壓力容器制造工藝及質量控制措施

靳志宇

關鍵詞：壓力容器；生產制造；制造工藝；質量控制

在生產制造壓力容器的過程中，相關單位與技術人員一定要根據具體情況明確基本需求，采取合理的措施開展材料選擇、主要部件制作和裝配焊接等操作。在此過程中，相關單位與技術人員應針對具體的問題制定質量控制措施，保障壓力容器的生產制造質量，充分滿足其實際應用需求。

1 項目概況

本研究主要討論一個儲氣罐的生產加工。該儲氣罐為二類壓力容器，規(guī)格為φ 1 000 mm×2 410 mm×10 mm，設計溫度為40 ℃，設計壓力為1.78 MPa。為保障其具體生產制造質量，本研究特對其制造工藝和質量控制措施進行分析。

2 壓力容器主要制造工藝

本項目所用壓力容器的制造工藝主要包括4個步驟：第一，合理選擇主要材料；第二，采取合理的技術措施制作筒節(jié)；第三，采取合理的技術方案制作封頭；第四，對壓力容器整體進行裝配焊接加工處理。

2.1 主要材料選擇

在壓力容器生產制造中，材料選擇是一個基礎且關鍵的環(huán)節(jié)，只有材料恰當，才可以確保后續(xù)的生產加工質量。基于此，本研究結合壓力容器的實際設計與應用需求，對其主要材料進行了合理選擇。綜合考慮各方面因素，最終決定將支承式支座選作容器支座，將Q235B型低合金16MnR鋼板用作筒體材料和筒頭材料[1]。

2.2 筒節(jié)制作

在制作筒節(jié)前，首先要用機械矯正法對鋼板進行校正處理，通過化學法和機械法除去鋼板表面的氧化皮、鐵銹以及其他污物。其次是劃線和下料，本項目主要采用CNC-4A型數控切割機，通過氧乙炔火焰對筒節(jié)進行切割加工。因此，其下料方法選擇的是熱切割法。在下料過程中，需按照實際的板材尺寸進行筒體排板和下料處理，并按照以下方式完成排板圖繪制。（1）嚴格按要求控制好筒節(jié)長度。（2）下料時，對同一個筒節(jié)應盡可能減少縱向拼接焊縫的數量，合理控制相鄰縱縫之間的弧長距離。（3）筒節(jié)和筒節(jié)、筒節(jié)和封頭的焊縫不可設置為十字交叉形式，且焊縫一定要錯開設置，錯開量應在筒節(jié)設計厚度的兩倍以上。（4）對于筒體內件和筒體之間的焊縫，下料時應盡量不在筒體自身環(huán)焊縫邊緣設置。（5）該壓力容器屬于臥式容器，因此，其環(huán)焊縫需要盡量設置到支座以外，縱向焊縫應盡量設置到筒體下方一定范圍內。（6）筒體上縱向焊縫以及環(huán)向焊縫的設置應盡量避開補強圈和孔位置。（7）筒體下料一定要嚴格按照實際的排板圖，并檢查每一塊板料的產品編號、質量標記、筒節(jié)號、件號、焊縫編號、幾何尺寸、板厚度以及坡口方向等是否合格，確定完全合格之后才可以下料。（8）筒體周長全部按照中徑展開，且需要按封頭外周長實際尺寸確定。（9）在筒節(jié)下料劃線過程中，需要將檢查線、切割線以及實際用料線明確標注在板上。（10）嚴格按照設計控制筒節(jié)的切割余量、邊緣加工余量以及展開長度等。本次壓力容器劃線下料中的主要參數控制情況如表1所示。

本項目主要通過對稱式三輥卷板機進行筒節(jié)卷制加工，在具體加工過程中主要采用以下4項技術措施：（1）對于鋼板兩端不能卷彎的平直段需要提前按所需曲率通過彎胎預彎法進行彎曲處理，其中，預彎胎板厚度設為20 mm，曲率半徑設為900 mm，預彎長度設為240 mm。（2）為避免卷制過程中出現(xiàn)鋼板扭斜、軸線方向錯邊等情況，需要在滾卷前將鋼板擺正，并與卷板機保持對中，本項目采用的對中方法為輥上槽線法，在對中過程中先將中線劃在鋼板上，再將下輥表面的槽線與之對正，以此達到良好的對中效果[2]。（3）完成對中后便可進行滾卷加工。加工時需要將上輥下壓，使鋼板產生相應的曲率彎曲。在冷卷過程中，變形率不可超出材料允許限值，同時應控制好上輥下壓壓力，防止發(fā)生打滑情況，下壓量不可超出卷板機功率額定值。當卷制到規(guī)定曲率時，還需要在該曲率條件下進行多次卷制處理，使其內應力充分釋放，以此確保其變形的均勻性，減少回彈。（4）完成滾圓并裝配焊接好焊縫之后，需再一次對筒節(jié)進行滾圓處理，使其圓度符合規(guī)定。在具體處理過程中，應先逐漸加載到校正曲率最大值，再對正焊縫區(qū)域實施重點矯正，測量合格之后再逐漸卸載，一直到卷制結束為止[3]。

2.3 封頭制作

封頭劃線下料之前，要按以下公式進行坯料直徑計算：

因為毛坯的直徑較大，所以本項目決定通過拼板法制作毛坯料。在制作過程中，為防止十字交叉焊縫的出現(xiàn)，將壓力容器封頭制作成兩塊左右對稱形式的鋼板，將其對接焊縫和封頭中心距離控制在毛坯直徑的1/4及以內。內筒封頭由兩塊板材焊接組成，其外部板材規(guī)格為2 850 mm×1 750 mm×8 mm，內部板材規(guī)格為2 850 mm×1 100 mm×8 mm。

封頭壓制的工藝方法有很多，包括爆炸成型、沖壓成型以及人工錘擊成型等，本次選擇的是沖壓成型工藝。封頭壓制整體上屬于加熱拉延過程，通過拉延模具對空心半成品或平板毛坯進行拉延處理，最終使其形成開口零件。封頭加熱拉延之前需要先加熱板材，以此提升其韌性，減小其變形壓力，為后續(xù)的拉延成型提供足夠的便利。在加熱拉延時，通過室式加熱爐進行加熱處理，將起始沖壓溫度控制在900～1 050 ℃，將終止沖壓溫度控制在700 ℃及以上。若期間的溫度低于700 ℃，沖壓后必須實施回火處理，以此確保加熱拉延效果。根據設計圖紙，該儲氣罐封頭是一個標準的橢圓形結構。在具體壓制過程中，需要嚴格按照設計的壓延力來合理設置壓力機噸位，并根據設計好的沖壓直徑來合理選擇沖壓機。綜合考慮各方面因素，本項目決定使用500 t噸位的四柱式油壓機進行封頭的壓延加工。在壓延加工過程中，考慮到成型工藝中存在很多不穩(wěn)定因素，封頭的準確形狀及其變形等都難以掌控，所以在毛坯下料時特地預留出100 mm寬的修邊余量，以供后續(xù)加工修整。為提升加工效率，鋼板二次切割以及坡口加工工作可同步進行。在加工過程中，通過可旋轉形式的回轉平臺夾持封頭，使其開口向上，將割槍夾持到平臺側面支架上并與切割線對準，通過電動機為回轉平臺的旋轉提供驅動力。為確保切割的穩(wěn)定性，在具體切割過程中，特通過導向滾輪連接割嘴的方式將彈簧壓緊到封頭壁上實施切割處理。

2.4 裝配焊接

本項目壓力容器及其相關部件的裝配焊接技術要點包括以下3項：（1）通過臥式法在焊接滾輪架上裝配筒節(jié)，將兩個筒節(jié)放到焊接滾輪架上，嚴格按設計要求預留焊接縫隙，之后便可實施定位焊。完成接頭裝配后，其錯邊量應控制在容器壁厚度的15%及以內，最大錯邊量控制在5 mm。（2）對于筒體和封頭，在裝配過程中，需要將內筒放到焊接滾輪架上，通過吊車將封頭吊運到裝配位置，再通過定位焊進行焊接，其焊接工藝和筒節(jié)焊接工藝完全相同[5]。（3）壓力容器上的其他配件應嚴格按照具體設計進行裝配，之后通過電弧焊實施定位焊接。為保障焊接效率及其質量，施工單位需要對其環(huán)境條件加以良好控制，除了雨雪等惡劣天氣條件下不可實施焊接施工，施工單位還需要按照表2中的參數做好其焊接環(huán)境質量控制。

3 壓力容器制造質量控制措施

為進一步確保壓力容器的生產制造質量，在具體制造過程中，相關單位和技術人員應通過合理的措施實施質量控制，主要包括設計和焊接質量控制、熱處理質量控制、檢測質量控制3項內容。

3.1 設計和焊接質量控制

在壓力容器的加工制造過程中，為實現(xiàn)其整體質量的良好控制，相關單位首先應控制好其設計和焊接質量。設計單位應全面掌握壓力容器的主要特征，根據其實際應用需求以及現(xiàn)場生產加工條件合理進行壓力容器設計，以此提升其加工效率與質量，滿足壓力容器的實際應用需求。壓力容器的焊接一定要由具備相關資質和足夠經驗的專業(yè)技術人員操作，焊接前需要對所有材料、設備等進行嚴格檢查，在確保其完全符合要求的情況下才可以進行焊接，且所有焊接操作都必須嚴格按規(guī)定進行，防止因設計不佳和焊接操作不當等導致的質量問題[6]。

3.2 熱處理質量控制

對于壓力容器的生產制造工藝而言，熱處理是一項關鍵的技術環(huán)節(jié)。只有合理控制熱處理質量，才能保障壓力容器的元件質量。基于此，在對壓力容器中的元件進行熱處理加工時，相關單位和技術人員一定要足夠重視其質量控制，始終將其加熱溫度控制在規(guī)定范圍內，根據具體設計和操作規(guī)范實施熱處理。對于壓力容器工件中的一些復雜制造部分，相關單位可采取更加科學、先進的現(xiàn)代化措施來簡化工藝，以此降低其熱處理工藝的復雜程度，提升其熱處理效果。比如可通過當前先進的數字化三維模擬仿真技術進行熱處理加工工藝的仿真模擬，以此判斷簡化后熱處理工藝的可行性，為其熱處理質量的提升奠定堅實的技術基礎[7]。

3.3 檢測質量控制

在壓力容器的生產制造過程中，質量檢測屬于一項關鍵的質量保障措施。只有控制好檢測質量，才可以及時發(fā)現(xiàn)壓力容器制造中存在的質量問題，使其得到有針對性的處理，以此保障壓力容器的生產制造質量。在目前的壓力容器制造過程中，無損檢測技術是最常用的質量檢測技術，包括超聲無損檢測技術、磁粉無損檢測技術、射線無損檢測技術等。在具體檢測過程中，相關單位與技術人員應根據實際檢測需求、結合現(xiàn)場實際情況選擇合適的無損檢測技術，并嚴格按照其檢測原理和操作規(guī)范實施無損檢測，如實記錄具體的檢測結果，并對檢測誤差進行科學處理，確保壓力容器的實際制造質量得到真實反饋，及時發(fā)現(xiàn)其質量問題，并及時做出有針對性的處理，進一步保障壓力容器的整體制造質量，滿足其實際應用需求，并顯著提升壓力容器運行過程中的安全性。

4 結語

壓力容器是當前石油化工等領域中的關鍵設備，其生產制造質量不僅關系到相關企業(yè)的運行質量及其經濟效益，還直接關系到相關領域和工程項目的安全性，且與其周邊環(huán)境息息相關。近年來，隨著石油化工等領域的不斷發(fā)展，壓力容器的生產制造也開始廣受關注。為滿足石油化工等領域的實際應用需求，在壓力容器的實際生產制造中，相關單位和技術人員一定將其實際設計和應用需求作為依據，合理制定其加工工藝方案，并通過科學、合理、先進且具有針對性的技術措施來進行壓力容器加工制造。在此過程中，相關單位也需要采取合理的措施來實施其制造質量控制，合理優(yōu)化壓力容器的生產制造工藝，進一步提升其生產加工效率與質量，滿足壓力容器的實際應用需求，促進相關領域和社會經濟、環(huán)境之間的協(xié)調可持續(xù)發(fā)展。