机械设计与机械制造专业50道压力容器压力管道设计考试题问答题分析题.docx

1、机械设计与机械制造专业50道压力容器压力管道设计考试题问答题分析题机械设计与机械制造专业50道压力容器、压力管道设计考试题（问答题、分析题）1、奥氏体不锈钢制造的膨胀节，当R2st外时需进行何种校核？答：需进行疲劳寿命校核：N=、疲劳破坏时的循环次数计算：、许用循环次数的确定：N=；。2、从设计的角度来看，压力容器的失效准则有几种？它们各自的观点是什么？答：这里所说的失效是一种设计网点，一种共认的准则。主要是：、弹性失效-这种失效观点认为：容器内壁金属达到材料的实际屈服点就丧失了纯弹性状态而进入塑性，容器则已失效。该观点认为材料出现塑性变形会使金属品质发生变化，易引起腐蚀，故限制容器在弹性状态

2、下工作而不允许出现塑性变形。、塑性失效-该观点认为：容器内表面材料出现塑性变形后，由于外边弹性层的约束，变形被限制在较小范围内，容器并未达到危险状态。仅当塑性变形由壁扩展到外壁时，容器体积有较大膨胀，出现不稳定现象，此时才达到承载极限，该观点将器壁整体屈服作为容器失效准则。、弹塑性失效-该准则适用于反复加载的情况，认为：容器不同部位的应力对导致容器破坏所起的作用不同，如在器壁应力远低于材料屈服点的情况下，筒体和封头或接管相连处的局部区域可能已达到屈服点而出现塑性变形，但由于相邻地区仍处于弹性，在反复载荷的作用下局部塑性变形并不一定会导致容器破坏，只有当超过“安定”界限后，才会出现损伤的积累过程

3、，但非立即破坏。、爆破失效-对理想塑性材料，当容器整体屈服，即使压力不再升高，塑性变形仍会不断扩大，壁厚不断减薄，最终导致容器破坏。爆破失效观点认为：材料并非是理想塑性的，由于存在应变硬化，若压力不断继续升高，容器并不会破坏，只有当压力升到某一水平后，容器才会发生爆破而失效；设计中以工作压力对爆破压力取安全系数。这个准则一般在超高压容器的设计中采用。除以上四种失效准则外，尚有蠕变失效、断裂失效等。3、多层高压容器尢其是多层包扎容器对接深槽焊环缝常易出现的缺陷是什么？如何克服？答：多层环焊缝较容易出现焊接缺陷是在多层交界处易产生咬边或夹渣。为了克服此缺陷，可采用预先堆焊端面的方法。4、多层高压容

4、器在筒节上一般设有排气孔，为什么？答：开排气孔的目的和作用如下：、环缝焊接时，层间气体能自由逸出，有利于提高焊接质量；、操作及升降温时，夹层中气体能自由膨胀，可减少间隙带来的不良影响；、能起报警作用，一旦内筒发生泄漏，泄漏物能较快排出设备外被人察觉，及时进行处理；、在有氢介质的高压容器中，如果氢扩散在全筒体内，就可通过排气孔排出，防止氢的积聚。5、压力容器失效形式有哪几种？答： 压力容器因机械载荷或温度载荷过高而丧失正常工作能力，称为失效。其形式有三种：、强度失效：容器在载荷作用下发生过量塑性变形或破裂。、刚度失效：容器属于过量弹性变形，导致运输、安装困难或丧失正常工作能力。、稳定失效：容器在

5、载荷作用下形状突然发生改变导致丧失工作能力。压力容器的设计必须计及上述三种失效可能，予以全面考虑，以确保设备正常使用。6、奥氏体钢的使用温度高于525时，应注意什么问题？答：规定奥氏体钢的使用温度高于525时，钢中含碳量应不小于0.04%，这是因为奥氏体钢的使用温度高于500550时，若含碳量太低，强度及抗氧化性会显著下降；因此，一般规定超低碳(C0.03%)奥氏体不锈钢使用范围，18-9型材料用到400左右，18-12-2型材料用到450左右，使用温度超过650时，国外对于304、316材料一般要求用H级，即含碳量要稍高于一些，主要也是考虑耐蚀，而且耐热即有热强性。7、压力容器用碳素钢和低合

6、金钢，当达到何种厚度时应在正火状态下使用，为什么？答：壳体厚度大于30mm的20R和16Mn；其它受压元件(法兰、管板、平盖等)厚度大于50 mm的20R和16M nR，以及厚度大于16 mm的15M nVR，应在正火状态下使用。这主要是考虑国内轧制设备条件限制，较厚板轧制比小，钢板内部致密度及中心组织质量稍差；另外对钢板正火处理可细化晶粒及改善组织，使钢板有较好的韧性、塑性以及较好的综合机械性能。8、调质状态和用于多层包扎容器内筒的碳素钢和低合金钢钢板为何应逐张进行拉力试验和(V型)常温或低温冲击试验？答：低合金钢经调质处理后，屈服点大大提高了，但冲击韧性不够稳定。为了正确判断综合力学性能，

7、所以要逐张进行拉力和冲击试验来验证。多层包扎容器内筒一种承受较高压力的设备内筒，其设计压力为10100MPa ;同时高压容器往往还需要承受较高的温度和各种介质的腐蚀，操作条件苛刻，故高压容器的材料验收、制造与检验要求都比较高，这样才能保证高压容器的安全使用。9、当设计温度小于0时，名义厚度n大于25 mm的20R和n大于38 mm16MnR、15M nVR、15M nVNR或任何厚度的18MnMoNbR和13MnNiMoNbR为何要以批进行(V型)低温冲击试验？试样为何横向取样？低温冲击功的指标是什么？答：因为钢材20R、16MnR、15M nVR、15M nVNR，当厚度达到一定限度时，或1

8、8MnMoNbR和13MnNiMoNbR强度级别较高的任何厚度钢板，无延性转变温度可能就在-19.990之间，非常危险，但又未按低温材料对待，为避免这个问题，就要求在上述温度区间做母材和试板V型冲击以验证能否满足设计要求。由于浇铸钢锭时形成化学成份不均匀(金相上称偏析)或含有杂质，则在热轧变形后不均匀部分和杂质就顺差金属伸长方向延伸，形成所谓“流线”或纤维状组织(金相称带状组织)，这时金属软科学性能就表现出各向异性，即平行于流线方向(纵向)的力学性能要高于垂直于流线方向(横向)的力学性能，其中塑性和韧性更为突出，所以制造容器钢板标准中取力学性能低的横向作为冲击值标准，以提高安全使用可靠性。低温

9、冲击功的指标为：20R的AKV18J；16MnR、15M nVR的AKV20J；15M nVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR的AKV27J。10、钢制压力容器标准中规定内压圆筒的强度计算公式是什么？它的理论依据和范围是什么？并简述这一公式被广泛使用的道理。答：公式：=+C理论依据：第一强度理论计算周向应力的中径公式，并考虑圆筒焊接接头对强度的削弱及腐蚀的影响。适用范围：P0.4。广泛采用的道理：因这一理论所用时间最长，在长期的生产实践中积累了丰富的使用经验，形式简单，只要配以合适的安全系数就与第四强度理论公式得到相近的结果。11、多腔压力容器如何划类和处理？一带夹套设备，夹套内

10、介质为蒸汽，设计压力0.5MP，内筒为真空(无真空泄放阀)材料均为Q235-A，设计温度150。试确定夹套、内筒的水压试验压力，并简述试验步骤？答：多腔压力容器，如换热器的管程和壳程，余热锅炉的汽包和换热室夹套容器等只划一个类别，即应以类别高的腔作为该容器的类别并按其进行管理，多腔压力容器应在一张装配图上表示其结构。多腔压力容器的设计、制造技术要求可按各腔的压力、介质、容积的不同，区别对待。内筒： P T=1.250.1=0.125MPa(说明：当有真空泄放阀P=1.25最大内外压差或0.1 MPa两者中低值)。夹套： P T=1.250.5=0.625MPa。然后校核相邻壳壁在试验压力下的稳

11、定性，应满足稳定要求。用校核圆筒压力：T=满足 0.9(0.2)如不满足，图样上应注明允许压差值。试压步骤：先用0.125MPa压力试内筒，合格后焊夹套，再用0.625MPa压力试夹套。12、椭圆形封头、碟形封头为什么要设计直边？半球形封头为什么没有直边？半球形封头受力状态最好，但一般中、低压容器中很少采用，而多数采用标准椭圆形封头，为什么？平板在压力容器中受力较差，压力容器中哪些受压元件却经常使用？为什么？答： 减少附加弯曲应力；便于筒体连接，遇不等厚时便于削薄处理。 半球形封头是等曲率半径，筒体本身就是直边。 半球形封头加工比椭圆或碟形封头难，且用料多，常用于压力较高的容器。 平板易于加工

12、，且易与管子连接为管板。常用于：人孔盖板、换热器、或废热锅炉的管板等。13、何谓晶间腐蚀？如何解决？答：在室温下碳只能小量地溶解于奥氏体固溶体中。温度升高时，碳在固溶体中的溶解度增大，再将钢由高温缓慢冷却，在敏化温度范围(400850)时奥氏体中饱和的碳和铬化合成Cr23C6沿晶界沉淀析出，由于铬的扩散速度较慢，这样生成Cr23C6所需铬必然要从晶界附近获得，造成晶界附近区域铬含量降低而产生晶间腐蚀。解决方法：降低含碳量，添加稳定化元素，固溶处理，稳定化处理，固溶加稳定化处理。14、焊缝余高的作用是什么？超过标准的余高是否必须去除？设计者可否要求把焊缝余高去除到与母材高齐平？为什么？答：压力容

13、器一般是多道焊，下一焊道对上一焊道起保温和缓冷作用，对消除焊接应力、改善组织性能有益，因此焊缝余高相当于对最后一层强度焊道发挥了上述回火焊道作用。但焊缝余高相当于局部形状突变，引起应力集中，有可能是从余高边缘发生疲劳或脆性断裂的根源，因此超过标准规定的余高必须去除。标准是产品质量的最低要求，设计者可以根据产品质量重要性、安全性、封头成形加工等要求把余高去除到与母材齐平，否则需降低焊缝系数。去除余高使焊缝与母材表面平滑过渡，对消除形状突变与表面缺陷，改善容器应力状态，提高抗脆断与疲劳断裂有益。15、盛装液化石油气的容器为什么必须按设计储存量充装液化石油气？答：盛装液化石油气的容器，当按规定进行充

14、装时，即使温度达到设计温度(50)时，容器内还剩有5%的气相空间，此时，温度升高1，容器内的饱和蒸汽压升高0.020.03MPa。当超量充装后，由于液化石油气的体积膨胀系数大，约为水的1016倍，温度升高时就会使容器内液化石油气体的液体充满整个容器，此时温度再升高，容器就要承受液体膨胀的压力。当温度每升高1时容器内的压力就升高23MPa，与饱和蒸汽压相比几乎是100倍，对一台充满液体的容器，当温度再升高35时，就接近或超过了容器的爆破压力，容器就会自行爆破。因此，液化石油气容器是严禁超装的。16、咬边对压力容器的安全有哪些危害？答：咬边属于形状突变，造成局部应力集中，在长期使用中易扩展；咬边是

15、开口缺陷，形成介质死区,在长期使用中由于介质浓缩引起腐蚀，因此，咬边的存在对压力容器的强度、应力腐蚀、疲劳等均会造成不良的结果。17、什么是应力腐蚀破裂？奥氏体不锈钢在哪些介质中易产生应力腐蚀破裂？答：应力腐蚀破裂是金属在应力(拉应力)和腐蚀的共同作用下(并有特定的温度条件)所引起的破裂。应力腐蚀现象较为复杂，当应力不存在时，腐蚀甚微；当有应力后，金属会在腐蚀并应力腐蚀破坏的金属材料与环境的组合主要有以下几种：、碳钢及低合金钢、介质为碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢等；、奥氏体不锈钢：氯离子、氯化物+蒸汽、湿硫化氢、碱液等；、含钼奥氏体不锈钢：碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等；、

16、黄铜：氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等；、钛：含盐酸的甲醇或乙醇、熔融氯化钠等；、铝：湿硫化氢、含氢硫化氢、海水等。18、奥氏体不锈钢焊缝能否采用超声波检测，为什么？答：由于奥氏体不锈钢中存在的双晶晶界等显著影响超声波的衰减及传播，因此目前超声波检测未能在这种不锈钢中等到广泛的采用。19、碳素钢和低合金钢钢管，当使用温度-20时，其使用状态及最低冲击试验温度应符合什么要求？答：碳素钢和低合金钢钢管使用温度低于或等于-20时，其使用状态及最低冲击试验温度按下表的规定。钢号使用状态壁厚mm最低冲击试验温度10正火16-3020G正火16-2016Mn正火20-4009MnD正火16-50因尺寸限制

17、无法制备5mm10mm55mm小尺寸冲击试样的钢管，免做冲击试验，各钢号钢管的最低使用温度按附录C(标准的附录)的规定。20、锻件的级别如何确定？对于公称厚度大于300 mm的碳素钢和低合金钢锻件应选用什么级？答：锻件级别按JB4726压力容器锻件技术条件的规定选用。对于公称厚度大于300 mm的碳素钢和低合金钢锻件应选用级或级。21、钢锻件16MnD，当使用温度等于或低于-20时，其热处理状态及最低冲击试验温度是什么？答：应符合下表的规定：钢号热处理状态公称厚度mm最低冲击试验温度16MnD正火加回火，调质200-40200300-3022、低合金钢螺栓，当使用温度等于或低于-20时，其使用

18、状态及最低试验温度是什么？答：应符合下表的规定：钢号规格mm使用状态最低冲击试验温度AKV(J)30CrMoAM56-1002735CrMoAM56-10027M60M80-7023、铝和铝合金用于压力受压元件应符合什么要求？答：.设计压力不应大于8MPa，设计温度为-269200；.设计温度大于65时，一般不选用含镁量大于等于3%的铝合金。24、钛和钛合金用于压力容器受压元件应符合什么使用条件？答：.设计温度；工业纯钛不应高于230；钛合金不应高于300；钛复合板不应高于250。.用于制造压力容器壳体的钛材应在退火状态下使用。25、铜及铜合金用于压力容器受压元件应为什么热处理状态？答：一般应

19、为退火状态。26、什么叫设计压力？什么叫计算压力？如何确定？答：设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为载荷条件，其值不低于工作压力。确定设计压力时，应考虑：容器上装有超压泄放装置时，应按附录B(标准的附录)的规定确定设计压力。对于盛装液化气体的容器，在规定的充装系数范围内，设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。确定外压容器的设计压力时，应考虑到在正常工作情况下可能出现的最大内外压力差。确定真空容器的壳体厚度时，设计压力按承受外压考虑。当装有安全控制装置(如真空泄放阀)时，设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者的低值；当无安全控制装置时，取0.1

20、MPa。由两室或两个以上压力室组成的容器，如夹套容器，确定设计压力时，应考虑各室之间的最大压力差。计算压力指在相应的设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。27、固定式液化气体容器设计时，如何确定设计压力？答： 盛装临界温度大于等于50的液化气体的压力容器，如设计有可靠保冷设施，其设计压力应为所盛装液化气体在可能达到的最高工作温度下的饱和蒸汽压力；如无保冷设施，其设计压力不得低于该液化气体在50时的饱和蒸汽压力。盛装临界温度小于50的液化气体压力容器，如设计有可靠的保冷设施，并且能确保低温储存的，其设计压力不得低于试验实测

21、的最高温度下的饱和蒸汽压力；没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其设计压力不得低于所装液化气体在规定的最大充装量时，温度为50时的气体压力。28、什么叫计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度？答：计算厚度：系指按公式计算得到的厚度，需要时，尚应计入其它载荷所需厚度，不包括厚度附加量；设计厚度：系指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度：系指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度，对于容器壳体，在任何情况下其名义厚度不得小于最小厚度与腐蚀裕量之和；有效厚度：系指名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差。29、什么叫最小厚度？如何确定？答：为满足制造工艺要求，根据工

22、程实践经验对壳体加工成形后规定了不包括腐蚀裕量的最小厚度。圆筒的最小厚度min按下列确定：、对碳素钢和低合金钢容器：min3mm；、对高合金钢容器：min2mm。30、中法兰按其整体性程度分为几种型式？各型式的特点是什么？答：分为三种型式：、松式法兰：法兰未能有效地与容器或接管连接成一整体，不具有整体式连接的同等结构强度。计算中认为容器或接管不与法兰共同承受法兰力矩的作用。、整体法兰：法兰、法兰颈部及容器或接管三者能有效地连接成一整体结构，共同承受法兰力矩的作用。、任意式法兰：是一些焊接法兰见中图(9-1)(h)、(i)、(k)，其计算按整体法兰。但为简便起见，当满足下列条件时也可按活套法兰计

23、算：n操作温度小于或等于370。31、反向法兰的结构特点是什么？答：反向法兰是指与圆筒相接的平盖开有d1/2Di的大孔。对于开有d1/2D孔的平盖可以用开孔补强或加厚平盖厚度来进行设计。对于开有d1/2D大孔，这些设计方法已不能适用，宜将开有大孔的平盖和与之相连接的圆筒体视为反向法兰，用法兰的原则进行设计。32、平面法兰、凹凸面法兰与榫槽面法兰三类密封面各有什么公优缺点？答：平面法兰密封面具有结构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里等的优点，由于这种密封面和垫片的接触面积较大，如预紧不当，垫片易被挤出密封面。不易上紧，密封性能较差，适用于压力不高的场合，一般使用在PN2.5MPa的压力下。凹凸面

24、法兰密封面相配的两个法兰接合面一个是凸面，一个是凹面。安装时便于对中，能有效地防止垫片被挤出密封面，密封性能比平面密封面为好。榫槽面法兰密封面由一个榫面一个槽面相配而成，因此，密封面更窄。由于受槽面的阻挡，垫片不会被挤压紧面，且少受介质的冲刷和腐蚀。安装时便于对中，垫片受力均匀，密封可靠，适用于易燃、和有毒介质的运用。但是由于垫片很窄，更换时较为困难。33、卧式容器的双支座与多支座各有什么优缺点？答：卧式容器的力学模型和梁相似。多支点梁由于支点间的间距小、各支点分摊的重量小，梁中的弯矩就小，应力也小。但要求各支点在同一水平上。这对于大型卧式容器较难做到。由于地基的不均匀沉降，使多支点的支反力不

25、能均匀分配。双支座不存在支反力不能均匀分配的问题。但是跨间的弯矩大，支座截面上的弯矩也大，容器壁内的应力就大。34、双支座卧式容器设计中对支座的位置及固定型式按什么原则确定？答：根据均布载荷的外伸梁的力学分析可知，当外伸梁的长度A为梁的长L的0.207倍时，跨间的最大弯矩与支座截面处的弯矩(绝对值)相等，若外伸加长，支座截面处的应力加大。因而，卧式容器通常要求A0.2L。此外，由于封头的刚性大于圆筒体的刚性，封头对于圆筒体有加强作用，若支座邻近封头，则可充分利用封头的加强效应。因此在满足A0.2L时，应满足A0.5Rm(圆筒平均半径)。和立式容器一样，卧式容器的支座也应固定在基础上，但是由于卧

26、式容器因各种热膨胀的原因使圆筒体伸长，若因支座固定而不允许圆筒体伸长，圆筒体内部将增加附加应力。因此卧式容器只允许一个支座固定，另一个支座的地脚螺栓孔开成长圆孔，允许滑动。35、低温压力容器焊接有什么要求？答：、低温容器施焊前应按JB4708进行焊接工艺评定试验，包括焊缝和热影响区的低温(V形缺口)冲击试验。冲击试验的取样方法和合格指标，按C2.1.中母材的要求确定。、当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时，焊缝金属的冲击试验温度应低于或等于两侧母材中的较高者。低温冲击功按两侧母材抗拉强度的较低值符合表C3的要求。热影响区按相应母材要求确定。接头的拉伸和弯曲性能按两侧母材中较低要求。、按照JB4

27、708进行焊接工艺评定，由不同级别号的母材组成焊接接头时，其焊接接头的低温冲击试验需重新评定。、应严格控制焊接线能量。在焊接工艺评定所确认的范围内，选用较小的焊接线能量，以多道施焊为宜。、焊接区域内，包括对接接头和角接接头的表面，不得有裂纹、气孔和咬边等缺陷。不应有急剧的形状变化，呈圆滑过渡工。36、什么叫“低温低应力工况”？低温低应力工况的容器是否应按低温压力容器考虑？答：“低温低应力工况”系指容器或其受压元件的设计虽然低于或等于-20，但其拉伸薄膜应力小于或等于钢材标准常温屈服点六分之一，且不大于500MPa时的工况。当容器或其受压元件使用在“低温低应力工况”下，若其设计温度加50后，高于

28、-20时，不必遵循低温压力容器的规定。37、波形膨胀节的选材原则是什么？答：、碳钢或低合金钢制波形膨胀节只适用于t375；奥氏体不锈钢制波形膨胀节适用于t500。、用碳钢或低合金钢制波形膨胀节，其腐蚀裕量不得超过1mm，否则宜采用奥氏体不锈钢材料。、对有氯化物、硫化物、酸、碱等易产生腐蚀的介质或工作温度较高(超过550)时，应选用耐蚀合金或高温合金来制造膨胀节，如国产材料FN-2、NS111及B-315或Incoloy800、825等。38、超高压容器安全监察规程所指的超高压容器：的高温条件是什么？答：系指设计温度大于250的条件。39、超高压容器安全监察规程对超高压容器采用国外材料制造时，提

29、出了哪些要求？答： 所选用的材料应是超高压容器用钢，其使用范围及各项性能应不低于超高压容器安全监察规程规定且应符合国外相应标准的规定，同时应附有质量证明书，并向国家锅炉压力容器安全监察机构备案。 制造单位首次使用前，应进行有关试验和复验，满足设计和使用要求后，方能投料制造。40、液化气体汽车罐车安全监察规程中“低温型汽车罐车”的定义是什么？答：低温型汽车罐车：指运输液氧、液氮、液氩、液态二氧化碳等介质，罐体为钢制且其外部有绝的热层和受压外套的汽车罐车。41、液化气体汽车罐车安全监察规程中对“汽车罐车”的定义是什么？答：汽车罐车：指罐体和底盘两部分的组合。42、液化气体汽车罐车安全监察规程对汽车

30、罐车的汽车底盘选用有什么规定？答：汽车罐车应选用中国汽车工业总公司和公安部联合发布的汽车产品目录中的汽车底盘和进口汽车底盘。43、液化气体汽车罐车安全监察规程对低温型汽车罐车设置的爆破片装置提出了哪些要求？答：低温型汽车罐车设置的爆破片应满足： 罐体设置的爆破片装置和连接罐体管路上的爆破片装置的标定爆破压力应高于罐体的安全阀开启压力而小于罐体的设计压力，外套的爆破片标定爆破压力为0.070.1Mpa。爆破片装置的材料应与低温液体介质相容，在低温下有良好的力学性能和冲击韧性。液氢、液氧汽车罐车爆破片的材料，应选用爆破后不产生火花和金属碎化片的材料； 爆破片材料的截面积，应保证爆破片爆破时能迅速释放出罐体或外套内产生的气体； 标记、质量证明书以及检验要求等应符合GB567拱形金属爆破片技术条件的有关规定。44、按压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则的要求，设计单位应具备哪些基本条件？答： 有企业法人营业执照或事业单位法人证书； 有中华人民共和国组织机构代码证； 有健全的质量保证体系和切实可行的设计管理制度； 有与设计级别相适应的技术法规、标准； 有专门的设计工作机构和场所； 有必要的设计装备和设计手段，具备利用计算机进行设计、计算、绘图的能力，计算机辅助设计和计算机出图率应达到100%，具备在互联