进行重新成核和晶粒长大，形成一些位向与变形晶 粒不同、内部缺陷减少的等轴小晶粒。这些小晶粒不断向外扩粒不同、内部缺陷减少的等轴小晶粒。这些小晶粒不断向外扩 展长大，直至冷变形组织完全消失，从而获得没有内应力和形展长大，直至冷变形组织完全消失，从而获得没有内应力和形 变的稳定组织。变的稳定组织。 这一没有相变的结晶过程叫做再结晶。这一没有相变的结晶过程叫做再结晶。 可以进行再结晶的最低温度叫做再结晶温度。可以进行再结晶的最低温度叫做再结晶温度。 再结晶温度的高低，一般和金属的成分和形变量有关。再结晶温度的高

10、低，一般和金属的成分和形变量有关。 能导致再结晶的最小形变量叫做临界形变。经再结晶后，金属能导致再结晶的最小形变量叫做临界形变。经再结晶后，金属 的强度、硬度显著下降，塑性、韧性大大提高，加工硬化状态的强度、硬度显著下降，塑性、韧性大大提高，加工硬化状态 消失，内应力完全消除，金属的性能又重新复原到冷变形之前消失，内应力完全消除，金属的性能又重新复原到冷变形之前 的状态。的状态。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 再结晶退火 将冷加工变形过的金属（或合金）加热 到 高于它的再结晶温度，使之再结晶的热处理工艺。 最低再结晶温度=0.4Tm（K） 有的

11、资料介绍为0.40.5 Tm(K) 其中： Tm-金属的熔点， K-K氏温度 举例：Q345R,熔点1430、再结晶温度约408578。 消除焊接应力热处理的温度，低于下转变温度（Ac1，Q345R 为715）。Q345R的焊后热处理温度为600。金属材料的 再结晶温度低于焊后热处理温度。但实际上再结晶热处理都 是在焊后热处理温度下进行。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 热成形（碳素钢、低合金钢920980；不锈钢950 1150） 2.按照成形方式分 压制成形采用油压机、水压机。 冷压、热压所用模具不同。 旋压成形采用压鼓机、旋压机。 一般冷旋

12、成形，也可采用火焰喷射热旋成 形。 分瓣成形分成瓣片（一般为奇数片）和顶圆，采用 油压 机、水压机压制成形。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 五 封头的热处理 1 冷成形封头的热处理 冷成形的封头，按照GB150.4-2011第8.1.1条规定进行 恢复性能热处理。 主要依据（与ASME -UCS-79相似）： 满足5个条件中的任意一个； 根据封头的变形率。 碳素钢、低合金钢5%；奥氏体不锈钢15%。 冷成形件的恢复性能热处理，通常都是按照焊后热处理 温度进行热处理。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC

13、 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 2 热成形封头的热处理 热成形封头的热处理，有别于设备的焊后热处理。两 者不可混淆。 封头在热成形中，破坏了材料供货热处理状态，需重 新进行热处理以恢复到材料供货热处理状态。 热处理的方式有：正火热处理、正火+回火热处理、调 质热处理、固溶热处理或稳定化处理等。 分瓣制造的封头，当需要热处理时，只需对瓣片、顶 圆进行热处理。瓣片组焊后再进行焊后热处理。 有抗晶间腐蚀性能要求的不锈钢复合板封头的热处理 需谨慎考虑。既要满足基层材料的性能要求，又要满足复层 材料的耐腐蚀性能。 有时需要做热加工工艺评定试验。 在封头出

14、炉时，往往对不锈钢复层采取强制冷却措施。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 3 焊接试件与母材试件 材料进行热处理以恢复到材料供货热处理状态，应带 母材热处理试件。封头在加热时，该母材试件应一起加热。 封头在热处理时，该母材试件应同炉热处理。让试件与封 头经历相同的热过程，使试件性能代表封头的性能。 有拼接焊缝的封头，只要有焊接工艺评定的支持，一般 可不带焊接试件。 有特殊要求的（如特殊材料、用户要求、图样要求）， 也需带焊接试件。 GB150.4-2011规定，凡封头冷成形后需要通过热处理 恢复材料性能的，应制备母材热处理试件。 张家港市华菱科技

15、股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 七 封头的验收 1 封头的形状和尺寸检查 封头的形状和尺寸检查，GB150.4-2011、 GB/T25198- 2010有详细的规定，不再详细讲述，只是有重点地提一下 。 碟形封头和折边锥形封头，过渡区转角半径不得小于标 准要求。 为便于测量，从2011年2月起改用带间隙的全尺寸的内 样板检查封头形状。 注意由于封头形状偏差引起与裙座筒体装配位置的偏移 ，导致封头环焊缝至裙座底面距离的超差。 张家港市华菱科技股份有限公司张家港市华菱科技股份有限公司 ZHSTCZHSTC 2 焊缝的无损检测 2.1 封头拼接焊缝须进行100%无损检测（RT或UT），无损 检测在成形后进行。 2.2图样上规定需100%无损检测或焊缝系数规定为1.0的情 况，射线检测级合格；超声检测级合格。 2.3 除2.2条规定者，射线检测级合格；超声检测级 合格。 2.4 焊缝的表面检测按照固容规和GB150-2011的规定。 2.5 对Cr-Mo钢、复合钢板制封头在热成形后或热处理后 ，