钛制压力容器的稳定性设计探析

钛制压力容器知识
1、钛材在冷冲压或冷弯时为什么回弹较大?影响因素有哪些?
钛材在冷冲压或冷弯时的回弹量较大，这是因为钛材的屈服限与弹性模量的比值大。

冷冲压或冷弯成形是塑性和弹性变形相结合的加工工艺，当被冲压或压弯工件卸载后，弹性变形部分就力图使工件恢复原状而回弹。

弹性回弹使工件的体积、⻆度和半径等都发生变化，影响工件的加工精度。

影响回弹的因素很多，其中最主要的有以下几点:
a、材料愈硬，回弹量愈大;
b、弹性模量愈低，屈服限愈高，回弹量愈大;
c、弯曲⻆为一定值时，工件愈厚，外边缘的应力愈大，塑性变形量也愈大，则回弹量小;
d、变形程度愈大，回弹量也愈大;
e、单向弯曲时的回弹量比多⻆弯曲时的回弹量大;
f、自由弯曲时的回弹量比用模具冲压时的回弹量大3倍;
g、金属的冷作硬化程度愈高，回弹量愈大;
h、随着工件冲压或弯曲时的温度升高，回弹量降低。

2、钛材在切削加工时应注意哪些事项?
钛材在切削加工时应注意到钛的如下特性 : （1）钛的摩擦系数大，在切削过程中切屑易产生高温，使刀具磨损加速;
（2）钛的热导率小，切屑坚韧不卷曲，与刀尖摩擦所产生的热量几乎全部集中在刀刃和刀具的前倾面上，使刀刃烧损，因此进刀量不宜太小，切削速度不宜过高，否则容易粘刀和细钛屑燃烧而造成事故 ;
（3）由于钛的弹性模量小，对细⻓工件进行深切削时易产生挠曲，工件易离开刀具，故在加工中需安装防振架 ;
（4）钛具有高温活性，在加工过程中易导致工件表面污染;
（5）由于钛中含有硬度较高的氧化物、氮化物和碳化物，所以在切削加工中易导致刀具切削刃很快磨损;
（6）切削钛时，切削力较小，切削加工不易产生刀痕，因此能够进行表面光洁度较高的加工。

钛制压力容器的制造与检验要点【摘要】本文通过对硫酸铜蒸发罐的生产实例全面介绍了钛制压力容器的设计、焊接、加工等制造要点以及制造完成后的检验原理、步骤和重点。

【关键词】钛压力容器制造检验某公司接到一批硫酸铜蒸发罐的订单，介质为CuSO4+H2SO4，设计温度150℃，设计压力0.25Mpa。

考虑到钛在含有氯、溴、醋酸、硫酸、硝酸等腐蚀性介质中具有比不锈钢、铝、铜更优良的耐蚀性，特选用了钛材。

但是钛制压力容器比普通的钢制压力容器在技术上有更多难度，积累经验也少得多，为此作者对钛制容器在材料选用、加工卷制、焊接、热处理、检验上的要点进行了一系列的论证。

1 材料选用钛存在两种同素异构晶体形态，α为密排六角结构，β为体心立方结构。

因为882.5℃以下，密排六角结构最稳定，所以压力容器设计中应采用α合金状态，即TA牌号。

根据氧含量的不同，分为TA0-TA3共4种牌号，机械强度和硬度逐级增加，抗腐蚀性能相近。

TA1和TA2的耐腐蚀性能和综合性能适中，TA0具有较好的成型性能，TA3具有较高强度和耐磨性能，考虑到经济性，选用TA2牌号。

由于钛及钛合金的抗拉强度随温度的升高而下降较快，见表1，因为硫酸铜蒸发罐的工作温度约为140℃，考虑到该温度下抗拉强度与常温下有较大差距，所以选用钛-钢复合板.综合考虑复合板的力学性能指标和工艺性能指标选用S30408+TA2。

2 筒体的卷制与封头的冲压钛材在剪切过程中，易产生塑性变形，加之温度过高，容易与空气中的氧、氮等反，产生加工硬化，降低防腐蚀性能，所以选用水下切割的方法。

钢板卷制过程中，在钢板厚度方向上，外层收到拉伸，内层收到压缩，存在一定的剪切应力。

由于钛-钢复合板按目前的生产技术一般采用爆炸法，界面存有一定的应力，叠加卷制产生的剪切应力，将面临巨大的剥离风险。

因此必须采用特殊的卷制方法：（1）使用合适的预弯模版进行板端预弯；（2）卷板一次压下量不宜过大，避免同一区域往复成形；（3）纵缝基层焊接完毕后进行无损检测；（4）尽可能减少筒体找圆次数。

压力容器设计选材的探讨压力容器是一种用于存储和运输气体、液体或固体物质的设备。

在压力容器设计中，选材是非常重要的一环。

选材的好坏将直接影响到压力容器的安全性、耐久性和稳定性。

本文将探讨压力容器设计选材的相关因素和选材方法。

选材的基本原则是材料具有足够的强度和刚度，能够承受内外部压力和载荷的作用。

材料还要具有良好的可焊接性、耐腐蚀性和耐热性，以确保压力容器在使用过程中不会发生泄漏或爆炸事故。

在选材过程中，需要考虑以下几个因素：1. 使用条件：不同的工作环境对材料的要求不同。

如果容器用于承受高温和高压，就需要选择具有良好耐热性和高强度的材料。

2. 材料的强度和刚度：选材时需要考虑容器所承受的压力和载荷大小。

一般情况下，压力容器的设计应考虑容器的局部强度和全局强度。

局部强度要求材料具有较高的屈服强度和断裂韧性，以保证材料在局部加载情况下不会发生塑性变形或破坏。

全局强度要求材料具有较高的强度和刚度，能够承受内外部压力和载荷的作用。

3. 可焊接性：在压力容器的制造和维修过程中，焊接是常用的连接方式。

选材时需要考虑材料的可焊接性。

一般来说，应选择具有良好的焊接性能的材料，以确保焊接接头的强度和密封性。

4. 耐腐蚀性：压力容器在使用过程中可能会接触到腐蚀性介质。

选材时需要考虑材料的耐腐蚀性能。

应选择能够在腐蚀介质中长时间稳定工作的材料，以防止材料的腐蚀和损坏。

根据以上因素，常用的压力容器材料包括碳钢、不锈钢、铝合金和钛合金等。

碳钢是一种常用的压力容器材料，具有良好的强度和刚度，可适应一般工作环境。

不锈钢由于具有良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于化工、食品和制药等领域的压力容器制造。

铝合金由于具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性能，适用于制造轻量化的压力容器。

钛合金由于具有良好的耐腐蚀性、高强度和低密度等优点，特别适用于航空航天和海洋领域的高要求压力容器制造。

在选材过程中，还可以根据各种工程要求和具体情况综合考虑，选择合适的材料。

压力容器稳定性分析谢全利（华陆工程科技有限责任公司 设备室，西安 710054）摘 要 对于受外压的容器，除了圆筒、球壳、锥壳和有限定的开孔外，其他的很多形状以及不均匀的载荷等都无法按照现有的标准规范进行稳定性校核。

本文通过分析结果的对比，确定了基于有限元屈曲分析为基础的压力容器稳定性分析方法和评判准则。

关键词 薄壁； 压力容器； 稳定性； 屈曲； 分析设计；Pressure Vessels Stability AnalysisXie Quanli(Hualu Engineering & Technology Co., Ltd, Equipment Division, Xi ’an 710054)Abstract ：For the vessel in outside pressure, in addition to cylindrical shell, spherical shell, cone shells and limited nozzle opening, many of the other, as well as non-uniform shape of the load can not be in accordance with all existing standards for checking the stability. By comparing the results of the analysis identified based on finite element analysis of buckling, this paper get the method of the stability of the pressure vessel analysis and evaluation rule.Keywords ：Lamella ；Pressure vessels ；Stability ；Flexure ；Design by analysis ；所谓压力容器的失稳是指压力容器承受外载荷或其他不稳定载荷超过其一临界值时突然失去其几何形状的现象。

应变强化压力容器设计与稳定性影响因素分析发布时间：2021-07-15T04:39:30.093Z 来源：《防护工程》2021年8期作者：曾静[导读] 压力容器的设计不仅需要考虑其应用效果，更需要考虑其应用过程中自身的稳定性，在压力容器的设计工作中，应力作用是影响压力容器稳定性的重要因素，而影响压力容器稳定性的要素主要是加强圈和应变强化技术，这两方面因素对于压力容器稳定性的影响在原理和影响方式是有所不同的，需要针对影响因素分别分析，力求通过合理控制这两方面因素提升压力容器的稳定性。

曾静扬州巨人机械有限公司江苏扬州 225000摘要：压力容器的设计不仅需要考虑其应用效果，更需要考虑其应用过程中自身的稳定性，在压力容器的设计工作中，应力作用是影响压力容器稳定性的重要因素，而影响压力容器稳定性的要素主要是加强圈和应变强化技术，这两方面因素对于压力容器稳定性的影响在原理和影响方式是有所不同的，需要针对影响因素分别分析，力求通过合理控制这两方面因素提升压力容器的稳定性。

关键词：应变强化技术；压力容器；加强圈；稳定性分析引言：应变强化压力容器的应用对于容器稳定性有非常严格的要求，稳定性指标对于压力容器的应用效果所产生的影响也是非常突出的，要想全面掌握影响稳定性的因素的原理，并且合理控制影响因素，就需要从专业理论和计算两方面进行针对性分析。

一、应变强化压力容器的设计分析在压力容器的设计环节，设计所应用的方法也会直接影响到设计效果。

常规情况下的压力容器设计是依托专业的计算干式对压力容器的结构尺寸进行计算，通过计算分析，得到压力容器作用正常发挥背景下应达到的结构尺寸要求。

随后，为了进一步确保容器设计的效果，还需要从附件选择、检验方法选择等方面进行全面控制[1]。

同样，在这方面因素的控制上，也需要以专业的理论知识和公式等为指导对相关数据进行计算确认，并通过工程实践的方式对设计效果进行检验，确保压力容器应用的安全系数。

钛-钢复合层板压力容器的裂纹扩展及寿命分析钛-钢复合层板压力容器的裂纹扩展及寿命分析引言：钛-钢复合层板压力容器是一种重要的工业设备，广泛应用于石油、化工、航空航天等领域。

然而，由于操作条件的复杂性和容器内外压力的不均匀性，该类容器存在裂纹扩展和失效的风险。

因此，对钛-钢复合层板压力容器的裂纹扩展行为及寿命进行分析具有重要意义。

1. 钛-钢复合层板压力容器的结构特点钛-钢复合层板压力容器采用钛层和钢层的复合结构，钛层具有良好的耐腐蚀性和轻量化特点，而钢层则具有良好的强度和可焊接性。

这种复合结构能够有效提高容器的机械性能和耐腐蚀性，同时降低容器的重量。

2. 裂纹扩展机理钛-钢复合层板压力容器在工作过程中，受到内外压力的作用。

由于钛层和钢层的材料性能不同，容器内外的应力分布存在差异。

这种差异应力会导致容器内部出现裂纹，进而导致裂纹扩展。

裂纹扩展主要受到应力强度因子和断裂韧性两个因素的影响。

应力强度因子是裂纹尖端的应力集中程度的度量，断裂韧性则是材料抵抗裂纹扩展的能力。

3. 裂纹扩展行为分析为了分析钛-钢复合层板压力容器的裂纹扩展行为，可以采用有限元方法进行数值模拟。

首先，根据容器实际工作条件和物理特性，建立相应的数学模型。

然后，针对不同裂纹大小和方向，施加不同的加载条件，模拟裂纹的扩展行为。

最后，根据模拟结果，得出裂纹扩展速率和寿命预测。

4. 寿命分析寿命是指容器的使用寿命，即容器能够安全、可靠地工作的时间期限。

寿命主要受到裂纹扩展速率和裂纹长度的影响。

裂纹扩展速率可以通过实验或数值模拟得到，裂纹长度则需要通过检测手段进行测量。

在容器设计和使用过程中，需要制定相应的裂纹监测计划和维护措施，定期对容器进行检测和维修，及时处理和修复裂纹，以保证容器的寿命和安全性。

结论：钛-钢复合层板压力容器的裂纹扩展及寿命分析是一项重要的工作，对保证容器的安全运行具有关键作用。

通过裂纹扩展机理和行为分析，可以更好地预测和评估容器的寿命，为容器设计、维护和检测提供科学依据。

压力容器的稳定性分析与设计优化压力容器是一种能够储存和运输高压介质的设备，广泛应用于石化、化工、能源、医药等众多领域。

然而，由于高压环境下容器受力情况复杂，容器的稳定性问题一直是工程师们关注的焦点。

本文将从压力容器的稳定性分析和设计优化两个方面进行论述，探讨如何在容器设计中降低事故风险，提高运行安全性。

一、压力容器的稳定性分析1. 弯曲稳定性分析在高压环境下，容器会承受来自介质内部以及外部环境的力，容器壁的弯曲稳定性是保证容器不发生变形和破裂的重要因素。

因此，对容器的弯曲稳定性进行分析是容器设计的基础。

首先，需要计算容器在弯曲时的应力和应变分布情况，通过有限元分析等手段，确定容器壁的最大应力点和最大应力值。

然后，结合材料的力学性能，进行强度校核，确保容器能够满足正常使用条件下的强度需求。

2. 局部稳定性分析容器壁的局部几何缺陷或开口可能导致局部应力集中，引发容器的局部失稳或破裂。

因此，在容器设计中需要对局部稳定性进行充分考虑。

针对容器壁的几何缺陷或开口，可以采用应力集中系数和强度减少系数等方法进行评估。

通过计算得到的应力集中系数和强度减少系数，判断局部失稳的可能性，并进行优化设计，降低缺陷处的应力集中程度，提高容器的局部稳定性。

二、压力容器的设计优化1. 材料选择与工艺优化在压力容器的设计过程中，正确选择合适的材料对提高容器的稳定性至关重要。

材料的力学性能、耐腐蚀性能以及可焊接性等因素都应该被考虑。

同时，还需要优化焊接工艺，避免焊缝处的强度降低，以提高容器的整体稳定性。

2. 结构优化与加强设计容器的结构设计对其稳定性具有重要影响。

合理的结构设计可以提高容器的整体刚度，降低容器的应力集中程度，从而提高容器的稳定性。

在结构设计过程中，可以采用有限元分析等先进的计算方法，优化容器的结构，减少质量，提高容器的刚度，从而提高容器的整体稳定性。

3. 考虑温度和压力变化容器在运行过程中，温度和压力的变化会对容器的稳定性产生影响。

148化工机械2020年钛-钢复合板制压力容器设计概述李桓罗永智王治刚王芳钰（兰州兰石重型装备股份有限公司）摘要介绍了钛-钢复合板制压力容器的设计特点，主要对筒体、接管、法兰复层间的连接结构进行了分类概括，并总结了钛-钢复合板制压力容器的设计注意事项。

关键词压力容器钛-钢复合板特点连接结构注意事项中图分类号TQ051.3文献标识码A文章编号0254-6094（2020）02-0148-04随着我国经济的发展，钛材的生产和应用快速增长，钛材能够在高温和低温工况下，对海水、湿氯气、二氧化氯、硝酸、醋酸、浓度低于4%的硫酸、氯化铁、氯化烃类及尿素等中性、氧化性、弱还原性介质具有优良的耐腐蚀性能［1$。

在化工设备上用钛代替碳钢、不锈钢及铜等材料可以大幅提高设备的使用寿命,虽然造价投资大，但经济效益良好。

目前，我国钛-钢复合板生产经验成熟可靠，钛-钢复合板制压力容器［2$已在石油化工、制盐、制碱及制药等行业中广泛应用。

1钛-钢复合板制压力容器的特点钛-钢复合板制压力容器的特点如下：a.钛-钢复合板材料经济性好。

钛材单位重量的价格约是一般普通钢材的50倍，约是不锈钢的6倍。

若采用纯钛材结构，不但价格昂贵，而且当钛板厚度大于25mm时，焊接困难，工艺复杂，焊接质量无法保证％b.严格避免钢、钛互熔的焊接结构［3$。

钛的熔点高、无磁性，铁在钛中的溶解度仅为0.05%~ 0.10%，两者焊接困难，不能熔焊％除此之外，铁等其他金属熔于钛焊缝金属中会形成硬而脆的金属间化合物，极大地降低焊接接头塑性，除爆炸焊接和钎焊外，钛不能直接焊在钢上。

C.焊接部位要用惰性气体保护。

钛的化学性能极为活泼，会迅速与空气中的氧、氮及氢等气体进行化合作用，形成脆性化合物％氧和氮会使钛材塑性下降而强度和硬度增高，其中氮的危害程度更大；而氢会使焊接接头的冲击吸收能量值急剧下降，塑性变化小,产生氢脆现象％d.外壳设置一定数量的检漏孔％在正常运行时，检漏孔可以检查钛-钢复合层是否泄漏，还可以作为设备温度升高时壳体和衬层间遗留气体的出口；在制造和检修时由此通入保护气体，对焊缝背面进行保护％e.设备操作温度不超过350"。

钛制压力容器的制造与检验要点作者：高旻鸿来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第02期【摘要】本文通过对硫酸铜蒸发罐的生产实例全面介绍了钛制压力容器的设计、焊接、加工等制造要点以及制造完成后的检验原理、步骤和重点。

【关键词】钛压力容器制造检验某公司接到一批硫酸铜蒸发罐的订单，介质为CuSO4+H2SO4，设计温度150℃，设计压力0.25Mpa。

考虑到钛在含有氯、溴、醋酸、硫酸、硝酸等腐蚀性介质中具有比不锈钢、铝、铜更优良的耐蚀性，特选用了钛材。

但是钛制压力容器比普通的钢制压力容器在技术上有更多难度，积累经验也少得多，为此作者对钛制容器在材料选用、加工卷制、焊接、热处理、检验上的要点进行了一系列的论证。

1 材料选用钛存在两种同素异构晶体形态，α为密排六角结构，β为体心立方结构。

因为882.5℃以下，密排六角结构最稳定，所以压力容器设计中应采用α合金状态，即TA牌号。

根据氧含量的不同，分为TA0-TA3共4种牌号，机械强度和硬度逐级增加，抗腐蚀性能相近。

TA1和TA2的耐腐蚀性能和综合性能适中，TA0具有较好的成型性能，TA3具有较高强度和耐磨性能，考虑到经济性，选用TA2牌号。

由于钛及钛合金的抗拉强度随温度的升高而下降较快，见表1，因为硫酸铜蒸发罐的工作温度约为140℃，考虑到该温度下抗拉强度与常温下有较大差距，所以选用钛-钢复合板.综合考虑复合板的力学性能指标和工艺性能指标选用S30408+TA2。

2 筒体的卷制与封头的冲压钛材在剪切过程中，易产生塑性变形，加之温度过高，容易与空气中的氧、氮等反，产生加工硬化，降低防腐蚀性能，所以选用水下切割的方法。

钢板卷制过程中，在钢板厚度方向上，外层收到拉伸，内层收到压缩，存在一定的剪切应力。

由于钛-钢复合板按目前的生产技术一般采用爆炸法，界面存有一定的应力，叠加卷制产生的剪切应力，将面临巨大的剥离风险。

因此必须采用特殊的卷制方法：（1）使用合适的预弯模版进行板端预弯；（2）卷板一次压下量不宜过大，避免同一区域往复成形；（3）纵缝基层焊接完毕后进行无损检测；（4）尽可能减少筒体找圆次数。

钛及钛合金压力容器制造要领1范围本要领规定了钛及钛合金设备制造过程中对制造环境、材料管理、制造过程等工序的要求。

本要领适用于钛制反应釜、换热器、分离器、塔、储槽及其它形式的压力容器及常压容器。

2材料引用文件GB/T3620.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》GB/T3620.2-2007《钛及钛合金加工产品化学成分允许偏差》GB/T3621-2007《钛及钛合金板材》GB/T8546-2007《钛-不锈钢复合板》GB/T8547-2006《钛-钢复合板》3设备制造、检验和验收3.1钛、钛钢复合板设备设计符合《固定式压力容器安全技术检查规程》、GB150《压力容器》、GB151《热交换器》，JB/T4745《钛制焊接容器》的规定，且满足本规定的要求。

3.2设备制造、检验和验收按GB150《压力容器》、GB151《热交换器》，JB/T4745《钛制焊接容器》及客户规范的相关章节进行。

4材料4.1所有材料包括焊接材料应符合图纸及相关技术标准规定的要求。

4.2材料的管理4.2.1 钛板材表面及复合板的复层应采用纸质贴膜保护起来，以避免灰尘、油污、铁离子等其它污物的污染，同时可以避免搬运或加工过程中划伤钛材表面。

4.2.2钛及钛复合板应与其它材料分开存放，且存放环境应保持干净，材料底部应用干净的木料垫撑（确保没有铁钉等铁物），上部用塑料布盖好。

4.2.3所有搬用设备及成型设备如卷板机、压力机和起吊夹具应清理干净。

对设备上的毛刺、刻痕和其它导致钛材表面破坏和污染的缺陷应进行局部打磨和抛光，必要时为保护钛表面免遭损坏和污染，设备在使用期间应适当覆盖。

4.2.4焊接时，钛表面必须用干净、柔软的席子或毛毡保护起来，以免焊接物损坏表面。

5制造环境5.1焊接、组装钛设备应在专用、干净的车间内进行，严禁在含铁及有灰尘的区域施焊或组装，以避免铁离子或其它污物的污染。

场地应铺设橡胶或其它软质材料，以免碰伤、擦伤钛表面，应经常清理现场，清除切屑等杂物。

钛制压力容器制造质量控制
汤协通
【期刊名称】《江汉石油科技》
【年(卷),期】1995(005)002
【摘要】由于钛制压力容器目前尚无相应的国家标准来进行制造和检验，而其刺作又有别于其它材料压力容器，所以，对制造厂来说有一定的困难。

根据本厂几年来的生产经验，就其制造质量控制，从制造和焊接两个方面进行阐述。

【总页数】3页(P75-76,87)
【作者】汤协通
【作者单位】江汉石油管理局金属容器制造厂
【正文语种】中文
【中图分类】U173.2
【相关文献】
1.钛制设备的焊接缺陷及质量控制 [J], 邵伟;张永健
2.钛及其合金焊制压力容器制造质量的关键问题 [J], 陈鹍棠
3.钛及其合金焊制压力容器制造质量的关键问题 [J], 陈鹍棠
4.钛制换热器焊接质量控制研究 [J], 俞烽
5.钛制压力容器制造监检要点 [J], 田小丹
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