压力容器制造的质量控制策略

2023-10-22李富富新疆兰石重装能源工程有限公司新疆哈密839000

化工管理 2023年26期

李富富(新疆兰石重装能源工程有限公司，新疆哈密 839000)

1 加工设备

压力容器的制造过程是一个复杂的生产过程，在其生产过程中，需要对压力容器进行切割、焊接等一系列工序，这些工序都需要在具有一定强度的加工设备上完成，因此，加工设备的选择对压力容器制造质量具有重要影响。例如，切割机床的类型直接影响焊接应力的释放效果，如果切割机床属于交流、直流和脉冲等多种类型，其控制效果就会有所差异。对于电加热设备来说，其不同的温度控制能力对焊接质量及焊接效率有较大影响。

为了保证压力容器的焊接质量和使用寿命，加工设备还应具备一定的防腐和防锈性能。如，压力容器焊接时易产生氢脆现象，这一问题经常发生在薄壁管焊接时，在高温高压作用下易出现氢脆现象。另外，企业在选择加工设备时还应充分考虑到压力容器的尺寸、重量、压力等因素。

此外，在焊接完成后需要进行热处理，在完成这一工序的时候，需要使用到热处理炉对焊接完成后的构件进行加热处理。因此材料选择与热处理炉的选取，是影响热处理质量控制措施落实情况的关键因素。为此，材料选取时要根据原材料和产品性能要求，对加热温度及加热方式等进行合理选择。如，对于不锈钢等材料而言，若其性能要求较高且制造过程中极易产生氢脆现象时，则可使用感应加热或火焰加热方式进行热处理；如果焊接材料为不锈钢等焊接材料时采用感应加热方式更为安全有效；当加工设备所使用的保温材料为不燃、阻燃、且能起到良好保温效果时可选择电加热设备进行生产；如果加工设备所使用的保温材料为不燃、阻燃材料时则可选择火焰加热方式进行生产。

2 焊接工艺

压力容器在使用过程中需要承受较高的压力，而在焊接时容易出现裂纹等质量问题，所以在生产过程中必须采用科学合理的焊接工艺。首先，应提高焊接人员的专业水平，加强对焊接人员的培训，保证其能熟练掌握焊接技术，提高其焊接质量。其次，要严格控制焊接材料质量。由于压力容器是用钢材料制成的，生产时必须确保焊接材料质量符合国家标准要求。

在制定焊接工艺时还应充分考虑其材料、设计方案等因素，以保证产品质量。例如，在进行异种钢焊接时一定要确保焊缝质量合格；设计方案中所用材料一定要符合压力容器制造企业实际使用情况；设备材质不匹配时就需要更换材质；当设计方案中使用非碳素结构钢时应该在其基础上增加抗腐蚀层，从而提高压力容器的耐腐蚀性能；由于压力容器制造企业所用材料为低碳钢和低合金钢时应采用低氢焊条或其他低氢型焊条；当设计方案中使用碳钢、低合金钢和不锈钢材料时应该采用药芯焊丝和药芯焊条。

2.1 钢制压力容器

钢制压力容器一般由筒体、封头和壳体等几个主要部分组成，这几部分的材料是决定压力容器整体质量的关键。从其制造标准来看，GB1589-1—1986 标准中规定：压力容器用钢板应经轧制或拉伸并进行射线或超声波探伤。而从GB1589-2—1992 标准来看，其对钢板厚度的要求不变，但是对钢材种类有了具体的规定，其中对碳素钢和低合金钢规定不得小于17 mm，而对低合金高强度钢则要求不得小于20 mm。另外，对于钢板厚度的下限值也发生了变化。

不仅如此，在GB1589-1—1986 标准中规定：压力容器用钢板厚度下限值为17～20 mm，而GB1589-2—1992 标准中规定：钢板厚度下限值为13～17 mm。从以上两个标准来看，压力容器用钢材的厚度下限值是有所变化的。因此，压力容器制造企业在采购压力容器用钢板时一定要选择正规的生产厂家，并且对其材料质量进行严格把关，只有这样才能保证压力容器的整体质量符合标准要求。

2.2 焊接压力容器

焊接压力容器需要按照相关工艺标准进行制作，具体如下：(1)GB 150—1998 《焊接压力容器》是我国最新的压力容器制造标准，对焊接的材料、焊材以及焊缝等进行了明确规定，对于压力容器生产企业来说具有很好的指导作用。(2) GB 150—1998 《焊接压力容器》中规定：进行异种钢焊接时应优先选用低氢焊条；当低氢焊条不能满足焊接要求时，可选用药芯焊丝或药芯焊条；当低氢焊条和药芯焊丝不能满足焊接要求时，可采用药芯焊丝或药芯焊条焊，但不能用电弧焊等非电焊方式进行焊接。当采用电弧焊和气焊等非电焊方式时，应选用气体保护焊或埋弧焊。(3) GB 150—1998 《焊接压力容器》中规定：在同一异种钢结构上进行异种材料的焊接时，应优先选用低氢型的焊条，但不得使用高氢型焊条；在进行碳钢和低合金结构钢组合结构的焊接时，应使用低氢型电焊条，但不得使用坡口型的电焊和氩弧焊。当焊接不同材料组合结构时，应选用相应的焊接工艺[1]。(4) GB 150—1998 《焊接压力容器》中规定：采用电焊工艺时必须进行磁粉探伤检查，以确保其质量合格。

2.3 钢制管接头

在制作钢制管接头的时候，必须遵循HG/T 3449—2012 《钢制管接头的设计与检验规程》中的工艺标准，这是目前我国最为详细的钢制管接头的设计与检验规范，主要针对焊接材料、焊接方法和焊缝形式等方面进行了详细规范。该标准中还提出了钢制管接头的设计、检验和验收准则，并将其作为钢制管接头设计的重要依据，可有效提高产品质量，降低焊接风险。此外，该标准还对钢制管接头的检验内容、方法、检验过程等进行了明确规定。该标准中还规定了钢制管接头的检验项目及检验要求，并对各检验项目所使用的检验设备提出了明确要求。在此基础上，该标准还给出了钢制管接头的质量评定方法，以及钢制管接头的验收规则，并规定了钢制管接头在使用前应进行无损检测和焊缝外观检查。当压力容器制造企业在生产过程中需要对钢制管接头进行检验时，应按照该标准规定的验收规则对其进行验收。

2.4 压力容器用焊接材料

在实际生产过程中，必须严格控制压力容器制造过程中的焊接材料质量，确保其符合国家标准要求。具体需要从以下两个方面入手：一方面，应确保焊接材料具有较高的耐腐蚀性和抗热裂性能。另外，还应确保其机械性能符合国家标准要求。在制定焊接材料质量控制方案时，应将不同厚度的焊接材料、不同材质的焊接材料等内容列入其中，并根据不同材质类型制定相应的控制方案，从而提高焊接材料质量。另一方面，应严格控制压力容器制造过程中使用的焊条和焊丝质量。在对焊条进行选择时，必须选择与母材化学成分一致或接近的焊条和焊丝；当需要进行异种钢焊接时，应按照国家相关标准选择合适的焊接工艺；在对焊接材料进行烘干时应严格按照国家相关标准进行烘干；当需要对不同直径和厚度的焊接材料进行选择时，必须要根据实际情况选用合适尺寸和厚度的焊接材料[2]。

3 热处理工艺

热处理工艺主要包括加热方式、保温时间、冷却方式及冷却速度四个方面，其中加热方式主要包括电阻炉、箱式电阻炉和油浴炉；保温时间主要包括空冷、正火或回火；冷却方式主要包括缓慢降温、快速降温和等温降温三种。热处理过程中要根据不同的材料和设备，制定不同的热处理方案，并在控制好温度范围的前提下保证热处理质量。除此之外，需要注意热处理过程中所用到的加热设备是否具备较高的精度，并且保证热处理设备的运行环境、温度与设定温度相符合。所有用于热处理的设备必须定期进行维修和保养，以防止加热温度出现过高或过低的情况。

3.1 加热

加热是压力容器制造中的重要环节，只有保证加热质量，才能保证压力容器的质量。加热方式主要分为电阻炉、箱式电阻炉和油浴炉三种。其中，箱式电阻炉具有加热速度快、精度高的特点，其缺点是电耗较大，在高温时会产生大量有害气体和污染物，如：一氧化碳、二氧化碳及二氧化硫等。因此在压力容器制造过程中必须合理选择加热设备。箱式电阻炉由于在同一水平面上布置多个电极，并且电极之间有空隙，因此具有加热速度快、效率高的优点；而油浴炉中所用的加热剂为惰性气体，具有升温速度较慢、精度高、操作简便等优点，因此在压力容器制造中优先选用油浴炉加热。

在压力容器制造过程中，应根据不同的材料和设备选择不同的加热方式。对于低碳钢材料，可以采用电阻炉加热的方式，并合理控制加热温度；而对于奥氏体不锈钢材料则可采用箱式电阻炉或油浴炉加热。对于碳钢材料和低合金钢材料，可以采用箱式电阻炉或油浴炉进行加热。对于碳钢材料和低合金钢材料来说，由于其导热系数较低，在采用电阻炉进行加热时容易造成能量损失过大的情况。因此在对这些材料进行热处理时应优先采用箱式电阻炉或油浴炉进行加热。此外还应注意在碳钢材料和低合金钢材料的热处理过程中需确保其受热均匀，避免局部区域出现过热的情况。

3.2 保温和冷却

保温和冷却是热处理工艺中的重要环节，在一定程度上影响着热处理的效果。为了避免热处理时出现温度不均匀、产生裂纹等质量问题，必须对保温和冷却环节进行严格控制。通常情况下，压力容器制造过程中所使用的保温和冷却方式有：缓慢降温、快速降温和等温降温三种。(1)缓慢降温是指在压力容器制造过程中，将加热后的工件在炉内进行空冷，或者将加热后的工件在炉外进行保温冷却的方法。缓慢降温工艺要求保温时间较长，且所采用的设备必须具有良好的散热性能，需要注意的是在进行保温前需要先将工件表面的水和油清除干净，并将工件表面和空气间形成小对流，以确保保温效果。(2)快速降温是指将工件缓慢升温到高于空气温度或低于油的温度，并在冷却过程中始终保持液态介质与加热端面接触。快速降温工艺要求保温时间较短，且所采用的设备必须具有良好散热性能，同时需要注意温度不宜过低或者过高。

4 焊缝检验

焊缝检验是压力容器制造过程中的重要环节，企业在生产制造过程中必须做好焊缝检验工作，保证压力容器的整体质量。焊缝检验工作主要包括外观检查和无损检测两方面。(1)外观检查。压力容器制造企业在进行焊缝检验工作时，要严格按照规范要求对焊缝进行检查，保证焊缝的几何尺寸、表面缺陷以及打磨等方面符合要求，避免因检查不到位导致的产品质量问题。焊缝表面有裂纹、气孔、夹渣以及弧坑裂纹等缺陷时，不得直接进行焊接，必须通过打磨等方式消除缺陷后，再开展焊接工作[3]。此外，压力容器制造企业在进行外观检查时，要严格按照规范要求操作。例如：在使用超声波检测压力容器焊缝质量时，需要将超声波探头与焊件表面保持一定的距离，避免对超声检测结果产生影响。(2)无损检测。无损检测是压力容器制造过程中的重要环节之一，直接影响着压力容器的整体质量。在压力容器制造过程中，为了提高压力容器制造的安全性和可靠性，需要对压力容器的焊缝进行无损检测。在进行无损检测时，工作人员必须按照相关标准规范要求进行操作，确保各项工作符合质量标准。此外，为提高压力容器制造的安全性和可靠性，企业还应该通过开展焊缝探伤质量管理活动来提高员工质量意识和责任意识[4]。

5 成型检测

压力容器的成型质量影响着产品的整体质量，因此必须加强成型检测，具体来说，可以从以下三个方面着手：(1)压力容器生产前必须进行成型检测，首先需要根据容器的几何尺寸设计出合理的模具，其次按照模具要求制备模具零件。在制备完成后，需要对其尺寸进行测量和检验，确保尺寸满足设计要求。检测时需要重点关注容器形状和尺寸以及制造质量、连接情况等内容，检测结果要记录在压力容器制造记录表中。(2)通过对压力容器进行外观检查可以及时发现压力容器存在的缺陷，并采取措施加以改进；如果发现有明显的缺陷，则需要先对其进行返修处理后再进行检验；如果发现有较大缺陷时则需要进行报废处理。(3) 在焊接前需重点关注焊前预热温度、焊后热处理温度、施焊时间等内容；在焊接过程中需重点关注坡口形式、坡口尺寸、焊缝区位置、填充材料厚度等内容；在焊接结束后需要对焊后热处理进行检验，若发现存在较大缺陷需要及时更换焊条或焊丝。

若压力容器中存在腐蚀严重的部位，则需及时更换腐蚀严重的零部件或采取其他补救措施。若压力容器中存在较严重的腐蚀缺陷，则需要进行报废处理，以确保压力容器安全有效使用[5]。