压力容器制造相关技术问题

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1、压力容器制造相关技术问题摘要：综述了压力容器近年来出现的焊接新技术、新工艺，在此基础上，针对焊接应力问题分别从焊接工艺与热处理着手，提出了具体的消除与减少焊接应力的措施。关键词：压力容器；焊接技术；焊接应力；热处理压力容器广泛用于石油、化工等行业，属于特种设备结构件，主要由各种钢质材料经焊接成形。压力容器焊接后，由于焊接时不均匀加热的温度场所造成的内应力达到材料屈服极限，使局部区域产生塑性变形，当温度回到原始的均匀状态以后，内应力仍然残留在结构中，造成结构焊缝区的残余应力。焊接残余应力的存在影响容器的可靠性和使用寿命。研究证明，容器一经

2、焊接，残余应力就不可避免地同时伴生，它的产生机理虽已被初步认识，但由于压力容器的外形尺寸、焊接工艺、施焊程序以及拘束大小的不同，残余应力的水平也大不一样，并且分布十分复杂，故需要确定合理的消除(或减少）焊接残余应力的对策，使压力容器在制造时，保证质量，经济合理；在役时,安全运行，杜绝安全事故。为消除或减少残余应力，国内外许多学者对此进行了有关研究，归纳起来，一方面是采用先进的焊接技术与合理的焊接工艺，另一方面是实施合适的热处理工艺。1.压力容器焊接新技术近年来，伴随着压力容器向大型化方向发展，国内外相继开发了相关的技术，特别是一些新材料

3、、新钢种的焊接技术得到越来越广泛的应用，同时在提高焊接质量方面，无论从工艺设备上还是焊接材料的研制方面，都取得了长足的进步。1.1厚壁壳体窄间隙埋弧焊技术随着电站锅炉和石化压力容器的大型化、高参数化，锅炉筒体和压力容器壳体的壁厚在不断增加，我国从80年代中期先后从国外引进了这一技术，并于近年自主发明了“双丝窄间隙埋弧焊”技术，已成功应用于大型压力容器(如：加氢反应器）的生产，有效解决了焊接效率与质量的矛盾。该技术的主要特点是：（1）能进行移动立柱式焊接作业，可完成各种直径的筒体纵、环缝的焊接操作；（2）可获得性能优良、致密性高的焊缝接头

4、；（3）采用带有侧壁光电跟踪和自动防偏的焊接转胎，能提供最佳焊接操作和产品焊接质量的可重复性；（4）为不等厚结构的压制筒体的加工制造提供了便利条件，且降低了制造成本。1.2接管自动焊接技术接管的自动焊接有两种情况：一种是接管与筒体的焊接；另一种是接管与封头的焊接，通常都采用接管插入的形式。（1）接管与筒体的自动焊接利用近年来开发的数控马鞍形埋弧自动焊接设备，实现用一台设备，三套程序，分别完成外马鞍、内马鞍和水平环焊缝的自动焊接。（2)接管与封头的自动焊接接管与封头的焊接有两种形式：向心接管的焊接和非向心接管的焊接.该技术的主要特点是：可

5、以实现焊前自动定心、自动寻位、自动定位，焊中自动跟踪，生产效率得到了大幅提高。1.3管道内壁堆焊接技术为提高化工和核电设备的抗腐蚀能力，接管内壁有时需要堆焊不锈钢耐蚀层。主要采用以下两种方法：（1）300弯管内壁堆焊弯管内壁堆焊采用沿圆周环向方式进行自动堆焊，工艺方法为填丝的钨极氩弧焊或弱压缩等离子弧焊。300弯管内壁自动堆焊机采用5轴协调运动，依据各自的数学模型，自动排列焊道。对应各轴运动的数学模型，以弯管的曲率半径r和内径d为参数，为保证焊接过程稳定运行，设备具有弧压自动跟踪系统和断点记忆、自动复位功能。（2）900弯管内壁堆焊弯管

6、内壁堆焊采用沿弯管母线纵向方式进行自动堆焊，工艺方法为熔化极气体保护焊(gmaw)。其主要特点是：工件安装在二维变位机上，工件旋转运动实现焊接过程；工件翻转运动，使每一条焊道处于平焊位置；900弯曲焊枪安装在三维导轨上，用于焊枪的自动变位。1.4新型激光复合焊接技术 钨极填丝氩弧焊广泛应用于压力容器的焊接，虽然焊接质量稳定，接头性能好，没有飞溅，但是存在效率低下等问题。为此，近年来，随着对焊接电弧物理的深入研究，采用了基于先进的全数字化精确控制技术的焊接电弧与激光进行复合焊接，焊接过程极为稳定，飞溅极少，成型美观圆滑。采用这种激光一精确

7、控制电弧的复合热源焊接方法与常规的自钨极填丝(冷丝)氩弧焊方法分别对304不锈钢(6mm)进行焊接接头力学性能对比试验。2.压力容器焊接应力消除方法2.1在设计上的措施在保证结构性能的前提下，按照jb1618-75的规定，尽量减少焊缝的长度、数量和截面尺寸。①当直径≤2200mm时，焊缝不能多于1条，直径＞2200mm时，不能多于2条，同时焊缝不能过于密集，又要避免交叉；②焊接时尽可能地降低接头刚度，选择刚性较小的接头形式；③采用反变形法，用翻边连接的方式替代插入管连接的方式，且尽量将平板少量翻边，以减少焊缝的约束，降低焊接应力。2.2

8、在焊接工艺上的措施在焊接重要结构钢或焊接高强度钢时，进行构件整体焊前预热，将构件加热到一定温度后再焊接。预热可以减小焊缝区金属和周围金属的温差，焊后又能够相对均匀地同时冷却，从而降低了焊接的内应力。焊接塑性