壓力容器制造中的變形控制分析

顧麗雯

[摘 ? ?要 ]隨著工業(yè)化進程的不斷推進，壓力容器在企業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮的作用越來越大。壓力容器具有耐高壓、耐高溫的特性，推動了企業(yè)的生產(chǎn)運行，帶動了企業(yè)的經(jīng)濟增長。但是壓力容器一旦出現(xiàn)變形，就會給企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來極大威脅。闡述對壓力容器變形控制分析的意義、壓力容器制造中變形的原因以及控制策略，希望對我國壓力容器的生產(chǎn)工作提供一定的借鑒，從而提升壓力容器的質(zhì)量，為企業(yè)發(fā)展保駕護航。

[關(guān)鍵詞]壓力容器;變形控制;分析

[中圖分類號]TH49 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]With the continuous advancement of the industrialization process， pressure vessels play an increasingly important role in the production process of enterprise industry. The pressure vessel has the characteristics of high pressure resistance and high temperature resistance， so it promotes the production and operation of the enterprise and drives the economic growth of the enterprise. However， once the pressure vessel is deformed， it will pose a great threat to the safety of the enterprise. It mainly explains the significance of pressure vessel deformation control analysis， the causes of deformation in pressure vessel manufacturing and control strategies， hoping to provide a certain reference value for the production of pressure vessels in my country， so as to improve the quality of pressure vessels and escort the development of enterprises .

[Keywords]pressure vessel; deformation control; analysis

壓力容器是一種密閉型的承壓設(shè)備，廣泛應(yīng)用到化工、制藥等行業(yè)，所以對于壓力容器的要求非常高。壓力容器制造過程中，經(jīng)常會因為材料選擇、焊接操作、人工操作等問題導(dǎo)致壓力容器變形，影響自身的安全性和穩(wěn)定性。這些存在質(zhì)量隱患的壓力容器一旦被應(yīng)用到企業(yè)中，將會給企業(yè)的生產(chǎn)埋下安全隱患。所以相關(guān)生產(chǎn)部門應(yīng)該重視壓力容器制作過程中出現(xiàn)的操作問題，不斷改進技術(shù)和工藝，保障壓力容器的安全生產(chǎn)。

1 對壓力容器變形控制分析的意義

1.1 提高壓力容器的生產(chǎn)效率

壓力容器工作的環(huán)境具有高壓、高溫的特點，甚至有時還具有強腐蝕性的特征，所以在生產(chǎn)過程中注重對壓力容器的變形控制分析顯得格外重要。壓力容器不同的變形情況對壓力容器造成的影響不同，但是在生產(chǎn)過程中如果不能及時發(fā)現(xiàn)壓力容器生產(chǎn)存在的問題，就會降低壓力容器的生產(chǎn)效率，而且也不能滿足企業(yè)對壓力容器的需求。因此，生產(chǎn)和工藝部門應(yīng)該重視對壓力容器變形控制的分析，找出導(dǎo)致容器變形的原因并進行相應(yīng)整改，提升壓力容器的生產(chǎn)效率。

1.2 促進企業(yè)的安全生產(chǎn)

近年來，壓力容器被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，帶動了行業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展。壓力容器的生產(chǎn)單位如果注重壓力容器的變形控制，不僅能夠降低企業(yè)生產(chǎn)浪費的風(fēng)險，而且能夠提高企業(yè)的安全性。當(dāng)然對于壓力容器的變形控制，不是要求其在生產(chǎn)中不能產(chǎn)生一絲一毫的偏差，而是有一個相對的標(biāo)準(zhǔn)，在這個標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)是可以保障企業(yè)安全生產(chǎn)的。一旦超過這個標(biāo)準(zhǔn)，就會給企業(yè)的安全生產(chǎn)造成影響，因此加強對壓力容器有效地變形控制分析，能夠促進企業(yè)的安全生產(chǎn)。要想真正解決壓力容器的變形問題，相關(guān)人員在生產(chǎn)過程中不僅要做好預(yù)防，而且還要能夠分析壓力容器產(chǎn)生變形的原因并提出解決的策略。

2 壓力容器出現(xiàn)變形的原因

2.1 材料選擇出現(xiàn)問題

材料選擇是保障壓力容器質(zhì)量安全的首要環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。壓力容器的材料如果在選擇的過程中出現(xiàn)巨大的問題，那么在之后的正常作業(yè)中會帶來非常大的影響，也不利于壓力容器的正常生產(chǎn)。因為壓力容器在很多企業(yè)的正常生長作業(yè)中具有十分重要的作用，而且其所發(fā)揮的功能具有多樣性的特點，對企業(yè)生產(chǎn)帶來非常大的幫助。而且壓力容器在生產(chǎn)過程中，能夠運用到的材料也是多種多樣，會根據(jù)相關(guān)不部門的設(shè)計內(nèi)容以及材料專業(yè)工程師的要求來進行相關(guān)材料的選擇。但是在企業(yè)實際的生產(chǎn)過程中，部分企業(yè)過分追求自身經(jīng)濟效益，一般都會大幅度降低壓力容器材料的投資成本，這樣不僅容易使壓力容器出現(xiàn)變形，而且不利于企業(yè)的安全生產(chǎn)。

2.2 焊接操作不當(dāng)

壓力容器在進行生產(chǎn)的過程中，主要是通過一定的鋼板焊接工作而制作成的設(shè)備。因此，當(dāng)壓力容易在經(jīng)歷過高溫冷卻的過程后，經(jīng)常會出現(xiàn)變形的情況，隨之而來的就是壓力容器所具有的質(zhì)量問題，不能夠讓其在企業(yè)的安全生產(chǎn)中進行穩(wěn)定運行。而且這種壓力容易因為自身材料的不同也會受到高溫的影響，這樣就會造成自身功能會出現(xiàn)一定程度的變化，最終導(dǎo)致壓力容器不能正常被應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)之中。在進行焊接的過程中，部分施工人員因為運條方式和角度不正確，或者是在壓力容器坡口兩層停留時間太長、太短而造成沿焊趾腳部位產(chǎn)生溝槽或凹陷。同時，在壓力容器焊接過程中，當(dāng)填充的金屬不能及時填滿焊接熔池時，也容易使沿焊趾腳部位產(chǎn)生溝槽或凹陷。

2.3 內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致變形

壓力容器內(nèi)應(yīng)力指的是在進行投入使用的過程中因為一些物理方面的因素而對壓力容器造成一定的壓力，這種力被稱為內(nèi)應(yīng)力。壓力容器的體積相對比較大，單純依靠人力進行生產(chǎn)加工是完全不能實現(xiàn)生產(chǎn)的。所以，在壓力容器生產(chǎn)過程中經(jīng)常會用起重機吊裝，因此，壓力容器在生產(chǎn)中不僅要承受起重機的吊裝力度，而且還要承受自身的重力，無形中增加了容器的內(nèi)應(yīng)力。比如鍋爐壓力容器焊接過程中，熔池在結(jié)晶過程低熔點的物質(zhì)最后凝固，造成偏析。當(dāng)焊接拉伸應(yīng)力足夠大時，沿晶界開裂就會形成熱裂紋。壓力容器的內(nèi)應(yīng)力也會因為加熱處理而出現(xiàn)一定的變形，比如組裝焊接，也會因為時間和環(huán)境的變化而出現(xiàn)一定的內(nèi)壓力，從而造成變形。相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該重視壓力容器生產(chǎn)中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，為了保障壓力容器的安全，防止其出現(xiàn)變形問題，必須消除壓力容器的內(nèi)應(yīng)力。

2.4 火焰切割誤差

火焰切割具有速度快、準(zhǔn)確性高的特點，它主要通過冷熱交替實現(xiàn)對材料的切割，所以在壓力容器的生產(chǎn)過程中應(yīng)用十分廣泛。但是在應(yīng)用火焰進行切割時，經(jīng)常會冷熱不均導(dǎo)致切割出現(xiàn)誤差，造成壓力容器變形，在一定程度上降低了壓力容器的質(zhì)量安全，使企業(yè)的生產(chǎn)得不到保障。另外，如果材料內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，在切割過程中隨著材料的去除，局部內(nèi)應(yīng)力會被釋放，重新分布，導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)位移或者形變，引起切割尺寸超差。因為火焰切割而導(dǎo)致的變型，壓力容器的筒節(jié)端口會出現(xiàn)加工邊的收縮，從而將其直線邊變成弧線邊。當(dāng)進行封頭的火焰切割時，會讓端口的周圍出現(xiàn)收縮的情況，這樣可以導(dǎo)致封頭的口徑變得更小，無法滿足設(shè)計尺寸的要求。一些鋼板坯料也會因為火焰切割而造成膨脹不均勻，進而導(dǎo)致出現(xiàn)板面不平的問題，甚至?xí)霈F(xiàn)加工量不足的問題，嚴(yán)重影響了壓力容器的質(zhì)量。

3 壓力容器制造中的變形控制措施

3.1 合理選擇材料

精選材料是制造壓力容器的第一個環(huán)節(jié)，它關(guān)系著壓力容器的質(zhì)量和安全。相關(guān)部門必須重視對材料的選擇和采購工作。

（1）企業(yè)在對材料進行采購之前，應(yīng)該制定周密的計劃，根據(jù)壓力容器對不用材料的需求列出清晰的采購單和明確材料要求，采購嚴(yán)格按照采購單和材料技術(shù)要求進行采購。

（2）在收到原材料后，由專門指定的材料工程師核對材料質(zhì)保書和指定的原材料檢驗員檢驗原材料，保證采購的材料符合標(biāo)準(zhǔn)和客戶規(guī)范要求后才能進行入庫。部分企業(yè)在生產(chǎn)壓力容器的過程中會應(yīng)用不同國家的材料牌號或材料代用，在這種情況下應(yīng)該由相關(guān)的材料工程師、設(shè)計工程師、工藝工程師共同對其進行分析和評估，確認(rèn)其是否滿足壓力容器設(shè)備的要求，確保壓力容器的穩(wěn)定性和安全性，防止不合格的材料產(chǎn)品進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。比如對不銹鋼壓力容器鋼板的選擇，為了有效控制變形，在選用鋼板時，單位應(yīng)該選擇鋼板厚度大于4mm的不銹鋼鋼板，使用單位在向鋼廠訂貨時應(yīng)該標(biāo)注好壓力容器用鋼板，從而保證不銹鋼鋼板符合安全生產(chǎn)要求，進而提高壓力容器的質(zhì)量。

3.2 加強操作人員的培訓(xùn)工作

壓力容器操作人員的專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)能力與壓力容器的質(zhì)量安全息息相關(guān)。所以，壓力容器生產(chǎn)部門應(yīng)該加強操作人員的培訓(xùn)工作。一方面，企業(yè)應(yīng)該組織關(guān)于壓力容器安全生產(chǎn)的學(xué)習(xí)活動，讓操作人員知道為什么學(xué)習(xí)壓力容器的制作、學(xué)什么以及怎樣學(xué)，而且讓他們了解壓力容器具有應(yīng)用范圍廣、操作復(fù)雜的特性，從而規(guī)范人員的操作流程。另外，壓力容器生產(chǎn)的生產(chǎn)人員應(yīng)該認(rèn)識到壓力容器安全生產(chǎn)的重要性，自覺學(xué)習(xí)相關(guān)的知識和內(nèi)容，并且在生產(chǎn)過程中提高對自己的要求，規(guī)范自己的生產(chǎn)工作，保障生產(chǎn)的科學(xué)性。

3.3 規(guī)范焊接工藝

壓力容器的焊接是一項非常復(fù)雜且細(xì)致的工作，在進行焊接過程中每個步驟都應(yīng)該清晰地規(guī)劃好，先干什么，再干什么都有明確的要求，所以這項工作不僅要求焊接人員具有耐心，而且還要具有一絲不茍的品格。因此，在工作過程中，相關(guān)人員應(yīng)該嚴(yán)格按照焊接的順序和參數(shù)進行施工。比如，焊接預(yù)熱的范圍應(yīng)該包括接頭中心兩側(cè)各3倍板厚，溫度測量點應(yīng)該選擇位于焊縫兩層50mm處，焊接過程中要始終保持對預(yù)熱溫度的監(jiān)控。如果在焊接過程中出現(xiàn)焊接不可控的變形問題，相關(guān)人員應(yīng)該及時報告，請求生產(chǎn)部門的幫助和解決，防止焊接不精確給壓力容器產(chǎn)生影響。比如在對球形容器進行焊接時，操作人員應(yīng)該對主體進行準(zhǔn)確地組裝，然后采用科學(xué)的焊接方式對稱焊接，焊接時要保證球形壓力容器受力均勻，降低受力不均導(dǎo)致壓力容器變形的概率。

3.4 重視內(nèi)應(yīng)力問題

為了減少壓力容器的內(nèi)應(yīng)力，企業(yè)可以采用合理設(shè)計結(jié)構(gòu)、合理選擇工藝以及消應(yīng)力處理三種方式進行有效地控制。

（1）合理設(shè)計結(jié)構(gòu)。在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)該避免焊縫交叉和密集，盡量采用對接而避免搭接;在保證結(jié)構(gòu)強度的前提下，盡量減少不必要的焊縫等。

（2）合理選擇工藝。澆筑鑄件時，企業(yè)應(yīng)該選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的材料，并且提高鑄型的預(yù)熱溫度可以減小鑄件各部分的溫差。

（3）消應(yīng)力處理。為了減少內(nèi)應(yīng)力，企業(yè)可以采用振動法，就是以振動的形式給工件施加應(yīng)力，當(dāng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或者超過材料的屈服極限時，工件發(fā)生微觀塑性變形，從而有效地降低內(nèi)應(yīng)力。

4 結(jié)束語

隨著社會的建設(shè)和發(fā)展，壓力容器成為企業(yè)發(fā)展不可或缺的重要設(shè)備，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。但是，壓力容器在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)變形的問題，為企業(yè)的安全生產(chǎn)埋下了安全隱患，所以相關(guān)生產(chǎn)部門應(yīng)該重視壓力容器變形的原因，積極采取必要的措施，提高壓力容器的質(zhì)量，促進企業(yè)的健康生產(chǎn)。

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