Stress-Induzierte Verformung und Vorbeugung
1. Verformung durch Brennschneiden
(1) Schalenabschnitte: Beim Brennschneiden der Kanten von kurzen Schalenabschnitten für Gefäße mit großem-Durchmesser (bei denen das Rohmaterial relativ lang und schmal ist) neigen die Schnittkanten an den Enden zur Verformung. Dies liegt daran, dass sich die bearbeitete Kante beim Abkühlen aufgrund der hohen Hitze beim Schneiden zusammenzieht und die ursprünglich gerade Kante in eine gebogene verwandelt. Nachdem der Mantelabschnitt zu einem Zylinder gerollt ist, liegen seine Enden daher nicht mehr in derselben horizontalen Ebene; Wenn der daraus resultierende Maßfehler erheblich ist, können die Anforderungen an Passung und Schweißen möglicherweise nicht erfüllt werden. Um eine solche Verformung zu verhindern, sollten Methoden wie symmetrisches Schneiden oder mechanische Bearbeitung eingesetzt werden.
(2) Köpfe: Nachdem das Rohmaterial für einen geformten Kopf mit der Flamme-zugeschnitten wurde, schrumpft der Umfang der Öffnung, was zu einer Verringerung des Kopfdurchmessers führt. In schweren Fällen entspricht der Durchmesser des Kopfes nach dem Schrumpfen möglicherweise nicht den angegebenen Maßanforderungen. Bei der Bearbeitung der Öffnung eines angeformten Kopfes durch Brennschneiden muss die Gestaltung des Formwerkzeugs die zu erwartende Schrumpfung nach dem Schneiden berücksichtigen. Wenn bei segmentierten Köpfen (die aus mehreren Blütenblättern zusammengesetzt sind) Brennschneiden zum Bearbeiten der Kanten verwendet wird, sollte der Durchmesser der Kopfbaugruppe beim Einpassen leicht vergrößert werden, um die durch das Schneiden verursachte Schrumpfung auszugleichen. Alternativ können mechanische Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden, um Verformungen zu verhindern.
(3) Bearbeitungsrohlinge (hauptsächlich Stahlplattenrohlinge): Diese Rohlinge werden typischerweise zur Herstellung großer Flansche, Dichtungsringe und ähnlicher Komponenten für Druckbehälter verwendet. Nach dem Brennschneiden kann eine ungleichmäßige thermische Ausdehnung und Kontraktion innerhalb der Stahlplatte dazu führen, dass sich die Oberfläche des Rohlings verzieht oder uneben wird. In schweren Fällen kann dies zu einer unzureichenden Bearbeitungszugabe auf der Rohlingsoberfläche führen. Der Stahlplattenrohling sollte nach dem Schneiden abgeflacht und begradigt werden; Bei schwer zu richtenden Rohlingen sollte die Bearbeitungszugabe entsprechend erhöht werden.
2. Verformung durch Bearbeitungsinstabilität
Durch Bearbeitungsinstabilität verursachte Verformungen treten typischerweise auf, wenn große Öffnungen (z. B. Zugangsöffnungen oder Mannlöcher) in bereits geformte Köpfe oder Schalenabschnitte geschnitten werden. Da die strukturelle Stabilität der Öffnungszone-und des umgebenden Bereichs-beeinträchtigt ist, kann es zu einer lokalen Verformung der Schale oder Komponente kommen. Es ist ratsam, wenn möglich zu vermeiden, große Öffnungen direkt in einzelne Schalenabschnitte oder -köpfe zu schneiden; Stattdessen sollten je nach Situation die Schalenkomponenten zu einer größeren Unterbaugruppe oder einem kompletten Behälter zusammengesetzt werden, bevor die großen Öffnungen geschnitten werden. Vor dem Schneiden einer großen Öffnung sollte der vorgesehene Öffnungsbereich durch Versteifungsrippen oder -platten verstärkt werden, die fest gegen die Schalenoberfläche geklemmt werden. Diese temporären Verstärkungen sollten an Ort und Stelle bleiben, bis die Düse eingeschweißt ist und die Schalenstruktur ihre Gesamtstabilität wiedererlangt hat. Anschließend können die Verstärkungsplatten entfernt werden.
3. Schweißverformung
Das Schweißverfahren stellt die technischen Anforderungen und betrieblichen Vorschriften für das Behälterschweißen dar. Es umfasst die spezifische Schweißmethode, die Schweißnahtvorbereitung (Nutdesign), Elektrodentyp und -durchmesser, Schweißparameter, Schweißreihenfolge, Anzahl der Schweißlagen, Vor--- und Nach--Behandlungen, Umgebungsanforderungen beim Schweißen sowie Maßnahmen zur Vermeidung und Bekämpfung von Verformungen. Das Schweißverfahren muss einen formellen Qualifizierungsprozess durchlaufen und diesen erfolgreich bestehen; Darüber hinaus ist die strikte Einhaltung dieser Verfahrensvorgaben bei der eigentlichen Schweißarbeit zwingend erforderlich.
Basierend auf den spezifischen Schweißbedingungen und dem Schweißvolumen für Druckbehälter und Großbauteile wird eine vorläufige Analyse durchgeführt, um das Ausmaß und Muster der zu erwartenden Schweißverformung vorherzusagen. Anschließend werden gezielte Kontrollmaßnahmen formuliert, darunter:
(1) Bei großen Druckbehältern mit mehreren Schweißdurchgängen -z. B. kugelförmigen Behältern- sollten die verschiedenen Abschnitte zunächst zusammengebaut und zu einer vollständigen Einheit verbunden werden, bevor mit dem Schweißen begonnen wird. Schweißarbeiten müssen symmetrisch und streng nach der vorgeschriebenen Schweißreihenfolge durchgeführt werden.
(2) Bei großen Bauteilen mit mehreren Schweißdurchgängen-wie z. B. zusammengesetzten Blütenblättern--Köpfen oder Schalenübergangsabschnitten, die aus einzelnen Blütenblättern zusammengesetzt sind-sollten an der Schweißstelle zusätzlich zur Einhaltung der oben genannten Anforderungen spezielle Vorrichtungen vom Typ „C-Klemme installiert werden, um eine starre Einspannung zu gewährleisten.
(3) Bei Druckbehältern von beträchtlicher Länge, die aus mehreren zylindrischen Abschnitten (Kasten) zusammengesetzt sind, müssen die Abmessungen dieser Abschnitte unter Berücksichtigung der zu erwartenden Schweißschrumpfung zugeschnitten werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die fertige Schale nach Abschluss des Schweißvorgangs nicht kürzer als angegeben ausfällt.
(4) Bei Druckbehältern -insbesondere bei solchen mit komplexer Strukturkonstruktion- muss der Montageprozess einer logischen Reihenfolge folgen und es müssen geeignete Maßnahmen zur Verhinderung von Schweißverformungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass der Behälter während des gesamten Herstellungsprozesses seine vorgesehene Form behält.
(5) Gegen-Maßnahmen: Basierend auf praktischen Erfahrungen oder technischen Berechnungen wird eine gezielte „Gegen-verformung“ (Vor-verformung) auf das Werkstück in einer Richtung ausgeübt, die der zu erwartenden Schweißverformung entgegengesetzt ist. Die Größe dieser Vorverformung wird so berechnet, dass sie durch die nachfolgende Schweißverformung genau ausgeglichen wird. Zu den spezifischen Umsetzungsmethoden gehören: Beim Zünden des Lichtbogens an den Enden der Längsstoßverbindungen von Druckbehältermänteln wird eine bestimmte Toleranz für die Gegenverformung in der Richtung festgelegt, die der zu erwartenden Schweißverformung entgegengesetzt ist. In ähnlicher Weise sind bei Köpfen und Übergangsabschnitten vom Typ Verbundblütenblatt-die Abmessungen der Formwerkzeuge oder -formen so ausgelegt, dass sie die erforderliche Gegenverformungszugabe berücksichtigen, um die Auswirkungen der Schweißverformung auszugleichen.
4. Vorbeugende Maßnahmen gegen Verformungen durch Wärmebehandlung
(1) Wärmebehandlungsöfen müssen den einschlägigen Vorschriften und Normanforderungen strikt entsprechen. Die Temperatur im Ofen muss gleichmäßig sein und genau kontrolliert werden. In der Nähe der Flammenbrenner an den Ofenwänden sollten Abschirmungen oder Leitbleche installiert werden, um einen direkten Kontakt-oder sogar eine unmittelbare Nähe-zwischen der offenen Flamme und den Bauteilen, die einer Wärmebehandlung unterzogen werden, zu verhindern.
(2) Wenn Druckbehälter von beträchtlicher Länge zur Wärmebehandlung in den Ofen geladen werden, müssen temporäre Stützblöcke oder Vorrichtungen hinzugefügt werden, um eine ausreichende Unterstützung zu gewährleisten. Die Anzahl der benötigten Stützen sollte anhand der spezifischen Abmessungen und Geometrie des betreffenden Schiffes ermittelt werden. (3) Tankkörper mit relativ großem Durchmesser und geringer Wandstärke sollten grundsätzlich einer Innenverstärkung unterzogen werden.
(4) Bei abschnittsweise vorgefertigten Druckbehältern sind an den Abschnittsschnittstellen Verstärkungsstützen einzubauen.
(5) Druckbehälterkomponenten, die unter Hochtemperaturbedingungen anfällig für Instabilität sind, sollten je nach den spezifischen Umständen ebenfalls verstärkt und verstärkt werden.
Verformung durch Verarbeitungsfehler
1. Verformung durch Schnittfehler
Ungenaue Zuschnittmaße führen dazu, dass die Form des umgeformten Bauteils über die in den einschlägigen Normen festgelegten Grenzen hinaus abweicht. Ungenaue Schnittmaße werden hauptsächlich durch Fehler bei der Berechnung oder bei der Erstellung maßstabsgetreuer Schablonen verursacht. Zusätzlich zur Verbesserung der technischen Kompetenz des Schneidpersonals sollte ein System zur Überprüfung der Schnittmaße implementiert werden und -wann immer möglich-Computersoftware zur Verwaltung und Kontrolle der Schnittmaße eingesetzt werden.
2. Verformung durch Umformfehler
Durch unsachgemäßen Betrieb oder die Verwendung nicht-standardisierter Formen kann es während des Umformprozesses zu Verformungen an Druckbehälterkomponenten kommen. Für warmgeformte Köpfe gelten besondere Anforderungen an die Entformungstemperatur; Eine vorzeitige Entformung bei weiterhin hoher Temperatur kann zu einer erheblichen Schrumpfung des Kopfes führen, was in schweren Fällen dazu führen kann, dass seine geometrischen Abmessungen die Standardtoleranzen überschreiten. Durch mechanisches Walzen oder Pressen geformte Bauteile können aufgrund unsachgemäßer Arbeitstechniken ebenfalls Verformungen erfahren. Darüber hinaus kann eine unzureichende oder fehlerhafte Formkonstruktion dazu führen, dass die geometrischen Abmessungen der geformten Druckbehälterkomponenten nicht den festgelegten Anforderungen entsprechen. Zu den primären Präventionsmaßnahmen gehören:
(1) Umformvorgänge sind unter strikter Einhaltung der vorgegebenen verfahrenstechnischen Anforderungen durchzuführen.
(2) Zur strengen Kontrolle der Form der bearbeiteten Bauteile sind Prüfschablonen zu verwenden.
(3) Die Formgestaltung sollte auf den theoretischen Abmessungen und der Form des Bauteils basieren und dabei die Dimensionsänderungen, die sowohl während als auch nach dem Formprozess auftreten, vollständig berücksichtigen. Insbesondere müssen Formen für die Kaltumformung die Rückfederung des geformten Bauteils berücksichtigen, während Formen für die Warmumformung die Schrumpfung des Bauteils beim Abkühlen berücksichtigen müssen.
3. Verformung durch Montagefehler
Verformungen, die beim Zusammenbau von Druckbehälterschalen auftreten-infolge übermäßiger Fehlausrichtung (Mismatch) an Verbindungsstellen oder Abweichungen in der Geradheit-werden als Montageverformung bezeichnet. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören:
(1) Beim Zusammenbau des Gehäuses sollten Positionierungsvorrichtungen verwendet werden. Bei Schalen mit relativ großem Durchmesser und dünner Wandstärke sollten beim Zusammenbau zusätzliche interne Stützen innerhalb der Schalenabschnitte angebracht werden, um jegliche Fehlausrichtung an den Stoßstellen der Schale strikt zu begrenzen.
(2) Die horizontale Montage von Druckbehältermänteln sollte auf Rollenstützen erfolgen und ein Lineal oder eine Referenzlinie sollte verwendet werden, um die Geradheit des Mantels zu überprüfen und zu kontrollieren. (3) Bei Druckbehältern, die in Abschnitten hergestellt werden, sind beim Zusammenbau Positionierungsvorrichtungen anzubringen und die Geradheit mit einem Theodoliten zu überprüfen.
