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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流大直径无环焊缝U形膨胀节制造.精品文档.大直径无环焊缝U形膨胀节制造符号说明n材料的应变刚度指数A材料的基本强度常数，MPa筒体周向应力，MPar筒体径向应力，MPar0筒体变形前平均直径，mmr筒体变形后平均直径，mmt0变形前壁厚，mmp筒内液体压力，MPapz筒体轴向总载荷，MPafi失稳应变r筒体径向应变应力状态参数o材料的预应变i应力强度z筒体轴向应力，MPat变形后壁厚，mmp1轴向压力，MPa筒体周向应变i应变强度z筒体轴向应变U形膨胀节作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，具有工作可靠、性能良好和结构紧凑等多种优点，已在石油化工、
2、管道工程等部门得到广泛应用。然而，由于制造水平的原因，目前化工设备上的U形膨胀节都存在波峰或波谷焊缝。当U形膨胀节产生伸缩变形时，最大径向应力发生在波峰或波谷处的环缝上1。文献23表明，这些环缝的焊接质量对U形膨胀节的寿命有着重要影响。因此，如何生产出一种无环缝U形膨胀节，提高寿命系数，成了科研单位和生产企业亟待解决的问题，特别是寻求一种制造大直径无环缝U形膨胀节的方法，在石油化工生产不断深化，生产条件不断苛刻的今天，更有其现实意义。1无环缝U形膨胀节成型受力分析在膨胀节液压成型工艺过程中，成型时筒外设有模具，所以只限制膨胀节成型后波长，而不能限制波高，波高完全是由液压决定的。为了防止出现管壁
3、破裂并确定装置的安全泄压压力，必须预先算出筒节能够承受的极限压力。对于由应变硬化材料所制成的筒节，极限压力就是当管壁材料进入塑性流动状态后，筒径的增大及壁厚的减薄效应抵消应变硬化强化效应时达到的压力。这一压力也称为筒节的塑性失稳压力。图1内筒受力分析模型对于图1所示模型，两端封闭，筒内充压，轴向受压力p1的作用，模型两段的压力互为独立参数。加载后，平均半径由r0变为r，壁厚由t0变为t，若忽略端头效应与径向应力，则有：=prt（1）（2）r=0(3)=ln(r/r0)(4)z=（+r）(5)r=ln(t/t0)(6)材料的应力应变关系：i=A（o+i）n(7)其中，A、o、n为材料常数。在双向
4、拉应力独立作用下，即z0，r=0，设=/z，则有：（8）当0时，筒径扩大而失稳，即dp0，利用式(8)，可由式(1)写成：（9）对式(9)进行微分，根据dp=0可得：根据塑性稳定理论4，可得失稳应变为：（10）因此，成型过程中只要确定好应力状态参数，就可以根据式(9)确定加载内压的大小，同时根据式(4)(6)也可以控制好U形膨胀节的波高。2制造工艺过程U形膨胀节成型装置主要由水压机、高压柱塞泵及模具等组成。2.1准备工作将待成型膨胀节的筒节两端焊上刚性钢板。为保证筒节与平板间的焊接质量，采用内开坡口双面焊。先在内部焊接，然后在外部挑根焊满。坡口夹角为455，钝边与上下刚性平板间隙为23 mm，
5、为使筒节上下环缝与上下平板都能实现内开坡口双面焊，钝边厚度为23 mm，先采用一刚性环板与筒节焊接，再采用一圆形平板盖在环板上，见图2。最后，将膨胀节模具安放在膨胀节成型筒节端部，两模具之间装上定距块，以控制膨胀节波长。 图2膨胀节坯料焊接结构2.2膨胀节成型上板开设进液口和压力表接口，接上表和进液管。将准备好的筒节放置到液压机的操作平台上，向筒节内加液压。当压力升至p2左右时，停止加压，开动水压机，让主活塞缸工作，主活塞压至上板，稳定筒节。然后，继续加压至p,当开始出现塑性屈服时，停止加压。筒节随着屈服而缩短，为保证上下两平板的刚性和平行特性，再次开动水压机，缓慢下降，这时由于筒节缩短，体积
6、变小，水压升高，使其变形速率增大而难以控制。为此，在下压主活塞时，应同时打开排水阀，保持内压p不变。3应用实例有一D1 900 mm，t06 mm，材料为1Cr18Ni9Ti的膨胀节，材料的应力应变关系为： i1 558（0016i）05取应力状态参数0.8，根据式(10)得：由式(7)得：i1 558（0016i）051 558（00160382）0598275将fi和i代入式(9)得：实际操作中，第一次加压至2 MPa，打开水压机，使缸头顶牢筒节上盖板，再打压至3.5 MPa，筒节开始塑变，保压成型。经测量膨胀节周长的误差为130 mm，完全满足技术要求。4结语无环缝U形膨胀节改善了膨胀节筒体的受力状态，提高了U形膨胀节的疲劳寿命。用此法制造大直径U形膨胀节，方便易行，成型美观，质量可靠，具有广泛的应用前景。通过调节应力状态参数，可以获得合理成型的内压，并能很好地控制膨胀节的波高。由于波谷处的筒壁无塑性变形，故实际操作压力比设计内压大，成型后波峰处壁厚减薄量较小。