關于封頭專題講座張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC封頭專題講座封頭是壓力容器的主要受壓元件，是容器上最重要的壓力部件之一。幾乎所有的壓力容器都離不開封頭。封頭的現行標準是GB/T25198-2010《壓力容器封頭》，是由原JB4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》改版升級而成。本講座未包括封頭設計方面的內容。第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC一封頭形狀的分類●標準橢圓形封頭（長半軸、短半軸之比為2:1）●碟形封頭（Ri=Di,ri=0.1Di）●半球形封頭●球冠形封頭●錐形封頭（CHA30°45°60°，r≥0.1Di）

r、中心角、高度相互影響●平底封頭●近似橢圓形封頭(R=0.9045Di,r=0.1727Di，hi=0.25Di)第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC二封頭的下料1封頭坯料采用整板為宜，如需拼接，宜取同一爐批號板料，并盡量選用同一張板料。2封頭坯料的拼接應符合下列要求：⑴不允許存在十字焊縫。⑵封頭上各種不相交的拼接焊縫中心線間距離至少為封頭板材厚度S的3倍，且不小于100mm。封頭由瓣片和頂圓板拼接制成時，焊縫方向只允許是徑向和環向的。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC3封頭投料厚度整體壓制的封頭，封頭坯料的厚度應根據成形工藝條件考慮工藝減薄量，以確保封頭成形后的最小厚度不小于圖樣上封頭的名義厚度減去鋼板厚度負偏差（GB150-1998的規定），或不小于圖樣標注的封頭成形后的最小厚度（GB150.4-2011的規定）。

GB150.4-2011規定：制造單位應根據制造工藝確定加工余量，以確保受壓元件成形后的實際厚度不小于設計圖樣標注的最小成形厚度。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

值得注意的是，由于裝備條件、制造工藝等方面的差異，制造單位確定的加工余量不同，成形件投料的鋼材厚度也隨之不同。因材料許用應力隨厚度增加時逐漸降低的，當制造單位考慮加工余量致投料的鋼材厚度增加并跳檔時，許用應力降低，“設計圖樣標注的最小成形厚度”將增大。此時應重新計算最小成形厚度，防止造成受壓元件強度不足的情況發生。如何進行判斷？只需檢查投料厚度與名義厚度的許用應力是否有跳檔即可。材料許用應力跳檔的界線：16㎜、36㎜、60㎜、100㎜。第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

4封頭的展開尺寸●等面積法●等弧長法●經驗公式法

4.1橢圓形封頭（EHA）展開尺寸

⑴坯料直徑D=1.19×(Di+S)+2h+30(余量)

按照該公式計算出來的尺寸，同西塘封頭鍛壓有限公司提供的尺寸表大體相同。

⑵也可以在CAD上畫出封頭的形狀，把封頭中性層弧長作為封頭坯料直徑。因為這種方法得到的尺寸偏大，一般不需要再考慮加工余量第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

4.2碟形封頭（THA）展開尺寸

⑴可以在CAD上畫出碟形封頭封頭的形狀，把封頭中性層弧長+15㎜，作為封頭坯料直徑。

⑵碟形封頭一般都是旋壓成形，其下料尺寸最好由封頭加工廠提供。特別是大尺寸碟形封頭、或者非標準碟形封頭，下料尺寸需經封頭加工廠確認后方可下料切割。

4.3半球形封頭(HHA)展開尺寸

坯料直徑D=1.42×(Di+S)+30～40(余量)

大尺寸球形封頭，下料尺寸需經封頭加工廠確認后方可下料切割。分瓣制造的封頭，按照瓣片放樣展開，周邊加放余量。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

三封頭的拼接1控制錯邊量，盡量平齊。復合板允許錯邊1㎜。2.熱成形封頭，焊接工藝評定需覆蓋。大厚度正火板，工藝評定需注意焊縫強度能否滿足。3.嚴格按拍片要求施焊。焊接按照焊接工藝。拍片在成形后進行。4.小曲率半徑部位焊縫打磨至于母材平齊。第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

四封頭的成形1按照成形溫度分●冷成形（在工件材料再結晶溫度以下進行的塑性變形加工GB150.4-2011）在工程實踐中，把環境溫度下進行的塑性變形加工成為冷成形，介于冷成形和熱成形之間的塑性變形加工成為溫成形（wormforming）。溫成形也屬于冷成形范疇。

第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC再結晶

金屬冷加工變形后，由于內能提高而處于不穩定狀態，當加熱到適當溫度時，由于原子擴散能力增強，在晶格畸變較嚴重處，將進行重新成核和晶粒長大，形成一些位向與變形晶粒不同、內部缺陷減少的等軸小晶粒。這些小晶粒不斷向外擴展長大，直至冷變形組織完全消失，從而獲得沒有內應力和形變的穩定組織。這一沒有相變的結晶過程叫做再結晶。可以進行再結晶的最低溫度叫做再結晶溫度。再結晶溫度的高低，一般和金屬的成分和形變量有關。能導致再結晶的最小形變量叫做臨界形變。經再結晶后，金屬的強度、硬度顯著下降，塑性、韌性大大提高，加工硬化狀態消失，內應力完全消除，金屬的性能又重新復原到冷變形之前的狀態。

第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

再結晶退火

將冷加工變形過的金屬（或合金）加熱到高于它的再結晶溫度，使之再結晶的熱處理工藝。最低再結晶溫度=0.4Tm（K）

[有的資料介紹為0.4～0.5Tm(K)]其中：

Tm-------金屬的熔點，

K---------K氏溫度舉例：Q345R,熔點1430℃、再結晶溫度約408～578℃。消除焊接應力熱處理的溫度，低于下轉變溫度（Ac1，Q345R為715℃）。Q345R的焊后熱處理溫度為600℃。金屬材料的再結晶溫度低于焊后熱處理溫度。但實際上再結晶熱處理都是在焊后熱處理溫度下進行。第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC●熱成形（碳素鋼、低合金鋼920～980℃；不銹鋼950～1150℃）2.按照成形方式分壓制成形——采用油壓機、水壓機。冷壓、熱壓所用模具不同。旋壓成形——采用壓鼓機、旋壓機。一般冷旋成形，也可采用火焰噴射熱旋成形。分瓣成形——分成瓣片（一般為奇數片）和頂圓，采用油壓機、水壓機壓制成形。第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC五封頭的熱處理1冷成形封頭的熱處理冷成形的封頭，按照GB150.4-2011第8.1.1條規定進行恢復性能熱處理。主要依據（與ASMEⅧ-ⅠUCS-79相似）：●滿足5個條件中的任意一個；●根據封頭的變形率。碳素鋼、低合金鋼5%；奧氏體不銹鋼15%。冷成形件的恢復性能熱處理，通常都是按照焊后熱處理溫度進行熱處理。

第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

2熱成形封頭的熱處理●熱成形封頭的熱處理，有別于設備的焊后熱處理。兩者不可混淆。●封頭在熱成形中，破壞了材料供貨熱處理狀態，需重新進行熱處理以恢復到材料供貨熱處理狀態。熱處理的方式有：正火熱處理、正火+回火熱處理、調質熱處理、固溶熱處理或穩定化處理等。●分瓣制造的封頭，當需要熱處理時，只需對瓣片、頂圓進行熱處理。瓣片組焊后再進行焊后熱處理。●有抗晶間腐蝕性能要求的不銹鋼復合板封頭的熱處理需謹慎考慮。既要滿足基層材料的性能要求，又要滿足復層材料的耐腐蝕性能。有時需要做熱加工工藝評定試驗。在封頭出爐時，往往對不銹鋼復層采取強制冷卻措施。第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC3焊接試件與母材試件●材料進行熱處理以恢復到材料供貨熱處理狀態，應帶母材熱處理試件。封頭在加熱時，該母材試件應一起加熱。封頭在熱處理時，該母材試件應同爐熱處理。讓試件與封頭經歷相同的熱過程，使試件性能代表封頭的性能。有拼接焊縫的封頭，只要有焊接工藝評定的支持，一般可不帶焊接試件。有特殊要求的（如特殊材料、用戶要求、圖樣要求），也需帶焊接試件。●GB150.4-2011規定，凡封頭冷成形后需要通過熱處理恢復材料性能的，應制備母材熱處理試件。第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC七封頭的驗收

1封頭的形狀和尺寸檢查封頭的形狀和尺寸檢查，GB150.4-2011、GB/T25198-2010有詳細的規定，不再詳細講述，只是有重點地提一下。●碟形封頭和折邊錐形封頭，過渡區轉角半徑不得小于標準要求。●為便于測量，從2011年2月起改用帶間隙的全尺寸的內樣板檢查封頭形狀。●注意由于封頭形狀偏差引起與裙座筒體裝配位置的偏移，導致封頭環焊縫至裙座底面距離的超差。第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC2焊縫的無損檢測

2.1封頭拼接焊縫須進行100%無損檢測（RT或UT），無損檢測在成形后進行。

2.2圖樣上規定需100%無損檢測或焊縫系數規定為1.0的情況，射線檢測Ⅱ級合格；超聲檢測Ⅰ級合格。

2.3除2.2條規定者，射線檢測Ⅲ級合格；超聲檢測Ⅱ級合格。

2.4焊縫的表面檢測按照固容規和GB150-2011的規定。

2.5對Cr-Mo鋼、復合鋼板制封頭在熱成形后或熱處理后，是否需要進行全體積的超聲波檢測或以檢查復合板貼合度為目的的超聲波檢測，應滿足設計文件和客戶的規定。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC3母材試件、焊接試件性能報告封頭的母材試件或/和焊接試件的性能試驗結果未被確認之前，不允許將封頭轉入下道工序。如試驗結果不合格，封頭需重新進行熱處理。因此封頭熱處理后，需抓緊對試件進行解剖、加工試樣和試驗工作，以免影響封頭的制造進度。第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC

八封頭與圓筒的連接封頭與圓筒的焊接結構在GB150.3-2011中有詳細介紹。但這僅僅是資料性附錄，只供參考。這里講的是設計問題，但與焊接、制造密切相關，只作簡單介紹。封頭與筒體等厚連接比較多，兩者的連接比較簡單。封頭厚度超過筒體厚度的情況比較少（主要是封頭大開孔進行整體補強），把封頭的外緣削薄后就成了等厚連接。這里主要講球形封頭、球冠形封頭與筒體的連接結構。

第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一張家港市華菱科技股份有限公司ZHSTC1壓力容器行業內，一般都要求封頭與筒體對接后里口平齊，所以圖d)的結構采用較少。

2圖e)是半球形封頭與筒體的連接結構，里口平齊、外口用堆焊形式自然過渡，這是常用的結構。凱凌化工（張家港）有限公司的三臺高壓加氫反應器（淩212348、212349、212350）就是這種結構。問題：下面的結構，在與半球形封