淺談壓力容器材料的選用

沈軍陸

【摘要】材料的選擇與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在化工壓力容器設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，材料性能的優(yōu)良和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的技術(shù)含量會對化工壓力容器作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生較大影響?；毫θ萜鞯牟牧线x擇與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)常出現(xiàn)的各種問題不利于化工壓力容器的正常運(yùn)作。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；制造過程；質(zhì)量；控制

引言：壓力容器屬于特種設(shè)備范圍，在其制造過程中對于相關(guān)工藝、技術(shù)的要求十分嚴(yán)格，所以，制造企業(yè)必須在加強(qiáng)先進(jìn)工藝、技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善現(xiàn)行的質(zhì)量控制體系，并且加強(qiáng)制造過程中的嚴(yán)格監(jiān)督和管理。

1、壓力容器的特點(diǎn)

壓力容器的專用材料對韌性、塑性、延性有著特殊要求，對屈強(qiáng)比也有一定限制。低合金鋼含有少量合金元素（如Mn、V、Mo、Nb等 ）的低碳結(jié)構(gòu)鋼，它不僅價(jià)廉、強(qiáng)度也比同等低碳鋼高得多，而且具有良好的焊接性能和一定的耐蝕性能。我國開發(fā)的這類鋼種較多，在國際市場上也頗有優(yōu)勢，今后還將繼續(xù)冶煉出新品種，特別是能防止低溫脆斷的耐低溫低合金鋼，以供用戶選用。

2、壓力容器的發(fā)展前景

2.1先進(jìn)制造技術(shù)理念的推廣普及

壓力容器制造單位必須持有國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的"壓力容器制造許可證"，并應(yīng)建立健全的質(zhì)量保證體系。以市場為導(dǎo)向，以系統(tǒng)觀念、工業(yè)工程為指導(dǎo)，以全面數(shù)字化技術(shù)為依托，合理使用先進(jìn)技術(shù)，精心組織經(jīng)營管理。

2.2新型壓力容器專用材料的試制選用

值得注意的是新世紀(jì)納米技術(shù)正在試制出輕質(zhì)、高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定的新型材料，甚至能自動(dòng)修復(fù)磨損或裂紋等缺陷的智能材料。選用這類材料進(jìn)行加工成形時(shí)，不再是傳統(tǒng)的"去材法"或"變形法"制造理念，而是運(yùn)用"增材法"制造理念，這樣既大大節(jié)省了原材料，降低了環(huán)境污染，又可使不同材料層起到不同的特殊功能。容器設(shè)計(jì)一般當(dāng)容器設(shè)計(jì)厚度大于12mm時(shí)，就應(yīng)該考慮選用復(fù)合材料的可能性。選用復(fù)合板作為壓力容器筒體材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性選用不同材料類型的復(fù)合板。

2.3容器制造采用機(jī)械切割時(shí)，復(fù)層朝上，并應(yīng)注意防止復(fù)層面的損傷

對厚度大于12以上的復(fù)合鋼板，可按設(shè)備裝備情況依次采用等離子切割氣割氧助溶劑切割。容器制作要求進(jìn)行預(yù)熱處理時(shí)，預(yù)熱按647的鋼制壓力容器焊接工藝規(guī)程及相關(guān)規(guī)定以基層材料為準(zhǔn)選擇預(yù)熱工藝。對耐晶間腐蝕要求較高的設(shè)備，如基層材料需熱處理，復(fù)層材料在基層材料熱處理后再進(jìn)行焊接。為保證復(fù)合鋼板不失去原有的綜合性能，焊接時(shí)基層和復(fù)層應(yīng)分別進(jìn)行，焊接工藝與相應(yīng)的材料焊接工藝近似。對基層和復(fù)層進(jìn)行切割和焊接時(shí)，為了防止飛濺及焊渣粘到復(fù)層材料面，影響材料的性能，應(yīng)在復(fù)層面涂以保護(hù)涂層。對于凸形封頭，設(shè)計(jì)圖樣上最好同時(shí)注明其允許的成形后最小厚度，以免生產(chǎn)單位選定毛坯鋼板的厚度時(shí)，也可以注明名義厚度中已包括百分之多少的沖壓成形減薄量，如蘭州石油機(jī)械研究所出的壓力容器圖紙就采取的這種標(biāo)注方法，給制造廠選材帶來了很大方便。

2.4提報(bào)材料采購計(jì)劃時(shí)的注意事項(xiàng)

因?yàn)殇摪?、鋼管、鍛件和螺柱等材料?biāo)準(zhǔn)上的交貨狀態(tài)（熱處理狀態(tài)）、沖擊試驗(yàn)要求和超聲檢測等內(nèi)容許多是需方要求時(shí)才保證或由供需雙方商定，所以采購這些材料時(shí)應(yīng)明確以上要求，不應(yīng)讓業(yè)務(wù)人員僅按其材料標(biāo)準(zhǔn)編號去采購。

3、材料的使用

奧氏體不銹鋼在制造過程中如受到嚴(yán)重的污染和磕碰劃傷，制成容器經(jīng)酸洗鈍化處理后采用藍(lán)點(diǎn)法檢查不容易通過；容器投入使用后在腐蝕介質(zhì)作用下，有可能產(chǎn)生局部腐蝕或應(yīng)力腐蝕，其后果非常嚴(yán)重。切割復(fù)合鋼板時(shí)應(yīng)防止損傷復(fù)層：用機(jī)械切割法時(shí)，基層放下面，復(fù)層放上面；用氧氣切割法和等離子切割法時(shí)，復(fù)層放下面，基層放上面。低溫壓力容器用焊接材料，應(yīng)選用與母材化學(xué)成分和機(jī)械性能相同或接近的材料。受壓元件或非受壓元件與受壓元件間的焊接，當(dāng)采用手工電弧焊時(shí)，應(yīng)選用低氫堿性焊條；當(dāng)采用埋弧焊時(shí)應(yīng)選用堿性或中性焊劑。鐵素體鋼之間的焊接，一般應(yīng)選用鐵素體型焊接材料（9%Ni鋼除外）。焊接接頭的低溫沖擊試驗(yàn)溫度以及焊縫金屬、熔合線、熱影響區(qū)的低溫沖擊功的要求，均應(yīng)與母材相同。鐵素體鋼之間的異種鋼焊接用焊接材料一般應(yīng)按韌性要求較高側(cè)的母材選用，而且焊接接頭抗拉強(qiáng)度不低于兩側(cè)母材中最低抗拉強(qiáng)度的較小值。

4、焊接質(zhì)量控制及管理措施

4.1焊接材料及管理措施

焊接材料的選用應(yīng)使焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材的限值，當(dāng)需要時(shí)，其他性能也不應(yīng)低于母材相應(yīng)要求。合適的焊接材料應(yīng)與合理的焊接工藝相配合，以保證焊接接頭性能在經(jīng)歷制造工藝過程后，還能滿足技術(shù)文件規(guī)定和服役要求。

并符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。使用單位應(yīng)根據(jù)質(zhì)量管理體系規(guī)定按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收或復(fù)驗(yàn)，合格后方準(zhǔn)進(jìn)入焊材庫。焊材庫應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接材料入庫、保管、烘干、發(fā)放和回收制度。

4.2焊工資格及管理措施

焊工操作水平對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與成本控制有極大的關(guān)系，因此可以說每一個(gè)合格的焊工都是公司的財(cái)富。壓力容器的焊接操作工須通過《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》取得特種設(shè)備焊接作業(yè)人員證，方可在壓力容器承壓類焊縫上施焊，并且所施焊的項(xiàng)目與其考試合格的項(xiàng)目相同。 壓力容器制造單位應(yīng)結(jié)合自身情況，制定焊工管理辦法，建立焊工焊接檔案。在產(chǎn)品焊接中確保焊工所施焊的項(xiàng)目與其考試合格的項(xiàng)目相同，不能出現(xiàn)沒有資格的焊工施焊的情況。合格的持證焊工按照焊接工藝文件的要求施焊，并且自覺遵守有關(guān)工藝規(guī)程或有關(guān)技術(shù)要求。對于在實(shí)際施焊中合格率不高的焊工應(yīng)取消其施焊資格，如經(jīng)再次培訓(xùn)考核，達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)后可從事承壓類焊縫施焊。

4.3焊接工藝及管理措施

焊接工藝評定通過對擬定的焊接工藝施焊試板進(jìn)行試驗(yàn)以驗(yàn)證該工藝所施焊的焊接接頭是否滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)。用于施焊壓力容器承壓類焊縫的焊接工藝須經(jīng)過焊接工藝評定，其參數(shù)是在合格的工藝評定范圍內(nèi)。焊接工藝人員應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件、技術(shù)要求和制造條件，依據(jù)評定合格的焊接工藝，從實(shí)際情況出發(fā)，按每個(gè)焊接接頭編制焊接工藝文件。因此，經(jīng)過焊接工藝評定合格的焊接工藝參數(shù)在施焊時(shí)必須嚴(yán)格遵守，不得隨意改變。 如果不按照焊接工藝文件的要求施焊，即使在無損檢測中沒有發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，其焊接接頭的力學(xué)性能的金相組織與力學(xué)性能也無法得到保證，對產(chǎn)品質(zhì)量具有潛在的危險(xiǎn)性。因此，壓力容器的施焊須有合格的焊工按照合格的焊接工藝文件要求進(jìn)行，才能得到符合要求的焊接接頭、保證焊接質(zhì)量。

4.4焊接設(shè)備及管理措施

焊接設(shè)備是完成焊接過程的必備設(shè)備，壓力容器制造單位應(yīng)根據(jù)自身情況配置焊接設(shè)備，并建立設(shè)備臺賬，對設(shè)備的狀態(tài)及保養(yǎng)做好記錄。工作狀態(tài)良好的焊接設(shè)備是順利完成焊接工作，保證焊接質(zhì)量的必要條件。焊接設(shè)備必須由專人管理，定期檢查維修，其電流表、電壓表應(yīng)工作正常，并在檢定期內(nèi)。

總結(jié)：壓力容器用材料的選擇必須要考慮到許多因素，應(yīng)選擇適合于工藝和機(jī)械兩方面要求的最經(jīng)濟(jì)的材料.選擇材料還要考慮符合我國資源情況。焊接材料的選擇和使用一直是壓力容器和焊接行業(yè)非常關(guān)注的問題，為保證壓力容器焊接質(zhì)量，必須正確選取焊材.選擇焊材時(shí)除根據(jù)工藝方法及冶金特點(diǎn)外，還應(yīng)掌握焊材選料的原則和做好焊前準(zhǔn)備等項(xiàng)工作.

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