壓力容器焊接過程中變形的控制對策

張闖,張秀巖,侯勇

（1.遼寧陸海石油裝備研究院有限公司；2.渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010）

一般來說，承載壓力P≥0.1MPa的容器稱為壓力容器,被廣泛用于工業生產過程中，實現反應、傳質、傳熱以及分離、儲運等功能，有物理與化學爆炸的風險，質量要求高。在壓力容器制造過程中，受人員技能、焊接設備、工藝設計等因素的影響，造成與設計差異較大，造成返修、返工，甚至報廢。利用“戴明環”動態管理，對焊接過程進行管理，對消除焊接變形有一定的影響。

PDCA循環是由戴明挖掘并總結休哈特博士的經驗，研究出適用于企業綜合管理的全面質量管理，也適用于生產過程的局部細微管理，因此被稱為 “戴明環”。其具有大環套小環、小環保大環、局部推動整體、整體引領局部的管理特性，引領質量管理的持續改進。

1 壓力容器變形問題的分析

人——生產者，是生產要素過程中穩定性最差的因素，對壓力容器焊接變形有著不可推卸的責任。人員的主觀能動性、技能水平、責任心、情緒等因素，都是影響產品質量的原因。機——生產過程中的設備、工裝模具、檢驗工器具，是影響生產精度及質量的主要因素之一。焊接是熱加工的一種，在熱加工過程中，會產生金屬變形，將直接影響到后期整體結構的變形。料——原材料及后道工序的半成品，是生產壓力容器的先決生產資料。因原材料的生產廠家不同，批次不同，工藝不同，而使原材料存在質量差異。對同一種原料而言，針對大直徑、中厚板，在進行切割鋼材時，存在受熱脹冷縮的影響，經自然冷卻后，往往與預期尺寸不一致。法——規范、標準、作業文件等，是生產要素中關鍵的因素之一，是生產過程中有法可依、有法必依的基本條件。在制訂操作規范、焊接作業指導書時，工藝人員對設備性能掌握得不到位，造成焊接規范無法執行到位，而發生壓力容器的焊接變形的問題。環——環境，生產所處的環境。壓力容器焊接的干濕度、氣壓、風等因素構成了工作環境。冬季焊接與夏季焊接的熱脹冷縮速率不一致；高壓與低壓天氣對復合多層高壓設備的焊接質量也有一定的影響；干濕度會影響焊條的基本性能，從而影響焊接質量。

2 應對策略

針對人機料法環引起壓力容器焊接變形的原因進行PDCA循環分析改進。（1）計劃階段（Plan）。分析出現變形的主要原因，制訂改善焊接質量、消除變形的措施，提出計劃。（2）實施階段（Do）。根據措施計劃，嚴格貫徹工藝標準來執行，完成焊接工作。（3）檢查階段（Check）。檢查焊接質量是否到達預期，并關注是否存在新問題。（4）處理階段（Action）。針對檢查結果進行總結、處理，消除不良的變形。

2.1 人

招聘有經驗豐富的焊接工人，培養企業內焊接人員；對焊接工人進行技能及全面質量管理的培訓。加強質量意識，勞動紀律的培訓，貫徹工藝文件執行紀律。應記錄施工過程中的電流、電壓、溫度、時間、無損檢測等數據，核實確認后，收集歸檔，作為可追溯文件。

2.2 機

購置相應的原材料、半成品、成品的檢驗設備，設計開發創新型工裝模具。進行智力投入，從工藝技術手段，增加適當的工裝模具，來消減甚至消除因機械設備而造成的焊接變形。

2.3 原材料

建立健全原材料的檢驗手段，使不符合生產要求的原材料被拒絕在生產環節外。在符合設計要求且成本允許的前提下，選擇機械強度符合設計需求、塑性、韌性、穩定性優良的原材料；選擇具有良好的熱加工性、焊接性能，且有腐蝕性介質、耐蝕性、抗氫性；選擇在高溫下具有良好的熱穩定性，且低溫下有良好的韌性。

2.4 法

法作為生產工序中的工程語言，具有可追塑性。在生產過程中，應實施全面質量控制，貫徹工藝文件，執行工藝紀律，監督檢查工藝紀律，對工藝技術文件進行定期及不定期的改進與考核。在某種程度上，焊接工藝是決定壓力容器質量的關鍵因素。工藝文件應符合圖紙、標準法規，具備正確性、統一性、完整性、可操作；定期對工藝技術文件的使用情況進行檢查，及時對工藝文件進行修訂完善。

2.5 環

優化作業環境，使作業環境與規范、作業指導書所要求的條件盡量一致。同時，應提倡人文的工作環境，建立起上下溝通的通道，及時反饋問題。

3 案例分析

以中厚板焊接為例，消除焊接變形的分析，見圖1。

圖1 平板對接焊時反變形法

圖1（a）是未經焊接補償，進行直接焊接，導致發生2塊中厚板進行焊接后，變形角度為1.5°。采取工藝優化，事先將2塊中厚板墊起1.5°，在焊接完成，冷卻后，將恢復為平整狀態，滿足設計要求，消除了焊接變形。

4 結語

通過分析壓力容器焊接過程中所涉及的人機料法環等影響因素，采取PDCA循環作為焊接變形分析的方法論。說明：在不增加設備基礎投資，依靠智力投入，工藝創新消除焊接變形為可行。從構成生產的要素人機料法環進行分析，并對每個因素利用PDCA循環進行分析，對消減壓力容器后焊接變形缺陷有參考意義。