压力容器封头制造中存在的问题及技术

引言

压力容器是用于存储液体或气体的密闭加压设备，其材料需具备稳定性以适应特种作业环境。封头作为压力容器的关键密封部位，因制造工艺差异（如多道热塑工序）易成为破损高发区。工艺缺陷或操作不当可能导致封头质量不达标，进而影响容器整体合格率。因此，需针对性分析封头制造中的问题并制定改进措施，以提升其质量性能。

一、压力容器封头制造中存在的问题

（一）裂纹缺陷

裂纹是压力容器封头制造中最为常见且危害最大的缺陷之一。裂纹的产生主要与封头翻直边过程中的加工硬化、旋压或冲压工艺参数控制不当、坯料切割面不平整以及焊缝热影响区晶粒粗大等因素有关。加工硬化会使直边段内表面受到较大的拉伸应力，从而形成宏观内应力；若旋压或冲压速度过快、压力过大、上下模间隙调节不合理等工艺参数设置不当，同样可能诱发裂纹产生；切割面粗糙会在压制过程中造成应力集中，最终导致端口裂纹；焊缝热影响区熔合线处晶粒尺寸较大，在外力作用下容易产生裂纹，同时焊缝咬边部位在封头压鼓和冲压过程中会出现应力集中现象，进而沿熔合线形成裂纹。

（二）鼓包缺陷

鼓包是指封头表面局部区域出现向外隆起的变形现象，通常发生于热加工成型过程中。在拉伸过程中，圆滑过渡区域受到切向压缩应力的影响，导致板材失稳形成鼓包；此外，封头坯料加热不均匀造成金属变形不一致，同样是引发鼓包的关键因素。鼓包缺陷不仅影响封头的外观质量，还可能降低封头的承载能力，对压力容器的安全运行构成潜在威胁[1]。

（三）过烧缺陷

过烧是指封头在热加工过程中局部受热温度超过初始压制温度，从而造成板材烧蚀的现象。在热成型工艺中，由于加热炉温度分布不均匀，极易引发封头局部区域出现过烧问题。当采用煤炉或焦炭炉进行加热时，炉温难以精确调控，经常会出现过烧情况。针对不锈钢封头，应避免使用焦炭和煤作为加热燃料；对于碳钢封头，虽然相关标准未作硬性规定，但同样不建议采用煤炉或焦炭炉进行加热处理。过烧会导致封头材料的力学性能下降，严重影响封头的质量和使用寿命。

（四）减薄超标缺陷

减薄超标是封头制造中常见的质量问题之一。冲压成型封头时，封头底部区域同时承受模具压力和摩擦力的作用，因此壁厚减薄程度最轻；直边段上部由于压边圈施加的压应力超过圆滑过渡区延伸产生的拉应力，导致该区域壁厚有所增加；而圆滑过渡区在拉伸应力和模具压力的双重作用下，壁厚减薄最为显著。对于旋压成型的封头，在压鼓工序中，坯料持续受到压鼓头的反复冲击，其壁厚减薄量较冲压封头更为明显，且壁厚均匀性相对较差。减薄超标会降低封头的强度和刚度，影响压力容器的安全性能。

二、压力容器封头制造技术分析

（一）材料选择与质量控制

封头材料的质量直接影响其制造质量和使用性能，必须严格按标准选用并检验。钢制封头依据 GB/T150 或 JB/T4732，铝制参照 JB/T4734，钛制遵循 JB/T4745，铜制按 JB/T4755，镍及镍合金制执行 JB/T4756。不锈钢或镍合金材料需提供晶间腐蚀敏感性检验合格证明。材料分割应采用合适方法，减少对性能的影响；热切割时需清除熔渣和表层缺陷 [2]。

（二）工艺设计与优化

工艺设计是封头制造的关键环节，合理的工艺设计可以提高封头的制造质量，降低缺陷产生的概率。在封头制造过程中，应根据封头的类型、规格、材质等因素，选择合适的成形方法，如冷冲压、热冲压、冷旋压、热压、冷卷、热卷等；也可分瓣成形后再组焊成封头。对于直径6 米以内、厚度40mm 以下的封头，可采用冷冲压成型，其具有尺寸精确、成本低、外观美观等优点；对于厚度较大的封头，可采用热冲压成型，但需注意控制尺寸精度和材料性能变化；对于厚度相对较薄的近似椭圆封头或平底封头，可采用旋压成型，无需冲压模具，分为冷旋压和热旋压，目前应用较多的是冷旋压；当冲压或旋压设备能力不够用，或整体运输受限时，可采用分瓣加工成形。在工艺设计过程中，还应充分考虑加工过程中的各种因素，如加工硬化、应力集中、温度变化等，通过优化工艺参数，减少缺陷的产生。

（三）质量检测与控制

封头质量检测是保障产品性能的关键环节。针对不同缺陷需采取差异化处理方案：裂纹采用超声波定位后打磨；鼓包视变形程度选择液压修复或报废（严重变形会导致应力不均）；过烧缺陷因金相组织不可逆变化建议直接报废；轻微折皱可打磨修复；划伤和局部凹坑经评估后可补焊处理，但整周凹坑必须报废。检测体系应覆盖尺寸精度（直径、高度偏差）、形状公差（圆度、轮廓度）和壁厚均匀性等关键指标，严格执行ASME、GB 等标准要求。无损检测（UT/RT）与机械性能测试需配合使用，确保封头满足设计强度和使用安全性要求。

结语

压力容器封头的制造质量直接关乎压力容器的安全运行，然而，在实际生产过程中仍然会出现裂纹、鼓包、过烧以及壁厚减薄量过大等常见质量问题。其根源涉及材料性能、工艺参数及操作规范性等多方面因素。针对这些问题，需系统性优化制造技术：严格把控材料选择与分割工艺，依据封头规格科学设计成形方案（如冷冲压、热成形或旋压），并强化质量检测体系，结合无损探伤与机械性能测试确保产品合规性。未来，随着智能化制造技术的发展，通过数值模拟优化工艺参数、引入自动化设备减少人为误差，将成为提升封头制造精度与可靠性的重要方向。只有将理论分析、工艺改进与标准化检测紧密结合，才能从根本上解决封头制造缺陷，为压力容器的长效安全运行提供坚实保障。

参考文献：

[1] 林忠拉 . 压力容器封头制造中存在的问题及技术分析 [J]. 中国设备工程 ,2021(01):226-227.

[2] 汪华彬 , 黎海洋 . 金属内衬压力容器封头焊接方式选型探讨 [J]. 世界有色金属 ,2020(24):179-180.