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[摘 要]在锅炉产品安全性能进行监督检验的过程中，发现某锅壳式锅炉安全阀管座补强圈的制造加工质量存在问题，本文通过论述补强圈的作用及分析存在的原因，提出解决方案和改进意见。
[关键词]补强圈 锅壳式锅炉 制造加工质量
中图分类号：TK222 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0264-01
锅炉筒体开孔后因承载面积减小及应力集中使开孔边缘应力增大及强度减弱，为使孔边强度在允许范围以内，在中低压锅炉压力容器中，应用最广泛的是采取补强圈进行局部补强。
近日，笔者对某锅炉制造企业制造的型号为WNS14-1.25/115/95-YQ的产品进行锅炉产品安全性能监督检验（以下简称监检）时发现，安全阀管座补强圈制造加工质量存在以下问题：（1）管座补强圈与锅壳环缝重叠区域附近约有70mm长的角焊缝未施焊，且已焊部分的焊脚高未达标；（2）补强圈信号孔位于最高处；（3）补强圈未能贴紧锅壳外壁。现场情况如图1所示。
本文通过对上述问题进行分析，提出解决方案和改进措施，指导锅炉制造厂如何避免此类问题的发生。
1 问题分析
通过查阅相关规范、设计文件、制造工艺、工序流转卡和检验记录等资料和有关标准，详细分析如下。
1.1筒节排版及尺寸偏差
经核实，该厂用于制造此种型号锅炉的设计文件是根据客户要求专门开发的，共设计了4个安全阀管座，1个出水管座，1个回水管座，1个人孔，共计7个带补强圈的管座。由于管座多，分布密，不便于焊缝很好地错开。而在锅壳筒节下料排版时，仅考虑了各个筒节的尺寸偏差以及锅筒总长偏差是否满足相关标准和工艺的要求，并没有考虑到环缝的布置。在该安全阀管座开孔时，为保证该管座的开孔尺寸和位置偏差以及补强圈的面积能满足设计和相关标准的要求，导致出现了补强圈角焊缝与环焊缝的搭接。
1.2制造工艺流程
根据该厂编制的制造工艺，对于带补强圈和法兰的管座，制造及检验工艺流程如下：1）焊接管座法兰，检查管座与法兰的角焊缝是否满足工艺要求；2）补强圈压制成型、校对、开信号孔；3）将补强圈套在管座上，利用吊车等工具把补强圈吊起一定的高度，或者将补强圈和法兰点焊固定，再对对管座与锅壳之间的角焊缝施焊，检验角焊缝质量；4）清理焊接飞溅物及打磨管座角焊缝，使补强圈能很好的与锅壳外壁贴合；5）放下补强圈，校对好位置，对补强圈角焊缝施焊，检验角焊缝。很明显，步骤3）和4）实际操作起来有一定的难度，由于补强圈的妨碍，增加管座角焊缝施焊和打磨的难度，对焊接及补强圈的装配质量难以控制，以致出现补强圈不能与筒体外壁紧密的贴合。
1.3焊接及检验质量控制
由于相关作业人员对锅炉相关法规标准、锅炉制造工艺熟悉，焊接作业人员未严格按照焊接工艺卡的要求进行施焊，焊接作业人员认为如果对补强圈与环缝交叉部位连续施焊会降低环缝焊缝金属的强度。相关检验人员失职，未能及时发现并提出问题，实际作业中未严格按工艺、设计要求对主要生产工序进行严格检验。最终导致该安全阀管座补强圈出现非连续施焊及焊脚高未达到工艺要求。
查阅《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《热水锅炉安全技术监察规程》和即将实施的TSG G0001《锅炉安全技术监察规程》，其中都提到：在受压元件主要焊缝上及其邻近区域应避免焊接零件（附件）。如不能避免时，焊接零件（附件）的焊缝可穿过主要焊缝，而不要在焊缝上及其邻近区域终止，以避免这些部位发生应力集中。可见，如果该区域角焊缝没有施焊，会产生应力集中，产生难以想象的后果。
1.4 现有锅炉补强圈的相关标准
对比压力容器，锅炉有关补强圈的法规标准比较少，现有GB/T 16508-1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》、GB/T 9222-2008《水管锅炉受压元件强度计算》（包括正在征求意见稿的GB/T16507《水管锅炉》、GB/T 16508《锅壳式锅炉》）中只提到补强圈的结构和设计计算，但具体制造加工工艺如信号孔的位置、尺寸、补强圈及其覆盖焊缝的检验均未提及。没有相关的法规标准指导锅炉制造厂提高补强圈制造加工工艺。监督检验人员在现场检验时，也没有强有力的依据，不能很好的督促制造厂提高产品质量。
2 改进意见及整改措施
2.1完善设计工艺
锅炉设计人员应对锅炉制造工艺有足够的了解，在设计中能预知制造过程中可能出现问题。在编制制造工艺时，应充分考虑工艺的可行性和生产效率。现场作业人员在实际制造过程中，要统筹安排每道加工工序，主要受压元件下料时，考虑主要焊缝的位置；对组装校对可能出现的问题有一定的预判能力，并且将遇到的问题及时向有关设计、工艺人员反映，共同改进设计和制造工艺，有效避免补强圈角焊缝及其热影响区与主要焊缝搭接或相距太近。
2.2 改进补强圈制造加工工艺
参考一些容器制造厂对管座补强圈的制造加工工艺，建议将上述补强圈（3）～（5）的工序流程改进如下：（3）将补强圈与筒体施焊，检验角焊缝；（4）清理锅壳开孔处角焊缝，对安全阀管座进行施焊，检验焊接质量；（5）利用信号孔以0.4MPa～0.5MPa的压缩空气检查补强圈及其覆盖所有焊接接头质量。这样就可以减少打磨管座脚焊缝这道工序，确保补强圈紧贴筒体外壁，不仅提高制造质量，也提高工作效率。
2.3 提高作业人员素质
焊接作业人员不仅要熟悉焊接工艺，对锅炉相关法规、标准、设计工艺也要有足够的了解。建议制造厂能定期组织焊接人员进行相关的学习培训，熟悉相关法规标准，了解行业最新动态，提高焊接作业人员的实际操作和理论水平。在制造单位制订焊接质量的管理制度或程序文件后，焊接作业人员能严格按照焊接工艺要求进行施焊，保证所有受压元件（包括受压元件与非受压元件连接）的焊接接头的质量都能满足法规、标准和图样的要求。
制造厂应制定和实行自检、互检、专检相结合的制度，设立专职质量检验员，对关键生产工序实行严格检验。相关检验人员需掌握锅炉相关法规、标准、设计制造工艺的要求。能及时发现现场制造各个工序存在的安全隐患和缺陷，制止现场作业人员的失误，严格执行该厂制订的不符合项控制的管理制度，对锅炉在制造过程中出现的不符合项，在未经处置合格前不得转至下一道工序，有效的保证锅炉产品的质量。
2.4 制定相关标准
现有锅炉补强圈制造工艺相关法规标准的不足，导致锅炉制造厂对补强圈的设计、制造质量管理混乱，监检工作人员只能建议锅炉制造厂制定补强圈的制造加工工艺时，参考容器标准JB/T 4736-2002《补强圈》和GB 150-2011《压力容器》的相关要求，不能对制造厂起到很好的约束作用。建议各制造企业在未有相关标准前制定相应的通用工艺守则，制定合理的加工工艺及工序，切实保证补强圈的加工质量。同时呼吁相关部门尽早制定锅炉补强圈相关标准，规范锅炉制造中补强圈的制造加工工艺和检验依据。
3.总结
要避免锅炉制造中出现此类问题，设计文件要考虑实际制造工艺水平，编制合格的制造工艺。焊接、检验人员根据现场实际情况及时向有关设计、工艺人员反馈信息，同时质保部门应不定期举行相关的培训，提高现场作业人员的实际操作和理论水平。现场检验人员要对锅炉制造质量严格把关，执行相关质量管理制度，保证质保体系正常运转。同时强烈建议相关部门根据现有法规标准的不足，尽早制定锅炉补强圈制造工艺的有关法规标准，规范锅炉制造厂对补强圈制造工艺和检验管理。
参考文献
[1] TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程.
[2] GB/T 16508-1996锅壳锅炉受压元件强度计算.
[3] JB/T 4736-2002补强圈.
[4] GB 150-2011 压力容器.
作者简介
黄荣海；性别：男；出生年月1985年5月。
[关键词]补强圈 锅壳式锅炉 制造加工质量
中图分类号：TK222 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0264-01
锅炉筒体开孔后因承载面积减小及应力集中使开孔边缘应力增大及强度减弱，为使孔边强度在允许范围以内，在中低压锅炉压力容器中，应用最广泛的是采取补强圈进行局部补强。
近日，笔者对某锅炉制造企业制造的型号为WNS14-1.25/115/95-YQ的产品进行锅炉产品安全性能监督检验（以下简称监检）时发现，安全阀管座补强圈制造加工质量存在以下问题：（1）管座补强圈与锅壳环缝重叠区域附近约有70mm长的角焊缝未施焊，且已焊部分的焊脚高未达标；（2）补强圈信号孔位于最高处；（3）补强圈未能贴紧锅壳外壁。现场情况如图1所示。
本文通过对上述问题进行分析，提出解决方案和改进措施，指导锅炉制造厂如何避免此类问题的发生。
1 问题分析
通过查阅相关规范、设计文件、制造工艺、工序流转卡和检验记录等资料和有关标准，详细分析如下。
1.1筒节排版及尺寸偏差
经核实，该厂用于制造此种型号锅炉的设计文件是根据客户要求专门开发的，共设计了4个安全阀管座，1个出水管座，1个回水管座，1个人孔，共计7个带补强圈的管座。由于管座多，分布密，不便于焊缝很好地错开。而在锅壳筒节下料排版时，仅考虑了各个筒节的尺寸偏差以及锅筒总长偏差是否满足相关标准和工艺的要求，并没有考虑到环缝的布置。在该安全阀管座开孔时，为保证该管座的开孔尺寸和位置偏差以及补强圈的面积能满足设计和相关标准的要求，导致出现了补强圈角焊缝与环焊缝的搭接。
1.2制造工艺流程
根据该厂编制的制造工艺，对于带补强圈和法兰的管座，制造及检验工艺流程如下：1）焊接管座法兰，检查管座与法兰的角焊缝是否满足工艺要求；2）补强圈压制成型、校对、开信号孔；3）将补强圈套在管座上，利用吊车等工具把补强圈吊起一定的高度，或者将补强圈和法兰点焊固定，再对对管座与锅壳之间的角焊缝施焊，检验角焊缝质量；4）清理焊接飞溅物及打磨管座角焊缝，使补强圈能很好的与锅壳外壁贴合；5）放下补强圈，校对好位置，对补强圈角焊缝施焊，检验角焊缝。很明显，步骤3）和4）实际操作起来有一定的难度，由于补强圈的妨碍，增加管座角焊缝施焊和打磨的难度，对焊接及补强圈的装配质量难以控制，以致出现补强圈不能与筒体外壁紧密的贴合。
1.3焊接及检验质量控制
由于相关作业人员对锅炉相关法规标准、锅炉制造工艺熟悉，焊接作业人员未严格按照焊接工艺卡的要求进行施焊，焊接作业人员认为如果对补强圈与环缝交叉部位连续施焊会降低环缝焊缝金属的强度。相关检验人员失职，未能及时发现并提出问题，实际作业中未严格按工艺、设计要求对主要生产工序进行严格检验。最终导致该安全阀管座补强圈出现非连续施焊及焊脚高未达到工艺要求。
查阅《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《热水锅炉安全技术监察规程》和即将实施的TSG G0001《锅炉安全技术监察规程》，其中都提到：在受压元件主要焊缝上及其邻近区域应避免焊接零件（附件）。如不能避免时，焊接零件（附件）的焊缝可穿过主要焊缝，而不要在焊缝上及其邻近区域终止，以避免这些部位发生应力集中。可见，如果该区域角焊缝没有施焊，会产生应力集中，产生难以想象的后果。
1.4 现有锅炉补强圈的相关标准
对比压力容器，锅炉有关补强圈的法规标准比较少，现有GB/T 16508-1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》、GB/T 9222-2008《水管锅炉受压元件强度计算》（包括正在征求意见稿的GB/T16507《水管锅炉》、GB/T 16508《锅壳式锅炉》）中只提到补强圈的结构和设计计算，但具体制造加工工艺如信号孔的位置、尺寸、补强圈及其覆盖焊缝的检验均未提及。没有相关的法规标准指导锅炉制造厂提高补强圈制造加工工艺。监督检验人员在现场检验时，也没有强有力的依据，不能很好的督促制造厂提高产品质量。
2 改进意见及整改措施
2.1完善设计工艺
锅炉设计人员应对锅炉制造工艺有足够的了解，在设计中能预知制造过程中可能出现问题。在编制制造工艺时，应充分考虑工艺的可行性和生产效率。现场作业人员在实际制造过程中，要统筹安排每道加工工序，主要受压元件下料时，考虑主要焊缝的位置；对组装校对可能出现的问题有一定的预判能力，并且将遇到的问题及时向有关设计、工艺人员反映，共同改进设计和制造工艺，有效避免补强圈角焊缝及其热影响区与主要焊缝搭接或相距太近。
2.2 改进补强圈制造加工工艺
参考一些容器制造厂对管座补强圈的制造加工工艺，建议将上述补强圈（3）～（5）的工序流程改进如下：（3）将补强圈与筒体施焊，检验角焊缝；（4）清理锅壳开孔处角焊缝，对安全阀管座进行施焊，检验焊接质量；（5）利用信号孔以0.4MPa～0.5MPa的压缩空气检查补强圈及其覆盖所有焊接接头质量。这样就可以减少打磨管座脚焊缝这道工序，确保补强圈紧贴筒体外壁，不仅提高制造质量，也提高工作效率。
2.3 提高作业人员素质
焊接作业人员不仅要熟悉焊接工艺，对锅炉相关法规、标准、设计工艺也要有足够的了解。建议制造厂能定期组织焊接人员进行相关的学习培训，熟悉相关法规标准，了解行业最新动态，提高焊接作业人员的实际操作和理论水平。在制造单位制订焊接质量的管理制度或程序文件后，焊接作业人员能严格按照焊接工艺要求进行施焊，保证所有受压元件（包括受压元件与非受压元件连接）的焊接接头的质量都能满足法规、标准和图样的要求。
制造厂应制定和实行自检、互检、专检相结合的制度，设立专职质量检验员，对关键生产工序实行严格检验。相关检验人员需掌握锅炉相关法规、标准、设计制造工艺的要求。能及时发现现场制造各个工序存在的安全隐患和缺陷，制止现场作业人员的失误，严格执行该厂制订的不符合项控制的管理制度，对锅炉在制造过程中出现的不符合项，在未经处置合格前不得转至下一道工序，有效的保证锅炉产品的质量。
2.4 制定相关标准
现有锅炉补强圈制造工艺相关法规标准的不足，导致锅炉制造厂对补强圈的设计、制造质量管理混乱，监检工作人员只能建议锅炉制造厂制定补强圈的制造加工工艺时，参考容器标准JB/T 4736-2002《补强圈》和GB 150-2011《压力容器》的相关要求，不能对制造厂起到很好的约束作用。建议各制造企业在未有相关标准前制定相应的通用工艺守则，制定合理的加工工艺及工序，切实保证补强圈的加工质量。同时呼吁相关部门尽早制定锅炉补强圈相关标准，规范锅炉制造中补强圈的制造加工工艺和检验依据。
3.总结
要避免锅炉制造中出现此类问题，设计文件要考虑实际制造工艺水平，编制合格的制造工艺。焊接、检验人员根据现场实际情况及时向有关设计、工艺人员反馈信息，同时质保部门应不定期举行相关的培训，提高现场作业人员的实际操作和理论水平。现场检验人员要对锅炉制造质量严格把关，执行相关质量管理制度，保证质保体系正常运转。同时强烈建议相关部门根据现有法规标准的不足，尽早制定锅炉补强圈制造工艺的有关法规标准，规范锅炉制造厂对补强圈制造工艺和检验管理。
参考文献
[1] TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程.
[2] GB/T 16508-1996锅壳锅炉受压元件强度计算.
[3] JB/T 4736-2002补强圈.
[4] GB 150-2011 压力容器.
作者简介
黄荣海；性别：男；出生年月1985年5月。