圧力容器製造方法の選定

一般的な容器は巻き板式が用いられ、高圧容器は筒体の構造形態によって単層式と組合式に分けられる。 製造方法の違いにより、単層式タンクは一体鍛造式、単層巻き溶接式、電渣再溶解式、および鍛造溶接式など、いくつかのタイプに分けられる。 全体鍛造式の利点：鍛造後の組織が密で、強度が高い。 欠点：製造には巨大な鍛造設備と熱処理設備が必要で、金属の消耗量が多い。 作業時、容器の壁厚方向における応力は均一ではなく、円筒の内側の壁面には非常に高い応力がかかり、降伏や塑性流動が生じる可能性がある。一方、外側の壁面の応力は依然として低いままである；厚壁円筒が非弾性領域で動作すると、**容器の寿命に影響を与えます；筒体が弾性範囲内で動作するためには、高強度の材料を使って筒体を製造する必要がある。しかし、強度が高くなるほど塑性や靭性は低下し、脆性的な破壊の危険性が生じ、かえって安全性が損なわれる。また、筒体全体を高強度鋼で作るのは非常に非経済的だ；また、単層厚肉円筒の場合、一度き裂が発生すると、高応力の作用によりそのき裂は絶えず拡大し、層壁内で抑制されることなく筒体を貫通してしまい、機能不全や破壊を引き起こす。したがって、単層厚肉容器には、材料自体の破断抵抗性能に頼る以外に、信頼できる保護策は存在しない。 適用範囲：直径φ300～500mmの超高温圧容器に多く使用され、さまざまな温度環境に適しています。 単層巻き溶接式の利点：製造が比較的簡単で、工程が少なく、自動化度が高い。 欠点：厚板の性能は薄板に比べて著しく劣り、厚さ方向での性能差が大きく、圧延方向と垂直方向の延性および靭性にもかなりの差がある； 板厚のために金属元素が偏析しやすく、不純物の含有量や分布、形状も均一ではない。さらに熱処理時に板が厚すぎるため内部と表面での焼入れ効果に差が生じ、これにより内外の材質が不均一になり、溶接時に亀裂が発生しやすくなる； 厚板の変態温度は高く、脆性的破壊の可能性が高まる。 適用範囲：直径φ400～3200mm、設計圧力10～32MPaで、あらゆる温度環境に適しています。 電渣再溶解式の利点：製造工程が高度に機械化・自動化されており、大型の治具や設備が不要で、作業時間も短く、コストも低い； 器壁の各部分の材質は比較的均一で、介在物や層状化などの欠陥はない。 組立式筒体は、多層巻き付け式、鋼帯交互巻き式、多層熱圧着式など、いくつかの形式に分かれる。この種の筒体は、数層または数十層の密着した薄い金属板で構成されており、以下のような利点がある。一つ目は、製造工程において層間に予応力を生じさせることで、殻壁の応力を壁厚方向に比較的均一に分布させることができ、容器材料をより十分に活用できるため、壁厚をやや薄くすることが可能だという点である； 二つ目は、容器の媒体が腐食性を持つ場合、耐腐食性のある合金鋼を内筒として使用し、炭素鋼やその他の強度の高い低合金鋼を層板として用いることで、異なる材料の長所を十分に活かしつつ、貴金属の使用を削減できる； 三つ目は、ケーシング壁の材料に亀裂などの重大な欠陥がある場合、その欠陥は通常他の各層には拡散しない； 四つ目は、薄板が使用されているために亀裂に対する耐性が高く、その結果、脆性的な破壊の可能性が低いからです； 五つ目は、製造過程で大型の鍛造設備が不要であること。欠点としては、多層板製の厚肉円筒体と鍛造された端部フランジやエンドキャップとの接合部の溶接継手において、2つの接合部の熱伝導状況に大きな差が生じるため、溶接欠陥が発生しやすく、時にはそれが原因で脆性的な破断が起こることもある。 多層包帯式の利点：材料には薄板または中厚板が使用され、各層の鋼材の強度、組織、性能が均一である； 多層容器は薄板を重ね合わせることで必要な壁厚を実現するため、その製造工程に必要なのは専用の引き締め包装装置のみであり、ガントリー式の包装装置を使用することで自動化の度合いが向上した。内筒の中厚板および層板薄板の縦継手溶接は、品質が容易に保証できる； 筒節同士、または筒節とフランジの間にある厚い環状溶接部の溶接には、溶接後の熱処理は不要である； 優れた耐腐食性と耐水素性； 通常の操作圧力下では、多層容器は単層容器と同じ弾性特性を持つ； 材料の靭性が高いため、破壊しにくい；多層容器が爆発すると、内部圧力によって容器が大きく塑性変形し、その後最大の内部圧力に達することで、外層から内層へと順番に亀裂が生じ、ゆっくりとした塑性破壊が進行する； 一般的に、高温容器の外壁には優れた断熱処理が施されているため、熱応力の影響はほとんどありません。 欠点：製造プロセスのサイクルが長く、作成に手間がかかる。さらに、層板からの材料利用率が低く、一般的に約60％程度であり、大型容器を製造する場合、経済的な効率が悪い； 多層で厚い環状溶接部の溶接は難しく、超音波検査は使用できず、100％のX線検査のみが可能である； 層板間の熱抵抗が大きく、器壁は伝熱に適していない。 適用範囲：直径φ500～3200mm、設計圧力≤50MPa、設計温度≤500℃。 多層熱間圧着式の利点：一体型と組み立て型のタンクの両方の長所を兼ね備え、材料の利用率が高く、製造が容易で、特別な工程装置も不要です。 欠点：層数が少なく、中厚板を使用しているため、多層巻き込み式に比べて脆性破壊の防止性能が劣る。 評価

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