压力容器制造工艺及质量控制措施

靳志宇

关键词：压力容器；生产制造；制造工艺；质量控制

在生产制造压力容器的过程中，相关单位与技术人员一定要根据具体情况明确基本需求，采取合理的措施开展材料选择、主要部件制作和装配焊接等操作。在此过程中，相关单位与技术人员应针对具体的问题制定质量控制措施，保障压力容器的生产制造质量，充分满足其实际应用需求。

1 项目概况

本研究主要讨论一个储气罐的生产加工。该储气罐为二类压力容器，规格为φ 1 000 mm×2 410 mm×10 mm，设计温度为40 ℃，设计压力为1.78 MPa。为保障其具体生产制造质量，本研究特对其制造工艺和质量控制措施进行分析。

2 压力容器主要制造工艺

本项目所用压力容器的制造工艺主要包括4个步骤：第一，合理选择主要材料；第二，采取合理的技术措施制作筒节；第三，采取合理的技术方案制作封头；第四，对压力容器整体进行装配焊接加工处理。

2.1 主要材料选择

在压力容器生产制造中，材料选择是一个基础且关键的环节，只有材料恰当，才可以确保后续的生产加工质量。基于此，本研究结合压力容器的实际设计与应用需求，对其主要材料进行了合理选择。综合考虑各方面因素，最终决定将支承式支座选作容器支座，将Q235B型低合金16MnR钢板用作筒体材料和筒头材料[1]。

2.2 筒节制作

在制作筒节前，首先要用机械矫正法对钢板进行校正处理，通过化学法和机械法除去钢板表面的氧化皮、铁锈以及其他污物。其次是划线和下料，本项目主要采用CNC-4A型数控切割机，通过氧乙炔火焰对筒节进行切割加工。因此，其下料方法选择的是热切割法。在下料过程中，需按照实际的板材尺寸进行筒体排板和下料处理，并按照以下方式完成排板图绘制。（1）严格按要求控制好筒节长度。（2）下料时，对同一个筒节应尽可能减少纵向拼接焊缝的数量，合理控制相邻纵缝之间的弧长距离。（3）筒节和筒节、筒节和封头的焊缝不可设置为十字交叉形式，且焊缝一定要错开设置，错开量应在筒节设计厚度的两倍以上。（4）对于筒体内件和筒体之间的焊缝，下料时应尽量不在筒体自身环焊缝边缘设置。（5）该压力容器属于卧式容器，因此，其环焊缝需要尽量设置到支座以外，纵向焊缝应尽量设置到筒体下方一定范围内。（6）筒体上纵向焊缝以及环向焊缝的设置应尽量避开补强圈和孔位置。（7）筒体下料一定要严格按照实际的排板图，并检查每一块板料的产品编号、质量标记、筒节号、件号、焊缝编号、几何尺寸、板厚度以及坡口方向等是否合格，确定完全合格之后才可以下料。（8）筒体周长全部按照中径展开，且需要按封头外周长实际尺寸确定。（9）在筒节下料划线过程中，需要将检查线、切割线以及实际用料线明确标注在板上。（10）严格按照设计控制筒节的切割余量、边缘加工余量以及展开长度等。本次压力容器划线下料中的主要参数控制情况如表1所示。

本项目主要通过对称式三辊卷板機进行筒节卷制加工，在具体加工过程中主要采用以下4项技术措施：（1）对于钢板两端不能卷弯的平直段需要提前按所需曲率通过弯胎预弯法进行弯曲处理，其中，预弯胎板厚度设为20 mm，曲率半径设为900 mm，预弯长度设为240 mm。（2）为避免卷制过程中出现钢板扭斜、轴线方向错边等情况，需要在滚卷前将钢板摆正，并与卷板机保持对中，本项目采用的对中方法为辊上槽线法，在对中过程中先将中线划在钢板上，再将下辊表面的槽线与之对正，以此达到良好的对中效果[2]。（3）完成对中后便可进行滚卷加工。加工时需要将上辊下压，使钢板产生相应的曲率弯曲。在冷卷过程中，变形率不可超出材料允许限值，同时应控制好上辊下压压力，防止发生打滑情况，下压量不可超出卷板机功率额定值。当卷制到规定曲率时，还需要在该曲率条件下进行多次卷制处理，使其内应力充分释放，以此确保其变形的均匀性，减少回弹。（4）完成滚圆并装配焊接好焊缝之后，需再一次对筒节进行滚圆处理，使其圆度符合规定。在具体处理过程中，应先逐渐加载到校正曲率最大值，再对正焊缝区域实施重点矫正，测量合格之后再逐渐卸载，一直到卷制结束为止[3]。

2.3 封头制作

封头划线下料之前，要按以下公式进行坯料直径计算：

因为毛坯的直径较大，所以本项目决定通过拼板法制作毛坯料。在制作过程中，为防止十字交叉焊缝的出现，将压力容器封头制作成两块左右对称形式的钢板，将其对接焊缝和封头中心距离控制在毛坯直径的1/4及以内。内筒封头由两块板材焊接组成，其外部板材规格为2 850 mm×1 750 mm×8 mm，内部板材规格为2 850 mm×1 100 mm×8 mm。

封头压制的工艺方法有很多，包括爆炸成型、冲压成型以及人工锤击成型等，本次选择的是冲压成型工艺。封头压制整体上属于加热拉延过程，通过拉延模具对空心半成品或平板毛坯进行拉延处理，最终使其形成开口零件。封头加热拉延之前需要先加热板材，以此提升其韧性，减小其变形压力，为后续的拉延成型提供足够的便利。在加热拉延时，通过室式加热炉进行加热处理，将起始冲压温度控制在900～1 050 ℃，将终止冲压温度控制在700 ℃及以上。若期间的温度低于700 ℃，冲压后必须实施回火处理，以此确保加热拉延效果。根据设计图纸，该储气罐封头是一个标准的椭圆形结构。在具体压制过程中，需要严格按照设计的压延力来合理设置压力机吨位，并根据设计好的冲压直径来合理选择冲压机。综合考虑各方面因素，本项目决定使用500 t吨位的四柱式油压机进行封头的压延加工。在压延加工过程中，考虑到成型工艺中存在很多不稳定因素，封头的准确形状及其变形等都难以掌控，所以在毛坯下料时特地预留出100 mm宽的修边余量，以供后续加工修整。为提升加工效率，钢板二次切割以及坡口加工工作可同步进行。在加工过程中，通过可旋转形式的回转平台夹持封头，使其开口向上，将割枪夹持到平台侧面支架上并与切割线对准，通过电动机为回转平台的旋转提供驱动力。为确保切割的稳定性，在具体切割过程中，特通过导向滚轮连接割嘴的方式将弹簧压紧到封头壁上实施切割处理。

2.4 装配焊接

本项目压力容器及其相关部件的装配焊接技术要点包括以下3项：（1）通过卧式法在焊接滚轮架上装配筒节，将两个筒节放到焊接滚轮架上，严格按设计要求预留焊接缝隙，之后便可实施定位焊。完成接头装配后，其错边量应控制在容器壁厚度的15%及以内，最大错边量控制在5 mm。（2）对于筒体和封头，在装配过程中，需要将内筒放到焊接滚轮架上，通过吊车将封头吊运到装配位置，再通过定位焊进行焊接，其焊接工艺和筒节焊接工艺完全相同[5]。（3）壓力容器上的其他配件应严格按照具体设计进行装配，之后通过电弧焊实施定位焊接。为保障焊接效率及其质量，施工单位需要对其环境条件加以良好控制，除了雨雪等恶劣天气条件下不可实施焊接施工，施工单位还需要按照表2中的参数做好其焊接环境质量控制。

3 压力容器制造质量控制措施

为进一步确保压力容器的生产制造质量，在具体制造过程中，相关单位和技术人员应通过合理的措施实施质量控制，主要包括设计和焊接质量控制、热处理质量控制、检测质量控制3项内容。

3.1 设计和焊接质量控制

在压力容器的加工制造过程中，为实现其整体质量的良好控制，相关单位首先应控制好其设计和焊接质量。设计单位应全面掌握压力容器的主要特征，根据其实际应用需求以及现场生产加工条件合理进行压力容器设计，以此提升其加工效率与质量，满足压力容器的实际应用需求。压力容器的焊接一定要由具备相关资质和足够经验的专业技术人员操作，焊接前需要对所有材料、设备等进行严格检查，在确保其完全符合要求的情况下才可以进行焊接，且所有焊接操作都必须严格按规定进行，防止因设计不佳和焊接操作不当等导致的质量问题[6]。

3.2 热处理质量控制

对于压力容器的生产制造工艺而言，热处理是一项关键的技术环节。只有合理控制热处理质量，才能保障压力容器的元件质量。基于此，在对压力容器中的元件进行热处理加工时，相关单位和技术人员一定要足够重视其质量控制，始终将其加热温度控制在规定范围内，根据具体设计和操作规范实施热处理。对于压力容器工件中的一些复杂制造部分，相关单位可采取更加科学、先进的现代化措施来简化工艺，以此降低其热处理工艺的复杂程度，提升其热处理效果。比如可通过当前先进的数字化三维模拟仿真技术进行热处理加工工艺的仿真模拟，以此判断简化后热处理工艺的可行性，为其热处理质量的提升奠定坚实的技术基础[7]。

3.3 检测质量控制

在压力容器的生产制造过程中，质量检测属于一项关键的质量保障措施。只有控制好检测质量，才可以及时发现压力容器制造中存在的质量问题，使其得到有针对性的处理，以此保障压力容器的生产制造质量。在目前的压力容器制造过程中，无损检测技术是最常用的质量检测技术，包括超声无损检测技术、磁粉无损检测技术、射线无损检测技术等。在具体检测过程中，相关单位与技术人员应根据实际检测需求、结合现场实际情况选择合适的无损检测技术，并严格按照其检测原理和操作规范实施无损检测，如实记录具体的检测结果，并对检测误差进行科学处理，确保压力容器的实际制造质量得到真实反馈，及时发现其质量问题，并及时做出有针对性的处理，进一步保障压力容器的整体制造质量，满足其实际应用需求，并显著提升压力容器运行过程中的安全性。

4 结语

压力容器是当前石油化工等领域中的关键设备，其生产制造质量不仅关系到相关企业的运行质量及其经济效益，还直接关系到相关领域和工程项目的安全性，且与其周边环境息息相关。近年来，随着石油化工等领域的不断发展，压力容器的生产制造也开始广受关注。为满足石油化工等领域的实际应用需求，在压力容器的实际生产制造中，相关单位和技术人员一定将其实际设计和应用需求作为依据，合理制定其加工工艺方案，并通过科学、合理、先进且具有针对性的技术措施来进行压力容器加工制造。在此过程中，相关单位也需要采取合理的措施来实施其制造质量控制，合理优化压力容器的生产制造工艺，进一步提升其生产加工效率与质量，满足压力容器的实际应用需求，促进相关领域和社会经济、环境之间的协调可持续发展。