淺析壓力容器制造的質量控制要點

劉建波

摘 要：壓力容器屬于特種承壓設備，制造單位需要取得特種設備制造許可資質。壓力容器安全性要求高，質量控制難度大，如何更好地提升壓力容器制造質量是我們重點關注的問題。本文從壓力容器制造過程中的幾項主要質量要素入手，圍繞《壓力容器》標準GB150展開，分析質量管理中重點關注的控制節(jié)點以及注意問題，以供參考。

關鍵詞：壓力容器;特種設備;制造;標準規(guī)范;質量要素;控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.058

0 前言

制造單位需要建立一套系統(tǒng)完善的質量管理體系，具備符合體系管理要求的設計能力、生產能力、質量管理能力等基本條件。制造過程要以主要控制點為脈絡，確保其生產制造的安全與質量。

1 壓力容器質量管理體系

1.1 國家法律、法規(guī)要求

質量體系的建立要以符合法律法規(guī)、相關技術規(guī)范和標準為基礎。

1.2 人員要求

質量管理體系中人員是第一要素，公司法定代表人對特種設備安全負責，要按照質量管理文件要求，安排質量控制系統(tǒng)的質量保證工程師及相關責任人員，質量管理人員在體系運行中獨立行使其在管理體系中權限與職責，在質量保證工程師統(tǒng)一領導下，協(xié)調各相關工作接口，有效有序開展質量管理工作。

1.3 技術、生產能力及質量管理能力

壓力容器設計需要取得壓力容器設計許可證書，設計單位及設計負責人要對設計質量負責;生產設備需要符合相關規(guī)范要求的制造加工能力;質量管理系統(tǒng)、控制環(huán)節(jié)、控制點要設置合理。

1.4 壓力容器文件控制

文件管理是壓力容器質量管理的重要環(huán)節(jié)。包括體系文件和記錄文件。體系文件主要包括《質量管理手冊》和《程序文件》，它們是整個質量管理中的綱領性文件，指導管理體系正常運行;記錄文件需要詳細記錄控制系統(tǒng)、控制環(huán)節(jié)及控制點的控制范圍、內容，記錄必須詳細真實。

2 壓力容器在制造過程中的主要質量要素

2.1 質量計劃

產品制造之前，制造單位要根據(jù)產品標準、設計文件要求及特種設備安全技術規(guī)程要求制定產品質量計劃。質量計劃應當明確容器本體及受壓元件、部件的制造工藝控制節(jié)點、質量控制要求及需要進行的檢驗項目，為產品制造和質量控制起到指導作用。

2.2 材料控制

（1）采購部門要按照體系要求對供應商進行合格供方評價，并根據(jù)其業(yè)績進行考評，建立合格供方檔案，材料采購優(yōu)先選擇優(yōu)質客戶進行采購;

（2）材料按照設計采購計劃進行，入廠材料按照《程序文件》要求進行檢驗，合格材料進行材料標記移植，材料責任人要對材料進行建檔。必要時，要按照規(guī)范要求進行材料復驗，復驗合格方可使用。對有材料代用要求的，相關部門需要提交材料代用申請，需經(jīng)質保工程師審批。材料下料前要先對材料標記進行移植，確保材料可以追蹤。

2.3 工藝控制

（1）筒體成型。a. 筒體焊接接頭的對口錯邊量需要嚴格控制，這是焊接質量的根本保證。以Q345B厚度為16mm鋼板制作的筒體為例，其A類焊縫的對接錯邊量要求≤3mm;B類焊縫的對口錯邊量要求≤1/4δs，也就是≤4mm。b. 筒體卷筒過程中，焊接接頭的環(huán)向、軸向所形成的的棱角度相當重要，也是卷筒工序的關鍵環(huán)節(jié)。 需要有效控制卷筒過程中預留的壓頭尺寸，通過二次校圓進行調節(jié)，使得筒節(jié)的棱角度控制在標準范圍之內。檢查棱角度需要制作弦長=Di/6，且≥300mm的內弧樣板（或外弧樣板），棱角度E≤（δs/10+2）mm且≤5mm，按照厚度δs =16mm鋼板計算，E≤3.6mm為合格。c. 筒體組焊完成后的圓度控制（針對內壓容器）。容器組焊完成后，需要檢查筒體的圓度。通過檢驗筒體的內徑尺寸，計算最大內徑與最小內徑之差。對于碳素結構鋼而言，圓度（Dmax-Dmin）≤1%Di（筒節(jié)該斷面內徑），按照筒體內徑2000mm計算，圓度（Dmax-Dmin）≤20mm為合格。

（2）筒體組對。a. 直線度控制。首先筒體組對直線度要符合圖紙要求，另外，筒體直線度的允許偏差應≤筒體長度（L）的1‰;對于直立容器而言，其筒體直線度應≤（0.5L/1000）+15mm，按照筒節(jié)長度20米計算，直線度≤25mm為合格。直線度的檢查應該從筒節(jié)斷面的水平與垂直平分線的中心四個位置進行測量，測量位置要離開縱向接頭焊縫中心線至少100mm的距離，確保測量數(shù)據(jù)的準確性和代表性。b. 焊接接頭控制。 筒體組裝時，不宜采用十字焊縫，這種焊縫方式在設計之初就應該予以避免;相鄰筒節(jié)之間的A類接頭應錯位，其在筒節(jié)外表面上的弧長長度應大于筒體母材厚度的3倍，并且≥100mm（如果母材厚度為16mm，那相鄰筒節(jié)的縱縫在外圓弧上的距離應選擇≥100mm的最低要求）;所有的筒體中，單個筒節(jié)長度不得小于300mm。

2.4 焊接質量控制

（1）焊接工藝。壓力容器施焊之前，受壓元件焊縫、與受壓元件組焊的焊縫、熔入永久焊縫內的定位焊縫、受壓元件母材表面堆焊與補焊，以及這些焊縫的返修焊縫都應進行焊接工藝評定，只有經(jīng)過評定合格的焊接工藝支持，才進行施焊。焊接工藝評定技術檔案需要妥善保管，直至該工藝評定失效為止，工藝評定試樣保存期限不少于5年。

（2）組焊。a. 焊前對焊道進行清理，焊道兩側至少20mm范圍內去除氧化皮、油污、熔渣及其它雜質;b. 有坡口要求的焊縫，坡口表面不得有裂紋、分層、夾雜等缺陷。對于抗拉強度≥540MPa的低合金鋼及Cr-Mo低合金鋼經(jīng)熱切割后的坡口表面，坡口制備完成后應進行磁粉檢測;c. 全熔透焊縫需要根據(jù)相關技術要求和工藝文件規(guī)定定位組件，保證組焊間隙，確保熔透效果;d. 焊接材料應保持干燥，施焊環(huán)境需要滿足規(guī)范規(guī)定的風速、濕度、溫度等環(huán)境因素要求。當焊件溫度低于0℃時，應對焊件進行預熱處理。

（3）焊縫外觀控制。a.焊縫余高控制。壓力容器A、B類焊縫，焊縫余高e1、e2要滿足標準GB150要求，焊縫高度不得低于母材高度。例如：筒體母材Q235B采用單面坡口的筒體，需要滿足A類焊縫余高e1≤0%～15%δs;B類焊縫e2≤1.5mm。b.焊縫咬邊。咬邊缺陷是危害焊縫質量的重要因素，所以標準中對咬邊的控制相對較嚴格。在日常產品質量檢驗中應當高度重視。對于Rm≥540MPa及Cr-Mo低合金鋼制造的容器及不銹鋼容器、低溫容器等標準要求的特殊容器，咬邊的缺陷是不允許存在的;對于其它容器，焊縫表面的咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊連續(xù)長度不得大于100mm，并且焊縫兩側咬邊長度總長不得超過該焊縫長度的10%。c. 焊縫其它外觀要求。焊縫表面

應按照相關標準進行外觀檢查，不允許有表面裂紋、未焊透、未熔合、表面氣孔、弧坑、未填滿、夾渣等缺陷;焊縫與母材應圓滑過渡，角焊縫應凹形圓滑過渡，減小應力集中。必要時，需要配合表面無損檢測進行進一步檢查。

2.5 熱處理及無損檢測

熱處理。壓力容器熱處理主要包括成形受壓原件的恢復性能熱處理、改善性能熱處理和焊后熱處理。a. 受壓元件在經(jīng)過冷成型或溫成形加工后，其變形會存在較大的殘余應力，在一定條件下，根據(jù)標準規(guī)范或設計要求，需要對部件進行恢復性能熱處理。如封頭成形前厚度大于16mm，封頭加工成型后需要根據(jù)規(guī)范要求進行熱處理。b. 容器焊后及改善性能熱處理需要根據(jù)技術規(guī)范要求和材料性能，制定合理的工藝文件。c. 產品焊接試板應與容器（或受壓元件）一起進行隨爐熱處理，以獲得與本體相同的力學性能試驗參數(shù)。

2.6 無損檢測

無損檢測方法主要包括射線、超聲、著色、磁粉等檢測方法。壓力容器的無損檢測在標準規(guī)范中都已明確敘述，作為質量控制的關鍵要素，為產品的質量控制提供了有效的數(shù)據(jù)記錄和依據(jù)。無損檢測人員需要依據(jù)相關規(guī)范標準、技術要求嚴格執(zhí)行，以提供真實可靠的數(shù)據(jù)作為參考，更好地進行質量管控。無損檢測的檢測檔案需要完整保存，保存年限不得少于容器的設計使用年限，以備查閱。

2.7 耐壓試驗

容器的耐壓試驗是檢驗產品是否泄漏的關鍵工序。耐壓試驗和泄漏試驗需要采用兩件量程相同的、并經(jīng)檢定合格的壓力表進行測量，壓力表建議放置于容器頂部和底部各一塊，確保壓力試驗數(shù)據(jù)的準確。壓力表的精度不得低于1.6級，表盤直徑不得小于100mm，壓力表的量程應為1.5～3倍的試驗壓力，最好選用2倍。對于特殊材料如Q345R，液壓試驗溫度不得低于5攝氏度，其它材料的試驗溫度要依據(jù)相關標準規(guī)范進行。

液壓試驗和氣壓試驗的程序和步驟要按規(guī)范進行，緊固部件要裝配齊全妥當，保證操作的安全性。不允許帶壓進行泄漏位置的修補和緊固。

合格標準為容器無泄漏，無可見變形和異常聲響。氣液組合試驗，要先檢查有無液體泄漏再進行肥皂液等檢漏液檢查，無漏氣為合格。

泄漏試驗要在耐壓試驗完成后進行。泄漏試驗主要包括氣密性、氨氣檢漏等試驗，主要是對焊接接頭和連接部位進行泄漏檢查，小型容器可放入水中檢查。

3 結語

綜上所述，壓力容器涉及到社會及人身安全，其質量控制意義重大，深度理解相關標準規(guī)范，才能更好地進行制造過程質量控制，有效預防質量事故的發(fā)生。

壓力容器技術規(guī)范繁多，未能面面俱到，略析重點，望所述對讀者有借鑒意義。

參考文獻：

[1]壽比南，陳鋼等.《壓力容器》GB 150-2011[S].中國國家標準化管理委員會發(fā)布.