压力容器的形状误差控制

摘 要：形状误差会严重影响构件的安全性、稳定性和疲劳性，椭圆度误差会使筒体切向弯曲应力明显增大，压力越高，容器力学性能对形状误差的敏感性有极大的影响，文章重点就压力容器的形状误差控制进行了研究和分析。

关键词：压力容器 检验测量 精度

由于压力容器服役时的特殊工况，强度安全性是控制产品质量的最重要指标。在压力容器的制造过程中，由于冷热成形误差、焊接变形、热处理变形、工装变形等诸多因素耦合作用，最终的制成品难免与概念设计目标存在一定差距，在产品验收阶段，如果这些差距超过规范规定，则产品质量将视为不合格。对于承压较高的压力容器，其应力分布对容器的几何形状和尺寸非常敏感。根据《固定式压力容器安全技术监察规程》要求，每台压力容器在制造过程中都要经过上述项目的严格检验，得到各项检验数据，而每个检验项目都有量化的数值标准，因此这些检验数据也就成为衡量产品质量合格与否的准绳。检验过程中的测量误差将直接影响检验数据的可靠性，继而影响到对产品质量的判定，因此不可小视，故有必要对这些影响检验测量误差的因素进行分析。

1检测工具不精确

目前压力容器的制造主要由冷作、金加工、焊接来协作完成，而冷焊工作形成的工件的精度远低于金加工：金加工的精度往往要求小数点后3位数，且有各种精密计量的检测工具，如游标卡尺、千分尺等；而冷焊加工的自动化程度低，人为因素大，使用的检测工具也屈指可数，在长度、圆度、垂直度等几何成型尺寸检测时，常用直（卷） 尺、角尺等工具，在焊缝成型尺寸和外观质量检测时，常用样板尺、焊接检验尺等自制非标工具。早些年的自制焊缝检测工具由于自身的原因，常需检测人员用目测的办法结合起来判定。近些年来开发的焊接检验尺已做出了很大的改进。其主体尺、高度尺、咬边深度尺的零位在同一直线上，但在检验环焊缝余高及咬边深度时，只能将圆弧近似地看作直线使用，这样从理论上就产生了误差，圆弧半径大时误差尚可忽略，半径愈小时误差就愈大。虽然这种非标工具可用来检测焊接件的各种角度和焊缝高度、宽度、间隙以及咬边深度等，在各制造厂也广泛使用，但由于它在制造精度、计量鉴定等方面没有任何标准或规范可依，其测量精度往往无法完全满足使用要求。比如复合钢板容器（基层14mm+复层3mm），其焊缝错边量为复层的5%，即0.15mm，焊接检验尺根本不能达到这一精度。事实上在自制检测工具时，我们已能通过选材等办法来控制绕曲度，防止变形，也可对它们进行计量鉴定，即便这样，影响测量误差的显然不仅是其本身的尺寸误差。

2 检测标准不严密

压力容器的棱角度是指焊缝与两边的直线或曲线趋势出现不连续的程度，即是指纵焊缝或环焊缝与实际圆弧或直线形成棱角的程度。GB150.4-2011规定：纵焊缝棱角度用弦长等于1/6Di（圆筒内径），且不小于300mm的内样板或外样板进行检测；环焊缝棱角度用长度不小于300mm的检查尺检查。在目前的检验工作中，都是以设计内、外径尺寸作样板，而不是以实际的内、外径尺寸作样板，也就是用图样尺寸的理论圆弧于焊缝处的棱角进行比较，差值即为棱角度，这样只有在除焊缝处的棱角外，容器其余部分的圆弧与理论圆弧均一致时，其测量数据才准确。事实上，容器的实际圆弧与理论圆弧总存在偏差，特别是在焊缝附近的局部壳体变形处，筒节在卷制过程中还会产生锥度、鼓包等局部变形，均会造成样板尺与筒体不贴合，继而影响测量数据的准确性。可见样板法检验并不严谨。压力容器壳体组装成型后还须进行长度测量，GB151-1999 中只给出了管箱长度±3mm、外头盖长度±9mm 的允差，而对壳体长度允差未作规定。但像固定管板式这样的换热器对壳体长度还是有严格要求的，否则会造成换热管伸出长度不达标，甚至不露头的情况。

3 检测基准不确定

在测量焊缝对口错边量时，可以用焊接检验尺或自制样板等工具测量，为了保证测量准确，一般应在尽量靠近焊缝根部的位置测量。用样板测量错边量时，分别测量焊缝两边热影响区至样板的距离，两边的数据差值即为错边量，但对接焊缝存在错边量的同时往往还存在棱角度，或壳体局部变形，使测量基准不定。如用焊接检验尺测量错边量时，因其基准为直线，在小直径容器环向曲面上很难找平，常凭借检验员的经验左右两边测量来对比判定，测量数值难以准确。在测量焊缝棱角度时，样板中心刻度线分别对准焊缝中心，使测量中心线一致，测量焊缝表面中心位置至样板中心位置的距离。若用焊接检验尺检测，测纵缝时，须将检测尺平行于容器的环向切线，且垂直于轴向中心线，测环缝时，则相反。这些中心线都需人为地对齐或垂直，测得的数据当然有误差。若采用弓形样板测量，样板圆弧直径尺寸与容器实际直径尺寸不一致时，样板两侧与容器表面圆弧不贴合，倘若紧靠任一侧进行测量，则测量基准变动了，得到的数据也会有误差。

压力容器的许多检测项目是交联在一起的，存在棱角度的同时，往往存在椭圆度、错边量或焊缝余高等。在测量棱角度时，若不考虑焊缝余高就会有误差，而纵、环焊缝的棱角度也会影响椭圆度的数据精度，因此有必要规范检测方法，制定修正原则。比如在测量不等厚度对接焊缝的错边量时，GB150.4-2011规定了所测数值须减去厚度差进行修正。在测量壳体直线度时，GB 150.4-2011还规定了具体的方法：在筒体上确定4 个对称检测基准点（0°、90°、180°、270°），找出母线，拉0.5 mm的钢丝，测出筒体与钢丝线的距离；也规定了测量点离纵、环焊缝中心的距离，即规定了测量部位；同时又规定长度超规定范围时的替换标准。但在测内压容器壳体椭圆度时，常由检验人员用尺随机地选取几个点测量筒体直径，得到所测直径的最大值Dmax 和最小值Dmin，它们的差值即为椭圆度。由于没有规定开孔和焊缝的避让问题，没有规定重点检测部位，整个测量过程的人为因素大、随意性大，测量误差就大了。

4结束语

要根据已有的自制工具，结合压力容器制造的特点，研发确保检验数据精准的新型检测工具，并且制订使用方法、测量精度、计量鉴定的规范。应制订统一的检验规范，在规范中对测量方法、测量基准、测量部位和测量精度、测量误差、测量数值修正、计量鉴定等作出规定，从而规范检验人员的检测工作，减少随意性，以保证检验数据的科学、合理、统一和可靠。

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