管板堆焊過程中防變形措施解析

周慶華

（浙江巨化裝備工程集團有限公司，浙江 衢州324004）

1 概述

在工業生產的過程中，壓力容器的使用范圍越來越廣，在各部門的制造和科學研究等方面中發揮著越來越重要的作用。在石油化工、煤化工等行業的壓力容器制造過程中，通常采用原材料堆焊方法提高壓力容器的使用壽命，然而原材料堆焊過程中會產生變形，嚴重影響壓力容器的尺寸以及性能，從而導致其無法滿足該壓力容器的制造生產需求，容易造成巨大的經濟損失。因此，對原材料的堆焊方法以及其變形情況進行研究，提出相應的防變形措施，為今后的壓力容器的制造工作提供重要的經驗，能夠在很大程度上提高壓力容器零部件的質量水平。本文將首先對換熱器類設備的管板堆焊過程中的變形問題，指出其堆焊過程中產生的各種情形，然后針對管板表面堆焊過程中的變形情況提出相應的防變形措施。

2 管板堆焊產生的變形及防變形措施解析

2.1 管板堆焊產生的變形

由于管板本身所采用的原材料種類較多，特性各不相同，經常會出現變形的情況。在管板表面堆焊另外一種材料，可以提高其使用強度以及抗腐蝕性，從而提高使用性能和經濟價值，但是在堆焊后的熱處理過程中，會殘留一定量的應力，這會導致管板產生變形，從而造成管板無法符合生產使用的需要。在一些情況下，還會因為堆焊技術本身的特性以及堆焊材料的特殊性，而導致管板產生變形，致使管板無法使用。

2.2 管板堆焊過程中防變形措施

由于堆焊方法工藝控制具有復雜性，因此管板在堆焊過程中出現變形的情況還有很多種。為避免壓力容器制造的過程中堆焊方法出現變形的現象，這就需要不斷收集整理各種變形情況并進行分析，根據不同的變形發生的情況采取相應的措施。

由于管板的規格較大，在堆焊技術的使用時經常涉及到大面積的作業。在大面積的堆焊過程中，變形的情況極易發生。在對管板進行大面積的堆焊操作時，會涉及到焊接的熱輸入量以及熔合比等等各種參數的設置。參數設置的不同會導致管板的情況出現很大的差異，包括組織的分布情況以及應力的大小情況。由于該操作是將不同種類的材料整合到一起，因此也會導致材質的分布不均勻，種種分布不均勻的情況增加了應力的大小，這會導致管板本身對于外力的承受能力減弱、抗腐蝕性降低，并隨著管板直徑以及材料厚度的增加進一步顯著，導致變形的發生。因此一些防變形的措施應當應用在堆焊過程中。

反變形技術的應用可以在很大程度上避免堆焊過程中出現變形的情況。反變形技術是指通過經驗以及各種數據的計算，預計管板在堆焊過程中可能出現的變形程度的大小，并通過熱鍛壓技術使管板堆焊部分凹出相應的大小，以抵消堆焊過程中的變形。但具體的估計的計算與材料的材質、規格以及操作的詳細流程等因素緊密相關，需要針對不同的情況得到不同的計算方式。因為堆焊過程中的變形情況很難準確的估計出來，因此反變形技術也會存在略微的偏差，這種偏差在允許范圍內可不進行處理，超出允許范圍可利用其它方法進行解決。另外在后續的制造過程中，管板鉆孔、管板焊接等操作還會對其產生一定的影響，會造成管板出現變形。因此無論反變形技術能否非常精準的預測出管板的變形大小，都可以在很大程度上減小管板的變形程度。

與反變形技術類似，預變形技術也是通過提前改變管板的形狀用以抵消堆焊過程中出現的變形情況。而為了減少熱加工過程對堆焊方法下的變形情況的影響，可以采用預熱的方法來對需進行堆焊操作的部位進行加熱。通過預熱的方式，可以大幅度的減小壓力容器在堆焊操作前后的溫度的差異以及應力的差距，溫差以及應力的減小有利于降低管板在堆焊操作過程中出現變形的可能性。防止堆焊過程的變形現象還可以通過提高壓力容器零件的剛度來實現，例如在堆焊過程中同一規格的堆焊材料，可以正反疊加兩層，采用工裝固定，這可以在很大程度上提高其剛度降低變形的可能性，同時堆焊過程中，不斷翻身堆焊，降低變形量，也是反變形控制的一種方式。在堆焊操作完成后，一旦出現了某些變形現象應及時處理，可以借助在堆焊后零件具備的較強的塑性來對零件進行調整，強制其恢復至正常的狀態。為減小堆焊過程中出現因應力而產生的變形，一般會在堆焊操作后采用消除應力熱處理，但必須要嚴格控制好熱處理的環境溫度、保溫時間以及堆焊的厚度。而在對大面積大規格的管板進行堆焊處理時，堆焊的處理層數往往會很多，為避免變形現象的出現，應當及時的釋放相應的應力。例如在進行完每一層堆焊處理之后，可以在相應的位置上鉆一些小孔，用以釋放一定量的應力。并在最后階段使用人工的方式進行堆焊處理，這樣可以更好地控制壓力容器在操作過程中的處理，在很大程度上減小變形量。

很多壓力容器制造廠家，往往采用水冷的方式減小產生的變形量，堆焊過程中采用這種方法，管板溫度降速較快，應力難以釋放，對消除應力熱處理的工藝控制要求較高，一旦控制不好，變形大小難以控制。

結束語

隨著石油化工、煤化工行業的不斷發展，對于壓力容器的需求越來越多樣化，面對更加嚴格的要求，致使我們對于壓力容器的每個零部件都應經過精密的檢查。在原材料的堆焊操作過程中，由于種種原因非常容易造成零部件的變形從而導致其不符合生產制造的要求，造成經濟損失。通過本文對于原材料堆焊方法的防變形措施的分析，可以在很大程度上避免壓力容器在制造過程中的堆焊方法出現變形的情況。但由于堆焊過程工藝控制的復雜性，很多操作還未能研究到位，因此還需要我們進行不斷的研究積累。通過分析各類已知或者未知的情況，靈活運用各類防變形措施，針對不同的情況采取不同的措施。