摘要： 压力容器是广泛使用的承压设备，从设计、材料采购、制造、检验过程环环相扣，各环节都很重要，也会出现一些问题，本文针对我们自己制作压力容器过程中遇到的一些问题进行讨论，供大家分享。

关键词：压力容器；问题分析；制造

现有压力容器制造由设计、机加工和铆接、材料、焊接、热处理、压力试验、计量理化和检验等部分贯穿于整个过程，各部分相互联系，相互协调，相互制约，共同完成压力容器产品的制造。以下是结合我公司压力容器制造过程的经历进行的讨论，供参考。

1.压力容器的结构组成

（1） 产品结构和参数的多样性。压力容器产品使用范围广，广泛应用于如制药、石油、化工、冶炼、饮食等行业，产品具有品种繁多的特点，即使是同类产品中，也会因客户需求上的差异，造成产品结构上的不同，进而引起制造工艺上的多样性。

（2） 有较高的安全性要求。压力容器制造，必须遵循大量的、强制性的标准和规范，并且标准和规范具有时效性。压力容器产品多在高温、高压、真空、腐蚀等环境条件下长期运行，而所盛装的介质通常为易燃、易爆、有害、剧毒物质，因此产品的安全性被放在首位，产品从设计开始，就需要遵循强制性的标准和规范，如GB150、GB151等。随着现代化科学技术的不断进步，新工艺、新技术、新材料和新的管理手段的运用，加速了标准和规范的更新。例如旧标准应用时的技术和经济条件的限制和制约，以考虑安全性为主，忽略了客户对经济性的需求，故新标准中把经济因素放到了比较重要的位置，这体现在新标准中对安全系数的降低。

（3） 制造过程中存在着许多相似的信息。在压力容器产品制造的统计过程中，发现其中存在着许多相似信息，如工艺流程的相似性、零部件几何形状之间的相似性、产品结构之间的相似性、同事物处理过程之间的相似性。对这些相似信息的利用，能有效地提高企业的竞争力。

（4） 设计具有较强的专业性。压力容器产品不同于通用机械产品，在运用软件技术进行产品设计时，不仅要求人员掌握现代的计算机技术，更要具备化工设备的整体设计思想。

（5） 涉及多行业、多科学的综合性产品。压力容器制造技术涉及到机械加工、冶金、腐蚀和防腐、无损检测、安全防护等众多行业，因此制造过程中要求多行业、多学科、多方面的共同协作来完成，并且为确保产品质量，形成了以职能为中心的，以控制为导向的机械式组织结构。

2.关于设计标准的选用

一些设计单位因对压力容器的制造、检验标准不熟悉或对新老标准的替换不了解，造成在设计时的标准选用出现错误。如压力容器检测，仍选用JB4730：1994而不是选用最新JB4730：2005；按标准JB4730：2005标准，应优先选用磁粉检测，但制造厂家往往为了便于操作，往往采用灵敏度相对不高的渗透检测。特别是材料的新老标准替换，许多设计人员没有认清它的重要性，甚至把新老标准混为一谈，这种不正确的想法和做法，往往导致制造厂家在采购材料时，只认材料牌号而不重视材料的执行标准。有些产品有专业的标准，用户订购的产品规格超出专业标准的适用范围，而产品的某些参数除此标准外又别无标准可以参考。此时，在产品的设计、制造、检验等环节中，只能是参照此专业标准而不能完全参照此标准，而这些在设计图样的技术要求中均未注明。

在这样的情况下，笔者认为所有压力容器必须根据其类别具有相应设计资质的设计单位进行设计、审核，由制造单位工艺人员编制相应的制造工艺文件，并经工艺责任工程师审核后方可正式投入生产。

3.材料的“以优代劣”

压力容器用金属材料的主要性能，包括力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能。材料性能对于某种材料而言，不是确定不变的。一种材料在某一方面的性能“优”于另一种材料的同时，有可能在其它方面“劣”于另一种材料，在不同的情况下，人们对材料性能的需求是千变万化的，在材料代用问题上的“优”、“劣”判断，只能具体问题具体分析，这方面的事例在压力容器中是常见的。

1）压力容器用低合金钢虽然强度等机械性能方面的指标要优于碳素钢，但是其可焊性、冷加工性能却不如碳素钢好，因为一般强度级别越高，其可焊性和冷加工性能就越差。

2）压力容器用低合金钢抗应力腐蚀性能却不如碳素钢好。材料代用时如果考虑不周，将会给压力容器的安全使用留下隐患。如在有应力腐蚀开裂倾向和湿Ｈ２Ｓ环境的设备中，随着压力容器用钢强度级别的提高，相应地对应力腐蚀开裂的敏感性加大，在这种情况下用Ｑ３４５Ｒ等低合金钢代替Ｑ２４５Ｒ及Ｑ２３５系列钢，会更容易出现问题，原则上这类“以优代劣”是不允许的。

3） 镇静钢在许多方面的性能都优于沸腾钢，但是当用于制造搪瓷玻璃容器时，沸腾钢的搪瓷效果反而比镇静钢好。

4）对于膨胀节、爆破片和挠性管板这类零件，原则上不允许以“优”代“劣”，否则应按代用材料重新计算，对其厚度适当减薄，否则将有可能导致这些元件及相邻部位失效。

5）某种情况下，不锈钢的耐蚀性能不如碳素钢和低合金钢，如含Ｃｌ－介质的工况。

6）超低碳不锈钢的价格和耐腐蚀性能，虽然优于普通不锈钢，但是其高温热强性却不如普通不锈钢，碳在奥氏体不锈钢中具有两重性。从耐腐蚀性来说，需要降低含碳量；而从耐高温性能来说，则需要适当提高含碳量，在进行此类“以优代劣”时，要特别注意设备的设计温度，必要时需重新进行计算。总之，压力容器产品材料不能随便地“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，并且在改动部位作详细记载，同时进行相应的焊接工艺评定。

5材料的“以厚代薄”

材料的“以厚代薄”，往往使壳体的受力由平面应力状态向平面应变状态转变，对容器的受力状态有害而无利，厚壁容器更容易产生三向拉应力的平面应变脆性断裂。

1）对于原设计中筒体与封头之间为等厚度焊接的容器，如对容器壳体个别部件进行“以厚代薄”（如仅增加封头厚度，而筒体厚度不变）时，势必增加容器壳体的几何不连续程度，从而引起应力集中，使封头与筒体连接部位的局部应力增大，对有应力腐蚀倾向的容器有很大危害；对于受交变载荷的容器，则有可能引起疲劳裂纹甚至疲劳断裂。

2）当厚板代薄板时，往往要引起连接结构的变化，如加厚的封头与筒体的连接，往往都必须对封头进行削边处理。对于用管道做筒体的设备，当筒体壁加厚时，筒体与封头的连接处，有时也必须对筒体侧作削边处理。对于筒体与管板及平盖的对焊连接结构，也同样存在这些问题。当厚度增加较多时，常常还涉及到焊接结构的变化，如接管与壳体焊缝及对接焊缝都有可能从原来的单Ｖ型转变为Ｘ型坡口。

3）对于容器壳体整体上的以厚代薄，虽然不会使筒体与封头连接部位的局部应力增加，但是仍会造成以下几种不利：一是壳体厚度增大后，原设计选用的焊接方式、检测方法等可能相应发生变化；二是壳体增厚势必增加容器的重量，于是将对容器的支座和基础不利：三是对于壳体兼作传热部件的容器，增加壳体厚度会影响换热容器的传热效果。

4）钢板许用应力与其厚度密切相关，从ＧＢｌ５０中可见，钢材随着板厚的增加，材料许用应力呈下降趋势。如Ｑ３４５Ｒ在２０～１５０℃下板厚从１６ｍｍ增加到１８ｍｍ时，许用应力由１７０ＭＰａ下降到１６３ＭＰａ；Ｑ２４５Ｒ在１５℃，板厚从１６ｍｍ增加到１８ｍｍ时，许用应力由１３２ＭＰａ下降到１２６ＭＰａ。以厚代薄有可能导致强度不足。因此，当处于这些临界状况下的以厚代薄时，还必须对强度进行验算。

5）对于膨胀节、波纹管、挠性薄管板和薄管板等元件，原则上不应采用以厚代薄，因为随着元件的加厚，其刚性相应增大，从而削弱了补偿变形效果。因此，“以厚代薄”也必须像其它形式的材料代用那样，“事先取得原设计单位的设计修改证明文件，对改动部位应作详细记载……”，由设计单位来综合考虑以厚代薄造成的种种不利影响，决定是否可行并对可实施以厚代薄的容器的焊接工艺、检测方法、支座、基础等作适当的调整，以消除或减少各种不利影响。

6焊后热处理及产品焊接试板

目前对焊后热处理的描述有多种，ＧＢ／Ｔ３３７５－１９９４中对焊后热处理（Ｐｏｓｔｗｅｌｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ）是这样定义的：“焊后，为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力等而进行的热处理”，而在ＪＢ４７０８－２０００中，定义焊后热处理为“能改变焊接接头的组织和性能或残余应力的热过程”。不管如何描述，焊后热处理主要针对两部分：焊接接头和整体结构。对焊接接头来说，是改变其组织、性能和残余应力，对整体结构来说就是改变因前期制作而存在于结构中的残余应力分布情况。

ＧＢ１５１－１９９９《管壳式换热器》6.8a）款规定，“碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧开孔超过１／３圆筒内径的管箱，在施焊后作消除应力热处理”。在《容规》第４条（第3）款同时又规定 “有不同热处理要求的压力容器，筒节应分别制作产品焊接试板”。制备产品试板的目的，是通过对试板的力学性能的试验结果，判断产品焊接接头的力学性能是否达到设计要求，它主要针对的是焊接接头。在制作带分程隔板管箱的换热器时，该换热器的不同筒节就会有不同的热处理要求，按照《容规》就应该分别制作产品焊接试板。在GB150-2011中第四部分的9.1.2.3定“有热处理要求的容器，试件一般应随容器一起进行热处理”。按照此要求，产品焊接试板要与筒节同时进行热处理，而管箱的消除应力热处理主要是为了消除管箱内部的结构应力，并非焊接接头应力，而且按规定，产品焊接试板所有力学性能试验合格后，才可以进行其他后续制作过程，而管箱的热处理，是在所有焊接工作完成以后才进行的，故试板的热处理已没有必要而且也失去了其代表意义。所以笔者认为，仅仅是因为管箱需要热处理这种情况，无需增加管箱部分的产品焊接试板。

7焊接接头检测比例及合格级别

根据GB150-2011第10.3.1和《容规》第88条的规定可以看出，凡是要求100％检测的焊接接头，都是易发生缺陷的深厚焊缝、可焊性差的焊缝、第三类容器以及安全性要求较高的焊缝，所以规定Ⅲ级合格。而GB150-2011第10.3.2条所列出的部位，却不是以上几种情况，其本质上不是可焊性差或要求较高的焊缝，例如先拼接后成型的封头焊缝检测，是考虑在其成型过程中，会对封头拼接焊缝的应力分布造成影响，被内、外件永久覆盖的焊缝一旦存在超标缺陷，在使用过程中很难及时发现而易造成事故，离开孔较近的焊缝有较高的应力集中倾向，若此处焊缝缺陷超标，则容易形成致命缺陷等等。基于以上原因，才把这部分焊接接头纳入射线检测的范畴，笔者认为这些部位的射线检测比例，虽然也规定为100％，但是其合格级别还是应该参照压力容器壳体主体焊缝的要求进行评定，而不能一概归入Ⅲ级合格范畴。但是在实际的操作过程中，压力容器制作部门和检测部门却无法统一认识，制作部门认为，按照《容规》，其合格级别应与压力容器壳体相应的对接接头一致；而检测部门却规定，100％ＲＴ的焊缝其合格级别就是Ⅲ级，二者很容易造成误解。所以笔者建议，对这类焊缝在GB150或《容规》中，应明确给出其合格级别，以使各部门共同遵照执行。

为确保压力容器产品质量，必须制定正确合理的工艺文件并确保工艺的严格执行。但是更重要的是在制造过程中，执行已制定的工艺文件。在非标压力容器制造过程中，往往存在工艺纪律执行不严，甚至未经合理手续随意变动工艺的现象。如未按评定合格的焊接工艺进行焊接，在筒体表面随意引弧，强行装配，外观检查不合格就进行检测，对焊缝进行锤打，耐压试验时密封不严，或带压紧固螺栓，保压时间不足，压力表量程未在1.5～3.0范围或压力表超期未校验等。

８无损检测

无损检测是保证压力容器产品质量重要的检测手段，其中射线检测是目前压力容器焊缝质量检测中应用最为广泛的一种。为达到较好的检测效果，必须事先制定符合容器检测要求的检测工艺。对于非标压力容器来说，因其产品类型、规格、结构不一，通用工艺不能完全运用，应该制定专用的工艺卡。对此，制造厂家往往不是很重视。单凭经验操作而不制定专用工艺卡，使检测结果不能满足标准要求。另外，20％检测存在检测比例不足及扩探比例不足等问题，特别是20％检测，计算长度小于250ｍｍ，这点常常被忽视。一旦射线检测发现问题，必须进行返修且重新检测，还要对该部位进行扩探，直到安全隐患消除。

９结束语

压力容器的制作过程，从设计图纸的工艺性审核、制作工艺的编制、材料的验收入库到制作、检验与验收的各个环节，都是至关重要的。任何一个环节出了问题，都会影响压力容器的最终质量，所以只有澄清概念，统一思想，达成共识，才能使压力容器制造水平更上一层楼。

参考文献：

[1]GB150-2011，钢制压力容器．

[2]缪春生，崔建国，马歆．压力容器制造过程调研及若干问题的探讨[J]．压力容器，2008，11：56-57.

[3]TSGR3001-2006，压力容器安装改造维修许可规则[S]．