壓力容器制造相關(guān)技術(shù)問(wèn)題

王岳奎 盧笑笑

摘 要：壓力容器采用哪種方法消除焊接殘余應(yīng)力應(yīng)進(jìn)行具體的分析。 因此， 根據(jù)焊接殘余應(yīng)力在壓力容器中的分布狀態(tài)、 壓力容器的不同用途 ，正確選用消除對(duì)策， 使不同的處理方法在不同性質(zhì)、不同壓力容器上各揚(yáng)其長(zhǎng)，各得其所， 從而達(dá)到既保證安全可靠又經(jīng)濟(jì)適用的目的。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊接技術(shù)；焊接應(yīng)力；熱處理

壓力容器的制作過(guò)程，從設(shè)計(jì)圖紙的工藝性審核、制作工藝的編制、材料的驗(yàn)收入庫(kù)到制作、檢驗(yàn)與驗(yàn)收的各個(gè)環(huán)節(jié)，都是至關(guān)重要的。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，都會(huì)影響壓力容器的最終質(zhì)量，所以只有澄清概念，統(tǒng)一思想，達(dá)成共識(shí)，才能使我們的壓力容器制作水平登上新的臺(tái)階。

1壓力容器制造質(zhì)量的影響因素及控制措施

壓力容器的制造屬于精密儀器的制造，對(duì)制造工藝要求比較嚴(yán)格。為了保證壓力容器產(chǎn)品形成的各個(gè)階段都處于受控狀態(tài)，確保產(chǎn)品質(zhì)量滿足法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的要求，壓力容器制造工藝、生產(chǎn)過(guò)程管理、工裝和模具也應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行。制造工藝應(yīng)嚴(yán)格遵守壓力容器制造的工藝流程。鋼制壓力容器大多采用焊接方法制成，壓力容器制造過(guò)程中的焊接質(zhì)量控制變得尤為關(guān)鍵。焊接生產(chǎn)也是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中制造各種機(jī)器部件、工程構(gòu)件和裝備的主要生產(chǎn)方法之一，使得焊接技術(shù)對(duì)焊接人員的技術(shù)水平要求較高。對(duì)焊接材料的使用過(guò)程應(yīng)十分謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)差錯(cuò)。由壓力容器制造單位的技術(shù)部門應(yīng)提供采購(gòu)技術(shù)條件，詳細(xì)規(guī)定采購(gòu)焊接材料的質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)，管理部門應(yīng)實(shí)行具體的監(jiān)管。

2壓力容器焊接新技術(shù)

近年來(lái)，伴隨著壓力容器向大型化方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了相關(guān)的技術(shù)，特別是一些新材料、新鋼種的焊接技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在提高焊接質(zhì)量方面，無(wú)論從工藝設(shè)備上還是焊接材料的研制方面，都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

2.1 厚壁殼體窄間隙埋弧焊技術(shù)

隨著電站鍋爐和石化壓力容器的大型化、高參數(shù)化，鍋爐筒體和壓力容器殼體的壁厚在不斷增加，我國(guó)從80年代中期先后從國(guó)外引進(jìn)了這一技術(shù)，并于近年自主發(fā)明了“雙絲窄間隙埋弧焊”技術(shù)，已成功應(yīng)用于大型壓力容器（如：加氫反應(yīng)器）的生產(chǎn)，有效解決了焊接效率與質(zhì)量的矛盾。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是：

（1）能進(jìn)行移動(dòng)立柱式焊接作業(yè)，可完成各種直徑的筒體縱、環(huán)縫的焊接操作；

（2）可獲得性能優(yōu)良、致密性高的焊縫接頭；

（3）采用帶有側(cè)壁光電跟蹤和自動(dòng)防偏的焊接轉(zhuǎn)胎，能提供最佳焊接操作和產(chǎn)品焊接質(zhì)量的可重復(fù)性；

（4）為不等厚結(jié)構(gòu)的壓制筒體的加工制造提供了便利條件，且降低了制造成本。

2.2 接管自動(dòng)焊接技術(shù)

接管的自動(dòng)焊接有兩種情況：一種是接管與筒體的焊接；另一種是接管與封頭的焊接，通常都采用接管插入的形式。

（1）接管與筒體的自動(dòng)焊接 利用近年來(lái)開(kāi)發(fā)的數(shù)控馬鞍形埋弧自動(dòng)焊接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用一臺(tái)設(shè)備，三套程序，分別完成外馬鞍、內(nèi)馬鞍和水平環(huán)焊縫的自動(dòng)焊接。

（2）接管與封頭的自動(dòng)焊接接管與封頭的焊接有兩種形式：向心接管的焊接和非向心接管的焊接.該技術(shù)的主要特點(diǎn)是：可以實(shí)現(xiàn)焊前自動(dòng)定心、自動(dòng)尋位、自動(dòng)定位，焊中自動(dòng)跟蹤，生產(chǎn)效率得到了大幅提高。

2.3 管道內(nèi)壁堆焊接技術(shù)

為提高化工和核電設(shè)備的抗腐蝕能力，接管內(nèi)壁有時(shí)需要堆焊不銹鋼耐蝕層。主要采用以下兩種方法：

（1）300彎管內(nèi)壁堆焊 彎管內(nèi)壁堆焊采用沿圓周環(huán)向方式進(jìn)行自動(dòng)堆焊，工藝方法為填絲的鎢極氬弧焊或弱壓縮等離子弧焊。300彎管內(nèi)壁自動(dòng)堆焊機(jī)采用5軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，依據(jù)各自的數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)排列焊道。對(duì)應(yīng)各軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，以彎管的曲率半徑R和內(nèi)徑d為參數(shù)，為保證焊接過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)備具有弧壓自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和斷點(diǎn)記憶、自動(dòng)復(fù)位功能。

（2）900彎管內(nèi)壁堆焊 彎管內(nèi)壁堆焊采用沿彎管母線縱向方式進(jìn)行自動(dòng)堆焊，工藝方法為熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）。其主要特點(diǎn)是：工件安裝在二維變位機(jī)上，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程；工件翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使每一條焊道處于平焊位置；900彎曲焊槍安裝在三維導(dǎo)軌上，用于焊槍的自動(dòng)變位。

3壓力容器焊接應(yīng)力消除方法

3.1在設(shè)計(jì)上的措施

在保證結(jié)構(gòu)性能的前提下，按照J(rèn)B1618-75的規(guī)定，盡量減少焊縫的長(zhǎng)度、數(shù)量和截面尺寸。①當(dāng)直徑≤2200 mm時(shí)，焊縫不能多于1條，直徑>2200 mm時(shí)，不能多于2條，同時(shí)焊縫不能過(guò)于密集，又要避免交叉；②焊接時(shí)盡可能地降低接頭剛度，選擇剛性較小的接頭形式；③采用反變形法，用翻邊連接的方式替代插入管連接的方式，且盡量將平板少量翻邊，以減少焊縫的約束，降低焊接應(yīng)力。

3.2 在焊接工藝上的措施

在焊接重要結(jié)構(gòu)鋼或焊接高強(qiáng)度鋼時(shí)，進(jìn)行構(gòu)件整體焊前預(yù)熱，將構(gòu)件加熱到一定溫度后再焊接。預(yù)熱可以減小焊縫區(qū)金屬和周圍金屬的溫差，焊后又能夠相對(duì)均勻地同時(shí)冷卻，從而降低了焊接的內(nèi)應(yīng)力。焊接塑性較好的鋼材時(shí)，可以使用手錘錘擊焊縫，錘擊要在焊后熱態(tài)情況下按一定方向進(jìn)行，以延展焊縫材料金屬的塑性，降低內(nèi)應(yīng)力。

4壓力容器熱處理技術(shù)

近年來(lái)，在壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)制造中，低合金高強(qiáng)鋼材料的應(yīng)用日趨增多，但在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，其焊接裂紋敏感性也增強(qiáng)。因此，焊前預(yù)熱、焊接后熱及焊后熱處理等工藝措施就顯得至關(guān)重要，它們是保證壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4.1焊前預(yù)熱

是在焊接前進(jìn)行的，其目的是為降低焊縫熔敷金屬和母材的冷卻速度，以防止對(duì)裂紋敏感的淬硬組織和氫的共同作用而出現(xiàn)裂紋。

4.2 焊接后熱

焊接后緊接著對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行后熱處理的目的，在于排除焊接區(qū)內(nèi)氫等有害氣體，在一定程度上降低焊接接頭的硬度。在大型壓力容器制造過(guò)程中，特別是用Cr―Mo鋼制造的壓力容器，為防止焊縫氫誘導(dǎo)裂紋的產(chǎn)生，經(jīng)常需要多次進(jìn)爐進(jìn)行中間消除應(yīng)力退火（ISR）。

4.3 焊后熱處理

對(duì)壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊后熱處理，是為了提高斷裂韌性、降低殘余應(yīng)力水平，以增強(qiáng)抗脆斷的能力，軟化材料組織和消除應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的可能性。焊后熱處理按施工方法可分為爐內(nèi)熱處理和爐外熱處理，爐外熱處理又分為爐外整體熱處理和局部熱處理。研究證明，經(jīng)過(guò)消除應(yīng)力熱處理后工件的應(yīng)力一般能消除60% ～80%以上。

5結(jié)語(yǔ)

壓力容器廣泛用于石油、化工等行業(yè)，屬于特種設(shè)備結(jié)構(gòu)件，主要由各種鋼質(zhì)材料經(jīng)焊接成形。壓力容器焊接后，由于焊接時(shí)不均勻加熱的溫度場(chǎng)所造成的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限，使局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)溫度回到原始的均勻狀態(tài)以后，內(nèi)應(yīng)力仍然殘留在結(jié)構(gòu)中，造成結(jié)構(gòu)焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力的存在影響容器的可靠性和使用壽命。研究證明，容器一經(jīng)焊接，殘余應(yīng)力就不可避免地同時(shí)伴生，它的產(chǎn)生機(jī)理雖已被初步認(rèn)識(shí)，但由于壓力容器的外形尺寸、焊接工藝、施焊程序以及拘束大小的不同，殘余應(yīng)力的水平也大不一樣，并且分布十分復(fù)雜，故需要確定合理的消除（ 或減少）焊接殘余應(yīng)力的對(duì)策，使壓力容器在制造時(shí)，保證質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)合理；在役時(shí)，安全運(yùn)行，杜絕安全事故。為消除或減少殘余應(yīng)力，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了有關(guān)研究，歸納起來(lái)，一方面是采用先進(jìn)的焊接技術(shù)與合理的焊接工藝，另一方面是實(shí)施合適的熱處理工藝。

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