壓力容器焊接變形的控制與矯正研究

王延恩 丁志江

山東聯(lián)盟化工集團有限公司 山東壽光 262700

壓力容器是被廣泛應用于化工行業(yè)的重要設備，經(jīng)常用于儲存和運輸具有腐蝕性和危險性的物質(zhì)和產(chǎn)品，其內(nèi)部壓力很高，所接觸的介質(zhì)一般都具有較強的腐蝕性，溫度也較低，致使其工作環(huán)境較其它設備更加惡劣，使用過程中出現(xiàn)故障的幾率較大，發(fā)生滲漏、變形的幾率遠超其它容器，整體壽命也較短。想要提高壓力容器的質(zhì)量，可在生產(chǎn)過程中對焊接變形進行控制與矯正，減少其后續(xù)發(fā)生變形與滲漏等故障的概率，保證產(chǎn)品質(zhì)量[1]。

1 壓力容器簡介

壓力容器為一種特殊密閉性容器，廣泛應用于各個領域，其中化工行業(yè)對其的需求量最大，它們內(nèi)部壓力較大，在化工行業(yè)一般用于盛裝氣體或者液體，除此之外，還可用于理化反應過程，以及運輸和儲存危險性物質(zhì)等。生產(chǎn)壓力容器的過程復雜程度很高，工藝流程繁瑣，從形狀結(jié)構的設計、原材料的選取與準備、到畫線切割、加工成型等，要經(jīng)歷多個步驟，每個步驟當中出現(xiàn)的問題都可能影響產(chǎn)品最終質(zhì)量，尤其是焊接過程。在實際生產(chǎn)中，會根據(jù)實際需求和原材料種類等因素選擇不同的焊接方法，而其各自對應焊接工藝，必須做好對每一個細節(jié)的控制，才能防止焊接變形的發(fā)生。

2 壓力容器焊接變形的矯正和控制

2.1 大直徑平焊法蘭焊接

平焊法蘭與帶頸對焊法蘭相比，結(jié)構簡潔，所用材料更少，但其剛度和密封性能都相對差一些，多用于中低壓容器。在焊接過程中，大直徑平焊法蘭發(fā)生變形的情況一般有三種，即焊接筒體變形、端面變形和直徑變形。在將筒體與法蘭焊接的過程中，由于法蘭直徑較大，焊接一圈的時間也較長，冷卻速度較快，因此實際生產(chǎn)中焊縫融合區(qū)可能會受到影響，整體上受熱不均，容易發(fā)生收縮形變，影響最終品質(zhì)。此外，在進行單面連續(xù)焊接的過程中，冷卻階段時焊接區(qū)域也可能會承受環(huán)向收縮應力，在長時間的較大應力作用下，可能會發(fā)生平面的變形。法蘭端面的應力過大，可能會導致筒體發(fā)生變形。最后，對焊縫進行環(huán)形焊接時，焊縫的收縮量較大，可能會導致已有的變形更加嚴重，偏離原定計劃中的尺寸，導致出現(xiàn)大量不規(guī)則內(nèi)凹、外凸的橢圓形。當其發(fā)生變形時，會導致壓力容器的尺寸過大，遠遠超過設計值，與計劃嚴重不符，可能導致容器報廢等問題[2]。

2.2 薄板焊接變形

在壓力容器的焊接制造過程中，薄板變形也較為常見，可根據(jù)其變形的嚴重程度對變形現(xiàn)象進行分類，劃分為整體變形與局部變形。前者多于焊接后發(fā)生，會改變?nèi)萜鹘Y(jié)構與比例，致使產(chǎn)品不符合設計要求；而后者又能夠根據(jù)變形的特征進行分類，其最主要的誘因是未能控制好焊接參數(shù)、焊縫數(shù)量、材料本身性能等。焊接薄板時，熱擴散率和線膨脹系數(shù)等都可能會影響變形結(jié)果，通過多次實驗與在實踐中積累的經(jīng)驗可知，不銹鋼板變形的情況要比碳鋼板嚴重許多。薄板的材料橫截面積一般不會太大，焊接層數(shù)也不多，理論上，這無影響，但實際上由于焊層較少，為了能夠提高工作效率、節(jié)省時間、省去諸多麻煩，工作人員一般會調(diào)高焊接的電流與電弧電壓，簡化工作流程，達到一次成型的目標，但這種投機取巧的作法會加大焊接出現(xiàn)嚴重變形的概率。經(jīng)分析，焊接的速度與所用電流大小呈現(xiàn)正相關，電流與變形也具有正比關系，因此，焊接時應當控制電流參數(shù)，避免薄板焊接發(fā)生大面積變形。

2.3 壓力容器變形控制

2.3.1 設計問題

首先，應當在設計壓力容器時提起重視，對焊縫的尺寸、形式等進行明確規(guī)定，例如在將相同厚度的平板進行對接焊接時，應選取雙U或者雙V形狀焊縫坡口；需要分別對兩個面進行焊接并且達到可翻轉(zhuǎn)效果的工件，則應當選取兩面對稱的焊接坡口。另外，設計時需要確保焊接的強度，避免其受到影響，要盡量降低坡口角度，對其進行更加科學的控制，減少焊接變形問題。

2.3.2 做好散熱

引發(fā)焊接變形的一個重要因素就是受熱不均勻或者溫度過高，因此，應采用多種方法進行散熱，使焊接處溫度降低，減少變形問題?？墒褂弥T如二氧化碳焊機等既能高效且自帶散熱功能的設備，也可以加裝具備散熱功能的構件。

2.3.3 留有富余量

在實際生產(chǎn)中，可以在設計方案規(guī)定的基礎上增添用料，稍微提高零件的尺寸參數(shù)，補償焊件的收縮，還可以根據(jù)實際情況進行局部零件的縮放，并對諸如焊縫尺寸、層數(shù)、工藝流程、坡口角度等進行調(diào)整，靈活地確定壓力容器各部分的尺寸[3]。

3 壓力容器變形矯正

當壓力容器已經(jīng)發(fā)生變形時，可以采取恰當?shù)拇胧ζ溥M行矯正，避免容器的直接報廢，節(jié)省生產(chǎn)資金，并盡量不浪費材料和生產(chǎn)資料。在我國，最常用的矯正方法就是熱矯正，首先，對發(fā)生變形的部分進行加熱，使用火焰炙烤，使其發(fā)生反方向變形來抵消原先的形變，但這種方法不容易完全控制，可能導致材料發(fā)生其它結(jié)構和性能上的改變；另一種則是冷矯正法，使用機械設備直接依靠較大的應力對變形部分進行矯正，操作時，必須嚴格控制所有設備的參數(shù)，避免矯枉過正。

4 結(jié)語

壓力容器的質(zhì)量在很大程度上會對我國化工行業(yè)的發(fā)展起到重要影響，想要提高我國化工行業(yè)整體水平，減少安全事故的發(fā)生，保障生產(chǎn)過程的安全性，節(jié)省生產(chǎn)成本、合理提高經(jīng)濟效益，并間接推動我國工業(yè)的整體進步與發(fā)展，就需要重視壓力容器的制造過程，尤其是焊接工藝的選取與變形的控制和矯正，選取更加科學高效的方法完成焊接，提高產(chǎn)品最終質(zhì)量，從根本上排除某些安全隱患[4]。