压力容器制造过程常见缺陷的研究与分析

魏敬东

【摘要】作为一种特殊储存设备，压力容器被广泛的应用于石油化工、生物制药等领域，具有工作条件苛刻且容器内介质危害性大等特点。压力容器制造过程如果因质量控制不过关而引发各种缺陷（如变形，焊接不良等），那么将容易造成火灾、中毒、爆炸和环境污染等事故，威胁到人民的生命和财产安全，因此本文将就压力容器制造过程的常见缺陷展开探讨。

【关键词】压力容器；制造；缺陷；质量控制

1. 压力容器的概述

作为盛装气体或液体的设备，压力容器最高的工作压力范围≥0.1MPa，多在特殊的环境（如高温、高压、易腐蚀）下使用。为满足不同行业客户的多样化需求，压力容器的形态、结构和参数都向着多样化的方向发展，这意味着压力容器制造过程中涉及到多种规范性标准和条件的限制，因此必须采取严格的质量控制措施。

压力容器制造过程具有如下特征：（1）压力容器不同于通用机械产品，在运用软件技术对产品进行设计时，不仅要求设计人员掌握先进的计算机技术，更要具备化工设备的整体设计思想；（2）压力容器生产过程涉及金属冶金、材料化工、材料力学、机加工和检验检测等多个领域的内容，生产过程中受到多种条件的影响，因此生产过程具备较高的复杂性，生产人员需要具备相应的技术资格且对生产流程进行严格控制；（3）压力容器的工作条件比较苛刻且要求有较长的使用寿命，所盛装的介质又多是有毒有害、易燃易爆的气体或液体，因此压力容器制造过程中要特别重视安全性；（4）压力容器制造过程中是以钣金件的焊接质量为主要质量控制点，因此焊接质量是制造過程中相对薄弱的环节，需要采取特定的质量控制措施。

2. 压力容器制造过程的常见缺陷及质量控制对策

2.1 材料使用的问题及质量控制对策

在压力容器制造过程中，受到采购困难或对现有材料进行充分利用等因素的限制，材料代用问题在压力容器制造过程中时有发生，这给压力容器的安全性能埋下了极大的隐患。压力容器制造过程中材料使用问题主要可以归纳为如下方面：选材考虑不周，过分强调材料某性能的优越性而导致其他性能的不合格；材料入库检验制度不完善，致使材质与所需不符，最终使用不符合标准的材料而导致压力容器质量不合格；（3）没有落实材料订货的技术要求，在订购材料时没有将设计文件的技术质量要求向供货商进行说明；（4）选择和使用的焊接材料不符规范，导致焊缝性能难以满足使用需求。

笔者认为，压力容器制造过程中材料的质量控制应从如下几个方面着手：

第一，制造单位要在熟悉国家标准及图样设计要求的基础上，严格控制材料的采购流程，通过对材料进行复验或对供货单位进行考察、评审及追踪等办法，切实确保使用的压力容器材料符合相关标准。

第二，用于制造受压元件的材料在切割或加工前要进行标记移植，经检验员确认后方可进行切割或加工，以防止材料的误用或错用。

第三，制造单位在使用压力容器材料时不能随便地“以优代劣”，如主要受压元件发生这方面的材料代用时，制造单位必须取得原设计单位同意修改的书面证明文件，在改动部位作详细记录并进行相应的焊接工艺评定。

第四，合格的材料应该存放在仓库或指定区域，并且保留识别标记，在存放过程中防止材料的损伤、丢失和变质。在发放材料时，发放人员要检查材料发放手续是否齐全，并对材料规格、识别标记、尺寸和数量等进行核对。

2.2 焊接的问题及质量控制对策

根据《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》，可以将金属熔化焊焊缝缺陷分为如下几大类：（1）裂纹缺陷，它是在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遇到破坏而形成新界面所产生的焊缝；（2）孔穴缺陷，它是焊接过程中熔池金属中的气体在金属中冷却以前未能来得及逸出而残留下来在焊缝金属内部或表面所形成的空穴；（3）固体夹渣、焊剂、溶剂夹渣、氧化夹渣、金属夹渣、焊接溶渣残留于焊缝中的现象；（4）未焊透和未熔合，焊接时接头根部未完全熔透，焊缝深度未达到设计要求，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化在一起的部分；（5）形状缺陷，它是由于坡口角度不当、装配间隙不均匀、焊接电流或焊接速度不合适、运条角度和操作不当等原因所引起；（6）电弧擦伤、飞溅、表面撕裂、打磨过量、定位焊缺陷等，焊接时在坡口外母材上引弧或打弧产生的表面局部损伤。

为了确保焊接质量，制造单位要认真做好以下方面的工作：

第一，焊接人员要持证上岗，严格按照焊接工艺进行操作。焊接人员必须取得相应特种设备作业人员焊接资格后，方能在有效期内担任相应合格项目范围内的焊接工作，焊接时要严格按照焊接工艺守则和焊接工艺卡的规定来执行。

第二，焊接设备的质量控制。所有与焊接有关的设备必须由专人管理，设备上的电流表、电压表按照规定检定并附上合格标签，确保在有效期内进行使用。

第三，焊缝返修。根据《压力容器安全技术监察规程》的规定，同一部位即焊位的填充金属重叠返修次数不宜超过2次，锅炉产品返修次数不应超过3次。焊接接头无损检测出现超标缺陷时，应当分析缺陷产生的原因，制定相应的返修或者补焊方案。一次焊缝返修经焊接责任师审批，两次以上焊缝返修由焊接责任师提出，报质保工程师审批。返修操作要严格按照返修工艺规定执行，返修后，应按照原检验要求重新检验检测。

2.3 火焰切割变形和内应力变形的问题及质量控制对策

（1）火焰切割引起的变形问题及质量控制对策。压力容器制造的下料环节主要是火焰切割下料，但切割整个过程都是冷热循环进行的，一旦工件受热不均，因切割产生的内应力就会引发变形。针对火焰切割引起的变形问题，笔者认为可以采取如下质量控制对策：对直接较大壳体的短筒节火焰切割时，可以采用机械冷加工和对称切割法；钢板坯料的火焰切割过程中，可以对切割后的板料进行矫形纠正，如果还是不平整，可以适当增加切割量；整体成型封头的端口加工，其模具设计要注意切割后的收缩量问题 ；瓣片式组合封头端口加工，要适当放大口径，避免因收缩量而引发变形。

（2）内应力变形的问题及质量控制对策。在压力容器加工过程中，很多工序都要求采用热加工，压力容器在组装时也会产生很大的强制力。在强制力达到一定后会形成内应力，在运行时就容易发生变形和裂缝风险。针对内应力变形问题，笔者认为可以采取如下质量控制对策：①在进行热处理时必须做规范，处理在温度均衡时进行，在炉壁火焰的喷嘴位置设计挡火墙，将火焰与热处理相隔开；②如果外壳的直接增大，厚度不足时，要对内部进行加强；③压力容器部件容易在高温状态下失去稳定性，要根据时间的加工情况采取相应的处理措施。

3. 小结

压力容器属于特种设备范围，其制造过程必须采取严格的质量控制措施，否则将会影响到其使用寿命和使用安全。压力容器制造过程中的各个环节都很重要，笔者只是针对其制造过程中的常见缺陷进行了分析，还有一些质量缺陷有待于日后的进一步总结。

【参考文献】

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[2]陈东浩.浅谈压力容器焊缝缺陷及返修工艺[J].科技风，2014（6）.

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