大型球罐，不锈钢空心球，建筑装饰球是最典型的大型封闭壳体，具有受力均匀、承压高、用料省、重量轻和外形美观等优点，在石油、化工、冶金、液化气存储、造纸和建筑等行业得到广泛应用。随着我国经济建设的蓬勃发展，对于大型钢结构球形容器的需求逐渐增多。 
    
      传统建球技术是将模压球瓣进行组装焊接，其工序为：初下料-模压瓣片-多次校形-检查修边-预组装-组装焊接-外观检查-校正-无损探伤。其工序决定了该建球技术存在如下问题：①工序繁多，成形精度低，模压过程起皱难以避免，双曲率壳体组焊困难，制造周期长；②先成形，后焊接，焊接变形残留在最终产品上，无法消除；③组装精度难以保证，现场强制装配组焊，影响焊接质量和最终形状；④需要大型压力机和大型模具，制造成本高，不适于产品变更的需要。 

      由于传统制造技术的局限性，其技术经济指标为：①最小厚度与直径的比值（t/D）仅为8/1000，无法制造小于等于1/1000的超薄球形壳体；②很难制造椭球等曲率有变化的容器，因为不同曲率的分瓣将需要不同的模具进行模压，成本急剧提高。 
      大型封闭壳体内压成形技术，突破传统制造技术的局限性，摆脱了对大型压力机和大型模具的依赖，其主要工序为：下料-弯卷-组装焊接-液压胀形。 
      应用该技术不仅可实现无模具和压力机制造大型球形容器，还可实现超薄球形容器的制造，因而也适用于制造各种建筑装饰球体和艺术造型球体。 
      此外，由于椭球形壳体外形美观、稳定性好，常常被用作通讯发射塔上的装饰物，管路弯头在石油化工及水利建设等行业也有广泛应用。近年来内压成形技术已为椭球等变曲率壳体以及管路弯头等的制造开辟了新路。 

      大型封闭壳体内压成形技术解决了以下关键问题：①球壳胀形前壳体与瓣片的CAD技术及厚度控制技术；②成形压力的计算及胀形过程数值模拟及缺陷预报；③内压成形过程焊接接头开裂预防措施、新型焊接接头设计及焊接新工艺。 

      该项目主要创新点如下：
1．制球方法由以往的模具压瓣，改为利用封闭壳体中自相平衡的液体压力施加成形载荷，实现不用模具、不用压力机的成形。
2．改变传统制球工序的“先成形后焊接”为“先焊接后成形”，避免了成形后的大型球瓣组焊的难点和焊后变形的缺陷。
3．在容器制造观念上提出焊后容器经受少量塑性变形有利于提高强度的思想，突破了传统观念中压力容器焊接之后不能再进行塑性变形的成规。
4．改变传统工艺由部分球面（瓣片）拼合成整体球壳的思路，采用接近球壳的多面壳体（非球壳）在压力增大的过程中逐渐逼近球壳，即由非球壳体一次整体成球的思路。 
    
      在世界上首次用无模液力成形的方法制造了直径7.1m，壁厚24mm的200m3液化气储罐，受到国际压力容器界好评；实现了厚径比小于1/1000的超薄球壳的成形工艺，而此类壳体由于传统冲压过程中产生的回弹、起皱等缺陷无法控制，故无法成形；利用合理的初始多面壳体结构或施加内部约束，控制壳体塑性变形，调整应力状态避免失稳起皱，从而实现椭球壳体、环壳或其他异形壳体整体无模液压成形。 

      大型封闭壳体内压成形工艺制造的球形、椭球形容器及弯头壳体壁厚均匀性较好，不圆度及角变形均在现行国家标准和规范控制之内，以直径4m的球形容器为例，不圆度为0.75%，角变形最大值1.5o。而且其成形过程相当于超载处理，壳体残余应力大大降低，所成形壳体的抗疲劳性能得到提高，与传统工艺相比，生产周期缩短2/3，成本降低1/3左右，而且产品规格容易变更。 
   
       球形容器整体内压成形技术自1985年发明以来先后开发三大系列产品：①球形水塔和供水罐；②压力容器和液化气罐；③建筑装饰球。 
    
      采用内压成形技术制作的壳体已应用于铁路、城市供水等所需的球形水塔，液化气球形储罐，通讯、广播电视行业的球形、椭球形发射塔，用该工艺成形的球形装饰物在建筑装饰行业也得到广泛应用，采用该工艺制造的7m直径的飞行仿真球幕在国防领域也得到应用。采用大型封闭壳体内压成形技术在上海、天津、石家庄等地建造的8座50～300m3水塔及3座球形和椭球形发射塔运行情况良好。世界上首次采用内压成形技术制造的200m3液化气（LPG）球罐已安全运行10年，1998年，经劳动监察部门开罐全面检查，各项指标均合格，确定为一级品。目前，采用该技术制造了直径达到9.4m，共计25种规格直径的球形容器，最大壁厚达到24mm，最高使用压力达到1.77MPa。 
    
      随着城市现代化的发展，人们对建筑物及构筑物外观的观赏性及美化环境的要求越来越高，球形及椭球形装饰物以其独特优点，倍受推崇。用该方法已在北京奥林匹克体育中心、成都、青岛及哈尔滨等城市建造了球形装饰物共30余座。
无模液压成形技术自1985年申报发明专利以来，受到国内外学者专家的重视，被认为是球罐建造工艺的重大变革，开辟了国际塑性加工领域新的研究方向。 
    
      从学科发展的角度有以下几方面进步：①将液压成形由板材、管材的成形扩展到封闭壳体成形；②揭示了壳体不同部位曲率半径的调节机制及加工硬化的调节机制是趋球的根本动力；③试验结果和理论分析均表明液力成形过程中应力分布不均匀，在总体上是双拉应力的情况下在局部有压应力，由此而产生起皱。 
   
       经过多年研究，该技术在理论和实践上日趋成熟和完善，围绕该项目的研究工作，已经由常压容器扩展到高压容器，由低碳钢扩展到容器钢、不锈钢、铜合金及铝合金。

上虞市皮尔钢球有限公司
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