壓力容器焊接過程中變形的控制對策

張闖,張秀巖,侯勇

（1.遼寧陸海石油裝備研究院有限公司；2.渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010）

一般來說，承載壓力P≥0.1MPa的容器稱為壓力容器,被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱以及分離、儲運(yùn)等功能，有物理與化學(xué)爆炸的風(fēng)險，質(zhì)量要求高。在壓力容器制造過程中，受人員技能、焊接設(shè)備、工藝設(shè)計等因素的影響，造成與設(shè)計差異較大，造成返修、返工，甚至報廢。利用“戴明環(huán)”動態(tài)管理，對焊接過程進(jìn)行管理，對消除焊接變形有一定的影響。

PDCA循環(huán)是由戴明挖掘并總結(jié)休哈特博士的經(jīng)驗(yàn)，研究出適用于企業(yè)綜合管理的全面質(zhì)量管理，也適用于生產(chǎn)過程的局部細(xì)微管理，因此被稱為 “戴明環(huán)”。其具有大環(huán)套小環(huán)、小環(huán)保大環(huán)、局部推動整體、整體引領(lǐng)局部的管理特性，引領(lǐng)質(zhì)量管理的持續(xù)改進(jìn)。

1 壓力容器變形問題的分析

人——生產(chǎn)者，是生產(chǎn)要素過程中穩(wěn)定性最差的因素，對壓力容器焊接變形有著不可推卸的責(zé)任。人員的主觀能動性、技能水平、責(zé)任心、情緒等因素，都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的原因。機(jī)——生產(chǎn)過程中的設(shè)備、工裝模具、檢驗(yàn)工器具，是影響生產(chǎn)精度及質(zhì)量的主要因素之一。焊接是熱加工的一種，在熱加工過程中，會產(chǎn)生金屬變形，將直接影響到后期整體結(jié)構(gòu)的變形。料——原材料及后道工序的半成品，是生產(chǎn)壓力容器的先決生產(chǎn)資料。因原材料的生產(chǎn)廠家不同，批次不同，工藝不同，而使原材料存在質(zhì)量差異。對同一種原料而言，針對大直徑、中厚板，在進(jìn)行切割鋼材時，存在受熱脹冷縮的影響，經(jīng)自然冷卻后，往往與預(yù)期尺寸不一致。法——規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)文件等，是生產(chǎn)要素中關(guān)鍵的因素之一，是生產(chǎn)過程中有法可依、有法必依的基本條件。在制訂操作規(guī)范、焊接作業(yè)指導(dǎo)書時，工藝人員對設(shè)備性能掌握得不到位，造成焊接規(guī)范無法執(zhí)行到位，而發(fā)生壓力容器的焊接變形的問題。環(huán)——環(huán)境，生產(chǎn)所處的環(huán)境。壓力容器焊接的干濕度、氣壓、風(fēng)等因素構(gòu)成了工作環(huán)境。冬季焊接與夏季焊接的熱脹冷縮速率不一致；高壓與低壓天氣對復(fù)合多層高壓設(shè)備的焊接質(zhì)量也有一定的影響；干濕度會影響焊條的基本性能，從而影響焊接質(zhì)量。

2 應(yīng)對策略

針對人機(jī)料法環(huán)引起壓力容器焊接變形的原因進(jìn)行PDCA循環(huán)分析改進(jìn)。（1）計劃階段（Plan）。分析出現(xiàn)變形的主要原因，制訂改善焊接質(zhì)量、消除變形的措施，提出計劃。（2）實(shí)施階段（Do）。根據(jù)措施計劃，嚴(yán)格貫徹工藝標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，完成焊接工作。（3）檢查階段（Check）。檢查焊接質(zhì)量是否到達(dá)預(yù)期，并關(guān)注是否存在新問題。（4）處理階段（Action）。針對檢查結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、處理，消除不良的變形。

2.1 人

招聘有經(jīng)驗(yàn)豐富的焊接工人，培養(yǎng)企業(yè)內(nèi)焊接人員；對焊接工人進(jìn)行技能及全面質(zhì)量管理的培訓(xùn)。加強(qiáng)質(zhì)量意識，勞動紀(jì)律的培訓(xùn)，貫徹工藝文件執(zhí)行紀(jì)律。應(yīng)記錄施工過程中的電流、電壓、溫度、時間、無損檢測等數(shù)據(jù)，核實(shí)確認(rèn)后，收集歸檔，作為可追溯文件。

2.2 機(jī)

購置相應(yīng)的原材料、半成品、成品的檢驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計開發(fā)創(chuàng)新型工裝模具。進(jìn)行智力投入，從工藝技術(shù)手段，增加適當(dāng)?shù)墓ぱb模具，來消減甚至消除因機(jī)械設(shè)備而造成的焊接變形。

2.3 原材料

建立健全原材料的檢驗(yàn)手段，使不符合生產(chǎn)要求的原材料被拒絕在生產(chǎn)環(huán)節(jié)外。在符合設(shè)計要求且成本允許的前提下，選擇機(jī)械強(qiáng)度符合設(shè)計需求、塑性、韌性、穩(wěn)定性優(yōu)良的原材料；選擇具有良好的熱加工性、焊接性能，且有腐蝕性介質(zhì)、耐蝕性、抗氫性；選擇在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，且低溫下有良好的韌性。

2.4 法

法作為生產(chǎn)工序中的工程語言，具有可追塑性。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)實(shí)施全面質(zhì)量控制，貫徹工藝文件，執(zhí)行工藝紀(jì)律，監(jiān)督檢查工藝紀(jì)律，對工藝技術(shù)文件進(jìn)行定期及不定期的改進(jìn)與考核。在某種程度上，焊接工藝是決定壓力容器質(zhì)量的關(guān)鍵因素。工藝文件應(yīng)符合圖紙、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，具備正確性、統(tǒng)一性、完整性、可操作；定期對工藝技術(shù)文件的使用情況進(jìn)行檢查，及時對工藝文件進(jìn)行修訂完善。

2.5 環(huán)

優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，使作業(yè)環(huán)境與規(guī)范、作業(yè)指導(dǎo)書所要求的條件盡量一致。同時，應(yīng)提倡人文的工作環(huán)境，建立起上下溝通的通道，及時反饋問題。

3 案例分析

以中厚板焊接為例，消除焊接變形的分析，見圖1。

圖1 平板對接焊時反變形法

圖1（a）是未經(jīng)焊接補(bǔ)償，進(jìn)行直接焊接，導(dǎo)致發(fā)生2塊中厚板進(jìn)行焊接后，變形角度為1.5°。采取工藝優(yōu)化，事先將2塊中厚板墊起1.5°，在焊接完成，冷卻后，將恢復(fù)為平整狀態(tài)，滿足設(shè)計要求，消除了焊接變形。

4 結(jié)語

通過分析壓力容器焊接過程中所涉及的人機(jī)料法環(huán)等影響因素，采取PDCA循環(huán)作為焊接變形分析的方法論。說明：在不增加設(shè)備基礎(chǔ)投資，依靠智力投入，工藝創(chuàng)新消除焊接變形為可行。從構(gòu)成生產(chǎn)的要素人機(jī)料法環(huán)進(jìn)行分析，并對每個因素利用PDCA循環(huán)進(jìn)行分析，對消減壓力容器后焊接變形缺陷有參考意義。