壓力容器設(shè)計制造中的熱處理問題分析

[ 作者簡介 ]

朱傳清，男，山東濟南人，山東宏達科技集團有限公司，助理工程師，本科，研究方向：熱器設(shè)計方向。

[ 摘要 ]

壓力容器作為一種在生產(chǎn)過程中需要承受較大壓力的設(shè)備，在應(yīng)用時往往都存在著較高的危險性，所以必須采取合適的設(shè)計和制造工藝，保證壓力容器整體的安全性。在壓力容器設(shè)計制造的過程中，如果可以做好熱處理工作，不僅可以使得壓力容器內(nèi)部焊接部位的整體牢固性得到極大的提升，還可以保證壓力容器整體抗壓性能的提高。所以作為壓力容器設(shè)計制作人員必須針對壓力容器設(shè)計制作過程中的熱處理問題進行研究，不斷地提升壓力容器設(shè)計制造過程中的熱處理水平。

[ 關(guān)鍵詞 ]

壓力容器;設(shè)計制造：熱處理問題

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)階段我國的工業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了較高的水平，工業(yè)生產(chǎn)整體的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率都得到了充分的提升。壓力容器則是進行工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備之一，并且壓力容器的性能和工業(yè)生產(chǎn)的安全之間有著非常緊密的聯(lián)系。通過對壓力容器進行熱處理的方式，可以極大地提升壓力容器的安全性。所以在進行壓力容器設(shè)計和制造的過程中，就應(yīng)當針對壓力容器做好熱處理工作，通過熱處理的方式盡可能地提高壓力容器整體的性能，確保壓力容器可以更好地滿足我國工業(yè)發(fā)展的實際需要。

1 壓力容器的特點

1.1 壓力容器的設(shè)計具有非常強的專業(yè)性

壓力容器在設(shè)計過程中存在的最大的特點，就是有著非常強的專業(yè)性。因為壓力容器的設(shè)計和制造過程相較于其他的普通工業(yè)設(shè)備來說，包含了更多學(xué)科的專業(yè)知識。例如，冶金專業(yè)知識和化學(xué)專業(yè)知識，都是壓力容器的設(shè)計和制造工作的基礎(chǔ)性專業(yè)知識。任何一方面專業(yè)知識的運用出現(xiàn)了問題，都會使得壓力容器的設(shè)計和制造工作出現(xiàn)各種錯誤。所以從事壓力容器設(shè)計和制造的有關(guān)工作人員往往都有著非常強的專業(yè)知識儲備，在進行壓力容器的設(shè)計和制造時，也都需要嚴格地按照專業(yè)的要求進行。

1.2 壓力容器的設(shè)計和制作對安全性要求較高

壓力容器是在化學(xué)工業(yè)發(fā)展過程中，應(yīng)用于各種特殊環(huán)境下的工業(yè)設(shè)備，例如，在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會在高溫和高壓狀態(tài)下使用壓力容器。并且在工業(yè)生產(chǎn)中使用的壓力容器，往往需要存放各種具有較強腐蝕性以及易燃易爆的特殊化學(xué)品。所以在進行壓力容器的設(shè)計和制造的過程中，第一要務(wù)就是需要保證壓力容器的安全性能，確保壓力容器在完成設(shè)計和制作之后，可以保障工業(yè)生產(chǎn)過程中的安全。正因如此，進行壓力容器的設(shè)計和制作工作，還需要嚴格地按照有關(guān)規(guī)定進行，確保壓力容器設(shè)計和制造過程中的每一環(huán)都可以滿足有關(guān)產(chǎn)品的標準規(guī)定，以此保證壓力容器在壽命周期內(nèi)可以安全穩(wěn)定地運行。

1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)有著多樣化的特點

壓力容器在完成設(shè)計和制作后，具體的使用環(huán)境以及內(nèi)部存放的物質(zhì)，都會根據(jù)實際需求的變化而改變。特別是隨著當前我國科學(xué)技術(shù)的進步，在進行工業(yè)生產(chǎn)的過程中，出現(xiàn)了非常多元化的特種生產(chǎn)環(huán)境。所以為了更好地滿足生產(chǎn)的實際需要，在進行壓力容器的設(shè)計制作過程中就需要設(shè)計和制作出結(jié)構(gòu)具有多元化特點的壓力容器，從而充分地滿足工業(yè)發(fā)展的實際需要。

2 熱處理技術(shù)的概念和壓力容器熱處理的意義

熱處理指的是在金屬物件處于固體的狀態(tài)下，通過對金屬進行加熱、保溫的手段，使得金屬內(nèi)部的整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，從而推動金屬的性能更加符合生產(chǎn)經(jīng)營實際需要的一種工藝類型。許多金屬在加熱的情況下，整體的結(jié)構(gòu)和金屬自身的性能都會發(fā)生巨大的變化，在這樣的情況下做好熱處理工作，可以使得金屬的性能更加符合生產(chǎn)的實際需求。

除此以外，壓力容器在完成設(shè)計和制造的過程中，往往會涉及焊接的活動。根據(jù)物理學(xué)的原理來看，完成焊接活動后，焊接的部位將會成為一個過熱的組織。在這個過熱組織內(nèi)部存在著化學(xué)成分不均勻的特點，這種過熱組織內(nèi)部由于化學(xué)成分不均勻，導(dǎo)致整體的韌性較差，如果不通過開展熱處理的手段，不僅會使得壓力容器整體的性能出現(xiàn)下降，甚至還會導(dǎo)致各類安全隱患。通過進行焊接后的熱處理工作，可以最大限度地減少焊接過程中焊接部位的殘余應(yīng)力水平，并且推動壓力容器各部分之間實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，有效地提高壓力容器整體的性能。同時通過對壓力容器進行焊接后的熱處理工作，還可以使得壓力容器的本體和焊接區(qū)域之間實現(xiàn)更加充分的融合，讓焊接區(qū)域的韌性可以得到有效的提升。最后，通過對壓力容器開展熱處理工作，還可以有效地提高壓力容器整體的抗腐蝕能力，因為在熱處理的過程中，可以將壓力容器焊接部位內(nèi)部存在的具有較強腐蝕性的氣體進行排除，從而防止壓力容器上各種裂縫的出現(xiàn)。

3 壓力容器設(shè)計和制造過程中的熱處理問題

3.1 通過奧氏體不銹鋼制作的壓力容器是否需要進行熱處理

在完成焊接后進行的熱處理工作，主要就是利用金屬在加熱之后所呈現(xiàn)出來的可塑性的特點，對金屬進行處理使得金屬可以滿足生產(chǎn)需求的技術(shù)類型。通過熱處理就可以讓壓力容器上應(yīng)力較高的部分實現(xiàn)塑性的流變，從而有效地消除壓力容器本體和焊接部位存在的殘余應(yīng)力。這種焊接之后進行熱處理的方法在許多工業(yè)生產(chǎn)中有著非常廣泛的應(yīng)用。而奧氏體不銹鋼，由于其自身有著非常優(yōu)秀的抗腐蝕能力，所以在很多情況下進行壓力容器的設(shè)計和制造時，都會選擇將其作為容器的主要材料。實際上，如果是利用奧氏體不銹鋼進行壓力容器的制作，就可以使得壓力容器整體的韌性和應(yīng)變強化性能得到保障，所以純粹由奧氏體不銹鋼制作出的壓力容器在常規(guī)使用情況下是無需進行熱處理的。而如果在使用的過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)了壓力容器因為其他外部因素的影響出現(xiàn)了被腐蝕的現(xiàn)象，技術(shù)人員就應(yīng)當根據(jù)實際情況開展詳細的分析和研究工作，確保壓力容器可以更加穩(wěn)定地運行。

在特殊情況下，為了更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需求，也可以對奧氏不銹鋼壓力容器進行熱處理。在對于奧氏體不銹鋼制作的壓力容器進行熱處理時，所使用的熱處理方法是固溶處理。這種處理模式就是把壓力容器加熱到920攝氏度到1150攝氏度之間，然后讓壓力容器內(nèi)部的碳化物出現(xiàn)溶解之后，再將壓力容器進行水冷處理，從而獲得單相奧氏體組織。而如果不銹鋼中含有鈦或是鈮，那么進行固溶處理之后還應(yīng)當進行穩(wěn)定化的處理。

3.2 爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板制作的壓力容器熱處理

當前，爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板逐漸成為我國工業(yè)發(fā)展過程中進行壓力容器制作的主要材料。因為爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板有著非常強的抗腐蝕性以及較高的強度，實現(xiàn)了抗腐蝕和高強度之間的有機結(jié)合，現(xiàn)階段我國進行壓力容器的制作時，往往都會選擇此材料。所以在進行壓力容器的熱處理時，也應(yīng)當針對使用爆炸不銹鋼復(fù)合板制作的壓力容器進行熱處理。爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板的制作過程，從本質(zhì)上來看就是通過高速脈沖的作用，使得各種復(fù)合材料和基礎(chǔ)材料之間進行碰撞和融合。所以通過爆炸加工之后的金屬材料整體的抗拉強度將會得到極大地的升，但是與此同時塑性指標也會下降，所以復(fù)合板在經(jīng)過爆炸處理之后，就應(yīng)當進行消除應(yīng)力的熱處理。

3.3 鐵素體不銹鋼熱處理

鐵素體不銹鋼內(nèi)部擁有較高含量的鉻以及含量相對較低的碳，并且鐵素體的組織形式是單相的鐵素體。同時，鐵素體不銹鋼在退火的情況下進行使用時，有著較低的強度和較強的塑性。所以這種材料主要是應(yīng)用于對于耐腐蝕性程度要求較高和對于強度要求不高的壓力容器的設(shè)計和制造。例如，在化工生產(chǎn)過程中使用的化工設(shè)備以及運送化工材料的管道，就可以將鐵素體不銹鋼作為基礎(chǔ)材料。鐵素體不銹鋼在加熱和冷卻的過程中，不會出現(xiàn)相位的變化，所以不能使用熱處理的手段改變鐵素體不銹鋼的性質(zhì)。而要想對鐵素體不銹鋼的性質(zhì)進行調(diào)整，就可以考慮在鐵素體不銹鋼中加入鈦或者是鈮兩種強碳化物，從而進一步提高這種情況下制作出來的壓力容器整體的性能。

除此以外，在進行壓力容器的設(shè)計時，還必須做好熱處理技術(shù)的實際應(yīng)用研究工作，從而更好地在合適的區(qū)間內(nèi)通過熱處理手段提升壓力容器的性能，并且更好地保障壓力容器可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。在這一過程中，最為重要的就是技術(shù)人員必須針對不同的壓力容器中使用的具體金屬材料進行相應(yīng)的研究，然后以金屬材料的性能為基礎(chǔ)，探究出最合適的熱處理方法，從而不斷地提高壓力容器整體的性能。

4 壓力容器設(shè)計和制造過程中的常見問題以及解決策略

4.1 壓力容器的風(fēng)險評估工作存在一定的不足

壓力容器在使用的過程中，由于使用的環(huán)境較為特殊，所以開展壓力容器的設(shè)計和制造工作，必須要確保壓力容器的穩(wěn)定性和安全性。但是從當前我國壓力容器數(shù)據(jù)和制造的實際情況來看，許多從事壓力容器設(shè)計和制作的設(shè)計人員缺乏足夠的風(fēng)險評估意識。在設(shè)計的過程中也沒有充分把握好壓力容器在特殊情況下出現(xiàn)的變化，以及壓力容器使用過程中存在的各項風(fēng)險。這種情況的存在不僅讓壓力容器的使用存在安全隱患，同時對于我國工業(yè)的安全生產(chǎn)也造成了一定的威脅。從事壓力容器設(shè)計和制造的設(shè)計師在進行設(shè)計和制作的過程中，必須充分地考慮好壓力容器在不同情況下運行的實際情況。并且以壓力容器測試過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，制作出壓力容器在特殊情況下的應(yīng)急預(yù)案，盡可能地保證壓力容器在不同的情況下都可以實現(xiàn)安全穩(wěn)定的運行。

4.2 整體的設(shè)計活動缺乏足夠的創(chuàng)新

因為壓力容器的質(zhì)量和安全性能對工業(yè)生產(chǎn)的影響很大，所以在設(shè)計的過程中往往都會嚴格地遵循傳統(tǒng)的設(shè)計理念進行設(shè)計。雖然通過這樣的理念設(shè)計出來的壓力容器在安全性能方面可以得到保證;但是實際上隨著我國社會的不斷發(fā)展進步，工業(yè)生產(chǎn)的過程中所使用的生產(chǎn)技術(shù)和具體的生產(chǎn)材料也會發(fā)生巨大的變化，許多傳統(tǒng)的壓力容器設(shè)計理念和方案已經(jīng)無法滿足當前的實際需要了。因此，壓力容器的設(shè)計人員在設(shè)計的過程中就應(yīng)當以實際的情況為基礎(chǔ)，并且充分地利用好各學(xué)科的專業(yè)知識，對壓力容器的設(shè)計和制作方案進行創(chuàng)新和優(yōu)化，從而使得壓力容器在不同的情況下，都可以更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。并且完成設(shè)計方案的創(chuàng)新之后，設(shè)計人員應(yīng)當對創(chuàng)新后的壓力容器設(shè)計方案進行檢驗，確保壓力容器在不同的情況下都可以充分地滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要，再將全新的設(shè)計方案應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的實際活動中。

4.3 在材料的選擇方面存在一定不足

用于制作壓力容器的材料自身的性能，對壓力容器的質(zhì)量影響也是非常巨大的，如果在進行壓力容器的設(shè)計和制造時沒能選擇到合適的材料，那么壓力容器的質(zhì)量難以保證，并且在實際應(yīng)用的過程中往往也難以達到理想中的效果。從當前壓力容器設(shè)計和制造的實際情況來看，在很多情況下進行壓力設(shè)計制造時都會存在著選擇的材料不合理的情況，導(dǎo)致制作出來的壓力容器整體的性能無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。例如，在進行壓力容器的材料選擇時，如果選擇的材料強度和韌度不符合壓力容器的實際使用要求，就會導(dǎo)致壓力容器的實際應(yīng)用的過程中出現(xiàn)一定的安全隱患。除此以外，如果制造壓力容器的材料沒有較強的耐熱性和耐腐蝕性，就會使得制作出的壓力容器很難充分滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，并且還會使得壓力容器整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出現(xiàn)下滑。

所以在進行壓力容器的設(shè)計和制造活動之前，技術(shù)人員必須選擇符合實際需求的材料。這就需要技術(shù)人員必須對于不同材料的性質(zhì)有著充分的了解，然后在此基礎(chǔ)之上，對于材料在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用進行全面的分析和評估，選擇最符合工業(yè)生產(chǎn)實際需求的材料進行壓力容器的制造。同時，還需要把握好所使用的材料的厚度是否均勻，確保壓力容器每一部分使用的材料的厚度保持在同一水平，保證壓力容器運行的穩(wěn)定性。

4.4 整體的使用壽命不長

許多壓力容器在投入使用后，都存在著使用壽命不長的問題，這不僅會使得壓力容器設(shè)計和制作的成本得到極大的增長，在很多情況下，還會使得壓力容器自身的安全性能受到一定的影響。這一問題的根源就在于許多設(shè)計人員在進行設(shè)計的過程中并沒有將壓力容器的使用壽命充分考慮在內(nèi)，并且由于缺少壓力容器設(shè)計有關(guān)規(guī)范，導(dǎo)致在設(shè)計的過程中較為隨意。

設(shè)計人員必須要把壓力容器的使用壽命作為壓力容器設(shè)計的重點內(nèi)容。技術(shù)人員應(yīng)當以壓力容器實際應(yīng)用的方式為基礎(chǔ)，把握好壓力容器使用過程中的具體需求，然后結(jié)合制作壓力容器的材料的有關(guān)性質(zhì)以及結(jié)合設(shè)計人員的工作經(jīng)驗，不斷地對設(shè)計方案進行優(yōu)化和調(diào)整，在保證壓力容器整體性能的前提下，盡量地延長壓力容器的使用壽命，并且保證壓力容器在使用壽命內(nèi)，可以實現(xiàn)穩(wěn)定安全的運行。

5 結(jié)語

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的基礎(chǔ)性設(shè)備之一，因此壓力容器的設(shè)計和制作對于工業(yè)的發(fā)展來說具有非常重要的意義。所以設(shè)計和制作的技術(shù)人員必須做好壓力容器設(shè)計和制作過程涉及的熱處理的研究，探究出最合適的壓力容器熱處理策略，保證壓力容器在使用的過程的安全和穩(wěn)定。

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