壓力容器在制造過程中易產(chǎn)生的變形及預(yù)防措施

謝瑞忠 唐曉華 胡寒陽 林慶飛

摘要：壓力容器制備過程中，受到各種因素影響很容易出現(xiàn)變形，降低容器質(zhì)量。即使這種產(chǎn)品可以投放到市場中，使用這種設(shè)備時也容易發(fā)生安全事故。這種背景下，工人在制備壓力容器過程中需要加強(qiáng)對壓力容器變形問題的管控，通過對壓力容器變形原因進(jìn)行深入分析，制定科學(xué)有效的預(yù)防性措施，確保壓力容器質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：壓力容器;變形;預(yù)防措施

壓力容器出現(xiàn)變形的原因較為復(fù)雜，從整體上看主要有兩類原因可能會造成壓力容器發(fā)生變形問題。第一種原因是由于應(yīng)力變化造成壓力容器變形，主要包括熱處理變形以及焊接變形等。第二種原因是由于加工精度不足而出現(xiàn)的變形問題，主要包括組裝誤差以及下料誤差等。壓力容器一旦發(fā)生變形問題，很難對其進(jìn)行有效糾正，很多情況下由于發(fā)生變形而直接導(dǎo)致壓力容器報廢，為了避免出現(xiàn)此類問題，施工人員需要嚴(yán)格按照壓力容器制備工藝要求開展工作，并針對容易引發(fā)變形問題的各種因素制定預(yù)防性措施。

一、壓力容器制備流程

壓力容器制備工作由大量獨立施工環(huán)節(jié)所組成，從整體上看包括準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、放樣環(huán)節(jié)、切割環(huán)節(jié)彎曲沖壓環(huán)節(jié)、組裝環(huán)節(jié)、焊接環(huán)節(jié)以及矯形環(huán)節(jié)等。為了確保壓力容器質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，工人需要對每一道工序進(jìn)行嚴(yán)格管控，并對半成品件的質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)查驗，確保壓力容器制備工作能夠順利進(jìn)行[1]。

二、壓力容器變形原因

①制作壓力容器時，工人需要對鋼板以及筒節(jié)進(jìn)行切割處理，如果在切割過程中沒有對切割精度進(jìn)行嚴(yán)格把控，很容易導(dǎo)致變形問題。例如采用火焰切割法時若火焰與端口距離過近，在切割火焰高溫作用下，端口邊緣就會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，進(jìn)而在組裝過程中出現(xiàn)變形。②開展組裝作業(yè)過程中，工人需要使用焊接技術(shù)，對不同的加工零件進(jìn)行連接，而焊接過程中會產(chǎn)生大量熱量，在巨大熱量的作用下容易讓鋼板材料發(fā)生變形，影響壓力容器質(zhì)量[2]。③進(jìn)入到加工階段之后，如果零件自身尺寸存在缺陷或者模具各項參數(shù)符合和標(biāo)準(zhǔn)，也容易引發(fā)變形問題。由于壓力容器體積大，需要采用吊裝設(shè)備進(jìn)行組裝，在吊裝力與零件自重作用下，壓力容器內(nèi)部會出現(xiàn)較大應(yīng)力，該應(yīng)力作用于壓力容器中的某一點，很容易造成變形。

三、壓力設(shè)備變形預(yù)防措施

（一）加工變形預(yù)防

針對加工過程中壓力容器可能出現(xiàn)的變形問題，工人需要依照施工標(biāo)準(zhǔn)開展加工工作，注重對于樣板性能的檢測，通過這種方式確保加工零件的尺寸以及外形符合安裝標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計模具過程中，要嚴(yán)格依照加工件尺寸以及形狀進(jìn)行設(shè)計工作，特別是對于加工件成型前后形狀的變化，要給予足夠重視，實際開展加工工作過程中可以依據(jù)加工件變形情況靈活設(shè)置回彈量，避免出現(xiàn)變形問題。此外，不允許在單獨封頭上進(jìn)行大開孔作業(yè)，避免出現(xiàn)加工件變形問題。組裝壓力容器外殼過程中，需要使用卡具對外殼位置進(jìn)行固定，同時對于錯口的精度要進(jìn)行嚴(yán)格管控，盡量選擇臥式組裝模式，確保殼部件組裝的穩(wěn)定性。同時工人還要使用經(jīng)緯儀測量組裝部位的直度，確保其直度符合標(biāo)準(zhǔn)（如圖1所示）。

（二）焊接變形預(yù)防

想要妥善解決由于焊接作業(yè)而出現(xiàn)的壓力容器變形問題，工人在正式開展焊接作業(yè)之前，需要對壓力容器的類型、焊接部位坡口、直徑等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析[3]。依據(jù)實際情況制定科學(xué)合理的焊接方案，確保焊接作業(yè)不會對端口形狀產(chǎn)生影響（如圖2所示）。實際開展焊接作業(yè)過程中，相關(guān)工作人員還要依據(jù)焊接工作量以及實際焊接條件，預(yù)估可能出現(xiàn)的焊接變形問題，并針對此類問題制定有效的預(yù)防措施。若焊接容器存在多條焊道，需要先對加工件進(jìn)行組裝再開展焊接活動。需要特別注意的是，對于壓力容器中瓜瓣式封頭這種大型零件，需要在焊接施工現(xiàn)場布置固定卡具，防止大型零件在焊接過程中發(fā)生位移，確保焊接作業(yè)能夠順利進(jìn)行。針對一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓力容器，需要對其可能產(chǎn)生的焊接變形進(jìn)行預(yù)估，并通過人為的方式在焊接變形反方向，對焊接處進(jìn)行變形處理，借助這種方式對可能出現(xiàn)的焊接變形進(jìn)行抵消。

（三）切割變形預(yù)防

除了焊接變形與施工變形之外，切割環(huán)節(jié)也很容易發(fā)生變形問題。為了妥善處理切割變形問題，相關(guān)施工人員需要對下料尺寸進(jìn)行嚴(yán)格管控，確保鋼管以及筒節(jié)的各項參數(shù)均符合加工標(biāo)準(zhǔn)。尤其對于筒節(jié)零件而言，通常其后端口會留有較大誤差，因此工人在處理筒節(jié)零件后端時需要采用切割的方式，降低后端后尺寸誤差，預(yù)防該部位發(fā)生變形問題[4]。此外，由于胚料在被切割后胚料表面容易發(fā)生形狀變化，因此工人在對胚料進(jìn)行切割后，還要對其表面進(jìn)行矯形，確保配料表面平整度符合加工標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)束語

壓力容器在正常運行過程中，其內(nèi)部會積攢大量壓力，一旦其出現(xiàn)變形問題，會讓壓力容器的部分區(qū)域承受超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的壓力，很容易造成壓力容器損毀，不僅影響其正常運轉(zhuǎn)，還會造成嚴(yán)重的安全威脅。且壓力容器變形問題一旦出現(xiàn)，很難對其進(jìn)行有效的矯正，大多數(shù)情況下都要更換新的壓力容器，造成運行成本上升，想要解決這一問題，就要在壓力容器制備階段對可能造成變形的原因進(jìn)行全面了解，并針對不同的原因制定具有針對性的預(yù)防方案，確保壓力容器在制備過程中不會出現(xiàn)變形，為壓力容器穩(wěn)定運行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈衛(wèi)東，施磊.奧氏體不銹鋼低溫壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化變形量影響因素研究及工藝控制[J].石油和化工設(shè)備，2021，24（03）：54-56.

[2]黃倩影.承壓筒體組件在制造過程中的防變形裝置的應(yīng)用與介紹[J].中國設(shè)備工程，2020（17）：88-89.

[3]徐昊，周彬，李萍，孫建，劉慶軍.壓力容器設(shè)計制造中的典型問題及對策分析——以S公司為例[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2020（02）：116-117.

[4]李晗.壓力容器管板焊接變形控制方法略談[J].石化技術(shù)，2018，25（06）：254.

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