壓力容器制造過程中變形問題的控制對策分析

保武蓉

張家港市江南鍋爐壓力容器有限公司，中國·江蘇 張家港 215600

1 引言

制造壓力容器時，會受到制造過程和操作行為的影響。在容器制造過程中，很容易出現變形問題，進而造成制造結果和集裝箱設計尺寸出現較大差異。同時，如果誤差較大，會使壓力容器的應用受到一定程度的影響，使產品驗收形成阻礙。在壓力容器的制造過程中，如果無法對變形問題進行有效控制，就會使容器應用的安全性與可靠性受到嚴重影響，進而使企業造成巨大的經濟損失，嚴重的甚至會對出現安全事故，使操作人員的人身財產安全受到損害。因此，企業一定要對壓力容器制造過程中的變形問題進行有效控制。

2 壓力容器概述

壓力容器相對比較特殊，其既要承受巨大的壓力，又要確保密封性，同時壓力容器在不同環境當中可以承受的壓力也有差異，壓力容器的結構如圖1所示。一方面，隨著中國經濟水平的不斷提升，壓力設備在很多領域當中得到了廣泛應用，壓力容器也在許多其他領域得到了普及，如科學、工業、軍事等，特別是在石油化學、化學工業領域所發揮的作用也越來越重要。壓力容器普遍被應用與傳熱、運輸等方面，所以壓力容器能更好地促進工業發展。另一方面，壓力容器與其他設備相比，環境更加惡劣與危險，要求表壓數值大于0.1MPa，同時壓力容器介質有著腐蝕性。因此，在進行壓力容器的制造過程中，質量控制工作是非常重要的，尤其是其中的變形問題更是重中之重，一旦無法有效控制，就會對壓力容器使用的安全性與可靠性造成嚴重影響。

圖1 壓力容器結構

3 對壓力容器變形進行分析和控制的意義

在對壓力容器進行制造時，發生不同程度的變形是較為普遍的，可是如果出現變形問題就會對壓力容器的質量造成不同的影響。在這個過程中沒有及時采取相關措施進行處理就會對產品的生產效率與質量造成影響，甚至會發生一系列的安全事故。壓力容器變形有著相應的誤差允許范圍，一旦超過了這個范圍，就必須要再次返工，在這個過程中會耗費大量的人力、物力，進而提高企業的生產成本，其市場競爭力也會有所下降。因此，對制造壓力容器過程中的變形問題加以重視是非常有必要的，要想對變形問題進行有效控制，就要對造成變形問題的相關因素進行深入研究，并提出相應的解決辦法，以此來壓力容器產生變形的現象進行預防和處理。

4 壓力容器制造過程中出現變形問題的原因

4.1 火焰切割所引起的變形問題

壓力容器在制造過程中，需要使用到火焰切割等技術，而火焰切割技術容易產生容器材料變形問題，尤其在切割壓力容器筒節的過程中。當火焰切割處較筒節端口位置較近，則使這種切割變形情況更為明顯，火焰切割容易產生變形的機理是因為，筒節在進行火焰切割完成之后，其切口處會因溫度驟然降低而產生收縮變形，故而無法與其他零部件進行對應的組裝接觸，使加工制造精度降低，影響產品的質量。

4.2 焊接所引起的變形問題

因為焊接操作不當造成壓力容器出現變形通常是指焊接流程不合理。除此之外，由于在進行焊接操作加工時，不同的金屬對于焊接的要求也是不同的，只有通過相互配合才能保證焊接的準確性，具體的焊接位置如圖2所示。目前，壓力容器焊接加工在實際操作時，往往會發生焊接過程不夠細致，焊接范圍過大或者過小，沒有合理的把控和掌握焊接材料和溫度等問題，進而導致壓力容器的變形。因為焊接加工屬于關鍵工序，在這一環節就更容易出現壓力容器的焊接變形問題。

圖2 壓力容器焊接位置

4.3 誤差所引起的變形問題

壓力容器的制造是一個科學嚴謹的過程，但眾多因素的共同影響下都會導致產品的不合格。可能因為所鑄零部件的鑄型規格不合格，引起所鑄零部件也不符合標準；人工測量的不規范操作產生的人為測量誤差也會引起不合規格等。任何一個細微的小零部件的一點點誤差的疊加都會導致組裝而成的成品誤差放大，這時整個設備的質量就難以保證。有質量問題的產品在實際生產中的應用，任何微小的問題都會影響工程的效益，更可能帶來極大安全隱患。

4.4 內應力所引起的變形問題

壓力容器在加工制造完成之后，需進行組合裝配，而在裝配過程中，會因壓力容器自身重力因素，或其他吊裝機械設備的作用而產生較大的內應力。除此之外，壓力容器在加工制造過程中，會經過多道序的熱處理工藝，而這也不可避免地會增加容器的內應力，內應力的存在會對壓力容器設備的質量有著很大影響，內應力在容器使用過程中慢慢發生變化，在內應力累積到一定程度之后，會導致容器發生宏觀裂變，進而發生安全事故，這是在制造過程中應極力避免的，因而對壓力容器的內應力控制極為重要[1]。

5 對壓力容器變形進行控制的措施

5.1 火焰切割變形控制

生產人員必須高度重視，嚴格控制火焰切割變形問題。首先，要控制槍管段。在切割直徑筒形截面材料時，可采用對稱切割，以避免熱膨脹和收縮引起的變形。其次，要對頭部進行控制。應用火焰切割技術時，應深入了解切口的影響。此外，還應充分考慮收縮，確保設計方案的科學性和可行性。在控制加工材料時，應加大控制力度。在切割作業中，可融入詳細作業模式，采用人工材料進行具體施工。并能有效地防止和控制變形，保證成分的光滑性和完整性。

5.2 焊接變形控制

焊接過程不規范是導致壓力容器出現變形的主要原因，為了能避免這種情況的發生可以從以下幾個方面制定相應的解決措施。

第一，安排技術精湛的焊接人員按照規范的焊接工藝進行焊接工作，在焊接過程中能結合所焊工件選擇最科學的施焊方法，根據工件的材質選擇相應的焊條或焊絲，根據工件的厚度選擇合適的焊接坡口、焊接方法、焊道層數及電焊機參數等等，將施焊過程中存在變形概率降低到最小。

第二，在工作過程中嚴格控制焊接溫度的參數指標，焊接溫度越高，工件間的焊接接合越好，但是焊后變形也越大，因此，在保證焊接焊合率的前提下，要盡可能降低焊接溫度，才能控制焊接熱過程中的熱膨脹/收縮量，從而抑制此類變形的產生。

第三，焊接過程中應該選擇合理的焊接順序，壓力容器的焊接量比較大，因此需要對于各個部分的焊接實施科學規劃，防止在焊接過程中出現大的變形。

5.3 內應力變形控制

壓力容器中內應力的存在會導致極為嚴重的生產安全問題，為去除內應力，可通過熱處理的工藝來進行。對加工完成的壓力容器，可進行必要的熱處理工藝，使其內部溫度變化情況較為均勻，不會產生較大的熱變形，從而將其內應力降低或消除到一定值。也可使用其他方式使壓力容器內部熱變形較為均勻，以達到消除內應力的目的。

在實際生產制造過程中，使用噴嘴加熱方式來使壓力容器內部熱變形情況達到較為均勻的狀況。在使用噴嘴加熱時，可在容器內部加擋火裝置，這樣可避免壓力容器內部某一部分因熱處理而發生溫度過高的現象。同時，在對壓力容器進行熱處理時，其內部的零部件也會因熱變化而發生形變，因而為了減小零部件的形變，需要對容器內部零部件施加一定的固定裝置。

5.4 誤差變形控制

在進行壓力容器生產制造時，部分的壓力容器構件在加工成型以后，會因為生產人員出現操作失誤。或者在對其進行加工時存在誤差等問題，導致容器出現成型誤差，進而導致一些零部件的尺寸和建設結果不標準。如果出現這些問題就容易引發變形現象。

就以加熱成型封頭脫模這一現象為例，在進行具體作業時，始終處于高溫環境下，就容易發生脫膜現象，進而引發封頭的收縮和變形，制作完成的產品尺寸就會嚴重超標。如果在進行生產制造時出現了這一問題，生產人員首先要對加工技術標準進行明確，而且要對各個生產環節進行嚴格的控制，還要對模具和樣板進行全面的檢查，避免存在行為誤差等現象。

與此同時，壓力鍋爐加工過程中，材料誤差精度及其他技術條件對該壓力容器的影響比較大，因而像備料誤差對其質量影響較大，備料誤差是指在加工制造壓力鍋爐的工程中，因運輸過程或者其他加工過程中會存在材料損耗情況，也會使材料產生其他應力作用，這些損耗及作用的結果是使材料表面存在一定的變形，可使表面精度變低，加工出來的壓力容器質量變差。針對此問題，在材料備料過程中，就需要采取相應的措施，將加工制造過程中對壓力容器產生的影響降至最低[2]。

6 結語

綜上所述，在生產制造壓力容器的過程中，變形問題是不容忽視的，因為壓力容器變形嚴重時會導致容器泄露，造成嚴重的后果，引發安全事故，這不僅影響到生產制造的產品質量，甚至還會危害到相關工作人員的生命安全和財產安全。因此，論文對壓力容器變形的原因進行分析研究，結合生產的實踐經驗提出有效地控制策略有助于保障壓力容器的安全性和高質量。