壓力容器制造過程中的變形問題與控制

張英杰（撫順石化工程建設(shè)有限公司，遼寧 撫順 113008）

壓力容器制造過程中的變形問題與控制

張英杰（撫順石化工程建設(shè)有限公司，遼寧 撫順 113008）

作為一種承壓設(shè)備，壓力容器在石化工業(yè)、合成材料等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。其能夠耐高溫、耐高壓，多在易燃易爆環(huán)境下工作，容易誘發(fā)安全事故的發(fā)生。壓力容器制造過程中會(huì)出現(xiàn)變形問題，若控制不當(dāng)，將直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。研究將著重對(duì)目前壓力容器制造過程中存在的問題進(jìn)行深入分析，并提出相應(yīng)的控制策略，為壓力容器安全制造提供參考。

壓力容器；制造；變形問題；控制策略

受工藝及操作問題等的影響，壓力容器在制作過程中容易出現(xiàn)變形，導(dǎo)致容器制造的最終結(jié)果與預(yù)先設(shè)計(jì)的尺寸不符，產(chǎn)生一定的誤差，進(jìn)而影響到壓力容器的驗(yàn)收與使用，若不能對(duì)壓力容器制作變形問題進(jìn)行有效的控制，將會(huì)大大降低容器可靠性與安全性，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅到使用者的生命安全，因此對(duì)壓力容器制造過程中的變形問題的控制策略研究有著重要的意義。

1 壓力容器焊接變形及控制策略

一般情況下，金屬焊接溫度較高，在高溫環(huán)境下，母材極易發(fā)生變形，進(jìn)而引起壓力容器變形問題，導(dǎo)致壓力容器不能夠正常工作。其次，在高溫環(huán)境下，母材受力性能及耐腐蝕性均會(huì)發(fā)生一定程度的變化，導(dǎo)致壓力容器性能改變，難以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，影響到壓力容器的安全性與質(zhì)量[1]。針對(duì)這一問題，首先要從焊接工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，結(jié)合壓力容器的焊接順序及相關(guān)參數(shù)選擇科學(xué)的焊接工藝，并根據(jù)不同焊接環(huán)境，對(duì)母材做出相應(yīng)的處理；對(duì)于不可控焊接變形問題則要針對(duì)不同的焊接情況做出變形分析，制定相應(yīng)的控制策略；對(duì)于體積較大的壓力容器，可以先對(duì)壓力容器進(jìn)行焊接組裝，確保各部分受力均勻，嚴(yán)格按照焊接順序操作，在焊接過程中需要根據(jù)母材情況預(yù)留適當(dāng)?shù)氖湛s量，避免組件出現(xiàn)收縮問題，引起主體變形[2]。另外，在壓力容器焊接操作中，要結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)容易發(fā)生變形位置進(jìn)行針對(duì)性處理，降低壓力容器變形發(fā)生率。

2 壓力容器火焰切割變形及控制策略

容器制造多采用的是火焰切割方式，其速度快、切割準(zhǔn)，主要是依賴于冷熱交替原理實(shí)現(xiàn)，在受熱過程中容易由于受熱不均產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而發(fā)生變形。針對(duì)這種現(xiàn)象，首先可以對(duì)筒節(jié)進(jìn)行控制，在切割直徑筒節(jié)材料時(shí)，可以采用對(duì)稱切割的方法避免由于熱脹冷縮發(fā)生變形。其次，要對(duì)封頭進(jìn)行控制，明確火焰切割對(duì)切口產(chǎn)生的影響，充分考慮收縮量，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性與實(shí)用性[3]。另外要加強(qiáng)對(duì)機(jī)加工坯料的控制，在切割期間可以融入細(xì)化手段，采用人工材料，確保坯料的平滑與完整。

3 壓力容器內(nèi)應(yīng)力變形及控制策略

通常，壓力容器制造需要經(jīng)過多重加熱操作，在組裝期間，壓力容器不僅需要承受起重機(jī)的吊裝力，而且要承受自身巨大重力及組裝強(qiáng)制力，其制造完成后存在內(nèi)應(yīng)力。壓力容器投入正常生產(chǎn)運(yùn)行中，會(huì)逐漸產(chǎn)生裂紋、變形等，因此，必須注重對(duì)壓力容器內(nèi)應(yīng)力的消除，避免發(fā)生變形問題。可以對(duì)壓力容器進(jìn)行熱處理，避免制作過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，需要注意的是熱處理爐內(nèi)溫度需要與設(shè)計(jì)要求相符，確保壓力容器均勻受熱，采用噴嘴式加熱方式，進(jìn)行熱處理，對(duì)擋火裝置進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，避免火焰對(duì)加熱容器本體直接加熱。另外，可以通過加固措施及安裝支架等確保壓力容器穩(wěn)定性。

4 壓力容器成型誤差變形及控制策略

部分壓力容器部件加工成型后，會(huì)由于操作不當(dāng)、加工誤差等問題產(chǎn)生一定的成型誤差，進(jìn)而造成零部件尺寸及結(jié)果不標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象，產(chǎn)生變形。以加熱成型封頭脫?，F(xiàn)象為例，當(dāng)處于較高溫度環(huán)境下，容易發(fā)生脫模，進(jìn)而引起封頭收縮變形，產(chǎn)品尺寸嚴(yán)重超標(biāo)[4]。針對(duì)這一問題，首先可以對(duì)加工工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確說明，并在制造期間予以嚴(yán)格控制，全面檢查模具及樣板，避免出現(xiàn)形位誤差。在模具設(shè)計(jì)期間，要堅(jiān)持相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，對(duì)模具尺寸進(jìn)行控制，在制造過程中注重?zé)崦浝淇s等一系列變化對(duì)零部件的影響，與此同時(shí)充分考慮零部件冷卻后體積收縮量，若零部件冷成型，則要加強(qiáng)對(duì)工件成型回彈量的考慮。壓力容器制造期間容易出現(xiàn)磨損及熱脹冷縮，也許給予高度重視。

5 結(jié)語

作為生產(chǎn)中極為常見的問題，壓力容器變形問題若得不到有效的解決，直接影響壓力容器的使用安全性，因此，必須明確壓力容器制造變形的主要因素，結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定有效的控制策略，防止壓力容器變形，對(duì)每個(gè)制作環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制，確保壓力容器生產(chǎn)能夠高效、高質(zhì)完成，提升產(chǎn)品安全性與產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]李云濤,王玉龍,李耀榮,等.二次開發(fā)技術(shù)在26mm厚壓力容器管接頭焊接模擬的應(yīng)用[J].電焊機(jī),2015,45(7):88-91.

[2]劉芳,軒福貞.基于ASME標(biāo)準(zhǔn)的高溫壓力容器高溫疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法比較[J].壓力容器,2017,34(2):14-20.

[3]劉俊偉.淺析壓力容器制造中ASME、EN及GB沖擊試驗(yàn)的異同點(diǎn)[J].化工設(shè)備與管道,2016,53(2):6-8.

[4]馬凱,蔡仁良,勵(lì)行根,等.反應(yīng)堆壓力容器用C形密封環(huán)的變形特性研究[J].壓力容器,2016,24(1):74-79.

張英杰（1982-）男，籍貫：天津市寧河縣，助理工程師，本科學(xué)歷，研究方向：設(shè)備制造（機(jī)加工方向）。