壓力容器設(shè)計(jì)制造中的熱處理問(wèn)題分析

[ 作者簡(jiǎn)介 ]

朱傳清，男，山東濟(jì)南人，山東宏達(dá)科技集團(tuán)有限公司，助理工程師，本科，研究方向：熱器設(shè)計(jì)方向。

[ 摘要 ]

壓力容器作為一種在生產(chǎn)過(guò)程中需要承受較大壓力的設(shè)備，在應(yīng)用時(shí)往往都存在著較高的危險(xiǎn)性，所以必須采取合適的設(shè)計(jì)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(jì)制造的過(guò)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(jì)制作人員必須針對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)制作過(guò)程中的熱處理問(wèn)題進(jìn)行研究，不斷地提升壓力容器設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的熱處理水平。

[ 關(guān)鍵詞 ]

壓力容器;設(shè)計(jì)制造：熱處理問(wèn)題

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)階段我國(guó)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(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(guò)對(duì)壓力容器進(jìn)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(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中，就應(yīng)當(dāng)針對(duì)壓力容器做好熱處理工作，通過(guò)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(guó)工業(yè)發(fā)展的實(shí)際需要。

1 壓力容器的特點(diǎn)

1.1 壓力容器的設(shè)計(jì)具有非常強(qiáng)的專業(yè)性

壓力容器在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的最大的特點(diǎn)，就是有著非常強(qiáng)的專業(yè)性。因?yàn)閴毫θ萜鞯脑O(shè)計(jì)和制造過(guò)程相較于其他的普通工業(yè)設(shè)備來(lái)說(shuō)，包含了更多學(xué)科的專業(yè)知識(shí)。例如，冶金專業(yè)知識(shí)和化學(xué)專業(yè)知識(shí)，都是壓力容器的設(shè)計(jì)和制造工作的基礎(chǔ)性專業(yè)知識(shí)。任何一方面專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用出現(xiàn)了問(wèn)題，都會(huì)使得壓力容器的設(shè)計(jì)和制造工作出現(xiàn)各種錯(cuò)誤。所以從事壓力容器設(shè)計(jì)和制造的有關(guān)工作人員往往都有著非常強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備，在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)和制造時(shí)，也都需要嚴(yán)格地按照專業(yè)的要求進(jìn)行。

1.2 壓力容器的設(shè)計(jì)和制作對(duì)安全性要求較高

壓力容器是在化學(xué)工業(yè)發(fā)展過(guò)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(huì)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(qiáng)腐蝕性以及易燃易爆的特殊化學(xué)品。所以在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中，第一要?jiǎng)?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(jì)和制作之后，可以保障工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的安全。正因如此，進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)和制作工作，還需要嚴(yán)格地按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，確保壓力容器設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的每一環(huán)都可以滿足有關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行。

1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)有著多樣化的特點(diǎn)

壓力容器在完成設(shè)計(jì)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(huì)根據(jù)實(shí)際需求的變化而改變。特別是隨著當(dāng)前我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)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(shí)際需要，在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中就需要設(shè)計(jì)和制作出結(jié)構(gòu)具有多元化特點(diǎn)的壓力容器，從而充分地滿足工業(yè)發(fā)展的實(shí)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(guò)對(duì)金屬進(jìn)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(dòng)金屬的性能更加符合生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)實(shí)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(huì)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(shí)際需求。

除此以外，壓力容器在完成設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中，往往會(huì)涉及焊接的活動(dòng)。根據(jù)物理學(xué)的原理來(lái)看，完成焊接活動(dòng)后，焊接的部位將會(huì)成為一個(gè)過(guò)熱的組織。在這個(gè)過(guò)熱組織內(nèi)部存在著化學(xué)成分不均勻的特點(diǎn)，這種過(guò)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(guò)開(kāi)展熱處理的手段，不僅會(huì)使得壓力容器整體的性能出現(xiàn)下降，甚至還會(huì)導(dǎo)致各類安全隱患。通過(guò)進(jìn)行焊接后的熱處理工作，可以最大限度地減少焊接過(guò)程中焊接部位的殘余應(yīng)力水平，并且推動(dòng)壓力容器各部分之間實(shí)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(shí)通過(guò)對(duì)壓力容器進(jìn)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(shí)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(guò)對(duì)壓力容器開(kāi)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?yàn)樵跓崽幚淼倪^(guò)程中，可以將壓力容器焊接部位內(nèi)部存在的具有較強(qiáng)腐蝕性的氣體進(jìn)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(jì)和制造過(guò)程中的熱處理問(wèn)題

3.1 通過(guò)奧氏體不銹鋼制作的壓力容器是否需要進(jìn)行熱處理

在完成焊接后進(jìn)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(lái)的可塑性的特點(diǎn)，對(duì)金屬進(jìn)行處理使得金屬可以滿足生產(chǎn)需求的技術(shù)類型。通過(guò)熱處理就可以讓壓力容器上應(yīng)力較高的部分實(shí)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(jìn)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(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)和制造時(shí)，都會(huì)選擇將其作為容器的主要材料。實(shí)際上，如果是利用奧氏體不銹鋼進(jìn)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(qiáng)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(wú)需進(jìn)行熱處理的。而如果在使用的過(guò)程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)了壓力容器因?yàn)槠渌獠恳蛩氐挠绊懗霈F(xiàn)了被腐蝕的現(xiàn)象，技術(shù)人員就應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況開(kāi)展詳細(xì)的分析和研究工作，確保壓力容器可以更加穩(wěn)定地運(yùn)行。

在特殊情況下，為了更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，也可以對(duì)奧氏不銹鋼壓力容器進(jìn)行熱處理。在對(duì)于奧氏體不銹鋼制作的壓力容器進(jìn)行熱處理時(shí)，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(jìn)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(jìn)行固溶處理之后還應(yīng)當(dāng)進(jìn)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(dāng)前，爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板逐漸成為我國(guó)工業(yè)發(fā)展過(guò)程中進(jìn)行壓力容器制作的主要材料。因?yàn)楸ú讳P鋼復(fù)合鋼板有著非常強(qiáng)的抗腐蝕性以及較高的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了抗腐蝕和高強(qiáng)度之間的有機(jī)結(jié)合，現(xiàn)階段我國(guó)進(jìn)行壓力容器的制作時(shí)，往往都會(huì)選擇此材料。所以在進(jìn)行壓力容器的熱處理時(shí)，也應(yīng)當(dāng)針對(duì)使用爆炸不銹鋼復(fù)合板制作的壓力容器進(jìn)行熱處理。爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板的制作過(guò)程，從本質(zhì)上來(lái)看就是通過(guò)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(jìn)行碰撞和融合。所以通過(guò)爆炸加工之后的金屬材料整體的抗拉強(qiáng)度將會(huì)得到極大地的升，但是與此同時(shí)塑性指標(biāo)也會(huì)下降，所以復(fù)合板在經(jīng)過(guò)爆炸處理之后，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)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(duì)較低的碳，并且鐵素體的組織形式是單相的鐵素體。同時(shí)，鐵素體不銹鋼在退火的情況下進(jìn)行使用時(shí)，有著較低的強(qiáng)度和較強(qiáng)的塑性。所以這種材料主要是應(yīng)用于對(duì)于耐腐蝕性程度要求較高和對(duì)于強(qiáng)度要求不高的壓力容器的設(shè)計(jì)和制造。例如，在化工生產(chǎn)過(guò)程中使用的化工設(shè)備以及運(yùn)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(guò)程中，不會(huì)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(duì)鐵素體不銹鋼的性質(zhì)進(jìn)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(qiáng)碳化物，從而進(jìn)一步提高這種情況下制作出來(lái)的壓力容器整體的性能。

除此以外，在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)時(shí)，還必須做好熱處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用研究工作，從而更好地在合適的區(qū)間內(nèi)通過(guò)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(shí)際需要。在這一過(guò)程中，最為重要的就是技術(shù)人員必須針對(duì)不同的壓力容器中使用的具體金屬材料進(jìn)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(jì)和制造過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題以及解決策略

4.1 壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作存在一定的不足

壓力容器在使用的過(guò)程中，由于使用的環(huán)境較為特殊，所以開(kāi)展壓力容器的設(shè)計(jì)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(dāng)前我國(guó)壓力容器數(shù)據(jù)和制造的實(shí)際情況來(lái)看，許多從事壓力容器設(shè)計(jì)和制作的設(shè)計(jì)人員缺乏足夠的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估意識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也沒(méi)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(guò)程中存在的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)對(duì)于我國(guó)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(jì)和制造的設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作的過(guò)程中，必須充分地考慮好壓力容器在不同情況下運(yùn)行的實(shí)際情況。并且以壓力容器測(cè)試過(guò)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(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.2 整體的設(shè)計(jì)活動(dòng)缺乏足夠的創(chuàng)新

因?yàn)閴毫θ萜鞯馁|(zhì)量和安全性能對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響很大，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往都會(huì)嚴(yán)格地遵循傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。雖然通過(guò)這樣的理念設(shè)計(jì)出來(lái)的壓力容器在安全性能方面可以得到保證;但是實(shí)際上隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中所使用的生產(chǎn)技術(shù)和具體的生產(chǎn)材料也會(huì)發(fā)生巨大的變化，許多傳統(tǒng)的壓力容器設(shè)計(jì)理念和方案已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前的實(shí)際需要了。因此，壓力容器的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中就應(yīng)當(dāng)以實(shí)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(shí)，對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)和制作方案進(jìn)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(shí)際需要。并且完成設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新之后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)創(chuàng)新后的壓力容器設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)，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(shí)際需要，再將全新的設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際活動(dòng)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(duì)壓力容器的質(zhì)量影響也是非常巨大的，如果在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)和制造時(shí)沒(méi)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(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中往往也難以達(dá)到理想中的效果。從當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)和制造的實(shí)際情況來(lái)看，在很多情況下進(jìn)行壓力設(shè)計(jì)制造時(shí)都會(huì)存在著選擇的材料不合理的情況，導(dǎo)致制作出來(lái)的壓力容器整體的性能無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要。例如，在進(jìn)行壓力容器的材料選擇時(shí)，如果選擇的材料強(qiáng)度和韌度不符合壓力容器的實(shí)際使用要求，就會(huì)導(dǎo)致壓力容器的實(shí)際應(yīng)用的過(guò)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(méi)有較強(qiáng)的耐熱性和耐腐蝕性，就會(huì)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(huì)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(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)之前，技術(shù)人員必須選擇符合實(shí)際需求的材料。這就需要技術(shù)人員必須對(duì)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(duì)于材料在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，選擇最符合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求的材料進(jìn)行壓力容器的制造。同時(shí)，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(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.4 整體的使用壽命不長(zhǎng)

許多壓力容器在投入使用后，都存在著使用壽命不長(zhǎng)的問(wèn)題，這不僅會(huì)使得壓力容器設(shè)計(jì)和制作的成本得到極大的增長(zhǎng)，在很多情況下，還會(huì)使得壓力容器自身的安全性能受到一定的影響。這一問(wèn)題的根源就在于許多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中并沒(méi)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(jì)有關(guān)規(guī)范，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)的過(guò)程中較為隨意。

設(shè)計(jì)人員必須要把壓力容器的使用壽命作為壓力容器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)以壓力容器實(shí)際應(yīng)用的方式為基礎(chǔ)，把握好壓力容器使用過(guò)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(jì)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，不斷地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定安全的運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(jì)和制作對(duì)于工業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義。所以設(shè)計(jì)和制作的技術(shù)人員必須做好壓力容器設(shè)計(jì)和制作過(guò)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(guò)程的安全和穩(wěn)定。

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