王延恩 丁志江

山東聯(lián)盟化工集團(tuán)有限公司 山東壽光 262700

壓力容器是被廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)的重要設(shè)備，經(jīng)常用于儲(chǔ)存和運(yùn)輸具有腐蝕性和危險(xiǎn)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(qiáng)的腐蝕性，溫度也較低，致使其工作環(huán)境較其它設(shè)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(yuǎn)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(duì)焊接變形進(jìn)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(jiǎn)介

壓力容器為一種特殊密閉性容器，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其中化工行業(yè)對(duì)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(yīng)過程，以及運(yùn)輸和儲(chǔ)存危險(xiǎn)性物質(zhì)等。生產(chǎn)壓力容器的過程復(fù)雜程度很高，工藝流程繁瑣，從形狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、原材料的選取與準(zhǔn)備、到畫線切割、加工成型等，要經(jīng)歷多個(gè)步驟，每個(gè)步驟當(dāng)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(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)根據(jù)實(shí)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(duì)應(yīng)焊接工藝，必須做好對(duì)每一個(gè)細(xì)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(duì)焊法蘭相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，所用材料更少，但其剛度和密封性能都相對(duì)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(shí)間也較長(zhǎng)，冷卻速度較快，因此實(shí)際生產(chǎn)中焊縫融合區(qū)可能會(huì)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(jìn)行單面連續(xù)焊接的過程中，冷卻階段時(shí)焊接區(qū)域也可能會(huì)承受環(huán)向收縮應(yīng)力，在長(zhǎng)時(shí)間的較大應(yīng)力作用下，可能會(huì)發(fā)生平面的變形。法蘭端面的應(yīng)力過大，可能會(huì)導(dǎo)致筒體發(fā)生變形。最后，對(duì)焊縫進(jìn)行環(huán)形焊接時(shí)，焊縫的收縮量較大，可能會(huì)導(dǎo)致已有的變形更加嚴(yán)重，偏離原定計(jì)劃中的尺寸，導(dǎo)致出現(xiàn)大量不規(guī)則內(nèi)凹、外凸的橢圓形。當(dāng)其發(fā)生變形時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓力容器的尺寸過大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，與計(jì)劃嚴(yán)重不符，可能導(dǎo)致容器報(bào)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(yán)重程度對(duì)變形現(xiàn)象進(jìn)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(huì)改變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)與比例，致使產(chǎn)品不符合設(shè)計(jì)要求；而后者又能夠根據(jù)變形的特征進(jìn)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(shí)，熱擴(kuò)散率和線膨脹系數(shù)等都可能會(huì)影響變形結(jié)果，通過多次實(shí)驗(yàn)與在實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)可知，不銹鋼板變形的情況要比碳鋼板嚴(yán)重許多。薄板的材料橫截面積一般不會(huì)太大，焊接層數(shù)也不多，理論上，這無影響，但實(shí)際上由于焊層較少，為了能夠提高工作效率、節(jié)省時(shí)間、省去諸多麻煩，工作人員一般會(huì)調(diào)高焊接的電流與電弧電壓，簡(jiǎn)化工作流程，達(dá)到一次成型的目標(biāo)，但這種投機(jī)取巧的作法會(huì)加大焊接出現(xiàn)嚴(yán)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(guān)，電流與變形也具有正比關(guān)系，因此，焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)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(shè)計(jì)問題

首先，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)提起重視，對(duì)焊縫的尺寸、形式等進(jìn)行明確規(guī)定，例如在將相同厚度的平板進(jìn)行對(duì)接焊接時(shí)，應(yīng)選取雙U或者雙V形狀焊縫坡口；需要分別對(duì)兩個(gè)面進(jìn)行焊接并且達(dá)到可翻轉(zhuǎn)效果的工件，則應(yīng)當(dāng)選取兩面對(duì)稱的焊接坡口。另外，設(shè)計(jì)時(shí)需要確保焊接的強(qiáng)度，避免其受到影響，要盡量降低坡口角度，對(duì)其進(jìn)行更加科學(xué)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(gè)重要因素就是受熱不均勻或者溫度過高，因此，應(yīng)采用多種方法進(jìn)行散熱，使焊接處溫度降低，減少變形問題。可使用諸如二氧化碳焊機(jī)等既能高效且自帶散熱功能的設(shè)備，也可以加裝具備散熱功能的構(gòu)件。

2.3.3 留有富余量

在實(shí)際生產(chǎn)中，可以在設(shè)計(jì)方案規(guī)定的基礎(chǔ)上增添用料，稍微提高零件的尺寸參數(shù)，補(bǔ)償焊件的收縮，還可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行局部零件的縮放，并對(duì)諸如焊縫尺寸、層數(shù)、工藝流程、坡口角度等進(jìn)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(dāng)壓力容器已經(jīng)發(fā)生變形時(shí)，可以采取恰當(dāng)?shù)拇胧?duì)其進(jìn)行矯正，避免容器的直接報(bào)廢，節(jié)省生產(chǎn)資金，并盡量不浪費(fèi)材料和生產(chǎn)資料。在我國(guó)，最常用的矯正方法就是熱矯正，首先，對(duì)發(fā)生變形的部分進(jìn)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(dǎo)致材料發(fā)生其它結(jié)構(gòu)和性能上的改變；另一種則是冷矯正法，使用機(jī)械設(shè)備直接依靠較大的應(yīng)力對(duì)變形部分進(jìn)行矯正，操作時(shí)，必須嚴(yán)格控制所有設(shè)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(huì)對(duì)我國(guó)化工行業(yè)的發(fā)展起到重要影響，想要提高我國(guó)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(jì)效益，并間接推動(dòng)我國(guó)工業(yè)的整體進(jìn)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(xué)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]。