降低壓力容器焊接應力的方法

李靜坤

【摘 要】近年來，國內(nèi)經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展尤為迅速，壓力容器的應用越來越廣泛，其工作環(huán)境也變得越來越復雜。截至目前，我們壓力容器的壓力從高真空到幾萬個大氣壓，溫度也從低溫到高溫發(fā)展，尺寸也變得越來越大，結(jié)構(gòu)日益復雜。同時在壓力容器中一般都是盛放易燃易爆、有毒物體，因此一旦發(fā)生事故，必然給國家財產(chǎn)和人民生命帶來不可估量的威脅，因此加強壓力容器焊接制造控制尤為關(guān)鍵，做好焊接應力分析也十分必要。本文就壓力容器概念和制造入手分析，提出了焊機應力產(chǎn)生的原因和危害，并加以控制，以供同行工作參考。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；焊接；生產(chǎn)；制造

焊接作為壓力容器制造生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是整個制造工作開展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其焊接應力控制是否合理直接決定著壓力容器的整體性和應用質(zhì)量。但是在焊接的過程中，不可避免的會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不同、大小不一的焊接應力，給壓力容器制造和使用帶來一定影響，為了解決這一問題，在目前的壓力容器焊接中需要我們認真分析焊機質(zhì)量，做好相關(guān)的處理和管理工作，以供同行參考。

1.壓力容器概念

隨著國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，壓力容器設計、制造和管理方法日益趨于成熟。尤其是在近幾年來，隨著先進的科學技術(shù)和制造理論的不斷出現(xiàn)，壓力容器制造和生產(chǎn)也形成了新的方式，為壓力容器的生產(chǎn)和制造提供了基礎(chǔ)。壓力容器作為一項涉及專業(yè)多、學科復雜的綜合性結(jié)構(gòu)，這就需要我們在工作中認真的分析其概念、特點，以保證焊接質(zhì)量能夠達到工作預計標準和相關(guān)要求。

1.1壓力容器概念

所謂的壓力容器主要指的是盛裝各種氣體、液體的一種儀器，是一種能夠承載一定壓力的密封設備。截至目前，我們在生活中常見的貯運容器、反應容器和換熱容器等都是壓力容器的一種。

1.2壓力容器的作用

壓力容器在目前的社會發(fā)展中應用越來越廣泛，主要應用在石油化工業(yè)、能源運輸業(yè)、科研、軍工等國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之中，對于各個部門都起著重要的作用。一般來說，壓力容器是由筒體、密封元件、開孔、承壓、支座、接管等部分構(gòu)成的，此外其有些裝置上面還需要設置安全裝置、計量表等輔助元件，這些元件的應用對于保證壓力容器應用質(zhì)量和壽命極為重要，也是壓力容器安全、可靠運行的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

2.壓力容器焊接應力產(chǎn)生原因和處理措施

我國現(xiàn)行的壓力容器應用標準還存在著一定的不足，諸多部分的內(nèi)容已經(jīng)直接應用在分類之中，但是其限制與影響較為嚴重。在目前的設計工作中，由于應力的限制使得容器本身的體積、形狀經(jīng)常會發(fā)生一定的變形，必要的時候還會影響到應力結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此在目前的工作中，我們需要以實際情況加以總結(jié)和分析，使得工作中的各項要素都能夠滿足預計需要，避免了壓力容器在應用中存在的不足。截至目前，我們在工作中常見的壓力容器焊接應力產(chǎn)生原因和危害主要有以下方面：

2.1壓力容器焊接應力產(chǎn)生原因

在壓力容器生產(chǎn)和制造的過程中，焊接和熱處理是制造工藝中一項最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是整個設備使用質(zhì)量的保證基礎(chǔ)。目前的壓力容器焊接工作中，常見的應力現(xiàn)象主要有三種，這三種應力的出現(xiàn)和產(chǎn)生主要是由于焊縫接頭受熱、受冷過快而造成的應力現(xiàn)象，這種應力現(xiàn)象按照產(chǎn)生的熱應力不同而造成的應力體系。如果焊接工藝控制不當，這些應力過大將導致裂紋萌生。另外，由于下料尺寸公差等級不高及材料冷熱加工成型工藝不當。將使受壓部件的成形尺寸越差，若再采用強制組裝焊接的方法。還將引起附加的強制組裝應力 所有這些應力在一定條件下，影響著焊接結(jié)構(gòu)的性能。

2.2焊后熱處理

焊后熱處理，也稱降低應力熱處理或降低應力退火。這一方法早已被用來作為提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量的手段.并在世界各國標準和技術(shù)規(guī)程里作了具體規(guī)定。然而對此使用的術(shù)語還不太統(tǒng)一，以前一般稱之為退火，現(xiàn)在，通常稱“焊后熱處理” 焊后熱處理分為局部焊后熱處理和整體焊后熱處理。GB150一98（鋼制壓力容器》的“制造、檢驗與驗收”章節(jié)對需要進行焊后熱處理的容器進行了具體的闡述。

2.2.1整體焊后熱處理

整體焊后熱處理分為整體爐內(nèi)焊后熱處理和整體爐外焊后熱處理：

整體爐內(nèi)焊后熱處理當條件許可時 可以將整個容器放入加熱爐內(nèi)進行整體熱處理。一般來說，整體爐內(nèi)焊后熱處理降低應力效果比較好，特點是加熱和保溫均勻.溫度場易于控制.降低應力的程度可以通過溫度高低和保溫時間長短來調(diào)節(jié)。但值得注意的是，熱處理是一個比較復雜的程序，它不僅消耗大量的能源。而且熱處理進行不當（如時間過長，溫度過高等），還會對結(jié)構(gòu)和金屬組織帶來不利的影響。

2.2.2局部焊后熱處理

局部焊后熱處理例如對環(huán)焊縫進行降低應力處理。局部降低應力處理不是簡單應用局部烘烤的辦法，而是對整體環(huán)縫進行處理。它適用于大型容器或結(jié)構(gòu)不能整體焊后熱處理的場合，由于運輸上的限制，必須在現(xiàn)場組裝的場合及現(xiàn)場的管道焊接等。局部焊后熱處理可分為下面幾種。

遠紅外線輻射加熱法：此法與整體爐外焊后熱處理中的遠紅外線輻射片加熱法相同，只是加熱的方式也可在容器或管道的外部。遠紅外線電加熱器的形式也多種多樣。有框式、片式、履帶式、繩式、指式等。這些加熱器有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，節(jié)電效果顯著等優(yōu)點，同時，還帶有測溫控溫設施，靈活性比較大，對于焊縫返修和現(xiàn)場安裝檢修時進行局部焊后熱處理，具有一定的優(yōu)越性。

2.2.3整體爐外焊后熱處理

當不具備大型加熱爐，或容器在現(xiàn)場施工組焊而又需要整體焊后熟處理時，這就需要進行整體爐外焊后熱處理。整體爐外焊后熱處理的一種方法是容器內(nèi)采用遠紅外線輻射電加熱法。這種方法是采用高溫遠紅外線加熱片.在容器內(nèi)部用支架將加熱片合理布置，利用熱電偶測溫，溫控儀控溫，在容器外覆蓋保溫氈保溫的方法。其特點是靈活性較大，設備投資少；但操作比較麻煩，而且需要比較精確地計算熱處理所需功率，并根據(jù)容器結(jié)構(gòu)合理布置加熱片和選擇測溫點。在不具備大型加熱爐的條件下仍不失為一種較好的整體焊后熱處理的方法，適用于內(nèi)件較少的容器。

2.3機械降低應力處理方法

機械降低應力處理主要是采用振動方法。用振動處理調(diào)整降低焊接殘余應力法，就是在被處理的構(gòu)件上施加一個激振力，強迫構(gòu)件產(chǎn)生振動，經(jīng)過一段時間后，能強化金屬基體，降低殘余應力并使結(jié)構(gòu)尺寸精度得到穩(wěn)定。多實驗證明，用振動方法降低殘余應力的效果可以達到70%左右。更重要的是它克服了熱處理降低應力所引起的尺寸變化（變形）和耗資、耗能大等缺點，人工費僅為熱處理的20%左右，能源耗費僅為熱處理的5%，而且處理周期短（只需幾十分鐘，而熱處理周期需十幾小時）。

3.結(jié)束語

通過上面的分類介紹，不難看出，這些方法各自都有其獨特的一面，在現(xiàn)實生產(chǎn)中運用時，應當根據(jù)具體情況綜合考慮耗資、耗能、工時等多方面因素，選用最適用的處理方法，以達到最佳處理效果。

【參考文獻】

[1]張宏.壓力容器的分析設計軟件[J].化工設備與管道，1998，（06）.

[2]李建國.壓力容器分析設計的一些問題[J].化工設備與管道，2001，（03）.