摘要:压力容器作为一种基础设备,在我国诸多工业行业,尤其是石化行业中,占据着重要的地位、发挥着重要的作用。压力容器是我国工业生产中的一种基础设备,随着市场经济以及科学技术的迅速发展,我国在工业领域已经取得了巨大的进步,工业生产工艺、压力容器等基础设备的技术水平均得到了巨大的改进与突破性的提高。但目前压力容器制造过程中仍会出现变形问题,若控制不当,将直接影响到产品质量。本文着重对目前压力容器制造过程中存在的问题进行深入分析,并提出相应的控制策略,为压力容器安全制造提供参考。
关键词:压力容器;制造;变形问题;控制策略
1前言
改革开放以来,我国的工业生产水平取得了飞速进步,而压力容器作为工业部件中比较重要的一部分,其制造质量对保障工业生产的安全、顺利具有意义重大。受工艺及操作问题等的影响,压力容器在制作过程中容易出现变形,导致容器制造的最终结果与预先设计的尺寸不符,产生一定的误差,进而影响到压力容器的验收与使用,若不能对压力容器制作变形问题进行有效的控制,将会大大降低容器可靠性与安全性,带来巨大的经济损失,甚至威胁到使用者的生命安全,因此对压力容器制造过程中的变形问题的控制策略研究有着重要的意义。
2压力容器焊接变形及控制策略
在压力容器的制造过程中,焊接占据关键地位。焊接质量将对容器的承压强度和密封性造成直接影响。焊接工艺凭借其操作简单、成本低廉和适用性强等特点,已成为制造领域中的一种重要生产措施。对于压力容器而言,由于焊接工艺参数确定不够合理、组装和施焊顺序不当等,会导致母材出现局部受热不均的问题,进而造成焊接变形。
2.1焊接变形原因
2.1.1法兰的焊接变形问题
很多压力容器的结构中都包含法兰而对法兰进行焊接时,如果采用大直径平焊法焊接法兰和筒体,会因为法兰的焊道长、直径大、刚性差耗费大量时间完成一圈的焊接。此过程中,因为焊缝熔合区的冷却、受热以及焊缝间断冷却时间间隔过长等影响,会使焊缝区域的受热出现不均匀,进而造成焊接变形。
2.1.2薄板的焊接变形
在压力容器的焊接制造过程中,薄板的焊接变形比较常见。根据薄板的变形程度,可以将其划分为局部变形和整体变形。前者主要包括波浪变形、角变形等,主要受截断面积、焊接材料的热物理性能、焊缝数量以及焊接工艺参数的确定等因素影响;后者主要体现在焊接工序完成后,压力容器的尺寸和结构比例会发生改变。
因为薄板材料的截断面积都较小,所以焊接层数相对较少,一般不会对焊接变形产生较大影响。然而,在实际生产进程中,因为焊接层数不多,所以经常采用调高电弧电压和焊接电流的方式实现一次性成型,这样反而增大了焊接变形的出现几率。一般而言,焊接电流与焊接速度成正比,与结构变形成正比。所以,在焊接过程中,为了有效控制变形,必须合理确定相关工艺参数,以实现对焊接变形的预防作用。
2.1.3管板的焊接变形
造成管板焊接变形的主要影响因素包括焊接层数、焊接工艺参数等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在进行管板焊接时,在确保熔透的条件下,应尽量降低焊接电流,以避免因局部过热而造成的焊接变形。同时,当焊接材料的层数较多时,可能会引发角变形问题。这主要是因为材料层数较多时需要进行多次反复焊接,而这会使材料反复处于加热和冷却的循环中,进而增加变形量。所以,在情况允许的情况下,为了控制角变形,应尽可减少焊接层数。
2.2焊接变形控制措施
要实现对焊接变形的有效控制,克服因冷热循环造成的不利影响,必须采取相应措施。实际中,主要采用的措施包括设计措施和工艺措施两类:
(1)设计措施:设计时,首先要对焊缝形状和尺寸进行合理确定。对于厚度相同的平板对接,宜采用双V形或双U形坡口的焊缝形状。对于能够翻转且需要进行两面施焊的结构,应该采用两面对称的坡口形式。此外,在确保焊接强度不受影响的情况下,应该控制坡口角度,使其尽可能减小。
(2)工艺措施:现实中,除了可以通过焊接设计来预防和控制焊接变形外,还可以采用工艺措施控制变形。这些措施主要包括:第一,对于一些焊缝不能做到均匀布置的结构,为了避免焊接后出现弯曲变形,可以在施焊的同时对焊缝的对称位置采用气体火焰进行同步加热。第二,考虑到焊件在焊接结束后会出现收缩,进而使整体尺寸结构相对减小,所以可以在下料时将零部件的尺寸适当加大,以补偿收缩影响。第三,通过采取一定的措施将施焊处的热量及时散去,以降低受热区的焊接变形。该方法主要被用于管板的堆焊。实际焊接操作中,应对各种变形进行综合考虑,如有必要,可以综合采用以上多种措施实现对焊接变形的控制。
3压力容器火焰切割变形及控制策略
容器制造多采用的是火焰切割方式,其速度快、切割准,主要是依赖于冷热交替原理实现,在受热过程中容易由于受热不均产生内应力,进而发生变形。针对这种现象,首先可以对筒节进行控制,在切割直径筒节材料时,可以采用对称切割的方法避免由于热胀冷缩发生变形。其次,要对封头进行控制,明确火焰切割对切口产生的影响,充分考虑收缩量,确保设计的科学性与实用性。另外要加强对机加工坯料的控制,在切割期间可以融入细化手段,采用人工材料,确保坯料的平滑与完整。
4压力容器内应力变形及控制策略
通常,压力容器制造需要经过多重加热操作,在组装期间,压力容器不仅需要承受起重机的吊装力,而且要承受自身巨大重力及组装强制力,其制造完成后存在内应力。压力容器投入正常生产运行中,会逐渐产生裂纹、变形等,因此,必须注重对压力容器内应力的消除,避免发生变形问题。可以对压力容器进行热处理,避免制作过程中产生内应力,需要注意的是热处理炉内温度需要与设计要求相符,确保压力容器均匀受热,采用喷嘴式加热方式,进行热处理,对挡火装置进行相应的设置,避免火焰对加热容器本体直接加热。另外,可以通过加固措施及安装支架等确保压力容器稳定性。
5压力容器成型误差变形及控制策略
部分压力容器部件加工成型后,会由于操作不当、加工误差等问题产生一定的成型误差,进而造成零部件尺寸及结果不标准现象,产生变形。以加热成型封头脱模现象为例,当处于较高温度环境下,容易发生脱模,进而引起封头收缩变形,产品尺寸严重超标。针对这一问题,首先可以对加工工艺标准进行明确说明,并在制造期间予以严格控制,全面检查模具及样板,避免出现形位误差。在模具设计期间,要坚持相应的设计原则,对模具尺寸进行控制,在制造过程中注重热胀冷缩等一系列变化对零部件的影响,与此同时充分考虑零部件冷却后体积收缩量,若零部件冷成型,则要加强对工件成型回弹量的考虑。压力容器制造期间容易出现磨损及热胀冷缩,也许给予高度重视。
6结束语
对于压力容器的设计与制造必须符合国家压力容器制造要求规范,同时在容器制造的选材和焊接工艺上还要考虑全面,焊接技术要达到焊接水平的要求,制造的过程监督和质量控制要涵盖制造全过程。因此,必须明确压力容器制造变形的主要因素,结合以往实践经验,制定有效的控制策略,防止压力容器变形,对每个制作环节进行有效的控制,确保压力容器生产能够高效、高质完成,提升产品安全性与产品质量。
参考文献
[1]宋斌.压力容器焊接变形的控制与矫正研究[J].工业b,2015(46).
[2]吕玮.压力容器焊接变形的控制与矫正研究[J].科技创新与应用,2015(32).
[3]王忠民.压力容器制造质量控制的策略探讨[J].中国石油和化工标准与质量2017(08).
论文作者:邱祥顺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
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