压力容器焊接变形的控制与矫正研究

王延恩 丁志江

山东联盟化工集团有限公司 山东寿光 262700

压力容器是被广泛应用于化工行业的重要设备，经常用于储存和运输具有腐蚀性和危险性的物质和产品，其内部压力很高，所接触的介质一般都具有较强的腐蚀性，温度也较低，致使其工作环境较其它设备更加恶劣，使用过程中出现故障的几率较大，发生渗漏、变形的几率远超其它容器，整体寿命也较短。想要提高压力容器的质量，可在生产过程中对焊接变形进行控制与矫正，减少其后续发生变形与渗漏等故障的概率，保证产品质量[1]。

1 压力容器简介

压力容器为一种特殊密闭性容器，广泛应用于各个领域，其中化工行业对其的需求量最大，它们内部压力较大，在化工行业一般用于盛装气体或者液体，除此之外，还可用于理化反应过程，以及运输和储存危险性物质等。生产压力容器的过程复杂程度很高，工艺流程繁琐，从形状结构的设计、原材料的选取与准备、到画线切割、加工成型等，要经历多个步骤，每个步骤当中出现的问题都可能影响产品最终质量，尤其是焊接过程。在实际生产中，会根据实际需求和原材料种类等因素选择不同的焊接方法，而其各自对应焊接工艺，必须做好对每一个细节的控制，才能防止焊接变形的发生。

2 压力容器焊接变形的矫正和控制

2.1 大直径平焊法兰焊接

平焊法兰与带颈对焊法兰相比，结构简洁，所用材料更少，但其刚度和密封性能都相对差一些，多用于中低压容器。在焊接过程中，大直径平焊法兰发生变形的情况一般有三种，即焊接筒体变形、端面变形和直径变形。在将筒体与法兰焊接的过程中，由于法兰直径较大，焊接一圈的时间也较长，冷却速度较快，因此实际生产中焊缝融合区可能会受到影响，整体上受热不均，容易发生收缩形变，影响最终品质。此外，在进行单面连续焊接的过程中，冷却阶段时焊接区域也可能会承受环向收缩应力，在长时间的较大应力作用下，可能会发生平面的变形。法兰端面的应力过大，可能会导致筒体发生变形。最后，对焊缝进行环形焊接时，焊缝的收缩量较大，可能会导致已有的变形更加严重，偏离原定计划中的尺寸，导致出现大量不规则内凹、外凸的椭圆形。当其发生变形时，会导致压力容器的尺寸过大，远远超过设计值，与计划严重不符，可能导致容器报废等问题[2]。

2.2 薄板焊接变形

在压力容器的焊接制造过程中，薄板变形也较为常见，可根据其变形的严重程度对变形现象进行分类，划分为整体变形与局部变形。前者多于焊接后发生，会改变容器结构与比例，致使产品不符合设计要求；而后者又能够根据变形的特征进行分类，其最主要的诱因是未能控制好焊接参数、焊缝数量、材料本身性能等。焊接薄板时，热扩散率和线膨胀系数等都可能会影响变形结果，通过多次实验与在实践中积累的经验可知，不锈钢板变形的情况要比碳钢板严重许多。薄板的材料横截面积一般不会太大，焊接层数也不多，理论上，这无影响，但实际上由于焊层较少，为了能够提高工作效率、节省时间、省去诸多麻烦，工作人员一般会调高焊接的电流与电弧电压，简化工作流程，达到一次成型的目标，但这种投机取巧的作法会加大焊接出现严重变形的概率。经分析，焊接的速度与所用电流大小呈现正相关，电流与变形也具有正比关系，因此，焊接时应当控制电流参数，避免薄板焊接发生大面积变形。

2.3 压力容器变形控制

2.3.1 设计问题

首先，应当在设计压力容器时提起重视，对焊缝的尺寸、形式等进行明确规定，例如在将相同厚度的平板进行对接焊接时，应选取双U或者双V形状焊缝坡口；需要分别对两个面进行焊接并且达到可翻转效果的工件，则应当选取两面对称的焊接坡口。另外，设计时需要确保焊接的强度，避免其受到影响，要尽量降低坡口角度，对其进行更加科学的控制，减少焊接变形问题。

2.3.2 做好散热

引发焊接变形的一个重要因素就是受热不均匀或者温度过高，因此，应采用多种方法进行散热，使焊接处温度降低，减少变形问题。可使用诸如二氧化碳焊机等既能高效且自带散热功能的设备，也可以加装具备散热功能的构件。

2.3.3 留有富余量

在实际生产中，可以在设计方案规定的基础上增添用料，稍微提高零件的尺寸参数，补偿焊件的收缩，还可以根据实际情况进行局部零件的缩放，并对诸如焊缝尺寸、层数、工艺流程、坡口角度等进行调整，灵活地确定压力容器各部分的尺寸[3]。

3 压力容器变形矫正

当压力容器已经发生变形时，可以采取恰当的措施对其进行矫正，避免容器的直接报废，节省生产资金，并尽量不浪费材料和生产资料。在我国，最常用的矫正方法就是热矫正，首先，对发生变形的部分进行加热，使用火焰炙烤，使其发生反方向变形来抵消原先的形变，但这种方法不容易完全控制，可能导致材料发生其它结构和性能上的改变；另一种则是冷矫正法，使用机械设备直接依靠较大的应力对变形部分进行矫正，操作时，必须严格控制所有设备的参数，避免矫枉过正。

4 结语

压力容器的质量在很大程度上会对我国化工行业的发展起到重要影响，想要提高我国化工行业整体水平，减少安全事故的发生，保障生产过程的安全性，节省生产成本、合理提高经济效益，并间接推动我国工业的整体进步与发展，就需要重视压力容器的制造过程，尤其是焊接工艺的选取与变形的控制和矫正，选取更加科学高效的方法完成焊接，提高产品最终质量，从根本上排除某些安全隐患[4]。