淺析壓力容器凸形封頭制造質量的管控

張文杰

（運城市綜合檢驗檢測中心，山西運城 044000）

0 引言

凸形封頭在工業(yè)設備，尤其是鍋爐、壓力容器、壓力管道上作為承壓部件被廣泛使用。近年來，隨著鍋爐、壓力容器、壓力管道型式的多樣化，制造業(yè)技術的進步和科技的發(fā)展，凸形封頭被越來越多地采納和應用。雖然傳統(tǒng)的凸形封頭制造工藝在不斷提高，檢驗檢測方法也在不斷完善，但是鍋爐、壓力容器朝著大型化、高參數(shù)方向發(fā)展，對其配套產(chǎn)品——凸形封頭提出了更高的要求。

1 設計要求

凸形封頭制造質量受到各鍋爐、壓力容器、壓力管道制造單位和國家市場監(jiān)督管理部門的重視，為貫徹國家有關法規(guī)、標準做了大量工作，使鍋爐、壓力容器、壓力管道產(chǎn)品的安全性能有了顯著提高。隨著我國材料性能、加工裝備、檢測技術的大幅提升，國家監(jiān)管部門相繼出臺了關于凸形封頭制造的相關規(guī)程和通知文件。對于國家監(jiān)管的壓力容器，GB 150—2011《壓力容器》中的通則要求、材料、設計、制造、檢驗和驗收專篇中均做了明確要求。

凸形封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭等，如圖1、圖2、圖3 所示，其中橢圓形封頭的應用最為廣泛。橢圓形封頭一般采用長短軸比值為2 的標準型，即Di/2hi=2，其中，Di為封頭內(nèi)徑，hi為封頭內(nèi)曲面深度，δh為封頭計算厚度，Ri為碟形封頭球面部分內(nèi)半徑或球冠形封頭內(nèi)半徑，r 為碟形封頭過渡段轉角內(nèi)半徑。運城市綜合檢驗檢測中心作為特種設備監(jiān)督檢驗部門，在監(jiān)督檢驗過程中發(fā)現(xiàn)某些凸形封頭制造單位生產(chǎn)的鍋爐、壓力容器、壓力管道封頭的安全質量尚存在一些問題。

圖1 橢圓形封頭

圖2 碟形封頭

圖3 球冠形封頭

2 主要問題

2.1 材料問題

經(jīng)濟繁榮與科技的發(fā)展使金屬材料的性能質量有了質的飛躍，大型、正規(guī)的金屬材料生產(chǎn)單位對材料的生產(chǎn)有嚴格的把控，但一些小規(guī)模金屬材料生產(chǎn)單位的產(chǎn)品質量不高，再加上物流配送、銷售單位的管理錯位，導致生產(chǎn)廠提供的材料質量證明書流轉混亂，鋼板批號、爐號模糊不清，銷售單位的經(jīng)手人簽字流于形式，導致封頭制造單位對材料的標記移植名不符實，提供給用戶的材料質量證明與實際所用材料不相符合，或者采取幾批材料同用一份證明，欺騙用戶。其次，由于生產(chǎn)方式發(fā)生了變化，很多封頭用戶直接提供材料給封頭制造單位，即來料加工，封頭制造單位對各用戶提供的材料實物與材料質量證明書在制造流轉過程中發(fā)生混淆，壓制過程中出現(xiàn)質量問題需要報廢時，封頭制造廠隨意使用自認為“相同”的材料私自代用，事前不征得用戶同意，事后不告知用戶。

2.2 模具磨損嚴重

模具在長期使用過程中發(fā)生破損、更換不及時，例如模具凹模轉角處嚴重損傷，致使封頭圓弧過渡區(qū)和直邊段出現(xiàn)超標的機械劃傷；使用適合壓制厚度較厚的模具壓制厚度較薄的封頭，由于凸凹模間隙大，導致封頭鼓包、直邊段縱向皺折嚴重；還有因溫度控制不當導致受熱不均，高溫部位出現(xiàn)過燒和鼓包；已經(jīng)使用反射爐的單位沒有溫度控制系統(tǒng)，提供不了溫度控制記錄，加熱溫度控制只憑經(jīng)驗。

2.3 封頭拼接焊縫無損檢測比例不夠

大直徑的鍋爐、壓力容器封頭需要鋼板拼接才能壓制成形，凸形封頭拼接焊縫的結構形式如圖4 所示，筒體與封頭的對接環(huán)焊縫、筒體的縱焊縫為B 類焊縫，封頭的拼接焊縫為A 類焊縫。

圖4 凸形封頭焊縫結構

鍋爐、壓力容器封頭拼接焊縫無損檢測比例在TSG 11—2020《鍋爐安全技術規(guī)程》和TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》上均有明確規(guī)定。TSG 11—2020《鍋爐安全技術規(guī)程》第4.5.4.5 條規(guī)定，A、B 級的蒸汽鍋爐100%射線或超聲檢測，C 級蒸汽鍋爐采用20%射線檢測，熱水鍋爐采用10%射線檢測，D 級蒸汽鍋爐采用10%射線檢測，熱水鍋爐不進行無損檢測。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》第3.2.10.2.2、3、4 規(guī)定，對于封頭拼接焊縫屬于A 類焊縫，在全部檢測和局部檢測時，拼接焊縫的無損檢測比例不盡相同，但是壓制成型進行內(nèi)部無損檢測后均增加了應進行表面無損檢測的要求，封頭壓制成型后均應對圓弧轉角至邊緣部位進行無損檢測。但封頭制造廠對所有封頭拼縫的無損檢測比例不加區(qū)別，按一個標準去做，合格證上卻注明“無損檢測合格”字樣，很容易引起錯覺，誤認為已按有關規(guī)程無損檢測合格。有時來料加工因合同規(guī)定不同，封頭拼接焊縫可能是封頭生產(chǎn)單位完成，也有可能是委托單位完成，封頭壓制后對圓弧轉角至邊緣部位復探檢查有可能造成缺失，因而封頭壓制后產(chǎn)生的新增缺陷有可能造成漏檢，為最終鍋爐、壓力容器產(chǎn)品的安全使用埋下隱患。

2.4 封頭厚度達不到鍋爐、壓力容器產(chǎn)品圖紙要求

封頭制造廠的封頭厚度以坯料厚度為準，而不是實測值，雖然標注有實測值，但用戶可能會疏忽，如用于產(chǎn)品，尤其對于壓縮比較大的材料，一定要以封頭壓制后的實測值為準，否則極易與標準不符。鍋爐、壓力容器生產(chǎn)單位選擇封頭時，一定要按照設計圖紙標注的封頭最小厚度加封頭壓制制造偏差來選擇封頭材料厚度。

2.5 封頭壓制后出現(xiàn)的缺陷處理不當

一些封頭制造廠對封頭的機械損傷、鼓包不加處理，更有甚者，熱壓成型后封頭直邊段拼接焊縫有裂紋，采取補焊，即不做焊接工藝評定，也沒有焊接工藝規(guī)程，而且焊后未對補焊處進行退火處理，也不對補焊處進行表面和焊縫內(nèi)部質量無損檢測，為了不留痕跡，將補焊處焊縫打磨至與母材平齊后出廠，給產(chǎn)品留下質量隱患。

3 管控措施

（1）進一步加強封頭制造單位在執(zhí)行國家有關法規(guī)、標準方面的質量意識，無論是在材料采購還是來料加工方面，不應因外部環(huán)境的變化導致產(chǎn)品質量的失控。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》從2020 年10 月1 日執(zhí)行，其中第6.1.1 規(guī)定，不再對無拼接焊縫的封頭、管板進行監(jiān)督檢驗，對于這條規(guī)定的理解不能有偏差。對于存在拼接焊縫的封頭、管板，國家的規(guī)定比較嚴格，當?shù)靥胤N設備監(jiān)督檢驗單位必須對其過程進行監(jiān)督檢驗，合格后簽發(fā)特種設備監(jiān)督檢驗證書。

（2）不斷提高質量管理水平，加強內(nèi)部控制環(huán)節(jié)，順應技術進步的同時，質量管理同步跟進，真正地使質量保證體系得以貫徹執(zhí)行。對于新興的來料加工模式壓制的封頭，其拼接焊縫即使是材料委托單位進行焊接、無損檢測等，該封頭也要接受當?shù)靥胤N設備監(jiān)督檢驗部門的制造監(jiān)檢，避免異地加工造成漏檢。

（3）封頭制造單位要加大先進設備的投入，不斷進行技術升級改造，重視無損檢測設備的更新，無損檢測人員的技術培訓，強化設備、人員和技術的同步提升，以保證封頭產(chǎn)品質量。