浅析压力容器凸形封头制造质量的管控

张文杰

（运城市综合检验检测中心，山西运城 044000）

0 引言

凸形封头在工业设备，尤其是锅炉、压力容器、压力管道上作为承压部件被广泛使用。近年来，随着锅炉、压力容器、压力管道型式的多样化，制造业技术的进步和科技的发展，凸形封头被越来越多地采纳和应用。虽然传统的凸形封头制造工艺在不断提高，检验检测方法也在不断完善，但是锅炉、压力容器朝着大型化、高参数方向发展，对其配套产品——凸形封头提出了更高的要求。

1 设计要求

凸形封头制造质量受到各锅炉、压力容器、压力管道制造单位和国家市场监督管理部门的重视，为贯彻国家有关法规、标准做了大量工作，使锅炉、压力容器、压力管道产品的安全性能有了显著提高。随着我国材料性能、加工装备、检测技术的大幅提升，国家监管部门相继出台了关于凸形封头制造的相关规程和通知文件。对于国家监管的压力容器，GB 150—2011《压力容器》中的通则要求、材料、设计、制造、检验和验收专篇中均做了明确要求。

凸形封头分为椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头等，如图1、图2、图3 所示，其中椭圆形封头的应用最为广泛。椭圆形封头一般采用长短轴比值为2 的标准型，即Di/2hi=2，其中，Di为封头内径，hi为封头内曲面深度，δh为封头计算厚度，Ri为碟形封头球面部分内半径或球冠形封头内半径，r 为碟形封头过渡段转角内半径。运城市综合检验检测中心作为特种设备监督检验部门，在监督检验过程中发现某些凸形封头制造单位生产的锅炉、压力容器、压力管道封头的安全质量尚存在一些问题。

图1 椭圆形封头

图2 碟形封头

图3 球冠形封头

2 主要问题

2.1 材料问题

经济繁荣与科技的发展使金属材料的性能质量有了质的飞跃，大型、正规的金属材料生产单位对材料的生产有严格的把控，但一些小规模金属材料生产单位的产品质量不高，再加上物流配送、销售单位的管理错位，导致生产厂提供的材料质量证明书流转混乱，钢板批号、炉号模糊不清，销售单位的经手人签字流于形式，导致封头制造单位对材料的标记移植名不符实，提供给用户的材料质量证明与实际所用材料不相符合，或者采取几批材料同用一份证明，欺骗用户。其次，由于生产方式发生了变化，很多封头用户直接提供材料给封头制造单位，即来料加工，封头制造单位对各用户提供的材料实物与材料质量证明书在制造流转过程中发生混淆，压制过程中出现质量问题需要报废时，封头制造厂随意使用自认为“相同”的材料私自代用，事前不征得用户同意，事后不告知用户。

2.2 模具磨损严重

模具在长期使用过程中发生破损、更换不及时，例如模具凹模转角处严重损伤，致使封头圆弧过渡区和直边段出现超标的机械划伤；使用适合压制厚度较厚的模具压制厚度较薄的封头，由于凸凹模间隙大，导致封头鼓包、直边段纵向皱折严重；还有因温度控制不当导致受热不均，高温部位出现过烧和鼓包；已经使用反射炉的单位没有温度控制系统，提供不了温度控制记录，加热温度控制只凭经验。

2.3 封头拼接焊缝无损检测比例不够

大直径的锅炉、压力容器封头需要钢板拼接才能压制成形，凸形封头拼接焊缝的结构形式如图4 所示，筒体与封头的对接环焊缝、筒体的纵焊缝为B 类焊缝，封头的拼接焊缝为A 类焊缝。

图4 凸形封头焊缝结构

锅炉、压力容器封头拼接焊缝无损检测比例在TSG 11—2020《锅炉安全技术规程》和TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》上均有明确规定。TSG 11—2020《锅炉安全技术规程》第4.5.4.5 条规定，A、B 级的蒸汽锅炉100%射线或超声检测，C 级蒸汽锅炉采用20%射线检测，热水锅炉采用10%射线检测，D 级蒸汽锅炉采用10%射线检测，热水锅炉不进行无损检测。TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》第3.2.10.2.2、3、4 规定，对于封头拼接焊缝属于A 类焊缝，在全部检测和局部检测时，拼接焊缝的无损检测比例不尽相同，但是压制成型进行内部无损检测后均增加了应进行表面无损检测的要求，封头压制成型后均应对圆弧转角至边缘部位进行无损检测。但封头制造厂对所有封头拼缝的无损检测比例不加区别，按一个标准去做，合格证上却注明“无损检测合格”字样，很容易引起错觉，误认为已按有关规程无损检测合格。有时来料加工因合同规定不同，封头拼接焊缝可能是封头生产单位完成，也有可能是委托单位完成，封头压制后对圆弧转角至边缘部位复探检查有可能造成缺失，因而封头压制后产生的新增缺陷有可能造成漏检，为最终锅炉、压力容器产品的安全使用埋下隐患。

2.4 封头厚度达不到锅炉、压力容器产品图纸要求

封头制造厂的封头厚度以坯料厚度为准，而不是实测值，虽然标注有实测值，但用户可能会疏忽，如用于产品，尤其对于压缩比较大的材料，一定要以封头压制后的实测值为准，否则极易与标准不符。锅炉、压力容器生产单位选择封头时，一定要按照设计图纸标注的封头最小厚度加封头压制制造偏差来选择封头材料厚度。

2.5 封头压制后出现的缺陷处理不当

一些封头制造厂对封头的机械损伤、鼓包不加处理，更有甚者，热压成型后封头直边段拼接焊缝有裂纹，采取补焊，即不做焊接工艺评定，也没有焊接工艺规程，而且焊后未对补焊处进行退火处理，也不对补焊处进行表面和焊缝内部质量无损检测，为了不留痕迹，将补焊处焊缝打磨至与母材平齐后出厂，给产品留下质量隐患。

3 管控措施

（1）进一步加强封头制造单位在执行国家有关法规、标准方面的质量意识，无论是在材料采购还是来料加工方面，不应因外部环境的变化导致产品质量的失控。TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》从2020 年10 月1 日执行，其中第6.1.1 规定，不再对无拼接焊缝的封头、管板进行监督检验，对于这条规定的理解不能有偏差。对于存在拼接焊缝的封头、管板，国家的规定比较严格，当地特种设备监督检验单位必须对其过程进行监督检验，合格后签发特种设备监督检验证书。

（2）不断提高质量管理水平，加强内部控制环节，顺应技术进步的同时，质量管理同步跟进，真正地使质量保证体系得以贯彻执行。对于新兴的来料加工模式压制的封头，其拼接焊缝即使是材料委托单位进行焊接、无损检测等，该封头也要接受当地特种设备监督检验部门的制造监检，避免异地加工造成漏检。

（3）封头制造单位要加大先进设备的投入，不断进行技术升级改造，重视无损检测设备的更新，无损检测人员的技术培训，强化设备、人员和技术的同步提升，以保证封头产品质量。