[发明专利]球形容器的铸胀成形

说明书

所属技术领域

本发明涉及球形容器的制造方法，主要是在毛坯的真空浇铸、加压凝固的基础上，利用金属的热塑性向浇铸后已凝固并且处于再结晶温度以上的球壳铸坯腔内通入压力气体使其达到内压胀形的技术，本发明属于压力容器制造技术领域。

背景技术

球形容器由于其具有高的承载能力、自重小及其占地面积小，已经在石油、化工、燃气、供水、造纸等行业中得到广泛的应用。球形容器的制造方法已经多种多样，如：焊接法、爆炸成型法、无模液压胀型法等，但都存在一定的缺陷和不足。如爆炸法，其安全性不易控制，容易造成安全事故；无模液压胀型法，是向多面体内通入高压液体胀形，由于成型系统的复杂性，也具有一系列的辊制、组对、焊接加压、检测、探伤等工序，难以推广。当前，主流的方法是先将球形容器划分成许多瓣片，常见的分瓣方式为橘瓣式和足瓣式或集两者之长的混板式，再依球瓣的尺寸用板材下料、冲压，使每块板料成形为球瓣的形状，再进行组对、焊接成型。但是，这种方法材料利用率低、需要大型冲压设备、如大工作台面的水压机，大吨位冲压模具等，组焊工作量大且复杂、工序多、工期长、焊缝形位精度差、焊接质量不易保证、效率低，导致球罐制造成本高。

发明内容

为了解决传统球形容器制造方法中存在的材料利用率低、需要大型冲压设备、如大工作台面的水压机，大吨位冲压模具等，组焊工作量大且复杂、工序多、工期长、焊缝形位精度差、焊接质量不易保证、效率低，导致球罐制造成本高等问题，本发明先利用铸造获得高质量的球壳铸坯，然后采用热塑性胀压成形方法进一步优化材料结晶组织，提高球壳的性能。

其主要技术方案是：将合金按照设计要求比例配制并熔化，使加热至浇注温度的金属熔体浇注于由具有垂直分型面的金属模，以及透气性的球形型芯构成的球壳铸型中，在浇注过程中，关闭与压力气源联通的压力阀、放空阀，打开真空泵及与其相连的真空阀，经过型芯内部设置的主气管将铸型中的气体抽出，使铸型型腔内部处于负压状态。浇铸完成后，当与金属模接触的金属熔体凝固，并且温度低于结晶温度10～160度时，关闭真空泵及与其相连接的真空阀，打开与压力气源相连接的压力阀，通过设置于型芯中的主气管向球壳铸坯内腔充入0.1～30MPa的压力空气或者惰性气体，球壳铸坯在压力气体的作用下继续凝固，直至完全凝固。

当球壳铸坯的温度进入热塑性变形范围时，关闭与压力气源联通的压力阀，打开放空阀，将球壳铸坯内腔的压力降低至0.1～0.6MPa后关闭放空阀，拆除金属模，再次打开与压力气源相连接的压力阀，给球壳铸坯内逐渐充入压力空气或者惰性气体，球壳铸坯在压力气体的胀形作用下直径增大，壁厚减小，直至达到预定的形状与尺寸。

球壳铸坯外形尺寸小于球形容器直径的二分之一，壁厚是球形容器的三倍以上，并根据球形容器壁厚的实体体积，按照胀形前后体积相等原则确定球壳铸坯的浇铸体积。

实现球形容器铸胀成形的装置是将内部设置主气管且透气性的球形型芯由直径小于球形容器壁厚的多个相同长度的支柱固定在具有垂直分型面的金属模构成的球形型腔内，该支柱所用材料与球形压力容器所用材料化学组成相同，在浇铸过程中与液体金属熔为一体；型芯内部的主气管向上从冒口处穿出金属模后与四通管件的一个接头相连接，四通管件的其余接头分别与压力阀及压力气源、真空阀及真空泵、放空阀相连接；在金属模的内浇道傍边设置冷却水道，在浇注完成后，通入冷却水，使内浇道的金属最先凝固，以防止在气压作用下凝固过程中球壳铸坯内部未凝固的金属从浇口反喷出去，造成事故。

在金属模上设置温度传感器，用于检测球壳铸坯铸造加工过程中温度情况。

该发明的有益效果是：球形容器制造工艺简化，质量提高，有望实现机械化生产，材料消耗下降，大幅度降低劳动强度，并提高生产效率。

附图说明

图1是球壳铸坯铸造示意图

图2是球形容器胀形示意图

1.内浇道，2.冷却水道，3.球壳铸坯，4.支柱，5.金属模，6.型芯，7.压力气源，8.压力阀，9.真空阀，10.真空泵，11.放空阀，12.四通，13.主气管，14.冒口，15.温度传感器，301.球形容器

具体实施方式