壓力容器制造相關技術問題

王岳奎 盧笑笑

摘 要：壓力容器采用哪種方法消除焊接殘余應力應進行具體的分析。 因此， 根據焊接殘余應力在壓力容器中的分布狀態、 壓力容器的不同用途 ，正確選用消除對策， 使不同的處理方法在不同性質、不同壓力容器上各揚其長，各得其所， 從而達到既保證安全可靠又經濟適用的目的。

關鍵詞：壓力容器；焊接技術；焊接應力；熱處理

壓力容器的制作過程，從設計圖紙的工藝性審核、制作工藝的編制、材料的驗收入庫到制作、檢驗與驗收的各個環節，都是至關重要的。任何一個環節出了問題，都會影響壓力容器的最終質量，所以只有澄清概念，統一思想，達成共識，才能使我們的壓力容器制作水平登上新的臺階。

1壓力容器制造質量的影響因素及控制措施

壓力容器的制造屬于精密儀器的制造，對制造工藝要求比較嚴格。為了保證壓力容器產品形成的各個階段都處于受控狀態，確保產品質量滿足法規、標準的要求，壓力容器制造工藝、生產過程管理、工裝和模具也應該嚴格按照規定進行。制造工藝應嚴格遵守壓力容器制造的工藝流程。鋼制壓力容器大多采用焊接方法制成，壓力容器制造過程中的焊接質量控制變得尤為關鍵。焊接生產也是現代工業生產中制造各種機器部件、工程構件和裝備的主要生產方法之一，使得焊接技術對焊接人員的技術水平要求較高。對焊接材料的使用過程應十分謹慎，避免出現差錯。由壓力容器制造單位的技術部門應提供采購技術條件，詳細規定采購焊接材料的質量要求和標準，管理部門應實行具體的監管。

2壓力容器焊接新技術

近年來，伴隨著壓力容器向大型化方向發展，國內外相繼開發了相關的技術，特別是一些新材料、新鋼種的焊接技術得到越來越廣泛的應用，同時在提高焊接質量方面，無論從工藝設備上還是焊接材料的研制方面，都取得了長足的進步。

2.1 厚壁殼體窄間隙埋弧焊技術

隨著電站鍋爐和石化壓力容器的大型化、高參數化，鍋爐筒體和壓力容器殼體的壁厚在不斷增加，我國從80年代中期先后從國外引進了這一技術，并于近年自主發明了“雙絲窄間隙埋弧焊”技術，已成功應用于大型壓力容器（如：加氫反應器）的生產，有效解決了焊接效率與質量的矛盾。該技術的主要特點是：

（1）能進行移動立柱式焊接作業，可完成各種直徑的筒體縱、環縫的焊接操作；

（2）可獲得性能優良、致密性高的焊縫接頭；

（3）采用帶有側壁光電跟蹤和自動防偏的焊接轉胎，能提供最佳焊接操作和產品焊接質量的可重復性；

（4）為不等厚結構的壓制筒體的加工制造提供了便利條件，且降低了制造成本。

2.2 接管自動焊接技術

接管的自動焊接有兩種情況：一種是接管與筒體的焊接；另一種是接管與封頭的焊接，通常都采用接管插入的形式。

（1）接管與筒體的自動焊接 利用近年來開發的數控馬鞍形埋弧自動焊接設備，實現用一臺設備，三套程序，分別完成外馬鞍、內馬鞍和水平環焊縫的自動焊接。

（2）接管與封頭的自動焊接接管與封頭的焊接有兩種形式：向心接管的焊接和非向心接管的焊接.該技術的主要特點是：可以實現焊前自動定心、自動尋位、自動定位，焊中自動跟蹤，生產效率得到了大幅提高。

2.3 管道內壁堆焊接技術

為提高化工和核電設備的抗腐蝕能力，接管內壁有時需要堆焊不銹鋼耐蝕層。主要采用以下兩種方法：

（1）300彎管內壁堆焊 彎管內壁堆焊采用沿圓周環向方式進行自動堆焊，工藝方法為填絲的鎢極氬弧焊或弱壓縮等離子弧焊。300彎管內壁自動堆焊機采用5軸協調運動，依據各自的數學模型，自動排列焊道。對應各軸運動的數學模型，以彎管的曲率半徑R和內徑d為參數，為保證焊接過程穩定運行，設備具有弧壓自動跟蹤系統和斷點記憶、自動復位功能。

（2）900彎管內壁堆焊 彎管內壁堆焊采用沿彎管母線縱向方式進行自動堆焊，工藝方法為熔化極氣體保護焊（GMAW）。其主要特點是：工件安裝在二維變位機上，工件旋轉運動實現焊接過程；工件翻轉運動，使每一條焊道處于平焊位置；900彎曲焊槍安裝在三維導軌上，用于焊槍的自動變位。

3壓力容器焊接應力消除方法

3.1在設計上的措施

在保證結構性能的前提下，按照JB1618-75的規定，盡量減少焊縫的長度、數量和截面尺寸。①當直徑≤2200 mm時，焊縫不能多于1條，直徑>2200 mm時，不能多于2條，同時焊縫不能過于密集，又要避免交叉；②焊接時盡可能地降低接頭剛度，選擇剛性較小的接頭形式；③采用反變形法，用翻邊連接的方式替代插入管連接的方式，且盡量將平板少量翻邊，以減少焊縫的約束，降低焊接應力。

3.2 在焊接工藝上的措施

在焊接重要結構鋼或焊接高強度鋼時，進行構件整體焊前預熱，將構件加熱到一定溫度后再焊接。預熱可以減小焊縫區金屬和周圍金屬的溫差，焊后又能夠相對均勻地同時冷卻，從而降低了焊接的內應力。焊接塑性較好的鋼材時，可以使用手錘錘擊焊縫，錘擊要在焊后熱態情況下按一定方向進行，以延展焊縫材料金屬的塑性，降低內應力。

4壓力容器熱處理技術

近年來，在壓力容器等焊接結構制造中，低合金高強鋼材料的應用日趨增多，但在提高鋼材強度的同時，其焊接裂紋敏感性也增強。因此，焊前預熱、焊接后熱及焊后熱處理等工藝措施就顯得至關重要，它們是保證壓力容器等焊接結構件質量的關鍵環節。

4.1焊前預熱

是在焊接前進行的，其目的是為降低焊縫熔敷金屬和母材的冷卻速度，以防止對裂紋敏感的淬硬組織和氫的共同作用而出現裂紋。

4.2 焊接后熱

焊接后緊接著對焊接區進行后熱處理的目的，在于排除焊接區內氫等有害氣體，在一定程度上降低焊接接頭的硬度。在大型壓力容器制造過程中，特別是用Cr―Mo鋼制造的壓力容器，為防止焊縫氫誘導裂紋的產生，經常需要多次進爐進行中間消除應力退火（ISR）。

4.3 焊后熱處理

對壓力容器等焊接結構進行焊后熱處理，是為了提高斷裂韌性、降低殘余應力水平，以增強抗脆斷的能力，軟化材料組織和消除應力腐蝕開裂的可能性。焊后熱處理按施工方法可分為爐內熱處理和爐外熱處理，爐外熱處理又分為爐外整體熱處理和局部熱處理。研究證明，經過消除應力熱處理后工件的應力一般能消除60% ～80%以上。

5結語

壓力容器廣泛用于石油、化工等行業，屬于特種設備結構件，主要由各種鋼質材料經焊接成形。壓力容器焊接后，由于焊接時不均勻加熱的溫度場所造成的內應力達到材料屈服極限，使局部區域產生塑性變形，當溫度回到原始的均勻狀態以后，內應力仍然殘留在結構中，造成結構焊縫區的殘余應力。焊接殘余應力的存在影響容器的可靠性和使用壽命。研究證明，容器一經焊接，殘余應力就不可避免地同時伴生，它的產生機理雖已被初步認識，但由于壓力容器的外形尺寸、焊接工藝、施焊程序以及拘束大小的不同，殘余應力的水平也大不一樣，并且分布十分復雜，故需要確定合理的消除（ 或減少）焊接殘余應力的對策，使壓力容器在制造時，保證質量，經濟合理；在役時，安全運行，杜絕安全事故。為消除或減少殘余應力，國內外許多學者對此進行了有關研究，歸納起來，一方面是采用先進的焊接技術與合理的焊接工藝，另一方面是實施合適的熱處理工藝。

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