解析低溫壓力容器制造工藝

摘 要：低溫壓力容器為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展提供不竭的動(dòng)力，為化學(xué)物品的運(yùn)輸提供便捷條件。本文以低溫壓力容器的概念和特征為出發(fā)點(diǎn)，探究在制造中需要注意的問題原則以及主要的制造工藝要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：低溫;壓力容器;制造工藝

2012年3月1日，國(guó)家正式實(shí)施GB150-2011《壓力容器》，從材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)四個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)壓力容器進(jìn)行明確定義。低溫壓力容器是低溫容器的一種，材質(zhì)為不銹鋼儲(chǔ)罐。

一、低溫壓力容器的概念及特征

低溫壓力容器的設(shè)計(jì)溫度必須低于-20℃。容器內(nèi)壁的溫度與容器運(yùn)行的環(huán)境溫度沒有直接的聯(lián)系，但是環(huán)境溫度卻直接影響低溫壓力容器。所以在制定容器溫度時(shí)要保障它的設(shè)計(jì)溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)即可。設(shè)計(jì)溫度主要由容器內(nèi)介質(zhì)的溫度決定，此外還需要結(jié)合壓力容器的性質(zhì)、制造工藝以及環(huán)境等因素。例如，某化工企業(yè)處于低氣溫地區(qū)，當(dāng)運(yùn)輸?shù)牟牧鲜且簯B(tài)時(shí)，就需要以材料的實(shí)際溫度作為參考，通過公式重新進(jìn)行計(jì)算。

低溫壓力容器的結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)材料情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。一般是由蓋、內(nèi)頸管、內(nèi)膽、外殼、拉手、支承墊、鋁殼、吸附劑、彈簧、抽氣管、抽氣管護(hù)罩等組成。它的內(nèi)膽是由奧氏體不銹鋼、鋁合金等組成，外殼是由Q235組成。低溫壓力容器具有以下特點(diǎn)。第一，斷裂時(shí)它的名義應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，在斷裂前局部只有較小的變形。第二，出現(xiàn)斷裂情況后，裂紋擴(kuò)展的速度不斷加快。第三，在低溫時(shí)斷裂問題出現(xiàn)的可能性大大提高。

二、低溫壓力容器在制造時(shí)應(yīng)該注意的問題及原則

低溫壓力容器在制造時(shí)要經(jīng)過冷成型、焊接、熱處理這三項(xiàng)工序，在過程中會(huì)產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力。第一，低溫壓力容器在焊接前要做好實(shí)驗(yàn)工作，保障焊接口的嚴(yán)密性。第二，提高焊接的質(zhì)量，結(jié)合材料選擇合適的制造工藝使其達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙的要求，避免出現(xiàn)缺陷的情況，影響容器的正常使用[1]。第三，在對(duì)附近部位進(jìn)行焊接式時(shí)應(yīng)該采用連焊的模式，以防出現(xiàn)焊縫的情況。第四，在對(duì)低溫壓力容器的坡口進(jìn)行加工時(shí)要對(duì)接口表面進(jìn)行觀察，看是否存在裂口的情況。第五，在進(jìn)行熱處理后的低溫壓力容器應(yīng)該使用較輕柔的方式幫助它成型，避免使用強(qiáng)力敲擊的模式，以免在容器表面造成劃痕。第六，當(dāng)?shù)蜏貕毫θ萜鹘?jīng)過熱處理之后，應(yīng)該使用制冷的方式幫助其成形。

目前，現(xiàn)有的低溫壓力容器的設(shè)計(jì)都是以室溫抗拉強(qiáng)度或者屈服強(qiáng)度的許應(yīng)力作為參考的。這種模式可以減小變形發(fā)生的可能性。第一，應(yīng)該允許存在一些較小的缺陷，在一定程度上防止開裂。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要對(duì)熱影響區(qū)和熔合區(qū)的性能進(jìn)行判斷，要求韌性最低的地方也應(yīng)該可以承受外負(fù)荷所產(chǎn)生的的應(yīng)變。第二，利用母材的優(yōu)勢(shì)避免出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的現(xiàn)象，避免低溫壓力容器發(fā)生斷裂事故。第三，當(dāng)?shù)蜏貕毫θ萜鞯娜毕萏庨_裂時(shí)，其他的部分能起到止裂的作用。要把韌性程度作為材料選擇的重要標(biāo)準(zhǔn)。

三、低溫壓力容器制造工藝的要點(diǎn)

因?yàn)椴煌奈镔|(zhì)擁有不同的特性和存儲(chǔ)的環(huán)境，所以要求低溫壓力容器制造有一定的針對(duì)性，能夠適應(yīng)不同物質(zhì)的要求。

（一）低溫壓力容器制造材料選擇

在選擇材料時(shí)要以物質(zhì)為依據(jù)，要綜合利用各個(gè)行業(yè)的專業(yè)知識(shí)，制造出適宜的低溫壓力容器。例如，第一，在制造低溫鋼制壓力容器時(shí)，要對(duì)設(shè)計(jì)資料和圖紙進(jìn)行仔細(xì)的審查。所用鋼材、鋼板、管材、鍛件以及其它的零件材料是否為低溫用鋼，溫度是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。第二，必須按照有關(guān)部門的規(guī)定進(jìn)行鋼材的發(fā)放工作，在施工前應(yīng)該抽查材料的合格證書和清單。要用油漆對(duì)鋼材進(jìn)行標(biāo)記工作。第三，檢驗(yàn)低溫鋼材的沖擊力和韌性。低溫壓力容器及其受熱的元件采用的鋼材必須進(jìn)行低溫夏比V缺口沖擊試驗(yàn)。可以選取一塊8mm×10mm×55mm的小塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要保障它符合金屬夏比沖擊實(shí)驗(yàn)的要求。第四，檢驗(yàn)鋼材的試驗(yàn)溫度。鋼材的沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)該低于或等于調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度。

（二）低溫壓力容器制造冷成型

冷成型是低溫壓力容器制造的重中之重，直接影響它的成型效果。壓力容器在低溫中會(huì)出現(xiàn)脆裂的情況，主要原因就是內(nèi)部壓力過大。當(dāng)容器的外壁出現(xiàn)缺陷時(shí)，裂紋處的應(yīng)力不斷加大，加重鋼材變脆的幾率。所以，在低溫壓力容器制造時(shí)要對(duì)冷成型的過程進(jìn)行嚴(yán)格把控，減少發(fā)生容器變形的情況。同時(shí)要注意當(dāng)容器低溫冷成型時(shí)的溫度應(yīng)該小于16℃，把容器的變形情況控制在一定的范圍內(nèi)。此外要對(duì)容器的外壁與封頭處進(jìn)行妥善處理，進(jìn)行良好的過度，以免出現(xiàn)缺陷的情況。

（三）低溫壓力容器制造焊接

低溫壓力容器在進(jìn)行焊接工作時(shí)需要具備極高的專業(yè)技能才可以保障整體的質(zhì)量。在焊接的過程中要嚴(yán)格按照評(píng)定合格的工藝進(jìn)行焊接。焊接線能量增大會(huì)導(dǎo)致焊縫以及熱影響區(qū)的韌性下降[2]。所以要最大限度的減小過熱，使用小的焊接線能量。可以通過控制電流、電壓、焊接的進(jìn)度、以及劃分每段焊條的焊接長(zhǎng)度的方式對(duì)焊接的能量進(jìn)行監(jiān)控。在進(jìn)行多焊道時(shí)，需要適當(dāng)降低層間的溫度，避免出現(xiàn)連續(xù)焊接的情況。當(dāng)出現(xiàn)熱裂紋時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)減少含有氫元素的材料，在焊接前做好預(yù)熱工作，避免出現(xiàn)老化的情況。

（四）低溫壓力容器制造熱處理

低溫壓力容器在制造時(shí)需要先進(jìn)行冷定型處理，然后進(jìn)行焊接工作需要對(duì)其進(jìn)行加熱。在操作時(shí)因?yàn)闊崃Φ淖饔萌萜鲀?nèi)匯集一定的應(yīng)力，隨著熱量的增加應(yīng)力不斷增加，一段時(shí)間后極易出現(xiàn)脆裂的情況，干擾低溫壓力容器的使用效果。這時(shí)就需要采用熱處理的方式解決脆裂的問題，這項(xiàng)工藝可以清除殘余在容器內(nèi)的應(yīng)力，使外壁的韌性恢復(fù)到正常的狀態(tài)，優(yōu)化容器的變形問題，從根本上避免容器破裂的現(xiàn)象。

四、結(jié)論

綜上所述，低溫壓力容器在化工、運(yùn)輸、制造、石油等多個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但是耐冷的性能較弱，極易發(fā)生脆斷的現(xiàn)象，在使用存在一定的危險(xiǎn)。本文由四個(gè)方面介紹了制造的要點(diǎn)，分析需要注意的問題，在實(shí)踐中不斷完善，提高制造工藝的水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]周慶華，趙文.低溫壓力容器制造工藝研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2020，28（16）：69.

[2]劉振.低溫壓力容器制造工藝研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，45（08）：91+139.

作者簡(jiǎn)介：

韓遠(yuǎn)松（1984—），男，漢族，天津，專科，初級(jí)助理工程師，主要研究壓力容器方向。