压力容器安全制造与焊接质量控制

第二章压力容器制造与检验质量控制2.1 压力容器制造方法2.1.1板焊结构压力容器制造材料采购与验收下料成型加工（卷制、封头冲压、坡口加工等）纵焊缝焊接圆筒矫形、机械加工（开孔等）总装焊接（封头、接管、法兰、支座等）热处理无损检测压力试验（水压试验、气密试验、性能试验）内部防腐处理外部油漆出厂①板材购入与检验●按图纸技术要求、规定厚度、板材幅宽尺寸、材料满足的标准及压力容器规范等要求采购符合要求的板材●买入后按要求进行材料复验（化学成分、力学性能等）●复验满足图纸技术要求及相关标准要求，方可入材料库，允许使用②下料按下料图尺寸要求，采用相应的切割方法，切割出板材的坯料。

如：圆筒按筒轴线长和筒圆周长切割矩形坯料，封头按面积切割成圆形坯料。

下料——火焰切割（较薄板可用剪板机加工）——对板边缘加工，去除火焰切割导致边缘组织变坏部分——加工焊接坡口（坡口机、刨边机等）。

对纵焊缝采用自动焊接应进行边缘预弯。

③成型加工主要有：圆筒卷制、封头冲压、旋压等。

●圆筒卷制设备——三辊或四辊卷板机，特厚板可采用模具在压力机上分片成型。

卷筒分为冷卷和热卷，弯曲半径不小于25倍板厚。

冷卷一般适用板厚小于50mm，超过50mm热卷或热冲压。

冷卷筒体外表面伸长率不应超过15%，否则卷后回火。

热卷的温度在材料的正火温度下进行，保证力学性能。

如果高于正火温度则卷后再进行一次正火处理，恢复力学性能。

●封头冲压成型方法：一种利用压力机采用模具一次冲压成型，另一种利用模具在旋压机上旋压成型。

有冷冲压和热冲压。

冷冲压变形超过允许极限或冲压温度高于正火温度，加工后应进行热处理，恢复材料力学性能。

封头应尽量用整块钢板，如需拼接，拼接焊缝满足有关规定。

冲压方法：将钢板毛坯置于下冲模上，边缘用橡胶压圈压紧——用上冲模冲压钢板，封头在上下冲模之间成型。

冲压封头优点：制造快速，直径不受限制，板厚不受限制，只要压力机压力足够即可；缺点：对板厚较薄时，易产生褶皱与鼓包。

旋压优点：能较好控制尺寸，对薄壁尺寸大的封头加工质量较好，缺点：不适合壁厚较大的封头加工。

④纵焊缝焊接为确保焊透，防止夹渣、气孔等缺陷，在焊缝两端焊接引弧板和收弧板。

采用手弧焊、埋弧焊（自动焊接）、氩弧焊打底+电弧焊等等注意：焊缝装配间隙控制，应尽量保证两边钢板沿厚度方向对齐，错边量不超过板厚10%，且不超过3mm。

焊接顺序：先焊内部，焊后用碳弧气清根，将容易产生裂纹的第一道焊缝清除，经磁粉或着色检验合格后进行外部焊接。

⑤机械加工与矫形机械加工所有筒体开孔（钻孔、立车等），加工孔周边坡口及筒端面坡口。

矫形——对圆筒在卷板机上进行热校圆，保证圆筒的圆度。

⑥总装焊接焊接各筒节、封头、接管、法兰等件注意：焊接各筒节及封头时，要控制错边量，要求错边量不超过厚度15%，且不大于5mm。

采用工装夹具找正对中，然后点焊固定。

焊接顺序：先焊内部，焊后用碳弧气清根，将容易产生裂纹的第一道焊缝清除，经磁粉或着色检验合格后进行外部焊接。

⑦焊后热处理热处理时保证容器质量的重要技术手段。

在制造中有时需要不止一次热处理，甚至一道主要焊缝就进行一次热处理。

常见热处理为消除焊接应力低温退火，对电渣焊或堆焊的筒体应进行正火处理。

对无损检测、压力试验、防腐处理等工序在单独章节讲座2.1.2 锻焊压力容器制造制造工艺：锻件成型锻件热处理化学成分、力学性能试验机械加工尺寸检验超声波检验总装焊接热处理无损检测压力试验（水压试验、气密试验）出厂锻造压力容器主要用于高温高压反应器，如加氢反应釜、核电压力壳、人造水晶反应釜。

优点：没有纵向焊缝，锻件内部缺陷少，安全度大，适合高压超高压容器。

缺点：需要大吨位压力机，锻件加工余量大，无损检验工作量大，一旦不合格造成的损失大。

①锻造成型根据容器形状，采用自由锻、模锻或特种锻造完成容器毛坯锻造。

可以锻造成空心圆筒或实心筒形，然后加工成空心圆筒。

②锻件热处理对锻件进行完全退火处理，消除组织偏析及组织不均等缺陷。

③对锻件进行化学成分、力学性能及无损检验力学性能检验：按有关规定在锻件的适当部位取力学性能试件坯料，然后加工成标准拉伸试件，进行实验。

无损检验：采用超声波对锻件进行质量检测。

一般按相同工艺多锻造一个锻坯用于取力学性能试件，或将其中一个锻件尺寸加大，从其上取下一块做拉伸试件。

④机械加工对锻造毛坯按图纸要求进行机械加工。

⑤尺寸检验对机械加工件进行尺寸检验，是否满足图纸要求。

⑥超声波检验对机加后圆筒再一次进行超声波无损检测。

⑦总装焊接焊接封头、接管、法兰等。

⑧热处理焊后进行消除应力热处理。

然后对各焊缝进行无损检测、压力试验、油漆等。

2.2 容器制造管理压力容器制造必须符合相应的国家强制标准和技术规范。

国家强制标准有：GB150《压力容器》、GB151《管壳式换热器》、GB12337《钢制球形储罐》等技术规范主要有：固定式压力容器安全技术监察规程移动式压力容器安全技术监察规程对境外企业出口到中国的压力容器，在取得质检总局安全监察机构同意后，可采用国际上成熟的、体系完整的、并被多数国家采用的技术规范或标准，但必须满足中国对压力容器安全质量基本要求。

1、压力容器生产许可证管理●国家对压力容器制造单位实行强制的制造许可管理，必须取得制造许可证，无证生产或超出许可证允许生产范围均属违法。

境外压力容器制造单位，若向中国出口压力容器，必须取得中国政府颁发的制造许可证，否则不得进口。

●压力容器制造许可证的级别划分和许可范围规定如下。

D级压力容器制造许可证由企业所在地省级质量技术监督局颁发，其余级别制造许可证由国家质检总局颁发；委托境外制造单位生产的用于境内压力容器，制造许可证由国家质检总局颁发。

2、压力容器取换证及企业生产条件要求制造许可证有效期——四年；在有效期满6个月前向发证部门的安全监察机构提交书面换证申请——经审查合格后，由发证部门换发《制造许可证》。

未按时提出换证申请或因审查不合格不予换证企业，在原证书失效1年内不得提出新的取证申请。

各级别压力容器制造许可单位应具备与级别相适应的压力容器制造场地、加工设备、切割设备、焊接设备、起重设备和必要的工装等。

●制造单位人员要求压力容器制造企业应具备与所制造产品相适应的、具有相关专业知识和一定资历的质量控制系统责任人员。

质量系统控制责任人员包括：设计工艺质量控制人员——设计工程师与工艺工程师；材料质量控制人员——材料工程师；焊接质量控制人员——焊接工程师；理化质量控制人员——理化分析工程师；热处理质量控制人员——热处理工程师；无损检测质量控制人员——无损检验工程师；压力试验质量控制人员——压力试验工程师；最终检验质量控制人员——检验工程师。

●制造单位质量体系文件要求企业应建立满足压力容器制造要求的质量管理体系文件，质量体系文件包括：文件与资料控制——对设计资料与相关文件的进行控制与管理的程序文件；设计控制——对设计过程及人员的进行控制与管理程序文件；采购与材料控制——对材料采购过程进行控制与管理程序文件工艺控制——对工艺程序进行控制与管理的程序文件焊接控制——对焊接过程进行控制与管理的程序文件热处理控制——对热处理过程进行控制与管理的程序文件无损检测控制——对无损检测过程进行控制与管理的程序文件理化检验控制——对理化分析检验过程进行控制与管理的程序文件压力试验控制——对压力试验过程进行控制与管理的程序文件计量与设备控制——对计量与设备进行控制与管理的程序文件不合格产品控制——对不合格品进行控制与管理的程序文件质量改进过程控制——对质量改进过程进行控制与管理的程序文件人员培训控制——对人员培训过程进行控制与管理的程序文件压力容器制造单位必须接受国家授权的特种设备监督检验机构对其压力容器产品的安全性能进行监督检验。

监督检验在企业自检合格基础上进行，不能代替企业自检。

监督检验在容器制造过程中进行，检验项目包括：压力容器检验单位驻厂代表检验内容：设计图样审查；主要承压元件和焊接材料材质证明书及复验报告审查；焊接工艺及无损检测质量审查；外观及几何尺寸检验；热处理质量检查；耐压试验检查；出厂资料审查等；检验合格后，代表检验单位发证：监督检验合格压力容器产品应逐台（气瓶按批次）出具“锅炉压力容器产品安全性能监督检验证书”在产品铭牌上打印检验钢印，未经检验或检验不合格产品部的出厂。

2.3 压力容器焊接与质量控制2.3.1 常用焊接方法与焊条种类一、常用焊接方法从焊接时母材或焊料是否熔化，将焊接分为三大类：熔化焊、固相焊和钎焊●熔化焊：母材或母材与焊条在高温作用下（一般电弧产生的高温）熔化融合一起，两部分连接起来。

●固相焊：一般利用旋转头高速旋转产生热量，使欲连接的两部分金属软化，发生塑变，再加外压力作用，使两部分焊接。

连接强度不高，但缺陷少。

常用摩擦焊、超声波焊。

●钎焊：利用熔点比被焊材料的熔点低的金属作钎料，母材不熔化，焊料熔化，通过焊料熔化将两个高熔点材料连接起来。

如：锡焊、铜焊等，连接强度不高。

另外有电阻焊（点焊、缝焊）、激光焊、高频焊等也可属于熔化焊一种，是利用局部瞬间高温，将两种材料在局部点瞬间熔化连接。

熔化焊的代表焊接方法是：电弧焊电弧焊——是利用电极与工件之间燃烧的电弧作热源，将母材、焊条或焊丝熔化，融合在一起，形成焊接。

1、焊条电弧焊（手弧焊）利用焊条与焊件之间电弧热，将焊条及部分焊件熔化的一种焊接方法。

焊条药皮在电弧热作用下分解生成气体和焊渣，排除周围空气对熔化金属的氧化作用，熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体的相互作用。

手弧焊优点：设备简单，操作方便；对焊接接头的装配尺寸要求较低，可进行各种位置焊接；适合焊接多种金属材料及各种结构形状。

缺点：生产效率低，劳动强度大，对焊工技术水平要求高，焊接时电弧易受外部气流干扰或药皮偏心影响，产生电弧偏吹现象，使焊缝产生气孔和未焊透缺陷。

2、埋弧焊——通常为“埋弧自动焊”埋弧自动焊——是以连续输送焊丝作为电极和填充金属，焊丝与工件之间形成电弧，并不断熔化，填充在焊缝中。

焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，实现焊接。

与手弧焊相比优点明显：①焊接参数变化极小，焊缝化学成分稳定；②接头具有良好的综合力学性能，焊缝缺陷少，焊缝光滑美观；③焊丝伸出长度小，较细焊丝可采用较大电流，故适合厚度较大构件焊接；④埋弧焊热量集中，减少向空气中散热及金属飞溅和蒸发造成的热损失和金属损失；熔深大，可减少坡口尺寸，甚至无坡口也可焊接；⑤易实现自动化、机械化操作，劳动强度低，操作简单，生产效率高。

3、氩弧焊是利用惰性气体——氩气做保护气体的保护电弧焊，氩气使金属熔池、熔滴及钨极端部与空气隔绝，避免被氧化。

氩弧焊分为：不熔化电极氩弧焊（又称钨极氩弧焊）和熔化电极氩弧焊。