壓力容器制造過程中變形問題的控制對策分析

王寧振

摘 ? 要：壓力容器，換熱器等特種設(shè)備，廣泛應(yīng)用與化工行業(yè)。由于操作環(huán)境較為復(fù)雜，壓力容器在使用當(dāng)中往往面臨著高溫壓、高荷載、腐蝕性較強的不利狀況，如何科學(xué)合理的解決壓力容器的耐久變形問題一直是當(dāng)前企業(yè)所面臨的關(guān)注焦點。為此，在壓力容器生產(chǎn)過程中就需要重點防范相關(guān)變形因素的發(fā)生，改善其安全穩(wěn)定性能，只有從根源上保證壓力容器變形措施，才能促使長周期運行，確保企業(yè)的社會經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：壓力容器 ?變形 ?優(yōu)化措施

中圖分類號：TH49 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0039-02

根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，制造過程中壓力容器的變形缺陷占到了生產(chǎn)總量的60%以上，倘若生產(chǎn)過程中，壓力容器的變形難以得到有效解決，那么產(chǎn)生的變形對壓力容器制造產(chǎn)品就會產(chǎn)生質(zhì)量安全方面的問題，降低產(chǎn)品的可靠性能。為此，壓力容器制造商在制造過程中需要對變形問題加強重視，對容器制造工藝技術(shù)不斷嚴(yán)格優(yōu)化，降低壓力容易制造的變形率;除此之外，企業(yè)需要不斷引進先進的制造手段，改善壓力容器的生產(chǎn)性能，且需要嚴(yán)格依照現(xiàn)有的國際技術(shù)規(guī)準(zhǔn)進行制造，以便滿足市場準(zhǔn)入規(guī)則。壓力容器的變形預(yù)防措施具有極其重要的意義，不僅能促進制造廠、化工企業(yè)的生產(chǎn)效率，同樣能夠促進整個機械制造業(yè)的發(fā)展進步。

1 ?變形的原因

就目前市場實際而言，壓力容器設(shè)備在制造過程中，影響變形的因素較多，如焊接工藝、大直徑筒體的剛性欠缺、內(nèi)應(yīng)力、加工操作誤差等。其中，常見的壓力容器金屬焊接過程中產(chǎn)生的過高溫度極容易使金屬構(gòu)件發(fā)生一定的溫度變形，繼而導(dǎo)致壓力容器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或者整體產(chǎn)生較大的變形。而一旦壓力容器整體發(fā)生變形，就會導(dǎo)致一系列的物理化學(xué)性能發(fā)生變化，如材料耐腐蝕性能、荷載承壓受力性能等，由此可見，材質(zhì)焊接質(zhì)量決定了壓力容器的制造質(zhì)量成本投入、生產(chǎn)效率等，科學(xué)合理的改善壓力容器的焊接技術(shù)工藝水平具有極其重要的意義。對于不同類型（小直徑、大直徑）的壓力容器制造，小直徑壓力容器制造過程中的焊接工作往往難以得到有效開展，這主要歸因于容器直徑過小，技術(shù)人員難以進入容器內(nèi)部進行焊接，為此，為焊接母材，就只能進行單面焊接，單面焊接對于技術(shù)人員的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，其不僅要在反面形成良好的焊縫，同樣對于母材要全部熔透，但是即便在焊接面背面進行墊板的加固，由于其中的縫隙存在也難以達到有效的焊縫;與之相反的是，對于大直徑壓力容器而言，焊接工作的開展往往較為容易，但是同樣存在一定的變形問題，這主要歸因于大直徑容器的直徑遠遠超過了其厚度，導(dǎo)致壓力容器剛性欠缺，繼而引發(fā)如下兩個方面的缺陷，即首先在制造過程中，對壓力容器進行滾輪架自然放置，就會導(dǎo)致自重過大、剛性不足引發(fā)的橢圓形狀偏差，造成焊接缺陷;其次是大直徑壓力容器在焊接過程中極容易產(chǎn)生剛性不足引發(fā)的抖動，造成電弧焊的不穩(wěn)定，影響焊接效果。

除此之外，壓力容器需要經(jīng)過熱處理進行一定的處理加工，在此過程中，壓力容易需要承受自身的較大重力進行組裝成型，其中，外界設(shè)備的吊裝力、強制力等就會導(dǎo)致壓力容器存在一定的內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力的存在前期的壓力容器內(nèi)并不會產(chǎn)生較大的變形影響，而隨著壓力容器長周期的運行，內(nèi)應(yīng)力會導(dǎo)致壓力容器的變形不斷擴大繼而產(chǎn)生破壞，為此，技術(shù)人員在壓力容器制造過程中就必須減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，以此保證壓力容器的安全穩(wěn)定。

在制造工藝流程中，壓力容器的大多數(shù)構(gòu)件加工制作往往由于技術(shù)人員操作失誤或者相關(guān)模具成型尺寸誤差而造成構(gòu)件的偏差。其中，構(gòu)件的成型偏差極容易導(dǎo)致后續(xù)的容器制造產(chǎn)生較大的變形，如常見的封頭制作成型過程中經(jīng)受較高的溫度而發(fā)生脫?，F(xiàn)象，引起封頭尺寸收縮變形，更有可能發(fā)生誤差超過技術(shù)規(guī)準(zhǔn)，即便后續(xù)的壓力容器整體成型，也存在著運行隱患。

2 ?預(yù)防和控制措施

上述主要介紹分析了壓力容器制造過程中存在的變形影響因素，這里對相關(guān)變形預(yù)防控制優(yōu)化措施進行探討，以便生產(chǎn)制造單位能夠提升技術(shù)應(yīng)用水平，保證壓力容器運行的安全穩(wěn)定。

2.1 消除內(nèi)應(yīng)力

對于壓力容器制造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力而言，如何對其進行有效預(yù)防是減小后續(xù)變形的關(guān)鍵。目前制造企業(yè)主要采取對壓力容器結(jié)構(gòu)進行熱處理工藝，熱處理能有效實現(xiàn)對容器內(nèi)部熱應(yīng)力的消除，此時，技術(shù)人員需要注意控制熱處理操作溫度在一定范圍內(nèi)，以此維持容器的受熱均勻性。熱處理技術(shù)采取的主要設(shè)備是噴嘴式熱處理爐，其中，噴嘴高溫直接加熱容易導(dǎo)致壓力容器的局部位置發(fā)生溫度過高，為此，技術(shù)人員需要在熱處理前進行防護設(shè)施的設(shè)置，減少局部熱集中。同樣，為防止壓力容器中的金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生高溫下理化性質(zhì)的變化，就需要采取一定數(shù)量的支架加固手段，并且內(nèi)部加強措施需要應(yīng)用在大直徑、小厚度的壓力容器制作中。

2.2 焊接防變形措施

壓容設(shè)備，合理的焊接方法可有效減小焊接變形：

（1）減小焊接量，在保證焊縫焊透的前提下，可通過改變坡口大小和坡口形狀等方式減小焊接變形，如縮小坡口角度、改雙V型坡口或U型坡口、單面坡口改雙面坡口等。（2）焊接順序的改良，可使焊縫受力均勻，減少焊接變形，如采用對稱焊、間斷焊、退焊等。（3）改變坡口方向，使焊接變形向?qū)υO(shè)備制造有利的方向進行，如接管與殼體角焊縫，殼體可開內(nèi)坡口，焊接過程中可避有效減小接管焊接下塌。（4）通過減小熱輸入量（小電流、小電壓、快速焊接等），有效散熱、快速降溫冷卻等方法減小焊接變形。（5）采用合適的焊接防變形工裝，控制焊接變形。（6）提前預(yù)留焊接收縮余量，或二次加工余量，焊后加工等。

2.3 剛性不足的應(yīng)對措施

通過合理計算保證容器承壓件和承載件的剛性，零件加工過程中（半成品件）的防變形措施可按如下進行，薄壁大直徑筒體提前組裝支撐圈、加強圈或支撐工裝，薄壁大直徑筒體立式存放或組裝等，薄壁大直徑設(shè)備水壓試驗下方墊實等，熱處理前設(shè)備（筒體）支撐工裝。

2.4 原材料誤差或制造誤差導(dǎo)致的變形問題和措施

壓力容器制造所需的主要原材料，在吊裝、運輸、存放等過程中，易受外壓、內(nèi)應(yīng)力等作用，從而導(dǎo)致原材料發(fā)生形變，影響設(shè)備制造。因此，材料即使入廠檢驗合格，長期存放后正式下料之前，應(yīng)再次確認(rèn)原材料的關(guān)鍵尺寸，提前糾正，避免因原材料形變而降低零件的加工精度，保證制造順利進行。如何減少壓容制造過程中的不必要錯誤，保證生產(chǎn)順利進行？首先要應(yīng)選用合適的測量方法。不同零件，根據(jù)不同用途、不同的加工方案，選取合適的檢測方法。檢驗人員如把握不準(zhǔn)，應(yīng)與相關(guān)設(shè)計和工藝人員溝通確認(rèn)，確保零件能夠按設(shè)計和工藝要求進行加工制造。不同零件應(yīng)根據(jù)設(shè)備實際所需進行加工，加工之前準(zhǔn)確把握關(guān)鍵尺寸，加工過程中，嚴(yán)格執(zhí)行尺寸公差的要求。

3 ?結(jié)語

總而言之，壓力容器制造過程中的變形控制對于其產(chǎn)品生產(chǎn)性能質(zhì)量等都有著十分明顯的影響，制造過程中的壓力容器變形影響因素較多，技術(shù)人員需要對不同類別的誘發(fā)因素進行針對性預(yù)防措施應(yīng)用，從根本上減少變形問題的發(fā)生，最終實現(xiàn)壓力容器長周期穩(wěn)定安全生產(chǎn)進度性較高的產(chǎn)品，促進化工企業(yè)的發(fā)展。

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