1概述
压力容器是承受一定压力的设备，在化工、轻工、能源、航天等领域得到广泛应用。我国工业技术的发展迫切要求压力容器能够在各种条件下具有更优良的性能。压力容器本身存在着很大的危险性，其危害程度主要与设计压力、温度、介质条件和材料力学性能有关。复合材料的发展对整个压力容器技术的突破具有重要意义。压力容器的材料选取是设计过程中的重要步骤，对容器的后期使用起着决定性作用，材料的机械强度和耐腐蚀性等都会影响压力容器的使用状况，以往压力容器材料多为金属板材，容器内衬采用耐腐蚀的合金钢材料，外层进行金属层板包扎以提高机械强度。但金属材料密度大、造价高，尤其是在腐蚀严重的场合选用合金钢材料，给工业生产带来许多不便。上世纪40年代，复合材料得到迅速发展，尤其促进了复合材料压力容器的发展和应用。复合材料压力容器具有优良的性能，在工业压力容器中得到了广泛应用。
2 复合材料压力容器的相关概述
2.1 复合材料压力容器性能特点
根据国际化标准组织（ISO）的定义，复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。其中，一种材料为基体，其它材料为增强体组合而成的材料各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，不但具有可设计性材料与结构的同一性。复合材料的优越性、复合性能对复合工艺的依赖性等特点，还具有优良的化学稳定性，减摩耐磨自润滑、耐热、耐疲劳和电绝缘等性能，复合材料的优良性能使得尤其制造而成的压力容器具有独特的特点和优良性能：
2.1.1 机械强度高，目前复合材料的增强材料主要为一些纤维产品 复合材料中的大量增强纤维，使得材料过载而少数纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使整个构件在短期内不至于失去承载能力；由于纤维材料本身强度高，形变性能好，与基体材料结合后强度性能会提高数倍；制成的容器质量好、刚性好、强度高。
2.1.2 容器密度小，复合材料压力容器基体材料为金属、陶瓷和一些聚合物等，本身密度不是很大，与增强材料融合更加降低了其密度值，因而相应的压力容器密度也会随之降低。
2.1.3 耐腐蚀好，与传统金属相比，复合材料的耐腐蚀性能明显提高，不需要做特殊处理即能满足耐腐蚀的要求，所以复合材料压力容器耐腐蚀性也相应由于一般金属压力容器。
2.1.4 韧性好，在压力作用下，钢制压力容器破坏具有突发性，而复合材料压力容器的生产中材料与基体有效结合，可以使载荷平衡传递，防止裂纹扩展，提高了材料的断裂韧性，从而提高了压力容器的抗压性能。
2.2 复合材料压力容器研究现状
目前，复合材料压力容器正以独特的优势(重量轻、结构效率高、失效形式安全、耐腐蚀性好)在飞机、潜艇、火箭等运载工具及医疗方面广泛应用。
复合材料压力容器是复合材料技术在压力容器中的重要应用，必将随着复合材料技术的发展而发展。因此，在拓展复合材料压力容器应用范围的同时，国内外都在加强复合材料压力容器方面的基础研究，特别是在带内衬或无内衬压力容器的受力状态进行精确分析取得了一定成果。在对改进复合材料的成型工艺，使碳纤维复合材料与其连接的金属材料成为整体，达到最佳的性能指标。从而促进了复合材料压力容器在性能上的进步。
3 复合材料压力容器制造中质量控制要点分析
3.1 复合材料的选择
复合材料压力容器在某些服役工况条件下，除了要有足够的强度外，还应具备良好的气密性，且与气体介质种类、压力有紧密联系。复合压力容器主要由内衬和纤维缠绕复合材料增强层组成。内衬材料的选取与复合材料的材料设计直接影响了压力容器的性能，所以在设计复合压力容器前，应根据压力容器的使用环境和用途等方面而定。谨慎选择复合压力容器的材料。
3.1.1 内衬材料
复合压力容器在高压作用下除了有足够的强度外，还应有良好的气密性。但纤维增强树脂基复合材料气密性较差，压力容器必须拥有能够密封的内衬。复合压力容器的内衬材料可以分为两类：金属材料和塑料材料。
3.1.2 纤维缠绕复合材料
1）纤维材料
复合压力容器中复合材料缠绕层承担绝大部分的压力载荷，纤维是复合材料的主要承载部分。目前常用的纤维增强材料有玻璃纤维、碳纤维、凯芙拉（Kevlar）纤维等，主要产品形式为无捻粗纱。
2）树脂粘结剂
树脂粘结剂起粘接纤维的作用，以剪切力的形式向纤维传递载荷，并保护纤维免受外界环境的损伤。主要有环氧树脂、酚醛树脂、聚酸亚胺树脂等，目前常用的是环氧树脂，它具有粘结力大，制造工艺简单，固化后收缩率小，硬度高，韧性好的特点。
3.2 复合材料设计与工艺
决定复合材料性能的不仅是增强纤维，树脂基体也起着非常重要的作用。树脂基体的选择决定于纤维的种类和复合材料的性能要求，对于复合材料压力容器所用树脂通常采用环氧树脂。在生产实践中，应对复合材料的固化反应机理及固化反应动力学进行系统的分析研究，在树脂配方的使用设计工艺时应充分考虑材料的配比、成本和性能等问题。
复合材料压力容器的设计通常采用网格理论，但网格理论无法分析压力容器封头处的应力分布，由碳纤维和芳纶纤维增强的压力容器又经常出现封头早期破坏形式，因此，分析复合材料压力容器封头处的应力分布，从而给出合理的封头补强形式尤为必要。用有限元方法对复合材料压力容器封头处的应力分布进行有效的分析可给出合理的封头补强形式。
对于金属内衬复合材料压力容器的设计有别于橡胶或塑料内衬的压力容器。一方面，金属内衬本身在工作的时候承受一定的拉应力；另一方面，金属内衬容易出现早期或疲劳开裂破坏形式。
本文讨论了金属内衬的纤维缠绕压力容器设计方法，通过应变控制准则，有效的解决了压力容器的设计问题。同时通过对金属内衬断裂延伸率的提高，预防了金属内衬的早期开裂，提高了压力容器的疲劳寿命及可靠性。
3.3 压力容器焊接控制
编制压力容器焊接工艺时，给出的焊接规范是一个范围，这有利于焊工操作。但在实际焊接过程中，焊接参数是一个给定值。有的制造厂在焊接检查记录中填写的焊接参数与焊接工艺一样（是一个范围）。这是不真实的，也是不负责任的。因此，焊接参数控制必须以焊机上的表读显示数值为准，焊接记录也必须填写这个表示值。这一点应当予以足够的重视。焊接质量就是靠焊接参数来保证的。焊接参数记录不能反映实际情况，甚至不按焊接参数施焊，那后果不堪设想，所以，必须真实记录实际施焊参数。另外一个参数是焊接速度，这是焊接过程中保证线能量（焊接输入热）的关键环节。在制造低温容器时，要求焊工一根焊条在保证焊接质量的前提下，尽量增加焊接长度。
3.4 热处理控制
压力容器制造过程中，有时需要进行热处理。常见的热处理有下述几种：消除焊接残余应力热处理、正火热处理、调质热处理和固溶化热处理等等。不管哪种热处理，均要控制加热（升温）、保温、降温三个阶段。应当强调的是，在调质处理的淬火阶段和固溶化处理的降温阶段，要有足够快的冷却速度。这个冷却速度，一般根据钢的连续冷却曲线来确定。因此，必须把握住这个至关重要的数值。可以采用喷淋淬火，这比水池淬火冷却速度更快，效果更好。
3.5 无损检测控制
无损检测就是我们通常称之为探伤。在压力容器制造过程中常用的探伤方法有射线、超声波、磁粉、渗透几种。这几种探伤方法可分别检测母材、焊缝、表面和近表面的缺陷，确保压力容器的质量。
首先要明确设计要求的探伤方法及合格标准，看其是否能执行，有时也会出现图纸要求的特殊探伤方法。
其次，无损检测往往实践经验显得更为重要。同一台仪器，不同的人操作，结果可能不一样。经验丰富的人，往往正确准确，特别是超声波探伤。
第三，控制探伤仪器和器材的质量，这对探伤结果的评定是至关重要的，质量不好的器材，会导致误判。
第四，不断开发新技术，为压力容器质量安全提供更多的保障技术和手段，有的制造厂开发出长方形截面长形内压容器角对接焊缝射线探伤技术，使这类承受高压力容器的角对接焊缝质量得到保证。
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