壓力容器制造的質(zhì)量控制

盧曉春

中國原子能科學(xué)研究院 北京 102413

壓力容器屬于特種設(shè)備，其工況（壓力、溫度、介質(zhì)等）通常比較惡劣，具有一定危險(xiǎn)性，若發(fā)生失效通常會(huì)造成較大事故，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜吧?cái)產(chǎn)安全，所以控制壓力容器制造質(zhì)量是十分重要的。壓力容器制造會(huì)涉及材料、焊接、熱處理、無損檢測、壓力試驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)對壓力容器的制造質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。本文將對這些環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行討論。

1 人員和設(shè)備控制

壓力容器制造單位作業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)水平以及量具、儀器儀表的準(zhǔn)確性和有效性直接影響壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量。制造單位應(yīng)建立各工種人員清單，確保相關(guān)作業(yè)人員具有相應(yīng)資質(zhì)，并定期進(jìn)行專業(yè)技術(shù)和質(zhì)量意識(shí)培訓(xùn)。尤其是焊接和無損檢測等特種作業(yè)人員，須持有相應(yīng)的特種作業(yè)資格證書，并且證書中認(rèn)可的作業(yè)方法應(yīng)覆蓋該作業(yè)人員實(shí)際的焊接或無損檢測方法。另外，還應(yīng)建立加工設(shè)備臺(tái)賬和量具、儀器儀表臺(tái)賬，并按國家要求對這些物項(xiàng)定期檢驗(yàn)，確保其在檢定有效期內(nèi)。

2 材料控制

制造單位應(yīng)建立健全質(zhì)保體系，在采購相關(guān)程序中對供方的資質(zhì)、業(yè)績等做出要求，建立合格供方清單并定期評價(jià)。

材料進(jìn)廠時(shí)應(yīng)對材料進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收項(xiàng)目通常包括檢查質(zhì)量證明書、表面質(zhì)量和材料標(biāo)志。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)文件有要求時(shí)，還應(yīng)對化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。對驗(yàn)收合格的材料應(yīng)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)時(shí)注意有耐蝕要求的不銹鋼和復(fù)合鋼板的耐蝕面以及低溫容器受壓元件用材料不得采用硬印標(biāo)志。材料分割前應(yīng)先進(jìn)行標(biāo)記移植，保證材料具有可追溯標(biāo)性。碳鋼、低合金鋼材料應(yīng)與奧氏體不銹鋼和有色金屬分開存放，以防奧氏體不銹鋼被污染降低耐蝕性能。壓力容器的材料是在綜合考慮力學(xué)性能、化學(xué)成分、使用環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上確定的，更換材料（無論是牌號(hào)還是規(guī)格）必然會(huì)影響上述因素，從而對原設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響，有時(shí)還會(huì)對制造工藝產(chǎn)生影響，比如原本無需進(jìn)行焊后熱處理的材料，采用同牌號(hào)更厚規(guī)格的鋼板可能引發(fā)焊后熱處理要求。所以對受壓元件用鋼的材料代用，應(yīng)事先取得原設(shè)計(jì)單位的書面批準(zhǔn)，并記錄在竣工圖上。

3 制造過程控制

壓力容器制造單位應(yīng)編制質(zhì)量控制計(jì)劃，并送買方審查，經(jīng)買方最終選擇控制點(diǎn)并批準(zhǔn)后方可開始加工制造。制造過程中，對于買方選定的見證點(diǎn)（W點(diǎn)）和停工待檢點(diǎn)（H點(diǎn)），制造單位應(yīng)按質(zhì)量計(jì)劃規(guī)定的時(shí)間提前通知買方到場見證，質(zhì)量計(jì)劃上所有的見證點(diǎn)都應(yīng)經(jīng)選點(diǎn)方見證并簽字。待產(chǎn)品最終驗(yàn)收合格并關(guān)閉質(zhì)量控制計(jì)劃后，制造活動(dòng)才算結(jié)束。

3.1 焊接控制

壓力容器結(jié)構(gòu)通常包含大量焊接接頭，各受壓元件通過焊接的方式連接為整體并形成承壓邊界，這是壓力容器與其它機(jī)械設(shè)備的主要區(qū)別。焊接接頭通常是壓力容器最薄弱的部位，絕大多數(shù)破壞都發(fā)生于焊接接頭，所以焊接質(zhì)量的好壞是壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的最重要影響因素。

管理制度方面，制造單位應(yīng)建立焊材的存貯和領(lǐng)用登記制度，焊接材料應(yīng)保存在干燥的貯存庫，使用前應(yīng)經(jīng)烘干。焊工施焊后應(yīng)及時(shí)填寫焊接記錄。

實(shí)際焊接工作方面，所有與受與壓元件相焊的焊縫，均應(yīng)按NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》進(jìn)行評定或具有經(jīng)過評定合格的焊接工藝規(guī)程支持。焊工應(yīng)嚴(yán)格按焊接作業(yè)指導(dǎo)書施焊。焊接接頭的外觀（余高、咬邊等）應(yīng)符合GB/T 150-2011《壓力容器》的規(guī)定。對于超標(biāo)缺陷，應(yīng)進(jìn)行返修，同一部位的返修若超過兩次，應(yīng)經(jīng)制造單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，返修次數(shù)、部位等情況應(yīng)記入壓力容器質(zhì)量證明文件。

3.2 熱處理控制

壓力容器焊接后，焊接接頭及附近區(qū)域會(huì)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力是延遲裂紋的主要誘因，在應(yīng)力腐蝕環(huán)境下還可能引起應(yīng)力腐蝕斷裂，這種破壞往往沒有預(yù)兆，突然發(fā)生，破壞性很大，焊后消除應(yīng)力熱處理是降低這種失效風(fēng)險(xiǎn)的常用方法。但不是說所有壓力容器焊后都要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，是否需進(jìn)行焊后熱處理應(yīng)根據(jù)材料牌號(hào)、焊接接頭厚度、使用場合的不同，按標(biāo)準(zhǔn)確定。對于奧氏體不銹鋼材料，熱處理不當(dāng)可能會(huì)使材料敏化，增加晶間腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，所以通常不進(jìn)行焊后熱處理。對于換熱管與管板脹接連接的換熱器，若對其管程進(jìn)行熱處理還會(huì)破壞脹接效果。

預(yù)期的焊后熱處理效果與進(jìn)爐溫度、升溫速度、升溫過程中工件各部位的溫差，爐內(nèi)氣氛、保溫時(shí)間、保溫過程中工件各部位的溫差、降溫速度、出爐溫度等工藝參數(shù)緊密相連。實(shí)際熱處理操作與熱處理工藝會(huì)存在一定差異，實(shí)際工作中應(yīng)嚴(yán)格控制這些工藝參數(shù)，避免過大的偏離。

3.3 無損檢測控制

前已述及，焊接質(zhì)量是壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的最重要影響因素，而焊接質(zhì)量的好壞常通過無損檢測來檢驗(yàn)。檢測結(jié)果的正確性除受檢測人員和設(shè)備影響外，還取決于檢測方法、檢測比例、檢測時(shí)機(jī)的選擇。檢測人員應(yīng)熟悉TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB 150-2011《壓力容器》、NB/T 47013《承壓設(shè)備無損檢測》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，并嚴(yán)格按執(zhí)行。此外，還應(yīng)注意并非具有無損檢驗(yàn)資質(zhì)的人員都能出報(bào)告，規(guī)定Ⅱ級以上的無損檢測人員才能簽署無損檢驗(yàn)報(bào)告。

3.4 壓力試驗(yàn)

壓力試驗(yàn)是對壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的綜合性檢驗(yàn)，也是壓力容器產(chǎn)品出廠前的最終檢驗(yàn)。其目主要目的是檢驗(yàn)壓力容器的強(qiáng)度，并具有一定的密封性檢測效果。試驗(yàn)方法包括液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣液混合試驗(yàn)。因?yàn)闅鈮涸囼?yàn)危險(xiǎn)性大，所以在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用液壓試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)過程的控制主要包括對壓力表（量程、精度等級、表盤直徑、檢定有效）、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)介質(zhì)、升壓速度、保壓時(shí)間的控制，具體控制要求詳見GB 150-2011。應(yīng)注意，壓力試驗(yàn)是在高于設(shè)計(jì)壓力的情況下進(jìn)行的，所以除質(zhì)量控制外，還要嚴(yán)格按TSG 21-2016的要求采取安全措施，做好監(jiān)督和防護(hù)工作。

4 結(jié)語

合格的質(zhì)量是壓力容器安全運(yùn)行的前提，制造單位如能對人員、設(shè)備、材料、制造過程等方面進(jìn)行嚴(yán)格管控，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行制造，則可生產(chǎn)出合格的壓力容器產(chǎn)品。