壓力容器制造過程中的材料代用思考

唐嬋 徐寶泉

【摘要】在壓力容器的設計和制造過程中，材料代用是一個非常關鍵的問題，若代用的材料不當，將會影響壓力容器的正常使用性能，甚至還會帶來一定的安全隱患。因此，在壓力容器的制造過程中，一定要做好材料代用的選擇。鑒于此，本文就壓力容器制造過程中的材料代用展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

【關鍵詞】壓力容器；材料代用；材料

一、材料代用的原則

依據TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》中2.13的規定，壓力容器制造或者現場組焊單位對主要受壓元件的材料代用，應當事先取得原設計單位的書面批準，并且在竣工圖上做詳細記錄。最基本的原則是代用材料必須是壓力容器建造規范或標準允許使用的材料；代用材料必須具有滿足容器設計要求的各項性能；代用材料的焊接性可以和被代用材料不同，但在制造廠具體條件下應該能夠解決或在合同允許范圍內通過改善現有條件可以解決。一般情況下材料代用應遵循以厚代薄、以高代低原則。

（一）以厚代薄

以厚代薄是指在材料性能相同或相似的情況下用相同鋼號較厚規格的材料代替較薄規格的材料。

（二）以高代低

以高代低是指以較高級別或性能較好的材料代替較低級別或性能較差的材料。

二、材料代用的具體規定

在設備的設計和制造過程中，常常會出現材料采購困難或者出于經濟上的考慮，材料代用的現象經常出現在壓力容器的設計過程中。

（一）壓力容器材料代用主要要求

（1）壓力容器的承壓部件在代用材料的選擇上，應和被代用材料有著相同或者相似的外形質量、化學成分、尺寸公差、性能指標、檢驗項目和檢驗率等。

（2）材料代用最基本的原則是要絕對保證，在技術要求上，代用材料不得低于被代用材料，個別在檢測率或性能項目上要求不嚴格的代用材料，可以采取檢驗、測試的方式來選擇合適的代用材料。

（二）材料代用的手續要求

（1）容器承壓部件的代用要嚴格進行，須經由代用單位技術部門的批準并上報代用材料的復檢報告或質量證明，由主管負責人核準批復。

（2）必須在獲得原設計單位的允許并拿到證明文件后，才可以在壓力容器制造時進行材料代用；

（3）壓力容器的設計圖、施工圖以及出廠時的質量證明書中要細致標注代用材料的規格部位、材質和規格。

三、壓力容器材料代用的基本程序

壓力容器材料代用并不是簡單的材料替代，是針對生產的實際情況，做出的一種有效改變，在實際應用過程中，必須注重把握以下幾點內容。第一，材料代用必須由原來設計單位提供材料的型號、規格及技術條件等重要信息，保證材料在使用過程中，能更好地滿足于實際制造需要。同時，制造主管部門要對原設計單位提供的材料信息進行審核，確保其在壓力容器制造中不會產生不良影響，然后再進行材料代用。第二，主管部門審核完成后，需要將材料代用申請單進行回郵，由原來設計單位進行審核，并需要進行相關實驗，只有原設計單位允許進行材料代用，才可以執行材料代用，否則，將不允許進行材料代用。第三，當壓力容器制造完成后，在出廠質量證明書中，要對材料代用部門進行明確地標識，詳細記錄材料代用的具體情況，并且要對材料代用情況進行記錄備案。

四、材料代用中的注意事項

（1）當厚板代替薄板時，有可能引起連接處的結構變化，如簡體與加厚封頭的連接，通常需要對封頭進行外削邊處理。當厚度增加較多的時候，還有可能涉及到焊接結構的變化；（2）整體以厚代薄，即使不會增加封頭與筒體連接部位的局部應力，也會造成一些不利影響：①增大板厚，原設計選用的焊接方式、探傷方法及熱處理要求等可能發生相應的變化；②板厚增大必然增加容器的重量，對容器的支座和基礎產生不利影響；③隨板厚增加材料許用應力呈下降趨勢，以厚代薄有可能導致強度不足，必要時須進行強度驗算；④換熱器主要受壓元件以厚代薄會增大溫差應力，造成力系不平衡，必須重新進行設計計算；⑤采用無縫管做筒體的小直徑換熱器，以厚代薄應當適量減小折流板外徑，并核對折流板外徑的減小量是否在允許范圍之內；⑥不宜過分增厚開孔補強板，過厚的補強板容易引起補強板與簡體連接的外周較高的應力集中，嚴重時可導致起焊角部位開裂；⑦以厚代薄可能導致受壓部件過大的厚度差，有可能影響射線探傷質量，甚至使探傷失效，即使可以采取相應的措施避免漏檢，制造成本會相應地有所增加。

五、結語

總之，在壓力容器制造過程中，對于材料的代用應該嚴格按照材料代用的程序進行，并且要嚴格遵循以高代低和以厚代薄的原則，同時加強材料代用造成的各種影響的關注，對于很多技術參數以及設備的強度等都需要重新計算和驗算。

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