張文杰

（運(yùn)城市綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山西運(yùn)城 044000）

0 引言

凸形封頭在工業(yè)設(shè)備，尤其是鍋爐、壓力容器、壓力管道上作為承壓部件被廣泛使用。近年來(lái)，隨著鍋爐、壓力容器、壓力管道型式的多樣化，制造業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，凸形封頭被越來(lái)越多地采納和應(yīng)用。雖然傳統(tǒng)的凸形封頭制造工藝在不斷提高，檢驗(yàn)檢測(cè)方法也在不斷完善，但是鍋爐、壓力容器朝著大型化、高參數(shù)方向發(fā)展，對(duì)其配套產(chǎn)品——凸形封頭提出了更高的要求。

1 設(shè)計(jì)要求

凸形封頭制造質(zhì)量受到各鍋爐、壓力容器、壓力管道制造單位和國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理部門(mén)的重視，為貫徹國(guó)家有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)做了大量工作，使鍋爐、壓力容器、壓力管道產(chǎn)品的安全性能有了顯著提高。隨著我國(guó)材料性能、加工裝備、檢測(cè)技術(shù)的大幅提升，國(guó)家監(jiān)管部門(mén)相繼出臺(tái)了關(guān)于凸形封頭制造的相關(guān)規(guī)程和通知文件。對(duì)于國(guó)家監(jiān)管的壓力容器，GB 150—2011《壓力容器》中的通則要求、材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收專(zhuān)篇中均做了明確要求。

凸形封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭等，如圖1、圖2、圖3 所示，其中橢圓形封頭的應(yīng)用最為廣泛。橢圓形封頭一般采用長(zhǎng)短軸比值為2 的標(biāo)準(zhǔn)型，即Di/2hi=2，其中，Di為封頭內(nèi)徑，hi為封頭內(nèi)曲面深度，δh為封頭計(jì)算厚度，Ri為碟形封頭球面部分內(nèi)半徑或球冠形封頭內(nèi)半徑，r 為碟形封頭過(guò)渡段轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑。運(yùn)城市綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心作為特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)部門(mén)，在監(jiān)督檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某些凸形封頭制造單位生產(chǎn)的鍋爐、壓力容器、壓力管道封頭的安全質(zhì)量尚存在一些問(wèn)題。

圖1 橢圓形封頭

圖2 碟形封頭

圖3 球冠形封頭

2 主要問(wèn)題

2.1 材料問(wèn)題

經(jīng)濟(jì)繁榮與科技的發(fā)展使金屬材料的性能質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，大型、正規(guī)的金屬材料生產(chǎn)單位對(duì)材料的生產(chǎn)有嚴(yán)格的把控，但一些小規(guī)模金屬材料生產(chǎn)單位的產(chǎn)品質(zhì)量不高，再加上物流配送、銷(xiāo)售單位的管理錯(cuò)位，導(dǎo)致生產(chǎn)廠提供的材料質(zhì)量證明書(shū)流轉(zhuǎn)混亂，鋼板批號(hào)、爐號(hào)模糊不清，銷(xiāo)售單位的經(jīng)手人簽字流于形式，導(dǎo)致封頭制造單位對(duì)材料的標(biāo)記移植名不符實(shí)，提供給用戶(hù)的材料質(zhì)量證明與實(shí)際所用材料不相符合，或者采取幾批材料同用一份證明，欺騙用戶(hù)。其次，由于生產(chǎn)方式發(fā)生了變化，很多封頭用戶(hù)直接提供材料給封頭制造單位，即來(lái)料加工，封頭制造單位對(duì)各用戶(hù)提供的材料實(shí)物與材料質(zhì)量證明書(shū)在制造流轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生混淆，壓制過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題需要報(bào)廢時(shí)，封頭制造廠隨意使用自認(rèn)為“相同”的材料私自代用，事前不征得用戶(hù)同意，事后不告知用戶(hù)。

2.2 模具磨損嚴(yán)重

模具在長(zhǎng)期使用過(guò)程中發(fā)生破損、更換不及時(shí)，例如模具凹模轉(zhuǎn)角處嚴(yán)重?fù)p傷，致使封頭圓弧過(guò)渡區(qū)和直邊段出現(xiàn)超標(biāo)的機(jī)械劃傷；使用適合壓制厚度較厚的模具壓制厚度較薄的封頭，由于凸凹模間隙大，導(dǎo)致封頭鼓包、直邊段縱向皺折嚴(yán)重；還有因溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致受熱不均，高溫部位出現(xiàn)過(guò)燒和鼓包；已經(jīng)使用反射爐的單位沒(méi)有溫度控制系統(tǒng)，提供不了溫度控制記錄，加熱溫度控制只憑經(jīng)驗(yàn)。

2.3 封頭拼接焊縫無(wú)損檢測(cè)比例不夠

大直徑的鍋爐、壓力容器封頭需要鋼板拼接才能壓制成形，凸形封頭拼接焊縫的結(jié)構(gòu)形式如圖4 所示，筒體與封頭的對(duì)接環(huán)焊縫、筒體的縱焊縫為B 類(lèi)焊縫，封頭的拼接焊縫為A 類(lèi)焊縫。

圖4 凸形封頭焊縫結(jié)構(gòu)

鍋爐、壓力容器封頭拼接焊縫無(wú)損檢測(cè)比例在TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》和TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》上均有明確規(guī)定。TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》第4.5.4.5 條規(guī)定，A、B 級(jí)的蒸汽鍋爐100%射線或超聲檢測(cè)，C 級(jí)蒸汽鍋爐采用20%射線檢測(cè)，熱水鍋爐采用10%射線檢測(cè)，D 級(jí)蒸汽鍋爐采用10%射線檢測(cè)，熱水鍋爐不進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第3.2.10.2.2、3、4 規(guī)定，對(duì)于封頭拼接焊縫屬于A 類(lèi)焊縫，在全部檢測(cè)和局部檢測(cè)時(shí)，拼接焊縫的無(wú)損檢測(cè)比例不盡相同，但是壓制成型進(jìn)行內(nèi)部無(wú)損檢測(cè)后均增加了應(yīng)進(jìn)行表面無(wú)損檢測(cè)的要求，封頭壓制成型后均應(yīng)對(duì)圓弧轉(zhuǎn)角至邊緣部位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。但封頭制造廠對(duì)所有封頭拼縫的無(wú)損檢測(cè)比例不加區(qū)別，按一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去做，合格證上卻注明“無(wú)損檢測(cè)合格”字樣，很容易引起錯(cuò)覺(jué)，誤認(rèn)為已按有關(guān)規(guī)程無(wú)損檢測(cè)合格。有時(shí)來(lái)料加工因合同規(guī)定不同，封頭拼接焊縫可能是封頭生產(chǎn)單位完成，也有可能是委托單位完成，封頭壓制后對(duì)圓弧轉(zhuǎn)角至邊緣部位復(fù)探檢查有可能造成缺失，因而封頭壓制后產(chǎn)生的新增缺陷有可能造成漏檢，為最終鍋爐、壓力容器產(chǎn)品的安全使用埋下隱患。

2.4 封頭厚度達(dá)不到鍋爐、壓力容器產(chǎn)品圖紙要求

封頭制造廠的封頭厚度以坯料厚度為準(zhǔn)，而不是實(shí)測(cè)值，雖然標(biāo)注有實(shí)測(cè)值，但用戶(hù)可能會(huì)疏忽，如用于產(chǎn)品，尤其對(duì)于壓縮比較大的材料，一定要以封頭壓制后的實(shí)測(cè)值為準(zhǔn)，否則極易與標(biāo)準(zhǔn)不符。鍋爐、壓力容器生產(chǎn)單位選擇封頭時(shí)，一定要按照設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的封頭最小厚度加封頭壓制制造偏差來(lái)選擇封頭材料厚度。

2.5 封頭壓制后出現(xiàn)的缺陷處理不當(dāng)

一些封頭制造廠對(duì)封頭的機(jī)械損傷、鼓包不加處理，更有甚者，熱壓成型后封頭直邊段拼接焊縫有裂紋，采取補(bǔ)焊，即不做焊接工藝評(píng)定，也沒(méi)有焊接工藝規(guī)程，而且焊后未對(duì)補(bǔ)焊處進(jìn)行退火處理，也不對(duì)補(bǔ)焊處進(jìn)行表面和焊縫內(nèi)部質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)，為了不留痕跡，將補(bǔ)焊處焊縫打磨至與母材平齊后出廠，給產(chǎn)品留下質(zhì)量隱患。

3 管控措施

（1）進(jìn)一步加強(qiáng)封頭制造單位在執(zhí)行國(guó)家有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)方面的質(zhì)量意識(shí)，無(wú)論是在材料采購(gòu)還是來(lái)料加工方面，不應(yīng)因外部環(huán)境的變化導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的失控。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》從2020 年10 月1 日?qǐng)?zhí)行，其中第6.1.1 規(guī)定，不再對(duì)無(wú)拼接焊縫的封頭、管板進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)，對(duì)于這條規(guī)定的理解不能有偏差。對(duì)于存在拼接焊縫的封頭、管板，國(guó)家的規(guī)定比較嚴(yán)格，當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)單位必須對(duì)其過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)，合格后簽發(fā)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)證書(shū)。

（2）不斷提高質(zhì)量管理水平，加強(qiáng)內(nèi)部控制環(huán)節(jié)，順應(yīng)技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，質(zhì)量管理同步跟進(jìn)，真正地使質(zhì)量保證體系得以貫徹執(zhí)行。對(duì)于新興的來(lái)料加工模式壓制的封頭，其拼接焊縫即使是材料委托單位進(jìn)行焊接、無(wú)損檢測(cè)等，該封頭也要接受當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)部門(mén)的制造監(jiān)檢，避免異地加工造成漏檢。

（3）封頭制造單位要加大先進(jìn)設(shè)備的投入，不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，重視無(wú)損檢測(cè)設(shè)備的更新，無(wú)損檢測(cè)人員的技術(shù)培訓(xùn)，強(qiáng)化設(shè)備、人員和技術(shù)的同步提升，以保證封頭產(chǎn)品質(zhì)量。