淺析壓力容器制造的質量控制要點

劉建波

摘 要：壓力容器屬于特種承壓設備，制造單位需要取得特種設備制造許可資質。壓力容器安全性要求高，質量控制難度大，如何更好地提升壓力容器制造質量是我們重點關注的問題。本文從壓力容器制造過程中的幾項主要質量要素入手，圍繞《壓力容器》標準GB150展開，分析質量管理中重點關注的控制節點以及注意問題，以供參考。

關鍵詞：壓力容器;特種設備;制造;標準規范;質量要素;控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.058

0 前言

制造單位需要建立一套系統完善的質量管理體系，具備符合體系管理要求的設計能力、生產能力、質量管理能力等基本條件。制造過程要以主要控制點為脈絡，確保其生產制造的安全與質量。

1 壓力容器質量管理體系

1.1 國家法律、法規要求

質量體系的建立要以符合法律法規、相關技術規范和標準為基礎。

1.2 人員要求

質量管理體系中人員是第一要素，公司法定代表人對特種設備安全負責，要按照質量管理文件要求，安排質量控制系統的質量保證工程師及相關責任人員，質量管理人員在體系運行中獨立行使其在管理體系中權限與職責，在質量保證工程師統一領導下，協調各相關工作接口，有效有序開展質量管理工作。

1.3 技術、生產能力及質量管理能力

壓力容器設計需要取得壓力容器設計許可證書，設計單位及設計負責人要對設計質量負責;生產設備需要符合相關規范要求的制造加工能力;質量管理系統、控制環節、控制點要設置合理。

1.4 壓力容器文件控制

文件管理是壓力容器質量管理的重要環節。包括體系文件和記錄文件。體系文件主要包括《質量管理手冊》和《程序文件》，它們是整個質量管理中的綱領性文件，指導管理體系正常運行;記錄文件需要詳細記錄控制系統、控制環節及控制點的控制范圍、內容，記錄必須詳細真實。

2 壓力容器在制造過程中的主要質量要素

2.1 質量計劃

產品制造之前，制造單位要根據產品標準、設計文件要求及特種設備安全技術規程要求制定產品質量計劃。質量計劃應當明確容器本體及受壓元件、部件的制造工藝控制節點、質量控制要求及需要進行的檢驗項目，為產品制造和質量控制起到指導作用。

2.2 材料控制

（1）采購部門要按照體系要求對供應商進行合格供方評價，并根據其業績進行考評，建立合格供方檔案，材料采購優先選擇優質客戶進行采購;

（2）材料按照設計采購計劃進行，入廠材料按照《程序文件》要求進行檢驗，合格材料進行材料標記移植，材料責任人要對材料進行建檔。必要時，要按照規范要求進行材料復驗，復驗合格方可使用。對有材料代用要求的，相關部門需要提交材料代用申請，需經質保工程師審批。材料下料前要先對材料標記進行移植，確保材料可以追蹤。

2.3 工藝控制

（1）筒體成型。a. 筒體焊接接頭的對口錯邊量需要嚴格控制，這是焊接質量的根本保證。以Q345B厚度為16mm鋼板制作的筒體為例，其A類焊縫的對接錯邊量要求≤3mm;B類焊縫的對口錯邊量要求≤1/4δs，也就是≤4mm。b. 筒體卷筒過程中，焊接接頭的環向、軸向所形成的的棱角度相當重要，也是卷筒工序的關鍵環節。 需要有效控制卷筒過程中預留的壓頭尺寸，通過二次校圓進行調節，使得筒節的棱角度控制在標準范圍之內。檢查棱角度需要制作弦長=Di/6，且≥300mm的內弧樣板（或外弧樣板），棱角度E≤（δs/10+2）mm且≤5mm，按照厚度δs =16mm鋼板計算，E≤3.6mm為合格。c. 筒體組焊完成后的圓度控制（針對內壓容器）。容器組焊完成后，需要檢查筒體的圓度。通過檢驗筒體的內徑尺寸，計算最大內徑與最小內徑之差。對于碳素結構鋼而言，圓度（Dmax-Dmin）≤1%Di（筒節該斷面內徑），按照筒體內徑2000mm計算，圓度（Dmax-Dmin）≤20mm為合格。

（2）筒體組對。a. 直線度控制。首先筒體組對直線度要符合圖紙要求，另外，筒體直線度的允許偏差應≤筒體長度（L）的1‰;對于直立容器而言，其筒體直線度應≤（0.5L/1000）+15mm，按照筒節長度20米計算，直線度≤25mm為合格。直線度的檢查應該從筒節斷面的水平與垂直平分線的中心四個位置進行測量，測量位置要離開縱向接頭焊縫中心線至少100mm的距離，確保測量數據的準確性和代表性。b. 焊接接頭控制。 筒體組裝時，不宜采用十字焊縫，這種焊縫方式在設計之初就應該予以避免;相鄰筒節之間的A類接頭應錯位，其在筒節外表面上的弧長長度應大于筒體母材厚度的3倍，并且≥100mm（如果母材厚度為16mm，那相鄰筒節的縱縫在外圓弧上的距離應選擇≥100mm的最低要求）;所有的筒體中，單個筒節長度不得小于300mm。

2.4 焊接質量控制

（1）焊接工藝。壓力容器施焊之前，受壓元件焊縫、與受壓元件組焊的焊縫、熔入永久焊縫內的定位焊縫、受壓元件母材表面堆焊與補焊，以及這些焊縫的返修焊縫都應進行焊接工藝評定，只有經過評定合格的焊接工藝支持，才進行施焊。焊接工藝評定技術檔案需要妥善保管，直至該工藝評定失效為止，工藝評定試樣保存期限不少于5年。

（2）組焊。a. 焊前對焊道進行清理，焊道兩側至少20mm范圍內去除氧化皮、油污、熔渣及其它雜質;b. 有坡口要求的焊縫，坡口表面不得有裂紋、分層、夾雜等缺陷。對于抗拉強度≥540MPa的低合金鋼及Cr-Mo低合金鋼經熱切割后的坡口表面，坡口制備完成后應進行磁粉檢測;c. 全熔透焊縫需要根據相關技術要求和工藝文件規定定位組件，保證組焊間隙，確保熔透效果;d. 焊接材料應保持干燥，施焊環境需要滿足規范規定的風速、濕度、溫度等環境因素要求。當焊件溫度低于0℃時，應對焊件進行預熱處理。

（3）焊縫外觀控制。a.焊縫余高控制。壓力容器A、B類焊縫，焊縫余高e1、e2要滿足標準GB150要求，焊縫高度不得低于母材高度。例如：筒體母材Q235B采用單面坡口的筒體，需要滿足A類焊縫余高e1≤0%～15%δs;B類焊縫e2≤1.5mm。b.焊縫咬邊。咬邊缺陷是危害焊縫質量的重要因素，所以標準中對咬邊的控制相對較嚴格。在日常產品質量檢驗中應當高度重視。對于Rm≥540MPa及Cr-Mo低合金鋼制造的容器及不銹鋼容器、低溫容器等標準要求的特殊容器，咬邊的缺陷是不允許存在的;對于其它容器，焊縫表面的咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊連續長度不得大于100mm，并且焊縫兩側咬邊長度總長不得超過該焊縫長度的10%。c. 焊縫其它外觀要求。焊縫表面

應按照相關標準進行外觀檢查，不允許有表面裂紋、未焊透、未熔合、表面氣孔、弧坑、未填滿、夾渣等缺陷;焊縫與母材應圓滑過渡，角焊縫應凹形圓滑過渡，減小應力集中。必要時，需要配合表面無損檢測進行進一步檢查。

2.5 熱處理及無損檢測

熱處理。壓力容器熱處理主要包括成形受壓原件的恢復性能熱處理、改善性能熱處理和焊后熱處理。a. 受壓元件在經過冷成型或溫成形加工后，其變形會存在較大的殘余應力，在一定條件下，根據標準規范或設計要求，需要對部件進行恢復性能熱處理。如封頭成形前厚度大于16mm，封頭加工成型后需要根據規范要求進行熱處理。b. 容器焊后及改善性能熱處理需要根據技術規范要求和材料性能，制定合理的工藝文件。c. 產品焊接試板應與容器（或受壓元件）一起進行隨爐熱處理，以獲得與本體相同的力學性能試驗參數。

2.6 無損檢測

無損檢測方法主要包括射線、超聲、著色、磁粉等檢測方法。壓力容器的無損檢測在標準規范中都已明確敘述，作為質量控制的關鍵要素，為產品的質量控制提供了有效的數據記錄和依據。無損檢測人員需要依據相關規范標準、技術要求嚴格執行，以提供真實可靠的數據作為參考，更好地進行質量管控。無損檢測的檢測檔案需要完整保存，保存年限不得少于容器的設計使用年限，以備查閱。

2.7 耐壓試驗

容器的耐壓試驗是檢驗產品是否泄漏的關鍵工序。耐壓試驗和泄漏試驗需要采用兩件量程相同的、并經檢定合格的壓力表進行測量，壓力表建議放置于容器頂部和底部各一塊，確保壓力試驗數據的準確。壓力表的精度不得低于1.6級，表盤直徑不得小于100mm，壓力表的量程應為1.5～3倍的試驗壓力，最好選用2倍。對于特殊材料如Q345R，液壓試驗溫度不得低于5攝氏度，其它材料的試驗溫度要依據相關標準規范進行。

液壓試驗和氣壓試驗的程序和步驟要按規范進行，緊固部件要裝配齊全妥當，保證操作的安全性。不允許帶壓進行泄漏位置的修補和緊固。

合格標準為容器無泄漏，無可見變形和異常聲響。氣液組合試驗，要先檢查有無液體泄漏再進行肥皂液等檢漏液檢查，無漏氣為合格。

泄漏試驗要在耐壓試驗完成后進行。泄漏試驗主要包括氣密性、氨氣檢漏等試驗，主要是對焊接接頭和連接部位進行泄漏檢查，小型容器可放入水中檢查。

3 結語

綜上所述，壓力容器涉及到社會及人身安全，其質量控制意義重大，深度理解相關標準規范，才能更好地進行制造過程質量控制，有效預防質量事故的發生。

壓力容器技術規范繁多，未能面面俱到，略析重點，望所述對讀者有借鑒意義。

參考文獻：

[1]壽比南，陳鋼等.《壓力容器》GB 150-2011[S].中國國家標準化管理委員會發布.