浅析压力容器制造的质量控制要点

刘建波

摘 要：压力容器属于特种承压设备，制造单位需要取得特种设备制造许可资质。压力容器安全性要求高，质量控制难度大，如何更好地提升压力容器制造质量是我们重点关注的问题。本文从压力容器制造过程中的几项主要质量要素入手，围绕《压力容器》标准GB150展开，分析质量管理中重点关注的控制节点以及注意问题，以供参考。

关键词：压力容器;特种设备;制造;标准规范;质量要素;控制

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

0 前言

制造单位需要建立一套系统完善的质量管理体系，具备符合体系管理要求的设计能力、生产能力、质量管理能力等基本条件。制造过程要以主要控制点为脉络，确保其生产制造的安全与质量。

1 压力容器质量管理体系

1.1 国家法律、法规要求

质量体系的建立要以符合法律法规、相关技术规范和标准为基础。

1.2 人员要求

质量管理体系中人员是第一要素，公司法定代表人对特种设备安全负责，要按照质量管理文件要求，安排质量控制系统的质量保证工程师及相关责任人员，质量管理人员在体系运行中独立行使其在管理体系中权限与职责，在质量保证工程师统一领导下，协调各相关工作接口，有效有序开展质量管理工作。

1.3 技术、生产能力及质量管理能力

压力容器设计需要取得压力容器设计许可证书，设计单位及设计负责人要对设计质量负责;生产设备需要符合相关规范要求的制造加工能力;质量管理系统、控制环节、控制点要设置合理。

1.4 压力容器文件控制

文件管理是压力容器质量管理的重要环节。包括体系文件和记录文件。体系文件主要包括《质量管理手册》和《程序文件》，它们是整个质量管理中的纲领性文件，指导管理体系正常运行;记录文件需要详细记录控制系统、控制环节及控制点的控制范围、内容，记录必须详细真实。

2 压力容器在制造过程中的主要质量要素

2.1 质量计划

产品制造之前，制造单位要根据产品标准、设计文件要求及特种设备安全技术规程要求制定产品质量计划。质量计划应当明确容器本体及受压元件、部件的制造工艺控制节点、质量控制要求及需要进行的检验项目，为产品制造和质量控制起到指导作用。

2.2 材料控制

（1）采购部门要按照体系要求对供应商进行合格供方评价，并根据其业绩进行考评，建立合格供方档案，材料采购优先选择优质客户进行采购;

（2）材料按照设计采购计划进行，入厂材料按照《程序文件》要求进行检验，合格材料进行材料标记移植，材料责任人要对材料进行建档。必要时，要按照规范要求进行材料复验，复验合格方可使用。对有材料代用要求的，相关部门需要提交材料代用申请，需经质保工程师审批。材料下料前要先对材料标记进行移植，确保材料可以追踪。

2.3 工艺控制

（1）筒体成型。a. 筒体焊接接头的对口错边量需要严格控制，这是焊接质量的根本保证。以Q345B厚度为16mm钢板制作的筒体为例，其A类焊缝的对接错边量要求≤3mm;B类焊缝的对口错边量要求≤1/4δs，也就是≤4mm。b. 筒体卷筒过程中，焊接接头的环向、轴向所形成的的棱角度相当重要，也是卷筒工序的关键环节。 需要有效控制卷筒过程中预留的压头尺寸，通过二次校圓进行调节，使得筒节的棱角度控制在标准范围之内。检查棱角度需要制作弦长=Di/6，且≥300mm的内弧样板（或外弧样板），棱角度E≤（δs/10+2）mm且≤5mm，按照厚度δs =16mm钢板计算，E≤3.6mm为合格。c. 筒体组焊完成后的圆度控制（针对内压容器）。容器组焊完成后，需要检查筒体的圆度。通过检验筒体的内径尺寸，计算最大内径与最小内径之差。对于碳素结构钢而言，圆度（Dmax-Dmin）≤1%Di（筒节该断面内径），按照筒体内径2000mm计算，圆度（Dmax-Dmin）≤20mm为合格。

（2）筒体组对。a. 直线度控制。首先筒体组对直线度要符合图纸要求，另外，筒体直线度的允许偏差应≤筒体长度（L）的1‰;对于直立容器而言，其筒体直线度应≤（0.5L/1000）+15mm，按照筒节长度20米计算，直线度≤25mm为合格。直线度的检查应该从筒节断面的水平与垂直平分线的中心四个位置进行测量，测量位置要离开纵向接头焊缝中心线至少100mm的距离，确保测量数据的准确性和代表性。b. 焊接接头控制。 筒体组装时，不宜采用十字焊缝，这种焊缝方式在设计之初就应该予以避免;相邻筒节之间的A类接头应错位，其在筒节外表面上的弧长长度应大于筒体母材厚度的3倍，并且≥100mm（如果母材厚度为16mm，那相邻筒节的纵缝在外圆弧上的距离应选择≥100mm的最低要求）;所有的筒体中，单个筒节长度不得小于300mm。

2.4 焊接质量控制

（1）焊接工艺。压力容器施焊之前，受压元件焊缝、与受压元件组焊的焊缝、熔入永久焊缝内的定位焊缝、受压元件母材表面堆焊与补焊，以及这些焊缝的返修焊缝都应进行焊接工艺评定，只有经过评定合格的焊接工艺支持，才进行施焊。焊接工艺评定技术档案需要妥善保管，直至该工艺评定失效为止，工艺评定试样保存期限不少于5年。

（2）组焊。a. 焊前对焊道进行清理，焊道两侧至少20mm范围内去除氧化皮、油污、熔渣及其它杂质;b. 有坡口要求的焊缝，坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷。对于抗拉强度≥540MPa的低合金钢及Cr-Mo低合金钢经热切割后的坡口表面，坡口制备完成后应进行磁粉检测;c. 全熔透焊缝需要根据相关技术要求和工艺文件规定定位组件，保证组焊间隙，确保熔透效果;d. 焊接材料应保持干燥，施焊环境需要满足规范规定的风速、湿度、温度等环境因素要求。当焊件温度低于0℃时，应对焊件进行预热处理。

（3）焊缝外观控制。a.焊缝余高控制。压力容器A、B类焊缝，焊缝余高e1、e2要满足标准GB150要求，焊缝高度不得低于母材高度。例如：筒体母材Q235B采用单面坡口的筒体，需要满足A类焊缝余高e1≤0%～15%δs;B类焊缝e2≤1.5mm。b.焊缝咬边。咬边缺陷是危害焊缝质量的重要因素，所以标准中对咬边的控制相对较严格。在日常产品质量检验中应当高度重视。对于Rm≥540MPa及Cr-Mo低合金钢制造的容器及不锈钢容器、低温容器等标准要求的特殊容器，咬边的缺陷是不允许存在的;对于其它容器，焊缝表面的咬边深度不得大于0.5mm，咬边连续长度不得大于100mm，并且焊缝两侧咬边长度总长不得超过该焊缝长度的10%。c. 焊缝其它外观要求。焊缝表面

应按照相关标准进行外观检查，不允许有表面裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、弧坑、未填满、夹渣等缺陷;焊缝与母材应圆滑过渡，角焊缝应凹形圆滑过渡，减小应力集中。必要时，需要配合表面无损检测进行进一步检查。

2.5 热处理及无损检测

热处理。压力容器热处理主要包括成形受压原件的恢复性能热处理、改善性能热处理和焊后热处理。a. 受压元件在经过冷成型或温成形加工后，其变形会存在较大的残余应力，在一定条件下，根据标准规范或设计要求，需要对部件进行恢复性能热处理。如封头成形前厚度大于16mm，封头加工成型后需要根据规范要求进行热处理。b. 容器焊后及改善性能热处理需要根据技术规范要求和材料性能，制定合理的工艺文件。c. 產品焊接试板应与容器（或受压元件）一起进行随炉热处理，以获得与本体相同的力学性能试验参数。

2.6 无损检测

无损检测方法主要包括射线、超声、着色、磁粉等检测方法。压力容器的无损检测在标准规范中都已明确叙述，作为质量控制的关键要素，为产品的质量控制提供了有效的数据记录和依据。无损检测人员需要依据相关规范标准、技术要求严格执行，以提供真实可靠的数据作为参考，更好地进行质量管控。无损检测的检测档案需要完整保存，保存年限不得少于容器的设计使用年限，以备查阅。

2.7 耐压试验

容器的耐压试验是检验产品是否泄漏的关键工序。耐压试验和泄漏试验需要采用两件量程相同的、并经检定合格的压力表进行测量，压力表建议放置于容器顶部和底部各一块，确保压力试验数据的准确。压力表的精度不得低于1.6级，表盘直径不得小于100mm，压力表的量程应为1.5～3倍的试验压力，最好选用2倍。对于特殊材料如Q345R，液压试验温度不得低于5摄氏度，其它材料的试验温度要依据相关标准规范进行。

液压试验和气压试验的程序和步骤要按规范进行，紧固部件要装配齐全妥当，保证操作的安全性。不允许带压进行泄漏位置的修补和紧固。

合格标准为容器无泄漏，无可见变形和异常声响。气液组合试验，要先检查有无液体泄漏再进行肥皂液等检漏液检查，无漏气为合格。

泄漏试验要在耐压试验完成后进行。泄漏试验主要包括气密性、氨气检漏等试验，主要是对焊接接头和连接部位进行泄漏检查，小型容器可放入水中检查。

3 结语

综上所述，压力容器涉及到社会及人身安全，其质量控制意义重大，深度理解相关标准规范，才能更好地进行制造过程质量控制，有效预防质量事故的发生。

压力容器技术规范繁多，未能面面俱到，略析重点，望所述对读者有借鉴意义。

参考文献：

[1]寿比南，陈钢等.《压力容器》GB 150-2011[S].中国国家标准化管理委员会发布.