壓力容器制造質(zhì)量的控制

通訊作者：嚴(yán)為箭，1970年3月，男，漢族，江西萍鄉(xiāng)人。現(xiàn)就職于伊泰新疆能源有限公司，中級(jí)工程師，本科。研究方向：設(shè)備制造，維修及管理。

摘要：壓力容器是很多工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的必要設(shè)施。壓力容器制造涉及很多環(huán)節(jié)，如，材料、機(jī)械加工和焊接等。壓力容器工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，因此就需要做好質(zhì)量控制工作，從而可以降低由于質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致發(fā)生安全事故的頻率。文章對(duì)制造壓力容器中比較常見的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并提出了處理這些質(zhì)量問(wèn)題的策略，希望可以為提升壓力容器制造品質(zhì)提供幫助。

關(guān)鍵詞：壓力容器;質(zhì)量問(wèn)題;處理策略

一、前言

壓力容器中的介質(zhì)屬性常為腐蝕性、有毒、易燃成易爆。若壓力容器發(fā)生事故，可能危及人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，且對(duì)環(huán)境造成污染。因此，必須控制壓力容器的制造質(zhì)量，使其符合設(shè)計(jì)要求，確保使用安全。壓力容器性能包括原材料的性能和焊接接頭的性能。合格的材料是壓力容器制造質(zhì)量的基礎(chǔ)。因而，在招投標(biāo)階段，要明確主要材料的性能，尤其是特殊用途的材料，例如高強(qiáng)度、耐高溫、耐低溫或耐腐蝕等用鋼，必須充分了解鋼廠提供的材料技術(shù)文件[1]。材料的化學(xué)成分、金相組織、晶粒度，材料性能以及采取的熱處理措施等均為編制投標(biāo)書的基礎(chǔ)資料。在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按國(guó)家頒布的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、規(guī)程等、執(zhí)行焊接工藝、制造工藝、熱處理工藝等技術(shù)性工藝文件;貫徹落實(shí)企業(yè)制度、質(zhì)量保證體系等管理性文件，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

二、壓力容器的制造要求

壓力容器在我國(guó)的生產(chǎn)和生活過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，因此，對(duì)于壓力容器的制造過(guò)程，我國(guó)也有著較為嚴(yán)格的制造要求，以此來(lái)保證壓力容器制造和使用的安全性，降低安全事故的發(fā)生率。具體要求如下：第一，壓力容器在實(shí)際的制造過(guò)程中，制造人員需要保證壓力容器的內(nèi)部承受性，保證其承受強(qiáng)度，從而在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，可以保持安全穩(wěn)定的使用狀態(tài);第二，制造人員需要保證壓力容器的密閉性能，防止容器內(nèi)的毒氣或物質(zhì)外溢;第三，制造人員還需要合理控制壓力容器的外力作用，避免其受到外力作用的影響，出現(xiàn)外形的改變，影響其使用壽命?？偠灾谶M(jìn)行壓力容器制造時(shí)，制造人員需要綜合考慮各個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)壓力容器的制造、安裝和維護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力容器制造質(zhì)量的有效控制。

三、壓力容器概念及制造特性

（一）品種結(jié)構(gòu)存在復(fù)雜性

壓力容器的應(yīng)用范圍十分廣泛，化工、軍事和航天領(lǐng)域都需要應(yīng)用壓力容器，而且不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)毫θ萜鞯囊笠彩遣煌?，針?duì)這種情況，制造企業(yè)就要對(duì)壓力容器品種進(jìn)行豐富，從而可以滿足不同領(lǐng)域的使用需求。為了更好地滿足不同領(lǐng)域用戶的實(shí)際需求，制造企業(yè)還需要對(duì)壓力容器參數(shù)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜化，這樣即使壓力容器的類型相同，在參數(shù)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面也會(huì)存在一定差異[2]。

（二）設(shè)計(jì)的專業(yè)性較強(qiáng)

壓力容器和其他的工業(yè)設(shè)備相比較，專業(yè)性更強(qiáng)，且從本質(zhì)上來(lái)講也被歸類為特種設(shè)備。這就導(dǎo)致壓力容器設(shè)備在實(shí)際的制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)的專業(yè)性更強(qiáng)，且難度系數(shù)也更高，需要工作人員綜合考慮壓力容器的各項(xiàng)性能以及實(shí)際的使用效果等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。

（三）有著很高的安全要求

壓力容器一般都會(huì)應(yīng)用在具有強(qiáng)烈腐蝕性的工作環(huán)境，或是高溫、高壓環(huán)境，而且壓力容器盛裝介質(zhì)的毒性和腐蝕性也比較強(qiáng)烈，基于此，制造企業(yè)進(jìn)行壓力容器制作時(shí)就需要重點(diǎn)關(guān)注使用材料質(zhì)量和制作質(zhì)量，并嚴(yán)格檢測(cè)容器安全性，確保容器在惡劣工作環(huán)境中保持安全。為此，從設(shè)計(jì)壓力容器開始一直到制造完成都需要嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求[3]。另外，還要積極更新制造工藝、不斷引進(jìn)先進(jìn)的制造技術(shù)和工藝，以此來(lái)增強(qiáng)壓力容器安全性。同時(shí)還需要根據(jù)壓力容器安全標(biāo)準(zhǔn)要求科學(xué)合理地選擇制造材料和技術(shù)，避免因?yàn)槊つ康膽?yīng)用新技術(shù)和材料而導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

四、壓力容器制造中存在的質(zhì)量問(wèn)題

（一）制造過(guò)程出現(xiàn)變形現(xiàn)象

很多壓力容器制造過(guò)程中都會(huì)發(fā)生變形問(wèn)題，變形現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)大大降低壓力容器質(zhì)量，而且還可能導(dǎo)致制造過(guò)程出現(xiàn)安全隱患。通過(guò)對(duì)制造中發(fā)生變形現(xiàn)象的原因進(jìn)行探索和總結(jié)發(fā)現(xiàn)，很多因素都可能導(dǎo)致發(fā)生變形問(wèn)題，如，如果壓力容器有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且部件有著很多焊縫，當(dāng)應(yīng)力比較集中時(shí)，容器經(jīng)過(guò)焊接后就會(huì)出現(xiàn)變形，另外，強(qiáng)力對(duì)接受壓元件時(shí)，也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)變形問(wèn)題。

（二）無(wú)損檢測(cè)存在缺陷

無(wú)損檢測(cè)的主要目的就是為了對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，制造企業(yè)通常會(huì)在符合標(biāo)準(zhǔn)要求和產(chǎn)品材質(zhì)的基礎(chǔ)上對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行合理選擇。壓力容器制造過(guò)程中比較常用的一種檢測(cè)方法就是射線檢測(cè)，但是這種檢測(cè)方法存在很多突出問(wèn)題，如，很多企業(yè)沒(méi)有和曝光曲線相符的制作工藝，還有的企業(yè)沒(méi)有和曝光曲線相符的射線底片，或是射線底片數(shù)量和曝光曲線條數(shù)不一致，也沒(méi)有配置相應(yīng)的階梯試塊。有些檢測(cè)人員進(jìn)行小徑管雙臂雙影橢圓成像操作時(shí)，沒(méi)有對(duì)射線機(jī)水平偏移距離進(jìn)行計(jì)算，這樣就會(huì)導(dǎo)致焊縫影像出現(xiàn)內(nèi)圓缺少間距、影像沒(méi)有分開、缺陷位置不能準(zhǔn)確判斷等問(wèn)題。還有一些檢測(cè)人員檢測(cè)射線時(shí)，為了提高檢測(cè)效率，就會(huì)在暗袋上固定搭接標(biāo)記，從而導(dǎo)致局部檢測(cè)過(guò)程出現(xiàn)遺漏未檢必須檢測(cè)焊縫的問(wèn)題。如，焊接接頭處于補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)件時(shí)就需要進(jìn)行100%檢測(cè)[4]。

（三）焊接過(guò)程不夠規(guī)范

焊接是制造壓力容器的必須工序，也是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。焊接工作工藝技術(shù)水平能夠嚴(yán)重影響壓力容器質(zhì)量，如果焊接人員沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范的焊接操作工序進(jìn)行焊接，或是焊接時(shí)沒(méi)有準(zhǔn)確控制電流大小，都會(huì)導(dǎo)致焊接部位的安全隱患升高，承受強(qiáng)度的能力降低，這樣就會(huì)在腐蝕性工作環(huán)境中受到腐蝕，在高壓工作環(huán)境中發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重的安全事故。

五、壓力容器制造過(guò)程質(zhì)量?jī)?yōu)化策略

（一）焊接質(zhì)量控制

元件、零部件主要通過(guò)焊接連接成容器，因此焊接的工作量較大。焊接時(shí)產(chǎn)生的過(guò)熱區(qū)會(huì)影響焊接接頭的性能，從而影響壓力容器性能，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到壓力容器的運(yùn)行周期。因此，焊接是壓力容器制造質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序。

技術(shù)人員應(yīng)遵照國(guó)家頒布實(shí)施的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，選擇與母材相匹配的焊材，并進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，控制焊接線能量，降低過(guò)熱區(qū)對(duì)焊接接頭性能的影響，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。

材料應(yīng)力應(yīng)變常發(fā)生在焊接全過(guò)程中，優(yōu)秀的焊接技術(shù)人員還必須具有預(yù)防產(chǎn)品焊接變形的能力和經(jīng)驗(yàn)。必要時(shí)，按照不同材質(zhì)、厚度、曲率的元件，不同焊接結(jié)構(gòu)等進(jìn)行焊接試驗(yàn)，或者進(jìn)行有限元分析等。預(yù)防產(chǎn)品焊接變形的措施包括確定每個(gè)元件、零部件和整個(gè)容器中焊接接頭的焊接順序，預(yù)防措施均應(yīng)寫入焊接作業(yè)指導(dǎo)書中。

焊接人員需通過(guò)培訓(xùn)，并嚴(yán)格按照焊接作業(yè)指導(dǎo)書施焊。既要降低焊接應(yīng)力、減少元件變形，又要降低焊接熱影響區(qū)對(duì)材料性的影響。焊接人員也要有預(yù)防焊接變形的意識(shí)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，既要確保焊接接頭性能的合格，又要降低焊接變形量。

為了減少元件焊接變形，在確保材料焊接性能合格的前提下，盡可能采用較小的線能量施焊之外，常用減小焊接變形的方法包括對(duì)稱施焊法、分段退焊法、間隔接頭施焊法、預(yù)留余量法，反變形法、剛性固定法、預(yù)熱焊接法、焊后熱處理法及其組合方法。

（二）對(duì)原材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)

制造和使用壓力容器都對(duì)安全性有著很高要求，因此制造企業(yè)必須對(duì)原材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。進(jìn)行原材料選型時(shí)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：第一，沒(méi)有對(duì)原材料化學(xué)成分進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，例如，有些企業(yè)在沒(méi)有獲得生產(chǎn)許可的情況下，就將低合金鋼私下替換為了碳鋼，使用碳鋼雖然能夠降低成本，而且在機(jī)械性能方面和低合金鋼沒(méi)有太大差距，但是焊接性能，耐溫性和抗腐蝕性都與設(shè)計(jì)原材料存在較大差異，存在較大的安全隱患，因此選用材料的化學(xué)成分一定要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，選擇這樣的材料制造壓力容器才能在低溫，高溫、高壓和高腐蝕環(huán)境中保證在設(shè)計(jì)工況下材料強(qiáng)度不受影響，保持壓力容器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。第二，沒(méi)有對(duì)進(jìn)廠待加工的原材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)抽檢，而原材料本身存在制造缺陷，造成設(shè)備本身存在缺陷。第三，沒(méi)有合理設(shè)計(jì)壓力容器壁厚，有些企業(yè)為了提高壓力容器安全性，就會(huì)對(duì)壓力容器壁厚進(jìn)行私自增加，這樣不僅會(huì)浪費(fèi)材料，還會(huì)增加制造成本，而且還會(huì)給焊接加工工作人員增加工作負(fù)擔(dān)，例如，有些企業(yè)采用比較厚的材料制作膨脹節(jié)和波紋管，致使壓力容器剛性和設(shè)計(jì)要求不相符，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致壓力容器使用中出現(xiàn)安全問(wèn)題?；诖?，當(dāng)原材料進(jìn)貨時(shí)，就要從化學(xué)成分、力學(xué)性能和供應(yīng)商等方面做好質(zhì)量檢測(cè)工作，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行原材料選用，防止由于原材料質(zhì)量不合格而導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題[6]。另外，還要對(duì)壓力容器進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)計(jì)算，不僅要確保壓力容器強(qiáng)度，還要對(duì)產(chǎn)品壁厚進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而可以對(duì)產(chǎn)品重量進(jìn)行減輕，能夠在確保質(zhì)量的同時(shí)還能對(duì)制造、焊接和安裝成本進(jìn)行降低，使得企業(yè)能夠獲得更高的經(jīng)濟(jì)收益。

（三）下料質(zhì)量控制

常用的下料方法有機(jī)械剪切、機(jī)械加工、火焰切割、等離子切割等。各種方法的下料溫度差別很大，對(duì)下料尺寸的影響程度也不同。因此，應(yīng)當(dāng)按照材料性能，采用相應(yīng)的下料方法，保持材料性能、減少變形量。

制造工藝應(yīng)當(dāng)考慮元件在下料、成形、組裝、焊接、熱處理等過(guò)程中產(chǎn)生的尺寸變化，還要考慮到相互匹配元件的偏差要求，再進(jìn)行劃線、下料、加工。有的拼焊元件需要進(jìn)行兩次下料，有的元件應(yīng)適當(dāng)增加設(shè)計(jì)厚度，有的元件應(yīng)縮小或加大展開尺寸，有的元件需按正偏差控制，有的元件應(yīng)按負(fù)偏差加工。鉻鉬鋼材料的焊接坡口宜采用機(jī)械加工。倘若裝備能力不足，采用火焰方法切割坡口，那么過(guò)熱層必須打磨清除，并進(jìn)行著色檢查。

六、結(jié)語(yǔ)

壓力容器制造過(guò)程存在很多質(zhì)量問(wèn)題，這些質(zhì)量問(wèn)題的存在嚴(yán)重影響了壓力容器質(zhì)量和工業(yè)安全生產(chǎn)，基于此，就需要對(duì)制造過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行深入挖掘和總結(jié)分析，并制定處理質(zhì)量問(wèn)題的對(duì)策，通過(guò)對(duì)原材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)、對(duì)下料質(zhì)量控制，對(duì)焊接質(zhì)量控制等來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高壓力容器制造質(zhì)量的目的。

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