壓力容器焊接變形的控制與矯正研究

呂瑋

摘 要：在當前的工業生產當中，壓力容器是一個十分重要的工業部件。而在壓力容器的生產過程中，需要進行焊接的操作。在很多時候，焊接過程中由于母材局部沒有均勻受熱，因而導致發生了不同程度的焊接變形情況。文章對壓力容器常見的焊接變形原因進行了分析，進而提出了一些矯正方法。

關鍵詞：壓力容器；焊接變形；控制與矯正

前言

隨著我國社會經濟的不斷發展，在工業生產領域當中，焊接技術是一項十分良好的工業制造技術，其具有適用性強、操作方便、供需簡單等優點，尤其是在壓力容器的制造中更為重要。不過，由于施焊、組裝、焊接工藝參數選擇等方面的問題，使得壓力容器焊接中常出現變形的現象。這種情況會對焊接接頭的化學性能、力學性能等產生不良的影響，同時也會影響到后續的裝配。而且，在焊接變形的矯正當中，也會降低壓力容器的質量，增加生產成本，同時影響生產效率。

1 壓力容器焊接變形的原因

壓力容器是當前工業生產領域當中的重要設備，它是一種良好的密閉設備，內部盛裝液體或氣體，需要承載一定的壓力。在實際生產中，反應容器、分離容器、換熱容器、貯運容器等，都屬于壓力容器的范疇。在壓力容器的焊接變形當中，主要包括大直徑平焊法蘭焊接變形、薄板焊接變形、管板焊接變形等不同種類的焊接變形。

1.1 大直徑平焊法蘭焊接變形

在大直徑平焊法蘭焊接變形當中，主要包括法蘭焊接筒體變形、法拉直徑變形、法蘭端面變形等類型。其主要的原因是由于在焊接大直徑平焊法蘭與筒體的過程中，由于法蘭焊道長、剛性差、直徑達，因此需要較長時間才能夠完成一圈的焊接[1]。這就使得焊縫熔合區的冷卻、受熱、以及焊縫間斷冷卻時間間隔過長，焊縫區的沒有均勻受熱，因此產生了不均勻的焊縫收縮，進而導致了焊接變形。如果采用單面連續焊接方式，冷卻過程中會產生環向收縮應力，會對法蘭焊接區周向收入部分造成影響，引起平面變形。焊縫環向焊接收縮量較大，也會進一步擴大變形，產生外凸、內凹等不規則的橢圓。在法蘭端面具有較大的轉力，能夠引發筒體的變形。在實際生產當中，所測量的壓力容器產品的尺寸信息，往往都會高于要求標準的數倍以上，對工業生產造成了十分不利的影響。

1.2 薄板焊接變形

在薄板焊接變形當中，根據變形程度的不同，可細分為局部變形、整體變形等。其中，局部變形主要包括角變形、波浪變形等，在實際生產中，斷截面積的大小、焊接材料的熱物理性能、焊縫數量的多少、焊接工藝參數的選擇等因素，都會對其造成影響。整體變形主要包括縱向變形、扭曲變形、彎曲變形、橫向變形等類型，具體指的是在完成焊接工作之后，整個壓力容器的尺寸、結構比例等參數均發生了一定的變化。

熱物理性能是一種宏觀的熱學性能，它是材料所固有的屬性。對于薄板焊接變形來說，線膨脹系數、中熱擴散率等因素能夠對其產生巨大的影響。比較不銹鋼板和碳鋼板，如果材料的形狀、厚度相同，選取同樣的焊接工藝參數進行，在焊接之后，碳鋼板的變形量要遠遠低于不銹鋼板。對于線膨脹系數較大、熱擴散率較低的材料來說，焊接線就應當取較小的能量值[2]。在薄板材料當中，由于斷截面積通常比較小，所以焊接層數也不多，不會對焊接變形產生太大的影響。然而，在實際生產過程中，正是由于焊接層數較少，因而通常會調高電弧電壓和焊接電流，以期能夠一次性成型，這樣就造成了嚴重的焊接變形現象。在壓力容器的焊接過程中，焊接速度、電弧電壓、焊接電流等焊接工藝參數具有十分重要的意義。在通常情況下，焊接電流和電壓與焊接速度成反比，與結構變形度成正比。因此在焊接過程當中，應當對這些工藝參數進行有效的控制，從而對焊接變形的產生發揮一定的預防作用。

1.3 管板焊接變形

管板焊接變形主要包括波浪變形、拱形變形等類型，產生這些變形現象的主要影響因素包括焊接工藝參數、焊接層數、管板和筒體的坡口角度等。在焊接過程中，在確保能夠熔透的基礎上，應當能夠將焊接電流盡量降低，防止局部過熱而導致焊接變形。如果焊接材料的層數越多，就可能產生越大的角變形。由于材料層數較多，需要反復的進行焊接，材料也就會受到反復的加熱和冷卻，從而使變形量增加。所以，應當盡可能地減少焊接層數，從而降低焊接角變形的發生。同時在確保焊接強度的同時，還應當將焊角高度盡量降低。對于焊接接頭的焊接角變形來說，管板和筒體的坡口角度、焊縫截面形狀等因素，都會造成較大的影響。坡口處具有越大的角度，在焊接接頭的上下部位就會發生越大的橫向收縮量差別。所以，在確保能夠焊透的基礎上，應當盡量降低坡口的角度。如果筒體厚度在16毫米以上，就應當采用U型坡口。

2 壓力容器焊接變形的控制與矯正

2.1 焊接變形的控制

在壓力容器焊接進行之前，應當對焊縫的尺寸、形狀等進行合理的設計和選擇。焊縫的形狀也就是坡口的形狀。在厚度相同的平板對接過程中，U型坡口焊縫和雙V型坡口焊縫所產生的焊縫角變形要小于單V型坡口焊縫。如果焊接結構能夠進行兩面施焊和翻轉施焊，坡口形式就可以設計成兩面對稱的形式。對于焊縫的尺寸，在確保結構焊接性能的基礎上，應當盡量降低焊縫的坡口角度[3]。

為了對焊接變形進行有效的控制，可采取散熱法、留余量法、熱平衡法等焊接工藝。其中，散熱法主要是采取各種方式，迅速的散去施焊處的熱量，降低受熱區的焊接變形。在管板堆焊當中，這種方法應用的較為廣泛。留余量法主要是在下料的過程中，適當的較大設計尺寸和零件尺寸，從而對焊件的收縮情況進行補償。在不銹鋼筒體與大尺寸封頭的對接過程中，常采用此種方法。熱平衡法主要針對的是不對稱布置的焊縫結構，在不對稱結構的焊接當中，時常會出現彎曲變形。因此在焊接過程中，可采用氣體火焰同步加熱的方法在焊縫對稱位置上進行焊接。同時選擇適當的加熱工藝參數，就能夠對焊接變形進行有效的控制。

2.2 焊接變形的矯正

在壓力容器的焊接當中，由于可造成焊接變形的因素過多，因此，在實際工作中往往難以進行有效的全面控制，因此一些焊接變形的產生也是不可避免的。如果殘余的焊接變形量超出了相應的標準，就應當采用適當的措施進行矯正[4]。熱矯正法和冷矯正法是兩種較為常用的矯正方法。其中，熱矯正法主要是在局部進行火焰加熱，產生反變形來抵消原焊接變形。冷矯正法主要包括機械矯正和手工矯正。在實際焊接生產中，要根據焊件的實際性能等因素，來選擇最為合適的矯正方法。

3 結束語

壓力容器是當前工業領域當中的重要應用設備，壓力容器的制作目前采用的大多是焊接工藝。而在壓力容器的焊接過程中，由于各種原因的影響，難免會產生一定的焊接變形。雖然能夠采取一些措施進行控制，但由于影響因素過多，因而也無法完全避免。對此，應基于焊接變形的產生原因，采用適當的措施進行矯正，從而確保壓力容器的應用性能。

參考文獻

[1]邵東衛.壓力容器焊接變形的控制與矯正[J].山東工業技術，2015，12：16.

[2]張美麗.厚壁壓力容器焊接殘余應力及變形的數值研究[D].西安理工大學，2010.

[3]陳頌陽，閆化云，蘭旭，等.不銹鋼壓力容器焊接變形控制與矯正[J].全面腐蝕控制，2014，1：49-51.

[4]劉林.壓力容器焊接角變形的控制[J].考試周刊，2009，39：173-174.