压力容器制造的质量控制

工 业 科 技 2 0 0 9年( 第3 8 卷) 第 2期 压力容器制造的质量控制 王兴衍， 龚敬文 ( 酒钢机械制造公 司， 甘肃 嘉峪关 7 3 5 1 0 0 ) 摘要： 通过对压力容器各类事故的统计， 针对压力容器的基 本要求、 使 用特点 ， 分析 出对压力容器质量影响 的几个方面。 本文 结合生产实践， 提出通过消除火焰切割、 冷变形、 热处理等方面的 影响 ， 严格 焊接控 制、 热处理控 制和无损检测控制 来达到压力容 器整体质量控制的相关要 求， 实现压力容器质量控制的 目标。 关键词： 压力容器 质量控制 压力容器作为一类特种设备， 广泛应用于石油、 化工、 航空等 工业部门， 并和人们的生产、 生活密切相关。压力容器是承受压 力、 温度和易燃、 易爆、 有毒介质的特种设备 ， 生产、 使用或管理不 当就有可能造成灾难性后果 。 本文主要介绍压力容器制造过程 中， 质量控制的主要环节。 1 压力容器基本要求 压力容器最基本的要求就是在确保安全的前提下长期有效 地运行。因此它必须满足下述几个方 面的要求 ： ( 1 ) 在内压力作用下有足够强度， 不失效、 不破坏； ( 2 ) 在外力作用下， 有足够的保持原来形状的能力； ( 3 ) 有可靠的密封性能， 特别是反应( 搅拌) ； ( 4 ) 有足够的使用寿命( 一般为 1 O1 5年) ； ( 5 ) 方便制造、 安装、 检查和维修。 2 压力容器的使用特点 在一定压力下使用。这个压力会在其壳体中产生一次应力， 当一次应力超过壳体材料的承载能力时， 会导致压力容器破裂而 发生事故。因此， 压力是设计压力容器的主要参数之一。 温度是压力容器内部介质带来的， 是设计压力容器又一个主 要参数， 也是压力容器壳体及其它受压力元件选择材料的依据之 为安全起见 ， 应当考虑三个方面的情况 ： 其一 ， 介质与压力和 温度相关的物理特性； 其二 ， 介质对材料的腐蚀性 ； 第三 ， 介质的 化学性质， 特别是易燃、 易爆和毒性。 由上述三个方面构成了压力容器的运行特性。 也是为什么要 将压力容器列为特种设备并设专门机构对它进行安全质量监督 的原因。同时还对压力容器设计制造 、 安装企业实行许可证准入 制度， 目的只有一个， 在使用寿命期内， 就是确保压力容器安全可 靠地运行。 3压力容器的安全性 国内和国外都曾发生过大量的压力容器安全事故。 表 1 就列 出我国2 0 0 1 年 2 0 0 4年我国压力容器事故统计。 表 1我国 2 0 0 1 年 2 0 0 4年压 力容器事故统计 由表 1 可 以看出下述问题 ： 压力容器一但发生事故， 可能就是设备毁坏人员伤亡， 经济 损失巨大。 在压力容器破坏事故中，操作和维护造成的事故占绝大多 数， 而设计和制造问题则占次席。 5 4 因此 ， 控制压力容器制造质量， 是确保其安全的一个重要环 节。 所以国家及相关部门为压力容器安全建立了完善的安全监察 机构 ， 制订了压力容器法规标准体系( 见表 2 、 表 3 ) 。 表 2 国家法律、 法规安全技术规范统计表 C , B I 5 0钢制压力容器 国家技术监督局 G B I 5 1 管壳式换 热器 J B 4 7 2 6 一 J B 4 7 2 8 压力容器用钢锻件 机械工业局石油和化工工业局 J B 4 7 4 1 一 J B 4 7 4 3 压力容器用镍铜锻件 J B G 4 7 0 04 7 0 7压力容器法兰 从上述情况可以看出国家对压力容器是何等的重视 ， 尽管如 此， 压力容器的安全事故仍然时有发生。说明我们在压力容器的 某些环节还有漏洞， 有必要进行改进。 4压力容器制造过程中的质量控制 压力容器的制造过程涉及到许多环节， 这些环节直接决定其 质量和安全性。其中主要的有下述几个环节。 4 1材料的控制 压力容器所用材料是由设计者根据压力容器 内部压力 、 温 度、 介质和环境条件选定的。 制造厂对这种材料须有制造经验， 即 掌握这种材料的制造工艺性能有试验数据的积累和实践经验。 材料在制造过程中会发生性能变化或者叫劣化。 这就要求制 造厂能制定出合理的， 尽量降低材料性能劣化程度的措施。这些 工艺过程有下述几个方面 ： 4 1 1火焰切割的影响 此种影响主要表现在两个方面： 第一， 切割处渗碳层 ； 第二， 热影响区域硬度升高、 韧性降低， 这两个方面都会使材料劣化。 制 造厂应通过 自己的试验， 摸清其劣化程度和数量级关系， 以便在 制造过程中采取工艺方法， 将其消除或将影响降到最低。 根据实验的结果， 一般火焰切割的渗碳层， 均在零点几毫米， 热影响区不过 2 m m左右， 对于性较强的材料， 工艺上还可采用热 及其它措施来降低切割热影响区硬度和减少范围。 各制造厂都有 其工艺高招。 在监造过程中， 根据材料不同， 应有相应要求。 对于低合金高 强钢和中温抗氢钢及低温钢， 一般要求将切割渗碳层用机械切削 方法去除， 当然， 同时也就基本去除了热影响区。 对于无法用机械 方法达到上述 目的时， 也要用磨削方法消除渗碳层。此为球片坡 切割， 就是对切割坡口用砂轮磨削至露出金属光泽。 4 1 2冷变形 的影响 在压力容器的制造过程中， 材料需经过冷变形过程 ， 一般压 力容器冷变形不大。有的制造厂曾对材料的冷变形率 3 、 5 、 7 的性能实验，结果发现 5 以下冷变形的材料性能变化甚微。 但是 ， 对于不同材料， 冷变形率不同， 其性能变化所需进行工艺性 试验 ，以确定材料经冷变形后是否需采取其它措施恢复其性能。 在监检过程中， 对这方面应有清醒的认识。 41 3 热 处理 的影 响 2 0 0 9年( 第 3 8 卷) 第 2 期 工 业 科 技 在压力容器制造过程中， 对其零部件或产品进行热处理是必 须的。 在热处理过程 中， 材料性能会发生变化。 这样 的热处理一般 有两种 ： 第一， 是焊后消除焊接残余应力热处理， 称之为 S R热处 理( 也叫做 P WH T) ； 第二， 正火处理。用在封头厚壁筒节热成形 上，这两种热处理弄不好也会对材料性能产生不利影响。例如， S R处理， 最高温度不能超过材料的相变温度， 但是也不能过低， 必须控制在一个合适的温度范围之内， 否则会对材料性能产生不 利影响。还应当注意两点： 一点， 有的材料 S R温度范围较宽， 控 制起来较容易； 有的材料 S R温度范围窄一些 ， 控制较困难一些。 第二点要注意热处理设备本身的质量， 即热处理设备的控温和调 温功能是否满足要求。有的热处理炉炉内均温调控功能不好， 有 的热处理炉， 调温效果不理想， 还有的热处理炉使用时间长， 保温 效果较差， 因此， 热处理设备( 炉) 应当定期进行检测和维修， 这也 是确保 S R热处理质量的关键环节之一。再如 ， 正火处理后的热 成形，其基本要求是成形过程必须在相变温度最好在相变点温 度 +( 2 0 3 0 o C) 之上完成。这一点最好有现场测温仪检测， 控 制成形终止的温度。有的制造厂有时不太注意这个问题， 监造过 程中必须予以足够重视 ， 对违规的应坚决予以纠正。 因为 ， 根据实 验结果 ， S R热处理的温度过高或过低 ( 超过规定温度 4 - 3 0 C以 上) ， 材料的韧性( A K V) 会降低； 正火热成形在相变点之下完成， 材料可能因变形产生缺陷而造成压力容器安全隐患。 4 1 4 材料 的焊接性 材料的焊接过程， 实际是一个冶金过程， 但却又不是一个完 全的冶金 的过程 。 ( 1 ) 焊接性试验 钢材的焊接性试验， 是为评定其焊接性能的优劣， 找到焊接 性能最佳所应采取的措施， 满足压力容器对焊接质量的要求。 钢材的焊接性试验方法很多， 对于压力容器用钢材 ， 主要一 些试验工作列 于表 4 。 表 4 焊接性试验方法 上述的试验方法， 应根据材料的不同， 作出选择。 对于无再热 裂纹倾向的， 可不进行表中8项试验。 所有的压力容器钢材， 一般 都进行过焊接性试验， 制造厂应用这些钢材时， 可不做这方面的 试验工作 ， 但焊接工艺人员， 必须了解和掌握试验的结果。 以便编 制合适的焊接工艺( 当然还要有焊接工艺评定的支持) 。 ( 2 ) 焊接参数选择试验 这类试验的目的是通过试验确定材料焊接参数的范围( 含热 处理 ) 及最佳参数。 使压力容器在焊接过程中的参数控制有依据。 这类试验通常是将材料的焊接参数规定成几个组别 ， 进行焊 接和焊后热处理 ， 再对焊接试板进 行力学性能试 验 ， 从 中选择 出 性能合格的焊接参数范围， 在此基础上， 再进行第二轮焊接试验， ( 上接 1 0 5页) 供更好更便利的服务， 充分引导绿色人才的合理流 动和优化配置， 并带动环保、 草业、 畜牧业、 土壤等相关专业人才 的流 动和配置 。 参考文献： 【 1 】 徐景华， 金阳 创建绿色大学、 培养绿色人才【 J 】 绍兴文理学院学报， 2 0 01 1 0 【 2 】 刘湘辉， 彭定一 “ 绿色壁垒” 与农业院校的教学改革高等【 J 】 农业教 确定用于焊接工艺评定的焊接参数 ， 用确定的参数进行焊接工艺 评定， 评定合格后的焊接参数 ， 方可作为压力容器焊接工艺编制 的根据 。 4 - 2 焊接控制 编制压力容器焊接工艺时，给出的焊接规范是一个范围， 这 有利于焊工操作。但在实际焊接过程中， 焊接参数是一个给定值 ( 表值) 。 有的制造厂在焊接检查记录中填写的焊接参数与焊接工 艺一样( 是一个范围) 。这是不真实的， 也是不负责任的。因此， 焊 接参数控制必须以焊机上的表读显示数值为准， 焊接记录也必须 填写这个表示值。这一点应当予以足够的重视。 焊接质量就是靠 焊接参数来保证的。焊接参数记录不能反映实际情况， 甚至不按 焊接参数施焊， 那后果不堪设想， 所以， 必须真实记录实际施焊参 数。 另外一个参数是焊接速度， 这是焊接过程中保证线能量( 焊接 输入热) 的关键环节。 在制造低温容器时， 要求焊工一根焊条在保 证焊接质量的前提下， 尽量增加焊接长度。 4 3 热处理控制 压力容器制造过程中， 有时需要进行热处理。常见的热处理 有下述几种： 消除焊接残余应力热处理 、 正火热处理、 调质热处理 和 固溶化热处 理等 等。 不管哪种热处理， 均要控制加热( 升温) 、 保温、 降温三个阶 段。应当强调的是 ， 在调质处理的淬火阶段和固溶化处理的降温 阶段， 要有足够快的冷却速度。 这个冷却速度， 一般根据钢的连续 冷却曲线来确定。 因此， 必须把握住这个至关重的数值。 有的制造 厂采用喷淋淬火 ， 这比水池淬火冷却速度更快， 效果更好。 4 4 无损检测控 制 无损检测就是我们通常称之为探伤。 在压力容器制造过程中 常用的探伤方法有射线、 超声波、 磁粉、 渗透几种。这几种探伤方 法可分别检测母材、 焊缝、 表面和近表面的缺陷， 确保压力容器的 质量。 首先要明确设计要求的探伤方法及合格标准， 看其是否能执 行， 有时也会出现图纸要求的特殊探伤方法。 其次 ， 无损检测往往实践经验显得更为重要。 同一台仪器， 不 同的人操作 ， 结果可能不一样。经验丰富的人 ， 往往正确准确， 特 别是超声波探伤。 第三， 控制探伤仪器和器材的质量， 这对探伤结果的评定是 至关重要的， 质量不好的器材， 会导致误判。 第四， 不断开发新技术 ， 为压力容器质量安全提供更多的保 障技术和手段 ， 有的制造厂开发出长方形截面长形内压容器角对 接焊缝射线探伤技术， 使这类承受高压力容器的角对接焊缝质量 得到保证 。 综上所述， 在压力容器制造过程中， 只要控制住材料 、 焊接、 探伤、 热处理这四个重要环节的质量， 就能保证压力容器的安全。 参考文献： 【 1 】 G B 1 5 0 1 9 9 8 钢制压力容器国家技术监督局 1 9 9 8 - 0 3 - 2 0 【 2 】 压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则 2 0 0 2 年 8月 1 4 日 国质检4 2 0 0 2 1 2 3 5号 【 3 】 压力