淺談壓力容器材料的選用

沈軍陸

【摘要】材料的選擇與補強設計在化工壓力容器設計中至關重要，材料性能的優良和補強設計的技術含量會對化工壓力容器作業質量產生較大影響。化工壓力容器的材料選擇與補強設計常出現的各種問題不利于化工壓力容器的正常運作。

【關鍵詞】壓力容器；制造過程；質量；控制

引言：壓力容器屬于特種設備范圍，在其制造過程中對于相關工藝、技術的要求十分嚴格，所以，制造企業必須在加強先進工藝、技術研究的基礎上，進一步完善現行的質量控制體系，并且加強制造過程中的嚴格監督和管理。

1、壓力容器的特點

壓力容器的專用材料對韌性、塑性、延性有著特殊要求，對屈強比也有一定限制。低合金鋼含有少量合金元素（如Mn、V、Mo、Nb等 ）的低碳結構鋼，它不僅價廉、強度也比同等低碳鋼高得多，而且具有良好的焊接性能和一定的耐蝕性能。我國開發的這類鋼種較多，在國際市場上也頗有優勢，今后還將繼續冶煉出新品種，特別是能防止低溫脆斷的耐低溫低合金鋼，以供用戶選用。

2、壓力容器的發展前景

2.1先進制造技術理念的推廣普及

壓力容器制造單位必須持有國家質量技術監督部門頒發的"壓力容器制造許可證"，并應建立健全的質量保證體系。以市場為導向，以系統觀念、工業工程為指導，以全面數字化技術為依托，合理使用先進技術，精心組織經營管理。

2.2新型壓力容器專用材料的試制選用

值得注意的是新世紀納米技術正在試制出輕質、高強度、熱穩定的新型材料，甚至能自動修復磨損或裂紋等缺陷的智能材料。選用這類材料進行加工成形時，不再是傳統的"去材法"或"變形法"制造理念，而是運用"增材法"制造理念，這樣既大大節省了原材料，降低了環境污染，又可使不同材料層起到不同的特殊功能。容器設計一般當容器設計厚度大于12mm時，就應該考慮選用復合材料的可能性。選用復合板作為壓力容器筒體材料時，應根據介質的特性選用不同材料類型的復合板。

2.3容器制造采用機械切割時，復層朝上，并應注意防止復層面的損傷

對厚度大于12以上的復合鋼板，可按設備裝備情況依次采用等離子切割氣割氧助溶劑切割。容器制作要求進行預熱處理時，預熱按647的鋼制壓力容器焊接工藝規程及相關規定以基層材料為準選擇預熱工藝。對耐晶間腐蝕要求較高的設備，如基層材料需熱處理，復層材料在基層材料熱處理后再進行焊接。為保證復合鋼板不失去原有的綜合性能，焊接時基層和復層應分別進行，焊接工藝與相應的材料焊接工藝近似。對基層和復層進行切割和焊接時，為了防止飛濺及焊渣粘到復層材料面，影響材料的性能，應在復層面涂以保護涂層。對于凸形封頭，設計圖樣上最好同時注明其允許的成形后最小厚度，以免生產單位選定毛坯鋼板的厚度時，也可以注明名義厚度中已包括百分之多少的沖壓成形減薄量，如蘭州石油機械研究所出的壓力容器圖紙就采取的這種標注方法，給制造廠選材帶來了很大方便。

2.4提報材料采購計劃時的注意事項

因為鋼板、鋼管、鍛件和螺柱等材料標準上的交貨狀態（熱處理狀態）、沖擊試驗要求和超聲檢測等內容許多是需方要求時才保證或由供需雙方商定，所以采購這些材料時應明確以上要求，不應讓業務人員僅按其材料標準編號去采購。

3、材料的使用

奧氏體不銹鋼在制造過程中如受到嚴重的污染和磕碰劃傷，制成容器經酸洗鈍化處理后采用藍點法檢查不容易通過；容器投入使用后在腐蝕介質作用下，有可能產生局部腐蝕或應力腐蝕，其后果非常嚴重。切割復合鋼板時應防止損傷復層：用機械切割法時，基層放下面，復層放上面；用氧氣切割法和等離子切割法時，復層放下面，基層放上面。低溫壓力容器用焊接材料，應選用與母材化學成分和機械性能相同或接近的材料。受壓元件或非受壓元件與受壓元件間的焊接，當采用手工電弧焊時，應選用低氫堿性焊條；當采用埋弧焊時應選用堿性或中性焊劑。鐵素體鋼之間的焊接，一般應選用鐵素體型焊接材料（9%Ni鋼除外）。焊接接頭的低溫沖擊試驗溫度以及焊縫金屬、熔合線、熱影響區的低溫沖擊功的要求，均應與母材相同。鐵素體鋼之間的異種鋼焊接用焊接材料一般應按韌性要求較高側的母材選用，而且焊接接頭抗拉強度不低于兩側母材中最低抗拉強度的較小值。

4、焊接質量控制及管理措施

4.1焊接材料及管理措施

焊接材料的選用應使焊縫金屬的力學性能高于或等于母材的限值，當需要時，其他性能也不應低于母材相應要求。合適的焊接材料應與合理的焊接工藝相配合，以保證焊接接頭性能在經歷制造工藝過程后，還能滿足技術文件規定和服役要求。

并符合相應標準的規定。使用單位應根據質量管理體系規定按相關標準進行驗收或復驗，合格后方準進入焊材庫。焊材庫應嚴格執行焊接材料入庫、保管、烘干、發放和回收制度。

4.2焊工資格及管理措施

焊工操作水平對產品質量、生產效率與成本控制有極大的關系，因此可以說每一個合格的焊工都是公司的財富。壓力容器的焊接操作工須通過《特種設備焊接操作人員考核細則》取得特種設備焊接作業人員證，方可在壓力容器承壓類焊縫上施焊，并且所施焊的項目與其考試合格的項目相同。 壓力容器制造單位應結合自身情況，制定焊工管理辦法，建立焊工焊接檔案。在產品焊接中確保焊工所施焊的項目與其考試合格的項目相同，不能出現沒有資格的焊工施焊的情況。合格的持證焊工按照焊接工藝文件的要求施焊，并且自覺遵守有關工藝規程或有關技術要求。對于在實際施焊中合格率不高的焊工應取消其施焊資格，如經再次培訓考核，達到合格的標準后可從事承壓類焊縫施焊。

4.3焊接工藝及管理措施

焊接工藝評定通過對擬定的焊接工藝施焊試板進行試驗以驗證該工藝所施焊的焊接接頭是否滿足各項性能指標。用于施焊壓力容器承壓類焊縫的焊接工藝須經過焊接工藝評定，其參數是在合格的工藝評定范圍內。焊接工藝人員應根據產品設計文件、技術要求和制造條件，依據評定合格的焊接工藝，從實際情況出發，按每個焊接接頭編制焊接工藝文件。因此，經過焊接工藝評定合格的焊接工藝參數在施焊時必須嚴格遵守，不得隨意改變。 如果不按照焊接工藝文件的要求施焊，即使在無損檢測中沒有發現焊接缺陷，其焊接接頭的力學性能的金相組織與力學性能也無法得到保證，對產品質量具有潛在的危險性。因此，壓力容器的施焊須有合格的焊工按照合格的焊接工藝文件要求進行，才能得到符合要求的焊接接頭、保證焊接質量。

4.4焊接設備及管理措施

焊接設備是完成焊接過程的必備設備，壓力容器制造單位應根據自身情況配置焊接設備，并建立設備臺賬，對設備的狀態及保養做好記錄。工作狀態良好的焊接設備是順利完成焊接工作，保證焊接質量的必要條件。焊接設備必須由專人管理，定期檢查維修，其電流表、電壓表應工作正常，并在檢定期內。

總結：壓力容器用材料的選擇必須要考慮到許多因素，應選擇適合于工藝和機械兩方面要求的最經濟的材料.選擇材料還要考慮符合我國資源情況。焊接材料的選擇和使用一直是壓力容器和焊接行業非常關注的問題，為保證壓力容器焊接質量，必須正確選取焊材.選擇焊材時除根據工藝方法及冶金特點外，還應掌握焊材選料的原則和做好焊前準備等項工作.

參考文獻：

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