壓力容器制造過程常見缺陷的研究與分析

魏敬東

【摘要】作為一種特殊儲存設備，壓力容器被廣泛的應用于石油化工、生物制藥等領域，具有工作條件苛刻且容器內介質危害性大等特點。壓力容器制造過程如果因質量控制不過關而引發各種缺陷（如變形，焊接不良等），那么將容易造成火災、中毒、爆炸和環境污染等事故，威脅到人民的生命和財產安全，因此本文將就壓力容器制造過程的常見缺陷展開探討。

【關鍵詞】壓力容器；制造；缺陷；質量控制

1. 壓力容器的概述

作為盛裝氣體或液體的設備，壓力容器最高的工作壓力范圍≥0.1MPa，多在特殊的環境（如高溫、高壓、易腐蝕）下使用。為滿足不同行業客戶的多樣化需求，壓力容器的形態、結構和參數都向著多樣化的方向發展，這意味著壓力容器制造過程中涉及到多種規范性標準和條件的限制，因此必須采取嚴格的質量控制措施。

壓力容器制造過程具有如下特征：（1）壓力容器不同于通用機械產品，在運用軟件技術對產品進行設計時，不僅要求設計人員掌握先進的計算機技術，更要具備化工設備的整體設計思想；（2）壓力容器生產過程涉及金屬冶金、材料化工、材料力學、機加工和檢驗檢測等多個領域的內容，生產過程中受到多種條件的影響，因此生產過程具備較高的復雜性，生產人員需要具備相應的技術資格且對生產流程進行嚴格控制；（3）壓力容器的工作條件比較苛刻且要求有較長的使用壽命，所盛裝的介質又多是有毒有害、易燃易爆的氣體或液體，因此壓力容器制造過程中要特別重視安全性；（4）壓力容器制造過程中是以鈑金件的焊接質量為主要質量控制點，因此焊接質量是制造過程中相對薄弱的環節，需要采取特定的質量控制措施。

2. 壓力容器制造過程的常見缺陷及質量控制對策

2.1 材料使用的問題及質量控制對策

在壓力容器制造過程中，受到采購困難或對現有材料進行充分利用等因素的限制，材料代用問題在壓力容器制造過程中時有發生，這給壓力容器的安全性能埋下了極大的隱患。壓力容器制造過程中材料使用問題主要可以歸納為如下方面：選材考慮不周，過分強調材料某性能的優越性而導致其他性能的不合格；材料入庫檢驗制度不完善，致使材質與所需不符，最終使用不符合標準的材料而導致壓力容器質量不合格；（3）沒有落實材料訂貨的技術要求，在訂購材料時沒有將設計文件的技術質量要求向供貨商進行說明；（4）選擇和使用的焊接材料不符規范，導致焊縫性能難以滿足使用需求。

筆者認為，壓力容器制造過程中材料的質量控制應從如下幾個方面著手：

第一，制造單位要在熟悉國家標準及圖樣設計要求的基礎上，嚴格控制材料的采購流程，通過對材料進行復驗或對供貨單位進行考察、評審及追蹤等辦法，切實確保使用的壓力容器材料符合相關標準。

第二，用于制造受壓元件的材料在切割或加工前要進行標記移植，經檢驗員確認后方可進行切割或加工，以防止材料的誤用或錯用。

第三，制造單位在使用壓力容器材料時不能隨便地“以優代劣”，如主要受壓元件發生這方面的材料代用時，制造單位必須取得原設計單位同意修改的書面證明文件，在改動部位作詳細記錄并進行相應的焊接工藝評定。

第四，合格的材料應該存放在倉庫或指定區域，并且保留識別標記，在存放過程中防止材料的損傷、丟失和變質。在發放材料時，發放人員要檢查材料發放手續是否齊全，并對材料規格、識別標記、尺寸和數量等進行核對。

2.2 焊接的問題及質量控制對策

根據《金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明》，可以將金屬熔化焊焊縫缺陷分為如下幾大類：（1）裂紋缺陷，它是在焊接應力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接頭中局部地區的金屬原子結合力遇到破壞而形成新界面所產生的焊縫；（2）孔穴缺陷，它是焊接過程中熔池金屬中的氣體在金屬中冷卻以前未能來得及逸出而殘留下來在焊縫金屬內部或表面所形成的空穴；（3）固體夾渣、焊劑、溶劑夾渣、氧化夾渣、金屬夾渣、焊接溶渣殘留于焊縫中的現象；（4）未焊透和未熔合，焊接時接頭根部未完全熔透，焊縫深度未達到設計要求，焊道與母材之間或焊道與焊道之間未能完全熔化在一起的部分；（5）形狀缺陷，它是由于坡口角度不當、裝配間隙不均勻、焊接電流或焊接速度不合適、運條角度和操作不當等原因所引起；（6）電弧擦傷、飛濺、表面撕裂、打磨過量、定位焊缺陷等，焊接時在坡口外母材上引弧或打弧產生的表面局部損傷。

為了確保焊接質量，制造單位要認真做好以下方面的工作：

第一，焊接人員要持證上崗，嚴格按照焊接工藝進行操作。焊接人員必須取得相應特種設備作業人員焊接資格后，方能在有效期內擔任相應合格項目范圍內的焊接工作，焊接時要嚴格按照焊接工藝守則和焊接工藝卡的規定來執行。

第二，焊接設備的質量控制。所有與焊接有關的設備必須由專人管理，設備上的電流表、電壓表按照規定檢定并附上合格標簽，確保在有效期內進行使用。

第三，焊縫返修。根據《壓力容器安全技術監察規程》的規定，同一部位即焊位的填充金屬重疊返修次數不宜超過2次，鍋爐產品返修次數不應超過3次。焊接接頭無損檢測出現超標缺陷時，應當分析缺陷產生的原因，制定相應的返修或者補焊方案。一次焊縫返修經焊接責任師審批，兩次以上焊縫返修由焊接責任師提出，報質保工程師審批。返修操作要嚴格按照返修工藝規定執行，返修后，應按照原檢驗要求重新檢驗檢測。

2.3 火焰切割變形和內應力變形的問題及質量控制對策

（1）火焰切割引起的變形問題及質量控制對策。壓力容器制造的下料環節主要是火焰切割下料，但切割整個過程都是冷熱循環進行的，一旦工件受熱不均，因切割產生的內應力就會引發變形。針對火焰切割引起的變形問題，筆者認為可以采取如下質量控制對策：對直接較大殼體的短筒節火焰切割時，可以采用機械冷加工和對稱切割法；鋼板坯料的火焰切割過程中，可以對切割后的板料進行矯形糾正，如果還是不平整，可以適當增加切割量；整體成型封頭的端口加工，其模具設計要注意切割后的收縮量問題 ；瓣片式組合封頭端口加工，要適當放大口徑，避免因收縮量而引發變形。

（2）內應力變形的問題及質量控制對策。在壓力容器加工過程中，很多工序都要求采用熱加工，壓力容器在組裝時也會產生很大的強制力。在強制力達到一定后會形成內應力，在運行時就容易發生變形和裂縫風險。針對內應力變形問題，筆者認為可以采取如下質量控制對策：①在進行熱處理時必須做規范，處理在溫度均衡時進行，在爐壁火焰的噴嘴位置設計擋火墻，將火焰與熱處理相隔開；②如果外殼的直接增大，厚度不足時，要對內部進行加強；③壓力容器部件容易在高溫狀態下失去穩定性，要根據時間的加工情況采取相應的處理措施。

3. 小結

壓力容器屬于特種設備范圍，其制造過程必須采取嚴格的質量控制措施，否則將會影響到其使用壽命和使用安全。壓力容器制造過程中的各個環節都很重要，筆者只是針對其制造過程中的常見缺陷進行了分析，還有一些質量缺陷有待于日后的進一步總結。

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