压力容器设计中的热处理

压力容器设计中的热处理

吕杰

浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310000

摘要：近几年，压力容器制造发展速度越来越快，但是，在制造的过程中还存在很多问题。这些问题都会直接影响工业的产生，因此需要对经常出现的问题进行考虑和分析，并根据结合制造中出现的实际问题去找到合理的解决方案。

关键词：压力容器；设计；热处理

引言

随着化工工艺的规模发展，许多大型化工设备应运而生。其装置的大型化对制造企业的装备制造能力、现场组对能力以及地方道路运输能力提出了严峻考验。如何保证超大型设备的制造质量，制造企业需明确设备的制造难点，宏观掌握企业的制造能力和现场加工制造能力，结合地方道路运输能力限制，合理划分工作界面，制定合理的制造技术方案，最终达到理想的产品质量。

1压力容器的主要特征分析

压力容器是一种应用比较广泛的设备，对我国的整体经济发展有着重要的作用。压力容器的构造比较特别，人们对压力容器使用安装和制造工艺要求比较高。压力容器具有一定的强制性和标准型。压力容器的工作环境相对比较复杂，大多数压力容器都在一些高压真空的环境下进行作业，其承装的介质都是剧毒和易融易爆物质，所以在制造中需要注重压力容易的承重力和耐腐蚀性。再者是压力容器的结构和参数比较多样化。

2压力容器热处理原理

现阶段，热处理一般是通过一定的介质将压力容器复合材料或者金属工件加热到一定的温度，维持一段时间后再进行冷却。与机械制造中的其他工艺比较，热处理技术不改变压力容器的化学组分和形状，只需改变压力容器材料组织形态，就能在一定程度上使材料的性能改变优化，进一步提高容器的安全系数。压力容器的热处理过程为加热——保温——冷却，这个过程是不可间断和互不衔接的。其中，最为重要的工序是加热。加热的方法有许多种，想要保证热处理的最优效果和质量，必须有效控制和选择合适的温度。复合材料或金属材料不同，所需要加热的温度也不同。通常情况是压力容器加热到能够获得高温组织的相变温度。

3压力容器制造中的热处理

3.12仿形锻造开坯

将化学成分检验合格的钢锭送锻压车间装炉加热，升温过程采取阶段式加热，并有足够的保温时间。锻件经加热后出炉送至油压机上进行锻造时，首先对钢锭进行倒棱、滚圆、热剁水口冒口工序，充足的切除量确保锻件夹杂物少、无缩孔及严重偏析等缺陷；然后经过镦粗、拔长工序；再经镦粗后冲孔，进一步去除钢锭心部疏松区域，最后通过异形马杠完成锻件仿形扩孔工序，整个锻造开坯过程结束。

3.2对原材料质量进行把关

在制造中，制造企业需要对原材料的质量进行严格的把关。在选择原材料中还存在以下几个问题：（1）没有对原材料当中的化学成分进行把关，在制造过程中制造企业随意更换制造材料。（2）压力容器的厚度设计不合理，在制造中随意地增加边缘部分的厚度。并且，造成压力容器变形的原因就是原材料准备不规范，其主要原因就是在运输中可能出现了运输问题以及原材料零件的尺寸错误等。虽然，我国对原材料的准备阶段没有什么技术性要求，但是，材料问题会对生产流程产生一定的影响，导致压力容器在制造环节当中可能出现很多问题。因此，再制造当中需要注重原材料质量把关，提高压力容器质量。压力容器主要生产材料就是钢材，在对原料进行加工和处理前需要对原材料的化学成分进行检验，避免原材料在运输中会受到外力的影响。在检查中如果发现有不合格的材料需要直接摒弃或者是对材料进行矫正，保证压力容器质量。在切割的过程中，如果切割人员操作不得当就会出现尺寸偏差的情况。除此之外，在切割中如果温度比较高容易导致出现弧度边。所以在切割中需要注重切割技巧和切割温度，对于不同的材料选择不同的切割方法

3.3仿形轧制

仿形开坯后的锻件回炉加热并保证有足够的保温时间，将加热保温后的锻件出炉转运至径轴向辗环机上进行仿形截面的轧制工序；根据过渡段的异形截面设计了芯辊模具，使轧制后的截面形状和尺寸与成品尺寸相似，轧制完成后将锻件转运到料区空冷至室温，然后进行正火热处理工序。

3.3焊接后的压力容器热处理

为了清除残余应力，经过焊接后的压力容器必须进行热处理。热处理的处理方式可以分为分段、局部和整体三种类型。当条件允许的时候，优先选择在炉内进行整体加热的方式。如果条件不允许，可以选择分段的方式，但是为了预防材料组织性能受到温度梯度的影响，必须将重复加热的长度控制在1.5m，并且对相邻的位置实施一定的保温措施。B至E类接头可以使用局部的热处理方式，为了预防有害变形的问题，可以适当将加热的范围扩大，同时，温度梯度也要注意控制。

3.4容器焊接中变形问题的解决策略

在焊接的过程中如果没有控制好电流或者是焊接技术选择错误，很容易出现压力容器变形的情况出现。压力容器焊接的过程中是整个制造的高温过程，会对容器材料和后期的成品造成一定的影响，所以在焊接之前需要规划好设计工艺。在焊接的过程中，还需要注重焊接顺序和焊接方式等因素。对于体积比较大的压力容易可以先把主体组装起来，在对其他部位进行焊接。在焊接中还需要注重受热均匀，当徐亚多种焊接的情况下，需要适当地在焊接部分留取相应的位置，避免焊接后出现收缩变形的问题出现。这些都要求着焊接人员需要具有一定的焊接技能和预判能力。在焊接中，需要根据自身的工作经验进行焊接，保证压力容易的安全性和可靠性。

3.5锻件性能热处理

锻件的性能热处理采用淬火+高温回火工艺，淬火采用水冷工艺，高温回火后采用空冷。锻件热处理过程中，锻件上下端面0°与180°的位置各放置一只热电偶，用来精确监控锻件在实际加热过程中的升温情况，保证其在要求范围内。

3.6上封头组件

1）将上封头和相邻筒体组焊后组件封头朝上竖直放置，沿封头外表面拉线至少12条，找出封头正顶上中心，做好标记。并按管口方位图对管口进行划线。2）采用马鞍割开孔，保证开孔质量。3）筒体卧式放置，将带孔环板置于筒体内侧，通过原先标记的管口方位线，使环板上管口与封头上管孔一一对应。在外圈孔中找4个管孔（均布于外圈），利用管外径与管孔内径相同的钢管贯穿封头和环板孔，以保证封头孔和环板孔同轴。通过测量环板边缘至筒体端部之间的距离，调整环板水平度，四周采用不锈钢筋固定。带孔环板两面应机加工成型保证平面度，按管口方位图上过滤器口位置加工对应管孔，并标记方位线和管口符号，如图3所示。4）接管组对。将筒体封头组件封头朝上竖直放置。接管法兰组件插入对应的管孔后，通过调整接管法兰两端管孔中心及对应的环板管孔中线在一条直线上，来调整接管与管孔的组对间隙。通过测量接管法兰密封面至封头表面四周的距离调整接管伸出长度，及法兰面的水平度。四周点焊。5）插入法兰盖定位管工装，贯穿接管和环板孔，把紧法兰盖，4个螺栓均布。采用筋板固定接管。6）为保证焊接质量，同时最大限度减小焊接应力对制造质量的影响。接管采用对称组对，采用多名焊工同时对称焊接，每4个接管焊接完成后，通过水平仪测试法兰密封面的水平度。先组对焊接内圈接管、再组对焊接外圈接管。

结束语

大直径压力容器封头虽然在热处理过程中发生了变形，但是通过认真分析变形原因并制定有效措施，最终使封头变形问题得到了圆满解决；本工艺方法的研究及应用，切实解决了封头变形问题，为以后相似问题的处理提供了宝贵经验。

参考文献

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