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    • 专利摘要:
    針對利用焊接將壓力及載重承受用的板材安裝在如胴板或鏡板的壁面構件之具有板材的焊接部構造之壓力容器，提供一種可緩和其焊接部構造的應力集中，能夠抑制焊接量及壁面構件板厚之增加的壓力容器。該壓力容器是構成被安裝成區隔著容器本體的內部可承受壓力及載重之頂板(22)的端部，具有以焊接安裝在容器本體之壁面構件(30)的焊接構造部，於該焊接構造部至少設有包括焊接部(40)在內的2處形狀位移點，即焊接部(40)及段差部(50)。
    公开号:TW201302564A
    申请号:TW101102863
    申请日:2012-01-30
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Yoshihito Urakami；Yoshikazu Nishihara；Hiroki Tatemi；Takashi Moribe
    申请人:Mitsubishi Heavy Ind Ltd；
    IPC主号:F16J12-00
    专利说明:
    壓力容器
    本發明，是關於例如應用在輪胎製造裝置等的壓力容器，特別是關於在容器內要焊接在胴板或鏡板之頂板或底等板材焊接部構造。
    先前，廣泛使用的壓力容器是在胴板的上下焊接有鏡板的容器內側承接比大氣壓還高的壓力。於該構成的壓力容器中，例如是有安裝在容器本體的內部形成區隔可承受壓力之頂板，板材端部以焊接安裝在胴板或鏡板之壁面構件的構造。
    第9圖，是針對頂板以焊接安裝在壓力容器之壁面構件的焊接構造部，表先前構造的剖面圖。該焊接構造中，板材1的端部是利用焊接部3焊接成大致T字形剖面在壁面構件2。
    上述焊接部3，為了緩和焊接部的應力集中，是施有機械加工使其成為傾斜形狀或R形狀等的露出面4。
    另，上述之焊接部3機械加工成R形狀的說明，例如下述專利文獻1所揭示的內容。 〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕
    〔專利文獻1〕日本實公平1-29050號公報(參照第3圖等)
    然而，上述之焊接部3的應力集中緩和，是藉由將焊接部的傾斜面加長或將R形狀的半徑加大使延長的露出面4成為有效。但是，要形成為長的傾斜面或半徑大的R形狀之露出面4的延長，是需要增加焊接部3的焊接量，因此結果也增加焊接造成的入熱量。
    另一方面，焊接的入熱量，是受要與板材1焊接之壁面構件2的板厚t限制。因此，若想要利用上述的傾斜面或R形狀緩和應力集中，則會產生除了需要增加焊接量以外，還要增加壁面構件2之板厚t的問題。
    本發明，是有鑑於上述問題而為的發明，其目的在於，針對利用焊接將壓力及載重承受用的板材安裝在如胴板或鏡板的壁面構件之具有板材的焊接部構造之壓力容器，提供一種可緩和該焊接部構造的應力集中，能夠抑制焊接量及壁面構件板厚之增加的壓力容器。
    本發明，為了解決上述課題，是採用下述的手段。
    本發明相關的壓力容器，其構成為被安裝成區隔著容器本體的內部可承受壓力及載重之頂板的端部，具有以焊接安裝在上述容器本體之壁面構件的焊接構造部，其特徵為，是於上述焊接構造部至少設有包括上述焊接部在內的2處形狀位移點。
    根據上述構成的壓力容器時，因是於焊接構造部至少設有包括焊接部在內的2處形狀位移點，所以就能夠分散應力集中部，藉此就能夠降低焊接構造部的應力峰值。於該形態時最佳的形狀位移點，是在壁面構件設有例如形成為傾斜形狀或R形狀的段差部。
    上述之本發明得壓力容器，是以應用在例如要於容器內部進行輪胎硫化的輪胎製造裝置為佳。
    根據上述的本發明時，由於是在焊接構造部至少設有包括焊接部在內的2處形狀位移點藉此使應力集中部分散在複數處，因此就能夠降低要作用在壓力容器之焊接構造部的應力峰值，能夠提昇壓力容器的機械壽命。
    即，焊接構造部，能夠避免利用焊接部之焊接量的增加形成傾斜形狀或R形狀等的延長來緩和焊接部的應力集中，因此就能夠降低焊接費用及焊接變形，再加上，成為壁面構件的胴板或鏡板，因為沒有增加焊接量，所以也不會因入熱量的限制而增加板厚，因此能夠降低材料費、製造費及運輸費。〔發明之最佳實施形態〕
    以下，根據圖面對本發明相關之壓力容器的一實施形態進行說明。
    於此，本發明相關之壓力容器的應用例，其應用在輪胎製造裝置(輪胎硫化機)的構造例如第3圖所示。圖示的輪胎製造裝置10，例如是建設機械等大型車輛用輪胎的硫化所使用之稱為高壓釜(或Hot Heater)的裝置。該輪胎製造裝置10，於日本國內的形態，是根據第一種壓力容器構造規格製造的壓力容器。
    於輪胎製造裝置10中，輪胎硫化所使用的壓力容器，其上拱板11和下拱板12是透過連結環13連結成阻隔外氣且裝拆自如，支撐著缸筒14內之流體壓力(空氣、水壓、油壓)造成的載重(壓力)及下拱板12內之蒸氣壓力造成的載重。
    收納有要硫化之環保輪胎15的鑄模16，是3段~4段重疊在鑄模平台17上。另，圖中圖號18為夯槌，19為要對環保輪胎15供應溫水及冷卻水的撓性水管，20、21為要對環保輪胎15噴射經由撓性水管19供應的溫水及冷卻水藉此使環保輪胎15冷卻的噴嘴。
    上述的上拱板11，是在圓筒狀的胴板上部焊接鏡板後構成。於該上拱板11，是安裝有板狀構件的頂板22，該頂板22是安裝成可使由該上拱板11與下拱板12及連結環13所構成之壓力容器的內部區隔成上下。
    該頂板22，例如第1圖所示，其板材的端部是以焊接成大致T字形剖面安裝在容器本體之圓筒形上部形成用的壁面構件30。以下的說明中，是將壁面構件30安裝有頂板22後形成的焊接部稱為焊接部40。
    因此，於上述之輪胎製造裝置10的頂板22，就作用有壓力容器內之壓力及缸筒14的載重。該形態的壁面構件30，是成為上拱板11構成用的圓筒形胴板，或者是，成為焊接在該胴板之鏡板的圓筒部。
    接著，本實施形態的壓力容器，其安裝成區隔著容器本體之內部可承受壓力及載重之頂板22的端部，具有以焊接部40安裝在容器本體之壁面構件30的圖示焊接構造部，於該焊接構造部至少設有包括焊接部40在內的2處形狀位移點。
    第1A圖所示之實施形態的焊接構造部，其形狀位移點，除了焊接部40以外，還設有段差部50。該段差部50，是利用機械加工等將壁面構件30的板厚t加工去掉厚度d(變薄)之後產生的傾斜面。
    第1A圖，是表示第1B圖所示焊接後之狀態的焊接部40’經機械加工後的最終形狀。即，焊接後的焊接部40’是焊接腳長為W，從該狀態接受機械加工成為最終形狀的焊接部40，再加上，於焊接部40的下方，形成有經由機械加工使板厚t去掉厚度d後變薄之板厚位移點的段差部50。另，本實施形態的焊接部40，是機械加工形成有傾斜面的露出面42。
    接著，段差部50，是針對機械加工後的焊接部40，設置成從頂板22的下面至焊接終止端41為止的距離為L0，從焊接終止端41至段差部50開始之形狀變更開始點51為止的距離為L1，並且，從形狀變更開始點51至形狀變更結束點52為止的切削長度(傾斜形成長度)為L2。
    於此，L0、L1、L2及d，當焊接後的焊接腳長即機械加工前的焊接腳長為W時，該等是設定成：0≦L0≦W、0≦L1≦5L0、0≦L2≦9 L0-L1、0≦d≦0.8t。另，針對焊接部40’，並非要施有機械加工不可，因此，第1B圖所示的焊接腳長W，只要形成為從頂板22的下面至焊接終止端41為止的距離L0以上(W≧L0)即可。
    如上述，因是於壁面構件30焊接有頂板22之本實施形態的焊接構造部，設有如焊接部40及段差部50所示之2處形狀位移點，所以對於承接著作用在壓力容器內之壓力等入力的焊接構造部，就能夠將應力集中的承接位置分散在2處藉此就能夠降低應力峰值。即，焊接構造部的形狀位移點設置在2處即焊接部40及段差部50，是能夠降低焊接構造部的剛性，同時還能夠降低應力峰值。
    第2圖，是針對第1A圖所示之本發明構造及第9圖所示之先前構造，除了段差部50有無以外其他條件相同，對兩者的應力峰值之計算預測值進行比較的圖表。即，從第2圖中得知，針對上述之構造的焊接構造部，當先前構造的應力峰值δ u為基準的1時，設有段差部50之本發明構造的應力峰值δ為1以下相對比較小。
    其結果，具有本實施形態之焊接構造部的壓力容器，就能夠提昇機械壽命使壓力容器具有更優良的耐久性及可信度。
    此外，本實施形態的焊接構造部，因是追加有段差部50，所以針對焊接部40的焊接量是可和先前構造相同。因此，就能夠避免焊接量的增加藉此就能夠降低焊接費用及焊接變形。再加上，針對成為壁面構件30的胴板或鏡板，由於能夠避免焊接量的增加，所以也能夠避免入熱量限制造成的板厚增加，因此就能夠降低材料費、製造費及運輸費。
    其次，上述之實施形態(第1A圖)的形狀位移點，是將壁面構件30的板厚t去掉厚度d之後形成有從形狀變更開始點51至形狀變更結束點52之傾斜面的段差部50形狀，但該段差部50的形狀和形成為傾斜面之焊接部40的露出面42的形狀，都不是限定的形狀。
    第4圖所示之焊接構造部的第1變形例，是將壁面構件30A的板厚去掉厚度之後形成有從形狀變更開始點51至形狀變更結束點52之R形狀的段差部50A。即使是設有該形狀的段差部50A，還是能夠獲得和上述之露出面42為傾斜面的段差部50相同的作用效果。
    第5圖所示之焊接構造部的第2變形例，是將上述實施形態及第1變形例中露出面42為傾斜面之焊接部40變更成具有R形狀之露出面42A的焊接部40A，其結果還是能夠獲得和上述實施形態相同的作用效果。於該形態時，針對段差部50A，也可採用R形狀變更成傾斜面的段差部50。
    第6圖所示的第3變形例，是將第1A圖之從焊接終止端41至段差部50開始的形狀變更開始點51為止的距離L1取消成0，使焊接終止端41及形狀變更開始點51為一致，利用機械加工形成有連續於焊接部40’及壁面構件30B的R形狀。於該形狀的形狀位移點，是有2處，即，在機械加工後露出面42B為R形狀的焊接部40B，和，在相同機械加工後成為R形狀的段差部50B。另，連續於焊接部40B及壁面構件30B的R形狀也可取代成連續的傾斜面。
    第7A圖至第7C圖所示之焊接構造部的各變形例，是表示機械加工之形狀變化的具體例。另，圖中的想像線，是機械加工前的形狀。
    第7A圖所示的第4變形例，是對圖中想像線所示之焊接後的焊接部40’及壁面構件30’施以機械加工，藉此形成有2處形狀位移點即R形狀的焊接部40A及傾斜面的段差部50。於該形態時，從頂板22的下面至焊接終止端41為止的距離L0，是比焊接腳長W還小(L0<W)。
    第7B圖所示的第5變形例，是對圖中想像線所示之焊接後的焊接部40’及壁面構件30’施以機械加工，藉此形成有2處形狀位移點即連續之傾斜面的焊接部40C及段差部50C。於該形態時，從頂板22的下面至焊接終止端41為止的距離L0，是比焊接腳長W還小(L0<W)。
    第7C圖所示的第6變形例，是對圖中想像線所示之焊接後的焊接部40’及壁面構件30’施以機械加工，藉此形成有2處形狀位移點即傾斜面的焊接部40及傾斜面的段差部50。於該形態時，從頂板22的下面至焊接終止端41為止的距離L0，是比焊接腳長W還小(L0<W)。
    第8圖所示的第7變形例，其形狀位移點是形成有具有大致半圓形剖面之凹槽部的段差部50D。該形態的段差部50D，也可和傾斜面的焊接部40形成組合，或者是和R形狀的焊接部40A形成組合。
    另外，上述實施形態中，是對焊接部追加1處的段差部藉此形成有合計2處的形狀位移點，但段差部的數量並不限定為1處，也可設有2處以上的段差部。於該形態時，焊接部可以是傾斜面或R形狀，此外，與該焊接部形成組合之1個或複數的段差部，是可從傾斜面、R形狀或大致半圓形剖面的凹槽當中所選出1個或採用複數種類的形狀。
    此外，上述的焊接構造部，並不限於上述之輪胎製造裝置10的頂板22，理所當然也可應用在例如要安裝在輪胎製造裝置10之壓力容器內的下拱板12的底板，又可應用在其他之壓力容器內部所要安裝的各種板材。
    另，本發明並不限於上述的實施形態，只要不脫離本發明的主旨範圍是可加以適當變更。
    10‧‧‧輪胎製造裝置
    11‧‧‧上拱板
    12‧‧‧下拱板
    13‧‧‧連結環
    14‧‧‧缸筒
    15‧‧‧環保輪胎
    16‧‧‧鑄模
    22‧‧‧頂板
    30、30A、30B、30D、30’‧‧‧壁面構件
    40、40A~40C、40’‧‧‧焊接部
    50、50A~50D‧‧‧段差部
    第1A圖為表示本發明相關之壓力容器的一實施形態，表示對壓力容器的壁面構件以焊接安裝頂板且設有段差部之最終狀態的焊接構造部剖面圖。
    第1B圖為表示本發明相關之壓力容器的一實施形態，表示焊接後機械加工前之狀態的焊接構造部剖面圖。
    第2圖為針對第1A圖所示之焊接構造部的應力峰值，與第9圖之先前構造進行比較的應力比圖表。
    第3圖為本發明相關之壓力容器的應用例，表示其應用在輪胎製造裝置的構造例剖面圖。
    第4圖為表示第1A圖所示之焊接構造部的第1變形例剖面圖。
    第5圖為表示第1A圖所示之焊接構造部的第2變形例剖面圖。
    第6圖為表示第1A圖所示之焊接構造部的第3變形例剖面圖。
    第7A圖為表示第1A圖所示之焊接構造部的第4變形例剖面圖。
    第7B圖為表示第1A圖所示之焊接構造部的第5變形例剖面圖。
    第7C圖為表示第1A圖所示之焊接構造部的第6變形例剖面圖。
    第8圖為表示第1A圖所示之焊接構造部的第7變形例剖面圖。
    第9圖為壓力容器的先前例，表示頂板以焊接安裝在壓力容器之壁面構件的焊接構造部剖面圖。
    22‧‧‧頂板
    30A‧‧‧壁面構件
    40‧‧‧焊接部
    41‧‧‧焊接終止端
    42‧‧‧露出面
    50A‧‧‧段差部
    51‧‧‧形狀變更開始點
    52‧‧‧形狀變更結束點
    权利要求:
    Claims (2)
    [1] 一種壓力容器，構成為被安裝成區隔著容器本體的內部可承受壓力及載重之頂板的端部，具有以焊接安裝在上述容器本體之壁面構件的焊接構造部，其特徵為：於上述焊接構造部至少設有包括上述焊接部在內的2處形狀位移點。
    [2] 如申請專利範圍第1項所記載的壓力容器，其中，係應用於在容器內部進行輪胎硫化的輪胎製造裝置。
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