论文部分内容阅读
引言
石油化工行业是我国国民经济快速发展的重要支柱产业，随着石油化工行业的迅速发展，石油化工容器制造技术也有着突飞猛进的进展，主要表现在：①压力容器向大型化发展，容器的直径、厚度和质量等参数增大；②压力容器用钢逐渐完善，专业用钢特点越来越明显；③焊接新材料、新技术的不断出现和使用，使焊接质量日趋稳定并提高；④无损检测技术的可靠性逐步提高，有力的保证了装备制造及运行的安全。
石油化工类容器主要通过焊接、卷制、冲压、锻造等方法进行制造。在制造过程中由于各种因素的影响使压力容器的尺寸在一定范围内变化，但为保证压力容器的使用性能，就必须对尺寸变动的部位进行验证校核，在保证使用要求的前提下经过设计方同意方可进行制造。目前，由于我公司订制封头板料时考虑了工艺减薄量的存在，因此所订板料比图纸中的厚度大，这就导致裙座与封头的焊缝结构与原设计结构有所变化，如何对这种变化进行处理就需要进行分析计算，在保证结构的安全可靠性的前提下尽量节约成本。本文对封头与裙座焊接连接的焊缝结构采用ANSYS有限元分析软件进行应力分析，根据分析结果并结合生产成本选用最适合的方法进行制造。
1、分析与假设
封头增厚而裙座的内径及壁厚不变，这就导致封头与裙座焊接连接部位的结构发生变化，对于这种变化有两种处理方法：一种是保证裙座与下封头切线之间的距离不变；另一种是将裙座的高度降低，保证裙座内壁与封头外壁之间的距离不变。无论采用哪一种处理方法，都保证焊接时的工艺参数不变，即所使用的焊条、焊接电流、焊接电压、焊接形式以及焊接时的环境因素均相同，并假设焊后焊缝处金属与母材金属的成分及力学性能均相同。在这些假设的前提下我们便可利用ANSYS有限元分析软件对焊缝变化前后的结构进行应力分析。
2、模型的建立
在建立模型前本文先介绍一下Parasolid（*x_t）格式的文件，Parasolid是由Unigraphics Solutions Inc在英国剑桥大学和做开发的，用于Unigraphics和Solid Edge产品中。Parasolid是一个严格的边界表示的实体建模模块，它支持实体建模、通用的单元建模和集成的自由形状曲面/片体建模。Parasolid被设计用于机械CAD/CAM/CAE应用，但也用于建筑工程结构和虚拟现实应用中，目前已经被广泛使用。该格式的实体模型能够与导入到ANSYS中，且无需较大的修改，是ANSYS分析时很好的中间文件。由于本文的分析采用实体模型且该模型在ANSYS中建立比较困难，所以本文先在三维软件Solidworks中按照设计图纸1：1建立实体模型，然后将该模型的文件类型保存成Parasolid（*.x_t）格式，将保存后的实体模型导入ANSYS中。由于设备非常复杂且其他附件的重量与设备相比可以忽略，因此在创建模型时只创建筒体和裙座，其余部件不创建。导入实体模型后便可对实体模型进行分析，该分析方法选用Solid187单元，设定材料的属性弹性模量为2E11MPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3，划分网格采用智能划分网格，网格精度为7，施加载荷，定义边界条件进行求解。
3、实例分析
以我公司在制产品为例进行分析，在Solidworks中建立好原尺寸模型后导入ANSYS12.1中，如图1所示。对其进行分析后的截面整体应力云图如图2所示，局部放大图如图3所示。
图1 实例模型
图2 封头增厚前应力分析
图3 封头增厚后应力分析
按照该方法分析两种处理方案的应力分布，将裙座与下封头焊缝处的局部应力放大，其放大图如图4、5所示。
图4 方案1应力局部放大
图5 方案2应力局部放大
通过对比可以看出无论采用哪种处理方案，其焊缝结构的应力变化不大，均在40MPa～80MPa之间。与原设计结构所受的应力接近。所以两种方法都是安全、可行的。考虑在制造过程中两种不同处理方法的制造成本，选择经济合理的作为实际处理方案。下面将两种方案的经济性列于表1中。
通过对比可知，选择第一种方案比较经济划算，它是保证裙座与下封头切线之间的距离不变方法，改变了封头与裙座相焊部位的结构。在实际操作中也是选择了第一种方案进行制造，既保证了设备的安全，又节约了成本。
4、结论
在设备制造过程中，由于封头板料增厚而造成的封头与裙座相焊部位发生变化的问题，其处理方法可以先用ANSYS分析应力，后针对结果进行经济效益分析，从而选择出既能满足裙座对设备的支撑能力，又能节约部分生产成本的处理方法。这种方法对当前制造行业的技术人员有一定的指导意义。
（作者单位：山东豪迈机械制造有限公司）
石油化工行业是我国国民经济快速发展的重要支柱产业，随着石油化工行业的迅速发展，石油化工容器制造技术也有着突飞猛进的进展，主要表现在：①压力容器向大型化发展，容器的直径、厚度和质量等参数增大；②压力容器用钢逐渐完善，专业用钢特点越来越明显；③焊接新材料、新技术的不断出现和使用，使焊接质量日趋稳定并提高；④无损检测技术的可靠性逐步提高，有力的保证了装备制造及运行的安全。
石油化工类容器主要通过焊接、卷制、冲压、锻造等方法进行制造。在制造过程中由于各种因素的影响使压力容器的尺寸在一定范围内变化，但为保证压力容器的使用性能，就必须对尺寸变动的部位进行验证校核，在保证使用要求的前提下经过设计方同意方可进行制造。目前，由于我公司订制封头板料时考虑了工艺减薄量的存在，因此所订板料比图纸中的厚度大，这就导致裙座与封头的焊缝结构与原设计结构有所变化，如何对这种变化进行处理就需要进行分析计算，在保证结构的安全可靠性的前提下尽量节约成本。本文对封头与裙座焊接连接的焊缝结构采用ANSYS有限元分析软件进行应力分析，根据分析结果并结合生产成本选用最适合的方法进行制造。
1、分析与假设
封头增厚而裙座的内径及壁厚不变，这就导致封头与裙座焊接连接部位的结构发生变化，对于这种变化有两种处理方法：一种是保证裙座与下封头切线之间的距离不变；另一种是将裙座的高度降低，保证裙座内壁与封头外壁之间的距离不变。无论采用哪一种处理方法，都保证焊接时的工艺参数不变，即所使用的焊条、焊接电流、焊接电压、焊接形式以及焊接时的环境因素均相同，并假设焊后焊缝处金属与母材金属的成分及力学性能均相同。在这些假设的前提下我们便可利用ANSYS有限元分析软件对焊缝变化前后的结构进行应力分析。
2、模型的建立
在建立模型前本文先介绍一下Parasolid（*x_t）格式的文件，Parasolid是由Unigraphics Solutions Inc在英国剑桥大学和做开发的，用于Unigraphics和Solid Edge产品中。Parasolid是一个严格的边界表示的实体建模模块，它支持实体建模、通用的单元建模和集成的自由形状曲面/片体建模。Parasolid被设计用于机械CAD/CAM/CAE应用，但也用于建筑工程结构和虚拟现实应用中，目前已经被广泛使用。该格式的实体模型能够与导入到ANSYS中，且无需较大的修改，是ANSYS分析时很好的中间文件。由于本文的分析采用实体模型且该模型在ANSYS中建立比较困难，所以本文先在三维软件Solidworks中按照设计图纸1：1建立实体模型，然后将该模型的文件类型保存成Parasolid（*.x_t）格式，将保存后的实体模型导入ANSYS中。由于设备非常复杂且其他附件的重量与设备相比可以忽略，因此在创建模型时只创建筒体和裙座，其余部件不创建。导入实体模型后便可对实体模型进行分析，该分析方法选用Solid187单元，设定材料的属性弹性模量为2E11MPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3，划分网格采用智能划分网格，网格精度为7，施加载荷，定义边界条件进行求解。
3、实例分析
以我公司在制产品为例进行分析，在Solidworks中建立好原尺寸模型后导入ANSYS12.1中，如图1所示。对其进行分析后的截面整体应力云图如图2所示，局部放大图如图3所示。
图1 实例模型
图2 封头增厚前应力分析
图3 封头增厚后应力分析
按照该方法分析两种处理方案的应力分布，将裙座与下封头焊缝处的局部应力放大，其放大图如图4、5所示。
图4 方案1应力局部放大
图5 方案2应力局部放大
通过对比可以看出无论采用哪种处理方案，其焊缝结构的应力变化不大，均在40MPa～80MPa之间。与原设计结构所受的应力接近。所以两种方法都是安全、可行的。考虑在制造过程中两种不同处理方法的制造成本，选择经济合理的作为实际处理方案。下面将两种方案的经济性列于表1中。
通过对比可知，选择第一种方案比较经济划算，它是保证裙座与下封头切线之间的距离不变方法，改变了封头与裙座相焊部位的结构。在实际操作中也是选择了第一种方案进行制造，既保证了设备的安全，又节约了成本。
4、结论
在设备制造过程中，由于封头板料增厚而造成的封头与裙座相焊部位发生变化的问题，其处理方法可以先用ANSYS分析应力，后针对结果进行经济效益分析，从而选择出既能满足裙座对设备的支撑能力，又能节约部分生产成本的处理方法。这种方法对当前制造行业的技术人员有一定的指导意义。
（作者单位：山东豪迈机械制造有限公司）