降低压力容器焊接应力的方法

李静坤

【摘 要】近年来，国内经济和科学技术的发展尤为迅速，压力容器的应用越来越广泛，其工作环境也变得越来越复杂。截至目前，我们压力容器的压力从高真空到几万个大气压，温度也从低温到高温发展，尺寸也变得越来越大，结构日益复杂。同时在压力容器中一般都是盛放易燃易爆、有毒物体，因此一旦发生事故，必然给国家财产和人民生命带来不可估量的威胁，因此加强压力容器焊接制造控制尤为关键，做好焊接应力分析也十分必要。本文就压力容器概念和制造入手分析，提出了焊机应力产生的原因和危害，并加以控制，以供同行工作参考。

【关键词】压力容器；焊接；生产；制造

焊接作为压力容器制造生产中最为关键的环节，也是整个制造工作开展的基础环节，其焊接应力控制是否合理直接决定着压力容器的整体性和应用质量。但是在焊接的过程中，不可避免的会产生结构不同、大小不一的焊接应力，给压力容器制造和使用带来一定影响，为了解决这一问题，在目前的压力容器焊接中需要我们认真分析焊机质量，做好相关的处理和管理工作，以供同行参考。

1.压力容器概念

随着国民经济和科学技术的不断发展，压力容器设计、制造和管理方法日益趋于成熟。尤其是在近几年来，随着先进的科学技术和制造理论的不断出现，压力容器制造和生产也形成了新的方式，为压力容器的生产和制造提供了基础。压力容器作为一项涉及专业多、学科复杂的综合性结构，这就需要我们在工作中认真的分析其概念、特点，以保证焊接质量能够达到工作预计标准和相关要求。

1.1压力容器概念

所谓的压力容器主要指的是盛装各种气体、液体的一种仪器，是一种能够承载一定压力的密封设备。截至目前，我们在生活中常见的贮运容器、反应容器和换热容器等都是压力容器的一种。

1.2压力容器的作用

压力容器在目前的社会发展中应用越来越广泛，主要应用在石油化工业、能源运输业、科研、军工等国民经济的支柱产业之中，对于各个部门都起着重要的作用。一般来说，压力容器是由筒体、密封元件、开孔、承压、支座、接管等部分构成的，此外其有些装置上面还需要设置安全装置、计量表等辅助元件，这些元件的应用对于保证压力容器应用质量和寿命极为重要，也是压力容器安全、可靠运行的基础环节。

2.压力容器焊接应力产生原因和处理措施

我国现行的压力容器应用标准还存在着一定的不足，诸多部分的内容已经直接应用在分类之中，但是其限制与影响较为严重。在目前的设计工作中，由于应力的限制使得容器本身的体积、形状经常会发生一定的变形，必要的时候还会影响到应力结构的使用寿命。因此在目前的工作中，我们需要以实际情况加以总结和分析，使得工作中的各项要素都能够满足预计需要，避免了压力容器在应用中存在的不足。截至目前，我们在工作中常见的压力容器焊接应力产生原因和危害主要有以下方面：

2.1压力容器焊接应力产生原因

在压力容器生产和制造的过程中，焊接和热处理是制造工艺中一项最为关键的环节，也是整个设备使用质量的保证基础。目前的压力容器焊接工作中，常见的应力现象主要有三种，这三种应力的出现和产生主要是由于焊缝接头受热、受冷过快而造成的应力现象，这种应力现象按照产生的热应力不同而造成的应力体系。如果焊接工艺控制不当，这些应力过大将导致裂纹萌生。另外，由于下料尺寸公差等级不高及材料冷热加工成型工艺不当。将使受压部件的成形尺寸越差，若再采用强制组装焊接的方法。还将引起附加的强制组装应力 所有这些应力在一定条件下，影响着焊接结构的性能。

2.2焊后热处理

焊后热处理，也称降低应力热处理或降低应力退火。这一方法早已被用来作为提高焊接产品质量的手段.并在世界各国标准和技术规程里作了具体规定。然而对此使用的术语还不太统一，以前一般称之为退火，现在，通常称“焊后热处理” 焊后热处理分为局部焊后热处理和整体焊后热处理。GB150一98（钢制压力容器》的“制造、检验与验收”章节对需要进行焊后热处理的容器进行了具体的阐述。

2.2.1整体焊后热处理

整体焊后热处理分为整体炉内焊后热处理和整体炉外焊后热处理：

整体炉内焊后热处理当条件许可时 可以将整个容器放入加热炉内进行整体热处理。一般来说，整体炉内焊后热处理降低应力效果比较好，特点是加热和保温均匀.温度场易于控制.降低应力的程度可以通过温度高低和保温时间长短来调节。但值得注意的是，热处理是一个比较复杂的程序，它不仅消耗大量的能源。而且热处理进行不当（如时间过长，温度过高等），还会对结构和金属组织带来不利的影响。

2.2.2局部焊后热处理

局部焊后热处理例如对环焊缝进行降低应力处理。局部降低应力处理不是简单应用局部烘烤的办法，而是对整体环缝进行处理。它适用于大型容器或结构不能整体焊后热处理的场合，由于运输上的限制，必须在现场组装的场合及现场的管道焊接等。局部焊后热处理可分为下面几种。

远红外线辐射加热法：此法与整体炉外焊后热处理中的远红外线辐射片加热法相同，只是加热的方式也可在容器或管道的外部。远红外线电加热器的形式也多种多样。有框式、片式、履带式、绳式、指式等。这些加热器有结构简单，使用方便，节电效果显著等优点，同时，还带有测温控温设施，灵活性比较大，对于焊缝返修和现场安装检修时进行局部焊后热处理，具有一定的优越性。

2.2.3整体炉外焊后热处理

当不具备大型加热炉，或容器在现场施工组焊而又需要整体焊后熟处理时，这就需要进行整体炉外焊后热处理。整体炉外焊后热处理的一种方法是容器内采用远红外线辐射电加热法。这种方法是采用高温远红外线加热片.在容器内部用支架将加热片合理布置，利用热电偶测温，温控仪控温，在容器外覆盖保温毡保温的方法。其特点是灵活性较大，设备投资少；但操作比较麻烦，而且需要比较精确地计算热处理所需功率，并根据容器结构合理布置加热片和选择测温点。在不具备大型加热炉的条件下仍不失为一种较好的整体焊后热处理的方法，适用于内件较少的容器。

2.3机械降低应力处理方法

机械降低应力处理主要是采用振动方法。用振动处理调整降低焊接残余应力法，就是在被处理的构件上施加一个激振力，强迫构件产生振动，经过一段时间后，能强化金属基体，降低残余应力并使结构尺寸精度得到稳定。多实验证明，用振动方法降低残余应力的效果可以达到70%左右。更重要的是它克服了热处理降低应力所引起的尺寸变化（变形）和耗资、耗能大等缺点，人工费仅为热处理的20%左右，能源耗费仅为热处理的5%，而且处理周期短（只需几十分钟，而热处理周期需十几小时）。

3.结束语

通过上面的分类介绍，不难看出，这些方法各自都有其独特的一面，在现实生产中运用时，应当根据具体情况综合考虑耗资、耗能、工时等多方面因素，选用最适用的处理方法，以达到最佳处理效果。

【参考文献】

[1]张宏.压力容器的分析设计软件[J].化工设备与管道，1998，（06）.

[2]李建国.压力容器分析设计的一些问题[J].化工设备与管道，2001，（03）.