压力容器制造相关技术问题

摘 要：压力容器采用哪种方法消除焊接残余应力应进行具体的分析。 因此， 根据焊接残余应力在压力容器中的分布状态、 压力容器的不同用途 ，正确选用消除对策， 使不同的处理方法在不同性质、不同压力容器上各扬其长，各得其所， 从而达到既保证安全可靠又经济适用的目的。

关键词：压力容器；焊接技术；焊接应力；热处理

压力容器的制作过程，从设计图纸的工艺性审核、制作工艺的编制、材料的验收入库到制作、检验与验收的各个环节，都是至关重要的。任何一个环节出了问题，都会影响压力容器的最终质量，所以只有澄清概念，统一思想，达成共识，才能使我们的压力容器制作水平登上新的台阶。

1压力容器制造质量的影响因素及控制措施

压力容器的制造属于精密仪器的制造，对制造工艺要求比较严格。为了保证压力容器产品形成的各个阶段都处于受控状态，确保产品质量满足法规、标准的要求，压力容器制造工艺、生产过程管理、工装和模具也应该严格按照规定进行。制造工艺应严格遵守压力容器制造的工艺流程。钢制压力容器大多采用焊接方法制成，压力容器制造过程中的焊接质量控制变得尤为关键。焊接生产也是现代工业生产中制造各种机器部件、工程构件和装备的主要生产方法之一，使得焊接技术对焊接人员的技术水平要求较高。对焊接材料的使用过程应十分谨慎，避免出现差错。由压力容器制造单位的技术部门应提供采购技术条件，详细规定采购焊接材料的质量要求和标准，管理部门应实行具体的监管。

2压力容器焊接新技术

近年来，伴随着压力容器向大型化方向发展，国内外相继开发了相关的技术，特别是一些新材料、新钢种的焊接技术得到越来越广泛的应用，同时在提高焊接质量方面，无论从工艺设备上还是焊接材料的研制方面，都取得了长足的进步。

2.1 厚壁壳体窄间隙埋弧焊技术

随着电站锅炉和石化压力容器的大型化、高参数化，锅炉筒体和压力容器壳体的壁厚在不断增加，我国从80年代中期先后从国外引进了这一技术，并于近年自主发明了“双丝窄间隙埋弧焊”技术，已成功应用于大型压力容器（如：加氢反应器）的生产，有效解决了焊接效率与质量的矛盾。该技术的主要特点是：

（1）能进行移动立柱式焊接作业，可完成各种直径的筒体纵、环缝的焊接操作；

（2）可获得性能优良、致密性高的焊缝接头；

（3）采用带有侧壁光电跟踪和自动防偏的焊接转胎，能提供最佳焊接操作和产品焊接质量的可重复性；

（4）为不等厚结构的压制筒体的加工制造提供了便利条件，且降低了制造成本。

2.2 接管自动焊接技术

接管的自动焊接有两种情况：一种是接管与筒体的焊接；另一种是接管与封头的焊接，通常都采用接管插入的形式。

（1）接管与筒体的自动焊接 利用近年来开发的数控马鞍形埋弧自动焊接设备，实现用一台设备，三套程序，分别完成外马鞍、内马鞍和水平环焊缝的自动焊接。

（2）接管与封头的自动焊接接管与封头的焊接有两种形式：向心接管的焊接和非向心接管的焊接.该技术的主要特点是：可以实现焊前自动定心、自动寻位、自动定位，焊中自动跟踪，生产效率得到了大幅提高。

2.3 管道内壁堆焊接技术

为提高化工和核电设备的抗腐蚀能力，接管内壁有时需要堆焊不锈钢耐蚀层。主要采用以下两种方法：

（1）300弯管内壁堆焊 弯管内壁堆焊采用沿圆周环向方式进行自动堆焊，工艺方法为填丝的钨极氩弧焊或弱压缩等离子弧焊。300弯管内壁自动堆焊机采用5轴协调运动，依据各自的数学模型，自动排列焊道。对应各轴运动的数学模型，以弯管的曲率半径R和内径d为参数，为保证焊接过程稳定运行，设备具有弧压自动跟踪系统和断点记忆、自动复位功能。

（2）900弯管内壁堆焊 弯管内壁堆焊采用沿弯管母线纵向方式进行自动堆焊，工艺方法为熔化极气体保护焊（GMAW）。其主要特点是：工件安装在二维变位机上，工件旋转运動实现焊接过程；工件翻转运动，使每一条焊道处于平焊位置；900弯曲焊枪安装在三维导轨上，用于焊枪的自动变位。

3压力容器焊接应力消除方法

3.1在设计上的措施

在保证结构性能的前提下，按照JB1618-75的规定，尽量减少焊缝的长度、数量和截面尺寸。①当直径≤2200 mm时，焊缝不能多于1条，直径>2200 mm时，不能多于2条，同时焊缝不能过于密集，又要避免交叉；②焊接时尽可能地降低接头刚度，选择刚性较小的接头形式；③采用反变形法，用翻边连接的方式替代插入管连接的方式，且尽量将平板少量翻边，以减少焊缝的约束，降低焊接应力。

3.2 在焊接工艺上的措施

在焊接重要结构钢或焊接高强度钢时，进行构件整体焊前预热，将构件加热到一定温度后再焊接。预热可以减小焊缝区金属和周围金属的温差，焊后又能够相对均匀地同时冷却，从而降低了焊接的内应力。焊接塑性较好的钢材时，可以使用手锤锤击焊缝，锤击要在焊后热态情况下按一定方向进行，以延展焊缝材料金属的塑性，降低内应力。

4压力容器热处理技术

近年来，在压力容器等焊接结构制造中，低合金高强钢材料的应用日趋增多，但在提高钢材强度的同时，其焊接裂纹敏感性也增强。因此，焊前预热、焊接后热及焊后热处理等工艺措施就显得至关重要，它们是保证压力容器等焊接结构件质量的关键环节。

4.1焊前预热

是在焊接前进行的，其目的是为降低焊缝熔敷金属和母材的冷却速度，以防止对裂纹敏感的淬硬组织和氢的共同作用而出现裂纹。

4.2 焊接后热

焊接后紧接着对焊接区进行后热处理的目的，在于排除焊接区内氢等有害气体，在一定程度上降低焊接接头的硬度。在大型压力容器制造过程中，特别是用Cr―Mo钢制造的压力容器，为防止焊缝氢诱导裂纹的产生，经常需要多次进炉进行中间消除应力退火（ISR）。

4.3 焊后热处理

对压力容器等焊接结构进行焊后热处理，是为了提高断裂韧性、降低残余应力水平，以增强抗脆断的能力，软化材料组织和消除应力腐蚀开裂的可能性。焊后热处理按施工方法可分为炉内热处理和炉外热处理，炉外热处理又分为炉外整体热处理和局部热处理。研究证明，经过消除应力热处理后工件的应力一般能消除60% ～80%以上。

5结语

压力容器广泛用于石油、化工等行业，属于特种设备结构件，主要由各种钢质材料经焊接成形。压力容器焊接后，由于焊接时不均匀加热的温度场所造成的内应力达到材料屈服极限，使局部区域产生塑性变形，当温度回到原始的均匀状态以后，内应力仍然残留在结构中，造成结构焊缝区的残余应力。焊接残余应力的存在影响容器的可靠性和使用寿命。研究证明，容器一经焊接，残余应力就不可避免地同时伴生，它的产生机理虽已被初步认识，但由于压力容器的外形尺寸、焊接工艺、施焊程序以及拘束大小的不同，残余应力的水平也大不一样，并且分布十分复杂，故需要确定合理的消除（ 或减少）焊接残余应力的对策，使压力容器在制造时，保证质量，经济合理；在役时，安全运行，杜绝安全事故。为消除或减少残余应力，国内外许多学者对此进行了有关研究，归纳起来，一方面是采用先进的焊接技术与合理的焊接工艺，另一方面是实施合适的热处理工艺。

参考文献：

[1] 中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册[M]. 北京： 机械工业出版社， 2016

[2]陈晓冬.压力容器中焊接残余应力的消除对策[J].材料工程，2016（6）：15-17

[3]雷万庆，杨松，杨文健.压力容器制造行业焊接、热处理技术的发展[J].大型铸锻件，2014（2）：45-47

[4]林尚扬，于丹，于静伟.压力容器焊接新技术及其应用[M].压力容器，2017，26（11）：2-3

[5] 林晓斌 .零件失效分析和抗疲劳设计 [J].热处理，2017，26（2）：59-64

推荐访问： 压力容器 制造 相关 技术

---