對“簡單壓力容器型式試驗”相關(guān)問題的思考

曹斌劍

(浙江海正藥業(yè)股份有限公司 臺州 317500)

簡單壓力容器與其它壓力容器相比，由于其結(jié)構(gòu)簡單，危險性較小，成批生產(chǎn)的容器可隨機抽樣檢查其質(zhì)量。而批量隨機抽樣檢查的容器按TSG R0003—2007 《簡單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(以下簡稱《簡規(guī)》)規(guī)定：在制造許可前須進行型式試驗，合格后才能生產(chǎn)。

本文以簡單壓力容器型式試驗的目的為依據(jù)，介紹了型式試驗的試驗項目，結(jié)合簡單壓力容器生產(chǎn)實際情況，認為型式試驗的項目內(nèi)容可適當放寬；型式試驗中的同型號是有利于簡單壓力容器的健康生產(chǎn)，不是以增加型式試驗數(shù)量為目的；同型號中采用相同的焊接工藝是泛指該類產(chǎn)品型式試驗歸類時應(yīng)屬同一焊接工藝規(guī)程，而生產(chǎn)組批同圖號，各自主體焊縫接頭采用相同的焊透的焊接工藝，不是指同型號所有產(chǎn)品接頭采用相同焊接工藝。

1 型式試驗

1.1 型式試驗的目的

型式試驗是用來檢驗產(chǎn)品設(shè)計的合理性和評定本企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品的安全性能是否滿足安全技術(shù)規(guī)范、標準和設(shè)計要求而進行的檢驗與試驗。

產(chǎn)品設(shè)計的合理性體現(xiàn)設(shè)計的產(chǎn)品合乎規(guī)范，并有一定的經(jīng)濟性。對于簡單壓力容器產(chǎn)品有兩種設(shè)計方法：計算方法和試驗方法。計算方法是按《簡規(guī)》規(guī)定的許用應(yīng)力，用GB 150的公式來設(shè)計容器的主要受壓元件厚度；試驗方法是延用爆破試驗來驗證主要受壓元件厚度是否合理。目前國內(nèi)典型簡單壓力容器產(chǎn)品采用爆破試驗法設(shè)計的厚度一般都大于用計算方法設(shè)計的厚度。

產(chǎn)品的安全質(zhì)量的關(guān)鍵指標有：設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、主體焊縫接頭的焊透、縱環(huán)縫對接焊接接頭的力學(xué)性能和產(chǎn)品爆破試驗等。因而無論采用何種設(shè)計方法的型式試驗都應(yīng)體現(xiàn)以上指標。

1.2 簡單壓力容器型式試驗項目

●1.2.1 外觀和幾何尺寸檢驗

外觀和幾何尺寸檢驗包括容器內(nèi)外觀檢查、筒體最大最小直徑差、直線度測量；封頭最大最小直徑差、內(nèi)周長公差、表面凹凸度、曲面與樣板間隙、內(nèi)高公差、直邊部分縱向皺折深度、容器主體壁厚測量。

●1.2.2 焊縫質(zhì)量檢驗

焊縫質(zhì)量檢驗包括焊縫外觀檢查、縱環(huán)縫接頭錯邊量、棱角度檢查和焊縫內(nèi)部質(zhì)量-主體焊縫接頭焊透檢查。

主體焊縫接頭的焊透：可通過射線檢測或?qū)嵨锝馄蕘眚炞C。

●1.2.3 力學(xué)性能試驗

力學(xué)性能試驗主要是焊接接頭的拉伸、彎曲試驗。

對接焊接接頭的力學(xué)性能：可通過焊接工藝評定或?qū)嶋H產(chǎn)品的縱環(huán)縫取樣來驗證。考慮到簡單壓力容器的實際情況，對接焊接接頭的力學(xué)性能可參照《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》產(chǎn)品焊接試件4.3.1條規(guī)定予以免做。

●1.2.4 耐壓和爆破試驗

爆破試驗是驗證產(chǎn)品致密、強度、安全的綜合性指標，試制產(chǎn)品都應(yīng)該進行爆破試驗。考慮到不銹鋼產(chǎn)品材料延伸率較好，周向永久變形率通不過和其它因素，用計算方法設(shè)計的簡單壓力容器可用液壓試驗代替爆破試驗。

1.3 型式試驗的歸類

由于簡單壓力容器型式和規(guī)格較多,生產(chǎn)廠大多為中小型企業(yè)，為了保證產(chǎn)品型式試驗抽樣驗證的準確性和經(jīng)濟性，對簡單壓力容器產(chǎn)品進行歸類——同型號。

《簡規(guī)》規(guī)定：同型號指同時具備以下4個條件的簡單壓力容器。

a)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度相同；

b)結(jié)構(gòu)相似；

c)檢查孔的類型相同；

d)焊接工藝相同。

對設(shè)計壓力、設(shè)計溫度相同容易理解，目前常見簡單壓力容器有兩種設(shè)計方法，設(shè)計溫度在150℃時，設(shè)計壓力有四檔；Q235-B常見產(chǎn)品規(guī)格和筒體壁厚數(shù)量見表1；結(jié)構(gòu)相似主要指容器有無筒節(jié)、封頭形狀相似，封頭形狀有凸形、平封頭二種，五種組合形式；檢查孔的類型分有無檢查孔二種；焊接工藝相同體現(xiàn)在產(chǎn)品批生產(chǎn)和型式試驗同型號歸類中。下面從這兩方面展開論述。

表1 簡單壓力容器常見產(chǎn)品規(guī)格和筒體壁厚數(shù)量(僅Q235-B，150℃)

2 同型號中相同焊接工藝的理解

2.1 焊接工藝和焊接工藝規(guī)程比較

●2.1.1 焊接工藝

根據(jù)GB/T3375《焊接術(shù)語》對焊接工藝的定義：焊接工藝是指與制造焊件所有關(guān)的加工和實施要求，主要內(nèi)容有施焊環(huán)境、坡口要求、焊材選用、預(yù)熱及層間溫度、焊接方法和工藝、后熱和焊后熱處理等。

對簡單壓力容器來說由于材料的焊接性比較好，主體焊縫多選用機動焊，焊接工藝主要體現(xiàn)在坡口要求、焊材選用、焊接方法和工藝上。坡口要求：主要指焊前清理、坡口形式、鈍邊和裝配間隙的選擇；材料選用：對指定母材主要指焊材規(guī)格選用(焊材直徑不同電流密度不同，相同電流熔透深度不同)；焊接方法主要指焊接方法和電源極性的選擇(焊接方法主要有焊條電弧焊SMAW、單絲埋弧焊SAW、熔化極氣體保護焊GMAW、非熔化極氣體保護焊GTAW、等離子焊PAW等)；某種焊接方法的工藝主要指焊接電流(或焊絲干伸長)、電弧電壓、焊接速度等線能量參數(shù)(不同的生產(chǎn)廠家對同一板厚焊接可能會有不同的焊接參數(shù))，操作時要求焊絲對中接縫、采用單面施焊還是雙面焊、單面焊時有無固定墊板、銅墊還是焊劑墊、是否清根等。

采用同一焊接工藝就是指上述諸要素均相同進行的操作。如某一批同厚度焊件，采用￠1.2單絲直流埋弧焊，接頭型式選用墊板緊貼筒體的鎖邊對接接頭結(jié)構(gòu)，裝配間隙相同，焊前把成熟的焊透的某一組焊接參數(shù)-焊接電流、電弧電壓、焊接速度分別設(shè)置好，焊接時只通過控制焊絲對中接縫保持焊絲高度，觀察焊接電流、電弧電壓、焊接速度等儀器儀表的示數(shù)不變，就能保證該板厚接頭持續(xù)焊透。當焊件厚度增加或減少時仍采用與上述接頭形式相同的焊接工藝施焊，很難保證該接頭是否焊透，除非重新設(shè)置焊接電流、電弧電壓、焊接速度的參數(shù)。

因此在批量對接接頭焊接中，只有在同一板厚采用相同結(jié)構(gòu)形式的前提下采用相同的焊透焊接工藝，焊接接頭焊透的穩(wěn)定性才會比較高，隨機抽樣的產(chǎn)品才能代表該批產(chǎn)品質(zhì)量。

●2.1.2 同一焊接工藝規(guī)程與相同焊接工藝的區(qū)別

GB/T 3375中焊接工藝規(guī)范(程)指與制造焊件所有關(guān)的加工和實施要求的細則文件，可保證由熟練焊工操作時質(zhì)量的再現(xiàn)性。焊接工藝規(guī)程俗稱通用焊接工藝卡，它的目的是為了減小焊接工藝卡的數(shù)量，把各焊接工藝卡中相同的焊接工藝參數(shù)和操作要求合并，不同的焊接參數(shù)用范圍來表示即焊接電流、電弧電壓、焊接速度是用某一范圍。

而NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》中焊接工藝規(guī)程(下簡稱WPS)是指根據(jù)合格的焊接工藝評定報告編制的用于產(chǎn)品施焊的焊接工藝文件,對象是產(chǎn)品，它集合該產(chǎn)品中所有焊接接頭的焊接工藝。不同編號的焊接接頭可以采用不同的焊接方法和工藝。

同一WPS是指產(chǎn)品中相同的焊縫編號應(yīng)選用相同的焊接方法，不同焊縫編號可采用另一或另一組焊接方法；同一焊縫編號的接頭的焊接工藝在同一或同一組焊接工藝評定范圍內(nèi)。焊接參數(shù)是可以變化的。

相同焊接工藝是指某批焊縫應(yīng)采用相同的焊接方法且焊接參數(shù)相同。主要體現(xiàn)在焊接電流、電弧電壓、焊接速度都固定在某個值上，目的是持續(xù)穩(wěn)定。對于批生產(chǎn)固定產(chǎn)品中相同焊縫編號接頭的焊接參數(shù)是必要的。

2.2 簡單壓力容器型式試驗同型號歸類中的相同焊接工藝(寬進)

從產(chǎn)品型式試驗抽樣驗證的準確性來講，同型號同板厚同一主體焊縫接頭采用相同的焊接工藝，這自然是正確和準確的。但考慮做一種型式試驗價格不菲和企業(yè)的承受能力，同型號中的相同焊接工藝可否這樣理解：同型號產(chǎn)品相同焊接工藝不規(guī)定某些具體參數(shù)只要求同一的主體焊縫接頭選用某一或一組焊接方法的焊接工藝在同一或同一組焊接工藝評定內(nèi)，焊接時采用的機械化程度相同，滿足焊透要求，屬于同一WPS。

2.3 企業(yè)生產(chǎn)時的組批方式(嚴出)

為提高簡單壓力容器的生產(chǎn)率和確保其產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，企業(yè)組批生產(chǎn)時應(yīng)同圖號、同一主體焊縫接頭同焊接工藝 (同一條流水線應(yīng)同圖號，有多條生產(chǎn)流水線可不同圖號)。同圖號相同規(guī)格直徑保證同批或同條流水線生產(chǎn)時工裝模具不用更換，提高生產(chǎn)率；同圖號相同厚度，同一主體焊縫接頭在選用相同焊接工藝時，只須預(yù)設(shè)焊透的焊接參數(shù)，焊接時調(diào)整焊絲對中情況，觀察焊接電流、電弧電壓、焊接速度等儀器儀表的不變即能保證該批產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

2.4 相同焊接工藝與同一WPS的示例

表2產(chǎn)品為設(shè)計溫度和設(shè)計壓力相同，同板厚、結(jié)構(gòu)相似的兩橢圓封頭和有縫筒節(jié)組成的簡單壓力容器，無檢查孔。通過對表2產(chǎn)品中主體焊縫接頭采用相同或不同工藝來區(qū)別接頭屬相同焊接工藝還是屬同一WPS，產(chǎn)品是同型號還是不同型號。相同焊接工藝卡WWI編號為同焊接工藝，同WPS編號為同型號。

表2 同型號中相同焊接工藝與同一WPS比較

因此，為避免誤解應(yīng)把型式試驗中同型號相同焊接工藝改為：同一WPS。

3 減少型式試驗數(shù)量的途徑

生產(chǎn)廠家可以通過選用合適的焊接方法，使一個WPS覆蓋更多的產(chǎn)品，但除同一WPS外同型號的其他要素組合產(chǎn)品種類至少有40種(還不包括材料類別變化)。為了控制產(chǎn)品成本，提高市場競爭力，針對型式試驗可作如下調(diào)整：

1)選設(shè)計壓力高的一種或幾種型號生產(chǎn)。選設(shè)計壓力高的產(chǎn)品代替設(shè)計壓力低的產(chǎn)品可明顯減少型式試驗數(shù)量，但每只容器的成本會增加，企業(yè)應(yīng)酌情選擇。

2)選專業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)相似的產(chǎn)品。如儲氣罐產(chǎn)品，封頭形狀一定，左右或上下都為凸形封頭，油分產(chǎn)品一邊為凸形封頭，另一邊為平封頭，檢查孔類型不變；不要隨機組合。

3) 選做型式試驗產(chǎn)品前要考慮好本廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，所做的工藝評定和WPS盡可能覆蓋同一檔設(shè)計壓力下的所有產(chǎn)品；盡可能選擇線能量變化大的焊接方法并采用機動焊；不變更擬定的焊接方法和填充金屬。

通過調(diào)整后一般80%不出口企業(yè)型式試驗數(shù)量為3種左右。

4 結(jié)束語

本文通過對簡單壓力容器型式試驗及其相關(guān)問題的分析認為：

1)型式試驗是為了驗證產(chǎn)品的安全性能和同型號的覆蓋，適當放寬門檻有利企業(yè)的生存。同型號產(chǎn)品的焊接工藝屬于同一WPS，同一主體焊縫接頭焊接工藝評定相同，焊接時采用的機械化程度相同，并要求焊透。

2)生產(chǎn)時的組批方式嚴格，促使企業(yè)在競爭中求發(fā)展。同批或同一條流水線的產(chǎn)品應(yīng)同圖號、同一主體焊縫接頭同焊接工藝。且與型式試驗合格的樣品同一WPS。

[1]TSG R0003—2007 簡單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京：新華出版社，2007.

[2]TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京:新華出版社，2009.

[3]TSG R7002—2009 氣瓶型式試驗規(guī)則[S].北京:新華出版社，2009.

[4]GB/T 3375焊接術(shù)語[S].

[5]NB/T47014 承壓設(shè)備焊接工藝評定[S].