壓力容器制造過程中常見質量問題與處理策略

于凌 孔令寶 劉召磊(山東齊魯石化機械制造有限公司，山東 淄博 255400)

0 引言

壓力容器是化工、食品、制藥等過程工業的主要裝備，大多數情況下在高溫、高壓、腐蝕性及疲勞等苛刻狀況下運行，如果壓力容器品質控制不好的話，極易造成重大的安全事故。輕則引起泄露引發環境污染，重則產生爆炸火災，造成人員傷亡和財產損失。因此，必須加強壓力容器的質量控制，保證壓力容器的使用安全。總體來講，壓力容器的質量主要包括設計質量、制造質量和安裝測試質量三個部分組成，其中制造質量是重中之重，對于保證產品安全起到了關鍵性作用。本文主要針對壓力容器生產制造過程中容易出現質量問題的環節進行分析，并提出相應解決策略，以提高壓力容器的生產質量。

1 原材料質量問題與解決策略

壓力容器制造和使用安全性要求較高，因此企業在選材的時候必須要將原材料作為質量把控的切入點。目前在原材料選型方面，主要暴露出以下幾個方面的問題，首先，原材料化學成分不過關，例如在生產過程中未經許可，采用成本較低的碳鋼代替低合金鋼，雖然碳鋼價格較低，機械性能與低合金鋼接近，但是在焊接性，抗腐蝕性等方面均遠低于合金鋼。由于壓力容器大部分都是承壓件，因此在選型的時候要選擇化學成分達標的材料進行制造。尤其在承壓、高溫和高腐蝕狀態下，極易發生壓力容器損壞，這些都對原材料的選擇提出了挑戰；其次，壓力容器壁厚設計不合理，在設計過程中為了保證安全，片面的增加壓力容器壁厚，造成了成本浪費和制造成本的增減，同時也為焊接加工增加了很大的工作量，例如在膨脹節和波紋管材料選擇時采用以厚代薄，導致壓力容器所需承擔的剛性變形遠超設計能力，威脅到壓力容器的使用安全。

針對以上問題，主要從以下幾個方面入手。首先，做好原材料進貨檢驗關，在化學分析，力學性能，供應商資料報告幾個方面進行檢測。保證原材料符合設計要求，避免由于原材料質量不過關造成產品質量問題。其次，做好壓力容器的設計和計算，在滿足強度要求的基礎上，盡量減少產品壁厚，從而降低產品重量，在滿足質量的基礎上降低制造成本，同時也減少焊接制造和現場安裝成本。

2 壓力容器焊接質量問題與控制策略

壓力容器在焊接方面的質量問題主要包括焊接錯邊、咬邊、未熔合、未焊透等方面的影響。這些缺陷產生的原因主要包括以下幾個方面：首先是焊接材料時發生錯位引起的焊縫未滿焊缺陷，如圖1 所示，其為典型的焊縫正面的滿焊缺陷，焊縫區金屬填充不足，必然導致焊縫接頭質量下降，最終影響產品質量。另外一種情況是由于焊接能量輸入不穩定以及焊縫坡口加工不合適引起的焊縫背部未熔透缺陷，如圖2 所示，這種缺陷降低了焊縫強度，同時也容易引起焊縫位置發生腐蝕，從而對產品造成破壞。

針對以上幾個方面的問題，主要可以從焊接工藝方面避免產生焊接缺陷。

圖1 焊縫未焊滿缺陷

圖2 焊縫背部未焊透缺陷

3 壓力容器制造過程中的變形與解決對策

在壓力容器制造的各個零部件成型之后，極其容易受模具或者作業中的操作失誤導致壓力容器產生變形問題，如圖3、圖4 所示。產生原因有兩種，一種是在高溫情況下產生脫模，這種容易造成封頭收縮變形，導致壓力容器的幾何尺寸嚴重不達標；此外就是因為模具設計本身不夠周密，所以當零件最終成型之后，也會因此產生不相符的現象。所以面對壓力容器成型之后的變形問題應該采用下面幾種方法加以控制：一種是要求工作人員在作業期間嚴格按照程序操作，對作業中的任何情況都要實時監督；另外則需要在壓力容器設計階段，由設計人員將生產中的種種可能產生的誤差因素考量進去，例如熱模具要考慮冷縮問題，冷模具要考慮熱脹問題，從而規避掉可能產生的一系列變形問題所帶來的誤差。

許多壓力容器在加工過程中不可避免會涉及到熱加工的過程，這個過程會產生強大的強制力，在達到一定限度之后會形成內應力，產生潛在的變形和裂縫風險。在實際操作中一定要及時采用熱處理方法有效消除產生的內應力，在處理階段應該隨時注意溫度的控制，在爐壁火焰的噴嘴位置設計擋火墻，從而完全隔絕火焰和熱處理過程。另外，如果外殼的厚度不足，則應該對內部進行必要的加強，保證內部環境的穩定，從而根據實際加工情況適時采取相應的措施。

圖3 變形導致的組對間隙

圖4 搭塊與管壁間隙過大

4 結語

就壓力容器而言，其生產制造過程中存在多種質量隱患，在實際的生產制造過程中，需要針對這些質量問題進行分析，從而做到及時發現問題，及時解決問題。本文針對以上幾個方面存在的問題，分析了產生這些質量問題的原因，針對這些原因提出了相應的處理策略，為提高壓力容器的制造質量提供了理論支持。