壓力容器制造的質量控制策略

李富富(新疆蘭石重裝能源工程有限公司，新疆 哈密 839000)

1 加工設備

壓力容器的制造過程是一個復雜的生產過程，在其生產過程中，需要對壓力容器進行切割、焊接等一系列工序，這些工序都需要在具有一定強度的加工設備上完成，因此，加工設備的選擇對壓力容器制造質量具有重要影響。例如，切割機床的類型直接影響焊接應力的釋放效果，如果切割機床屬于交流、直流和脈沖等多種類型，其控制效果就會有所差異。對于電加熱設備來說，其不同的溫度控制能力對焊接質量及焊接效率有較大影響。

為了保證壓力容器的焊接質量和使用壽命，加工設備還應具備一定的防腐和防銹性能。如，壓力容器焊接時易產生氫脆現(xiàn)象，這一問題經常發(fā)生在薄壁管焊接時，在高溫高壓作用下易出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象。另外，企業(yè)在選擇加工設備時還應充分考慮到壓力容器的尺寸、重量、壓力等因素。

此外，在焊接完成后需要進行熱處理，在完成這一工序的時候，需要使用到熱處理爐對焊接完成后的構件進行加熱處理。因此材料選擇與熱處理爐的選取，是影響熱處理質量控制措施落實情況的關鍵因素。為此，材料選取時要根據(jù)原材料和產品性能要求，對加熱溫度及加熱方式等進行合理選擇。如，對于不銹鋼等材料而言，若其性能要求較高且制造過程中極易產生氫脆現(xiàn)象時，則可使用感應加熱或火焰加熱方式進行熱處理；如果焊接材料為不銹鋼等焊接材料時采用感應加熱方式更為安全有效；當加工設備所使用的保溫材料為不燃、阻燃、且能起到良好保溫效果時可選擇電加熱設備進行生產；如果加工設備所使用的保溫材料為不燃、阻燃材料時則可選擇火焰加熱方式進行生產。

2 焊接工藝

壓力容器在使用過程中需要承受較高的壓力，而在焊接時容易出現(xiàn)裂紋等質量問題，所以在生產過程中必須采用科學合理的焊接工藝。首先，應提高焊接人員的專業(yè)水平，加強對焊接人員的培訓，保證其能熟練掌握焊接技術，提高其焊接質量。其次，要嚴格控制焊接材料質量。由于壓力容器是用鋼材料制成的，生產時必須確保焊接材料質量符合國家標準要求。

在制定焊接工藝時還應充分考慮其材料、設計方案等因素，以保證產品質量。例如，在進行異種鋼焊接時一定要確保焊縫質量合格；設計方案中所用材料一定要符合壓力容器制造企業(yè)實際使用情況；設備材質不匹配時就需要更換材質；當設計方案中使用非碳素結構鋼時應該在其基礎上增加抗腐蝕層，從而提高壓力容器的耐腐蝕性能；由于壓力容器制造企業(yè)所用材料為低碳鋼和低合金鋼時應采用低氫焊條或其他低氫型焊條；當設計方案中使用碳鋼、低合金鋼和不銹鋼材料時應該采用藥芯焊絲和藥芯焊條。

2.1 鋼制壓力容器

鋼制壓力容器一般由筒體、封頭和殼體等幾個主要部分組成，這幾部分的材料是決定壓力容器整體質量的關鍵。從其制造標準來看，GB1589-1—1986 標準中規(guī)定：壓力容器用鋼板應經軋制或拉伸并進行射線或超聲波探傷。而從GB1589-2—1992 標準來看，其對鋼板厚度的要求不變，但是對鋼材種類有了具體的規(guī)定，其中對碳素鋼和低合金鋼規(guī)定不得小于17 mm，而對低合金高強度鋼則要求不得小于20 mm。另外，對于鋼板厚度的下限值也發(fā)生了變化。

不僅如此，在GB1589-1—1986 標準中規(guī)定：壓力容器用鋼板厚度下限值為17～20 mm，而GB1589-2—1992 標準中規(guī)定：鋼板厚度下限值為13～17 mm。從以上兩個標準來看，壓力容器用鋼材的厚度下限值是有所變化的。因此，壓力容器制造企業(yè)在采購壓力容器用鋼板時一定要選擇正規(guī)的生產廠家，并且對其材料質量進行嚴格把關，只有這樣才能保證壓力容器的整體質量符合標準要求。

2.2 焊接壓力容器

焊接壓力容器需要按照相關工藝標準進行制作，具體如下：(1)GB 150—1998 《焊接壓力容器》是我國最新的壓力容器制造標準，對焊接的材料、焊材以及焊縫等進行了明確規(guī)定，對于壓力容器生產企業(yè)來說具有很好的指導作用。(2) GB 150—1998 《焊接壓力容器》中規(guī)定：進行異種鋼焊接時應優(yōu)先選用低氫焊條；當?shù)蜌浜笚l不能滿足焊接要求時，可選用藥芯焊絲或藥芯焊條；當?shù)蜌浜笚l和藥芯焊絲不能滿足焊接要求時，可采用藥芯焊絲或藥芯焊條焊，但不能用電弧焊等非電焊方式進行焊接。當采用電弧焊和氣焊等非電焊方式時，應選用氣體保護焊或埋弧焊。(3) GB 150—1998 《焊接壓力容器》中規(guī)定：在同一異種鋼結構上進行異種材料的焊接時，應優(yōu)先選用低氫型的焊條，但不得使用高氫型焊條；在進行碳鋼和低合金結構鋼組合結構的焊接時，應使用低氫型電焊條，但不得使用坡口型的電焊和氬弧焊。當焊接不同材料組合結構時，應選用相應的焊接工藝[1]。(4) GB 150—1998 《焊接壓力容器》中規(guī)定：采用電焊工藝時必須進行磁粉探傷檢查，以確保其質量合格。

2.3 鋼制管接頭

在制作鋼制管接頭的時候，必須遵循HG/T 3449—2012 《鋼制管接頭的設計與檢驗規(guī)程》中的工藝標準，這是目前我國最為詳細的鋼制管接頭的設計與檢驗規(guī)范，主要針對焊接材料、焊接方法和焊縫形式等方面進行了詳細規(guī)范。該標準中還提出了鋼制管接頭的設計、檢驗和驗收準則，并將其作為鋼制管接頭設計的重要依據(jù)，可有效提高產品質量，降低焊接風險。此外，該標準還對鋼制管接頭的檢驗內容、方法、檢驗過程等進行了明確規(guī)定。該標準中還規(guī)定了鋼制管接頭的檢驗項目及檢驗要求，并對各檢驗項目所使用的檢驗設備提出了明確要求。在此基礎上，該標準還給出了鋼制管接頭的質量評定方法，以及鋼制管接頭的驗收規(guī)則，并規(guī)定了鋼制管接頭在使用前應進行無損檢測和焊縫外觀檢查。當壓力容器制造企業(yè)在生產過程中需要對鋼制管接頭進行檢驗時，應按照該標準規(guī)定的驗收規(guī)則對其進行驗收。

2.4 壓力容器用焊接材料

在實際生產過程中，必須嚴格控制壓力容器制造過程中的焊接材料質量，確保其符合國家標準要求。具體需要從以下兩個方面入手：一方面，應確保焊接材料具有較高的耐腐蝕性和抗熱裂性能。另外，還應確保其機械性能符合國家標準要求。在制定焊接材料質量控制方案時，應將不同厚度的焊接材料、不同材質的焊接材料等內容列入其中，并根據(jù)不同材質類型制定相應的控制方案，從而提高焊接材料質量。另一方面，應嚴格控制壓力容器制造過程中使用的焊條和焊絲質量。在對焊條進行選擇時，必須選擇與母材化學成分一致或接近的焊條和焊絲；當需要進行異種鋼焊接時，應按照國家相關標準選擇合適的焊接工藝；在對焊接材料進行烘干時應嚴格按照國家相關標準進行烘干；當需要對不同直徑和厚度的焊接材料進行選擇時，必須要根據(jù)實際情況選用合適尺寸和厚度的焊接材料[2]。

3 熱處理工藝

熱處理工藝主要包括加熱方式、保溫時間、冷卻方式及冷卻速度四個方面，其中加熱方式主要包括電阻爐、箱式電阻爐和油浴爐；保溫時間主要包括空冷、正火或回火；冷卻方式主要包括緩慢降溫、快速降溫和等溫降溫三種。熱處理過程中要根據(jù)不同的材料和設備，制定不同的熱處理方案，并在控制好溫度范圍的前提下保證熱處理質量。除此之外，需要注意熱處理過程中所用到的加熱設備是否具備較高的精度，并且保證熱處理設備的運行環(huán)境、溫度與設定溫度相符合。所有用于熱處理的設備必須定期進行維修和保養(yǎng)，以防止加熱溫度出現(xiàn)過高或過低的情況。

3.1 加熱

加熱是壓力容器制造中的重要環(huán)節(jié)，只有保證加熱質量，才能保證壓力容器的質量。加熱方式主要分為電阻爐、箱式電阻爐和油浴爐三種。其中，箱式電阻爐具有加熱速度快、精度高的特點，其缺點是電耗較大，在高溫時會產生大量有害氣體和污染物，如：一氧化碳、二氧化碳及二氧化硫等。因此在壓力容器制造過程中必須合理選擇加熱設備。箱式電阻爐由于在同一水平面上布置多個電極，并且電極之間有空隙，因此具有加熱速度快、效率高的優(yōu)點；而油浴爐中所用的加熱劑為惰性氣體，具有升溫速度較慢、精度高、操作簡便等優(yōu)點，因此在壓力容器制造中優(yōu)先選用油浴爐加熱。

在壓力容器制造過程中，應根據(jù)不同的材料和設備選擇不同的加熱方式。對于低碳鋼材料，可以采用電阻爐加熱的方式，并合理控制加熱溫度；而對于奧氏體不銹鋼材料則可采用箱式電阻爐或油浴爐加熱。對于碳鋼材料和低合金鋼材料，可以采用箱式電阻爐或油浴爐進行加熱。對于碳鋼材料和低合金鋼材料來說，由于其導熱系數(shù)較低，在采用電阻爐進行加熱時容易造成能量損失過大的情況。因此在對這些材料進行熱處理時應優(yōu)先采用箱式電阻爐或油浴爐進行加熱。此外還應注意在碳鋼材料和低合金鋼材料的熱處理過程中需確保其受熱均勻，避免局部區(qū)域出現(xiàn)過熱的情況。

3.2 保溫和冷卻

保溫和冷卻是熱處理工藝中的重要環(huán)節(jié)，在一定程度上影響著熱處理的效果。為了避免熱處理時出現(xiàn)溫度不均勻、產生裂紋等質量問題，必須對保溫和冷卻環(huán)節(jié)進行嚴格控制。通常情況下，壓力容器制造過程中所使用的保溫和冷卻方式有：緩慢降溫、快速降溫和等溫降溫三種。(1)緩慢降溫是指在壓力容器制造過程中，將加熱后的工件在爐內進行空冷，或者將加熱后的工件在爐外進行保溫冷卻的方法。緩慢降溫工藝要求保溫時間較長，且所采用的設備必須具有良好的散熱性能，需要注意的是在進行保溫前需要先將工件表面的水和油清除干凈，并將工件表面和空氣間形成小對流，以確保保溫效果。(2)快速降溫是指將工件緩慢升溫到高于空氣溫度或低于油的溫度，并在冷卻過程中始終保持液態(tài)介質與加熱端面接觸?？焖俳禍毓に囈蟊貢r間較短，且所采用的設備必須具有良好散熱性能，同時需要注意溫度不宜過低或者過高。

4 焊縫檢驗

焊縫檢驗是壓力容器制造過程中的重要環(huán)節(jié)，企業(yè)在生產制造過程中必須做好焊縫檢驗工作，保證壓力容器的整體質量。焊縫檢驗工作主要包括外觀檢查和無損檢測兩方面。(1)外觀檢查。壓力容器制造企業(yè)在進行焊縫檢驗工作時，要嚴格按照規(guī)范要求對焊縫進行檢查，保證焊縫的幾何尺寸、表面缺陷以及打磨等方面符合要求，避免因檢查不到位導致的產品質量問題。焊縫表面有裂紋、氣孔、夾渣以及弧坑裂紋等缺陷時，不得直接進行焊接，必須通過打磨等方式消除缺陷后，再開展焊接工作[3]。此外，壓力容器制造企業(yè)在進行外觀檢查時，要嚴格按照規(guī)范要求操作。例如：在使用超聲波檢測壓力容器焊縫質量時，需要將超聲波探頭與焊件表面保持一定的距離，避免對超聲檢測結果產生影響。(2)無損檢測。無損檢測是壓力容器制造過程中的重要環(huán)節(jié)之一，直接影響著壓力容器的整體質量。在壓力容器制造過程中，為了提高壓力容器制造的安全性和可靠性，需要對壓力容器的焊縫進行無損檢測。在進行無損檢測時，工作人員必須按照相關標準規(guī)范要求進行操作，確保各項工作符合質量標準。此外，為提高壓力容器制造的安全性和可靠性，企業(yè)還應該通過開展焊縫探傷質量管理活動來提高員工質量意識和責任意識[4]。

5 成型檢測

壓力容器的成型質量影響著產品的整體質量，因此必須加強成型檢測，具體來說，可以從以下三個方面著手：(1)壓力容器生產前必須進行成型檢測，首先需要根據(jù)容器的幾何尺寸設計出合理的模具，其次按照模具要求制備模具零件。在制備完成后，需要對其尺寸進行測量和檢驗，確保尺寸滿足設計要求。檢測時需要重點關注容器形狀和尺寸以及制造質量、連接情況等內容，檢測結果要記錄在壓力容器制造記錄表中。(2)通過對壓力容器進行外觀檢查可以及時發(fā)現(xiàn)壓力容器存在的缺陷，并采取措施加以改進；如果發(fā)現(xiàn)有明顯的缺陷，則需要先對其進行返修處理后再進行檢驗；如果發(fā)現(xiàn)有較大缺陷時則需要進行報廢處理。(3) 在焊接前需重點關注焊前預熱溫度、焊后熱處理溫度、施焊時間等內容；在焊接過程中需重點關注坡口形式、坡口尺寸、焊縫區(qū)位置、填充材料厚度等內容；在焊接結束后需要對焊后熱處理進行檢驗，若發(fā)現(xiàn)存在較大缺陷需要及時更換焊條或焊絲。

若壓力容器中存在腐蝕嚴重的部位，則需及時更換腐蝕嚴重的零部件或采取其他補救措施。若壓力容器中存在較嚴重的腐蝕缺陷，則需要進行報廢處理，以確保壓力容器安全有效使用[5]。

6 結語

綜上所述，只有嚴格控制好壓力容器制造過程中的各項影響因素才能有效保證產品的質量。在壓力容器制造過程中，企業(yè)要加強管理、完善質量控制體系、提升人員素質、優(yōu)化生產流程并建立完善的獎懲機制等手段來保證壓力容器制造質量。