壓力容器制造中常見工藝問題淺析

摘 要：壓力容器作為特種設備，國家相關部門對其設計、制造、使用都有專門的法律法規進行嚴格的控制和監督。在制造過程中，工藝人員常常會遇到如：工藝過程的控制、材料代用、容器變形等問題。文章基于壓力容器制造的構成和特點，分析了壓力容器制造中常見的工藝問題并進行了深入細致的分析，在評價現行各觀點基礎上，對上述問題提出筆者自己的想法，以便施工中掌握與執行，確保產品質量的安全可靠。

關鍵詞：壓力容器；工藝；問題

1 工藝過程的控制問題

如何采取有效的方法來控制工藝紀律的嚴格執行呢？古人常說：“皮之不存，毛將焉附?！笔紫染褪且獙踩|量責任意識牢記心中，以工藝技術為根本，來指導產品的整個生產過程和全部檢驗項目，建立行之有效的工藝管理控制系統。確保作業文件的準確、完整并具有可操作性，通過工藝評定或工藝驗證整個制造過程中需要控制的重要參數和特性值要，并將之形成文件。在整個生產過程中必須嚴格執行工藝要求，任何工序中的任何人不得憑借自己的意愿改變工藝文件的內容，如有必要修改時，要嚴格遵照修改制度進行。這就是工藝指揮生產，而不是生產指揮工藝。嚴格工序流轉，真正的發揮出制作過程流轉卡的作用，遇到控制點時就必須進行質量控制，遇到停止點時就必須停止檢驗。明確質量責任制，將生產過程中的原始數據記錄完整，并由相關責任人員進行簽字確認，嚴禁弄虛作假，其實亦是對工序操作者本身的一種自我保護。

加強工藝制度的管理，建立起完善的工藝管理體系和組織，從工藝技術文件的制定到執行與貫徹，到日常的檢查監督，再到最終的管理考核，各環節都做好了，才能達到效果。

2 材料代用問題

在壓力容器制造過程中，材料的代用是工藝人員常常遇到的問題之一。很多同行、專家也常常談及這一范圍。特別是下文要討論的“以優代劣”和“以厚代薄”這兩個被掛在嘴邊的論題。

談及“以優代劣”，那么就要先談談何謂“優”又何謂“劣”，其實這很難講。壓力容器所使用的金屬材料，其主要性能包括：力學性能、化學性能、物理性能和工藝性能，而一種材料的性能是不會改變的。就兩種材料而言，其中一種在力學性能上優于另一種，但有可能就會在工藝性能上劣于對方，由于容器使用的位置、溫度、壓力不同，人們對材料的性能要求也是變化萬千的，對于判斷材料的“優”、“劣”，只能根據具體的問題進行具體分析。比如強度級別越高的材料，其焊接性能與冷加工性能就會越差。像低合金鋼在機械性能方面的指標要比碳素鋼好，但在焊接性能以及冷加工性能上卻不如碳素鋼。不銹鋼在含CL-介質的工況時其耐蝕性能不如碳素鋼和低合金鋼。

總之，隨便地在壓力容器產品制造過程中進行材料的代用是不允許的，特別是主要的受壓元件，由于材料采購困難等原因必須代用時，制造廠家必須向容器設計單位提出材料代用申請，取得同意后再進行生產，并且在竣工圖上進行詳細記載。

而“以厚代薄”，很多人武斷的認為可以使容器安全性提高，便大膽的使用此代用方式，甚至以此作為自己產品厚道的表現。其實使用比設計材料更厚的材料，常常有害于殼體的受力狀態，殼體本身是平面應力狀態，由于加大壁厚而向平面應變狀態進行了轉變，有時甚至會受到三向拉應力而產生平面應變脆性斷裂。當薄板被厚板替代時，連接結構也會同時發生變化，例如封頭的厚度增加時，要對封頭進行削邊處理。有些容器設備是直接使用鋼管來制作筒體的，如果鋼管需要加厚壁厚時，它與封頭的連接處，也必須進行削邊處理。有些人說如果將整個容器全部以厚代薄，會不會就沒有問題了呢？我們說這么做筒體與封頭連接部位的局部應力增加問題是解決了，但殼體厚度增大后，焊接方式、檢測方法的變化，同時容器也增大了其自身重量，那么當初設計的支座和基礎就有可能不滿足變化的需要。另外像換熱器這類設備，需要殼體兼作傳熱部件，那么殼體的厚度增加了就必然會影響其傳熱的效果。

3 容器制造時的各類變形

壓力容器制造時，對于容器本體或某一部件的變形問題，是令很多制造廠家頭疼的事情，由于變形量在圖紙及標準規范中都有明確要求，所以一旦超標，便成為不合格產品。

而導致變形的原因，大概可分為由于應力導致的變形（如：使用割刀、焊接、熱處理及加工失穩等導致的變形），由于加工上的誤差而導致的變形（如：下料誤差、成型誤差和組裝誤差等導致的變形）。在這些變形中，一部分變形可以通過一些方法來進行矯正，而另外的一部分是沒有辦法去改變的。所以，在壓力容器制造時，變形問題是工藝人員高度重視的一大環節，在制訂制造工藝時，要通過周密的考慮力求避免變形的產生，制造出符合圖樣和標準規范的容器產品。

先來說說由于應力導致的變形，例如一些直徑較大而筒節較短的殼體，在下料時采用自動割刀加工坡口，加工邊產生收縮，直線邊會產生明顯的弧線，再到卷板機上進行輥圓后，其端口必然不在同一平面上。像這種情況，在下料、坡口時采取對稱切割或機械加工的方法是較好的。

在大部分容器上都設計有人孔或手孔，那這類的開孔常常由于加工失穩而導致殼體變形。在制造過程中，如遇到開大口徑孔洞時，最好將殼體組裝成大段或整體后再進行開孔，開孔前將開孔區用緊貼殼體的筋板進行加強，組焊接管后殼體處于整體穩定狀態時，再把加強板撤掉。

下面說說加工誤差變形，在容器制造過程中，除卻使用的附件外，真正的加工工作較少，無非是下料、成型、組裝。我們從這三方面進行控制，就可減少變形量。如果不能準確的掌握下料尺寸，那成型后的部件肯定也會有較大誤差。這主要是由于計算或放樣時有誤差，除了提高下料人員的技術水平，工藝人員還應使用電腦繪圖軟件進行電腦放樣，對下料尺寸進行校對。

在容器附件的加工成型中，由于操作者的操作不規范或者使用的模具不標準同樣可以產生變形，像熱壓封頭在脫模時沒有控制好溫度，那封頭的外形尺寸必然受到影響；筒節在卷制過程中，卷板機操作工的控制不當會使筒節出現鴨蛋形活桃形等；設計的模具有誤或者由于長期使用準確度有多改變，成型后的部件其幾何尺寸肯定也不符合要求。此類變形的預防措施還是要對工藝紀律進行嚴格要求，同時使用CAD進行放樣后制作準確性較高的樣板對工件進行檢查；在加工件的理論尺寸形狀的基礎上進行模具設計，充分考慮工件在加工成型中和成型后發生的變化，熱成型模具要考慮成型件冷卻后的收縮量，冷成型模具要考慮成型件的回彈量。

最后談一談組裝誤差的變形，即容器殼體組裝時由于焊口錯變量嚴重或直線度誤差等超標所產生的變形。特別是對于一些直徑與整體長度都較大的容器，往往會出現此類問題。即使變形量在允許范圍內，也會影響容器的外觀。控制這類變形，其一是要嚴格限制錯口量，殼體組裝應使用定位卡塊，對于直徑大、厚度薄的容器，可使用鋼管在內壁進行十字或米字支撐后再進行組裝。其二是殼體臥式組裝應在托輥上進行，并用直線檢查其直線度。

4 結束語

壓力容器制造工藝人員應認真且嚴格的把握好制造過程中的各個工藝環節，從設計文件工藝性審核、工藝文件編制、工藝質量控制與工藝紀律檢查，每一項都不容馬虎。在工作中不斷充實自己，提高個人能力，合理優化工藝細節，嚴格執行與檢查工藝紀律，為企業的質量體系良好運行做出貢獻，努力改進不足之處，幫助企業形成良好的生產氛圍和工作局面，確保壓力容器產品制造質量。

作者簡介：谷雨（1982-），男，漢族，山東濟南人，助理工程師，主要從事壓力容器制造、壓力管道配制、壓力管道元件制作工藝技術工作。