壓力容器制造過程中的材料代用思考

唐嬋 徐寶泉

【摘要】在壓力容器的設(shè)計(jì)和制造過程中，材料代用是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題，若代用的材料不當(dāng)，將會(huì)影響壓力容器的正常使用性能，甚至還會(huì)帶來一定的安全隱患。因此，在壓力容器的制造過程中，一定要做好材料代用的選擇。鑒于此，本文就壓力容器制造過程中的材料代用展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；材料代用；材料

一、材料代用的原則

依據(jù)TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中2.13的規(guī)定，壓力容器制造或者現(xiàn)場組焊單位對主要受壓元件的材料代用，應(yīng)當(dāng)事先取得原設(shè)計(jì)單位的書面批準(zhǔn)，并且在竣工圖上做詳細(xì)記錄。最基本的原則是代用材料必須是壓力容器建造規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)允許使用的材料；代用材料必須具有滿足容器設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)性能；代用材料的焊接性可以和被代用材料不同，但在制造廠具體條件下應(yīng)該能夠解決或在合同允許范圍內(nèi)通過改善現(xiàn)有條件可以解決。一般情況下材料代用應(yīng)遵循以厚代薄、以高代低原則。

（一）以厚代薄

以厚代薄是指在材料性能相同或相似的情況下用相同鋼號較厚規(guī)格的材料代替較薄規(guī)格的材料。

（二）以高代低

以高代低是指以較高級別或性能較好的材料代替較低級別或性能較差的材料。

二、材料代用的具體規(guī)定

在設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過程中，常常會(huì)出現(xiàn)材料采購困難或者出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，材料代用的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中。

（一）壓力容器材料代用主要要求

（1）壓力容器的承壓部件在代用材料的選擇上，應(yīng)和被代用材料有著相同或者相似的外形質(zhì)量、化學(xué)成分、尺寸公差、性能指標(biāo)、檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)率等。

（2）材料代用最基本的原則是要絕對保證，在技術(shù)要求上，代用材料不得低于被代用材料，個(gè)別在檢測率或性能項(xiàng)目上要求不嚴(yán)格的代用材料，可以采取檢驗(yàn)、測試的方式來選擇合適的代用材料。

（二）材料代用的手續(xù)要求

（1）容器承壓部件的代用要嚴(yán)格進(jìn)行，須經(jīng)由代用單位技術(shù)部門的批準(zhǔn)并上報(bào)代用材料的復(fù)檢報(bào)告或質(zhì)量證明，由主管負(fù)責(zé)人核準(zhǔn)批復(fù)。

（2）必須在獲得原設(shè)計(jì)單位的允許并拿到證明文件后，才可以在壓力容器制造時(shí)進(jìn)行材料代用；

（3）壓力容器的設(shè)計(jì)圖、施工圖以及出廠時(shí)的質(zhì)量證明書中要細(xì)致標(biāo)注代用材料的規(guī)格部位、材質(zhì)和規(guī)格。

三、壓力容器材料代用的基本程序

壓力容器材料代用并不是簡單的材料替代，是針對生產(chǎn)的實(shí)際情況，做出的一種有效改變，在實(shí)際應(yīng)用過程中，必須注重把握以下幾點(diǎn)內(nèi)容。第一，材料代用必須由原來設(shè)計(jì)單位提供材料的型號、規(guī)格及技術(shù)條件等重要信息，保證材料在使用過程中，能更好地滿足于實(shí)際制造需要。同時(shí)，制造主管部門要對原設(shè)計(jì)單位提供的材料信息進(jìn)行審核，確保其在壓力容器制造中不會(huì)產(chǎn)生不良影響，然后再進(jìn)行材料代用。第二，主管部門審核完成后，需要將材料代用申請單進(jìn)行回郵，由原來設(shè)計(jì)單位進(jìn)行審核，并需要進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，只有原設(shè)計(jì)單位允許進(jìn)行材料代用，才可以執(zhí)行材料代用，否則，將不允許進(jìn)行材料代用。第三，當(dāng)壓力容器制造完成后，在出廠質(zhì)量證明書中，要對材料代用部門進(jìn)行明確地標(biāo)識(shí)，詳細(xì)記錄材料代用的具體情況，并且要對材料代用情況進(jìn)行記錄備案。

四、材料代用中的注意事項(xiàng)

（1）當(dāng)厚板代替薄板時(shí)，有可能引起連接處的結(jié)構(gòu)變化，如簡體與加厚封頭的連接，通常需要對封頭進(jìn)行外削邊處理。當(dāng)厚度增加較多的時(shí)候，還有可能涉及到焊接結(jié)構(gòu)的變化；（2）整體以厚代薄，即使不會(huì)增加封頭與筒體連接部位的局部應(yīng)力，也會(huì)造成一些不利影響：①增大板厚，原設(shè)計(jì)選用的焊接方式、探傷方法及熱處理要求等可能發(fā)生相應(yīng)的變化；②板厚增大必然增加容器的重量，對容器的支座和基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響；③隨板厚增加材料許用應(yīng)力呈下降趨勢，以厚代薄有可能導(dǎo)致強(qiáng)度不足，必要時(shí)須進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算；④換熱器主要受壓元件以厚代薄會(huì)增大溫差應(yīng)力，造成力系不平衡，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；⑤采用無縫管做筒體的小直徑換熱器，以厚代薄應(yīng)當(dāng)適量減小折流板外徑，并核對折流板外徑的減小量是否在允許范圍之內(nèi)；⑥不宜過分增厚開孔補(bǔ)強(qiáng)板，過厚的補(bǔ)強(qiáng)板容易引起補(bǔ)強(qiáng)板與簡體連接的外周較高的應(yīng)力集中，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致起焊角部位開裂；⑦以厚代薄可能導(dǎo)致受壓部件過大的厚度差，有可能影響射線探傷質(zhì)量，甚至使探傷失效，即使可以采取相應(yīng)的措施避免漏檢，制造成本會(huì)相應(yīng)地有所增加。

五、結(jié)語

總之，在壓力容器制造過程中，對于材料的代用應(yīng)該嚴(yán)格按照材料代用的程序進(jìn)行，并且要嚴(yán)格遵循以高代低和以厚代薄的原則，同時(shí)加強(qiáng)材料代用造成的各種影響的關(guān)注，對于很多技術(shù)參數(shù)以及設(shè)備的強(qiáng)度等都需要重新計(jì)算和驗(yàn)算。

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