鍋爐及壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗(yàn)淺析

包貴林

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇南通226001）

承壓設(shè)備是一種可能引起爆炸或中毒等危害性較大事故的特種設(shè)備，當(dāng)設(shè)備發(fā)生破壞或者爆炸，其內(nèi)部的介質(zhì)會(huì)迅速膨脹，釋放出極大的內(nèi)能，這些能力不僅能破壞設(shè)備本身，而且還能瞬間釋放出巨大的能力產(chǎn)生沖擊波，使周圍的設(shè)施（建筑物）遭到破壞，危及人員的生命安全及造成經(jīng)濟(jì)損失。假若設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)是有毒或易燃的，那后果將更加不堪設(shè)想。保證承壓設(shè)備的制造質(zhì)量，是提高設(shè)備安全性的最有效措施之一。鍋爐和壓力容器是最常見的承壓設(shè)備。

外觀檢查，包括外形尺寸及表面質(zhì)量檢查，表面各類缺陷及結(jié)構(gòu)截面變化處都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。如圖1所示：原來長(zhǎng)方形板是連續(xù)規(guī)則的等截面構(gòu)件，則應(yīng)力是均勻分布的。假若板邊開了缺口，則就會(huì)在缺口處產(chǎn)生應(yīng)力集中，局部峰值應(yīng)力為σmax，集中系數(shù)KT=σmax/σm。截面尺寸改變?cè)絼×遥瑒t應(yīng)力集中系數(shù)也就越大。

圖1 應(yīng)力集中示意圖

1 焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容及分析

1.1 焊縫外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣和工藝文件的規(guī)定

焊縫高度應(yīng)不低于母材表面，焊縫與母材應(yīng)平滑過度。焊縫高度低于母材，承載截面積減小，削弱了強(qiáng)度。但焊縫過高于母材，截面突變，容易引起應(yīng)力集中。理論上余高可以增大焊縫截面承受載荷的能力，但余高過大，將會(huì)引起應(yīng)力集中或疲勞壽命下降。實(shí)踐證明，焊縫余高并不能起到多大的加強(qiáng)作用，而實(shí)質(zhì)上是有害無益的，并把過多的熔敷金屬（焊條）堆積在焊縫上，浪費(fèi)材料，造成變形，極不經(jīng)濟(jì)。把焊縫表面打磨與母材齊平，既能保證焊縫強(qiáng)度又能減少應(yīng)力集中，是一種最理想的加工工藝。但由此帶來的制造成本就會(huì)高昂很多。在權(quán)衡經(jīng)濟(jì)利益條件下，設(shè)備生產(chǎn)制造時(shí)一般都會(huì)保留有余高，但其必須控制在規(guī)定的合格范圍內(nèi)。

圖2 A，B類接頭焊縫的余高

對(duì)于焊縫余高，可以通過編制科學(xué)、合理的工藝，以優(yōu)化焊縫余高。以T形接頭焊縫余高為例（如圖3所示）。T形焊接接頭采用（a）結(jié)構(gòu)，余高e太高，使θ角增加，焊縫外形不光滑，余高與母材相交處截面突變，應(yīng)力分布比較復(fù)雜，特別是焊縫根部和趾部都有較大的應(yīng)力集中；而采用(b)結(jié)構(gòu)開坡口并焊透，則外形尺寸有很大改善，大大降低T形接頭應(yīng)力集中，又可節(jié)約人力物力，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 T形接頭余高示意圖

1.2 焊縫及其熱影響區(qū)表面無裂紋、夾渣和氣孔等

裂紋是焊接缺陷中危害性最大的一種缺陷，是由于材料局部斷裂而形成的。裂紋的出現(xiàn)，明顯減少承載截面積，而且裂紋端部形成尖銳的缺口，是應(yīng)力高度集中部位，并且裂紋端部很容易擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。因此，裂紋在鍋爐壓力容器中是絕不允許存在的。

夾渣的棱角也容易引起應(yīng)力集中，在交變載荷下，會(huì)成為疲勞源。主要來自于焊條藥皮和焊劑熔渣。表面夾渣的清理工作，是十分必要的，但往往容易被輕視。曾在一家制造企業(yè)產(chǎn)品監(jiān)檢時(shí)，有一臺(tái)有機(jī)熱載體爐進(jìn)行水壓試驗(yàn)，最初并沒有發(fā)現(xiàn)滲漏等任何異常情況。后發(fā)現(xiàn)煙管與鍋殼焊接連接角焊縫處，有夾渣殘留在焊縫表面，要求工人對(duì)夾渣進(jìn)行清理。當(dāng)工人邊清理時(shí)，能絲絲感覺到有細(xì)微的水噴射到手上。在不借助任何檢驗(yàn)工具的情況下，用肉眼無法觀察到該處有水束噴射出。后用手電對(duì)該處進(jìn)行照射，發(fā)現(xiàn)一條極細(xì)的的水束噴出，并呈現(xiàn)出微弱的亮光。在夾渣完全清除后，該處明顯發(fā)現(xiàn)有水滲漏。假若設(shè)備由于外觀表面未能清理徹底，而導(dǎo)致其他缺陷未能檢出，在使用單位投入運(yùn)行后，特別是設(shè)備盛裝的是易燃、有毒的介質(zhì)，將會(huì)給安全使用埋下隱患。

氣孔同樣會(huì)降低焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，其主要原因是缺陷減小了結(jié)構(gòu)承載截面積，并且在缺陷邊緣處產(chǎn)生了應(yīng)力集中。在高應(yīng)力集中部位，可能會(huì)使氣孔缺陷邊緣處開裂，逐漸擴(kuò)展為裂紋，使應(yīng)力集中變得更加嚴(yán)重。

1.3 咬邊及其他表面質(zhì)量，應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣和有關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

咬邊不但使母材金屬減薄，還會(huì)在母材和焊縫處形成幾何不連續(xù)，從而形成應(yīng)力集中，使得焊縫強(qiáng)度降低。常常是由于焊接電流過大，而焊條（焊劑）運(yùn)動(dòng)過快而造成的。如果母材厚度能滿足強(qiáng)度要求，則可以將咬邊處打磨至圓滑過渡，以消除應(yīng)力集中。

對(duì)于壓力容器，用標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值σb＞540 MPa的鋼材及Cr-Mo低合金鋼材和不銹鋼材制造的容器以及焊接接頭系數(shù)φ取為1的容器，其焊縫表面不得有咬邊。其他容器焊縫表面的咬邊深度不得大于0.5 mm，咬邊連續(xù)長(zhǎng)度不得大于100 mm，焊縫兩側(cè)咬邊的總長(zhǎng)不得超過該焊縫長(zhǎng)度的10%。

對(duì)于蒸汽鍋爐，鍋筒（鍋殼）、爐膽和集箱的縱、環(huán)縫及封頭（管板）的拼接焊縫無咬邊，其余焊縫咬邊深度不超過0.5 mm，管子焊縫兩側(cè)咬邊總長(zhǎng)度不超過管子周長(zhǎng)的20%且不超過40 mm。

2 承壓設(shè)備焊接接頭外觀質(zhì)量的控制措施

（1）制造企業(yè)要建立一個(gè)嚴(yán)密、高效、協(xié)調(diào)的質(zhì)量保證體系，保證所制造的設(shè)備符合法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求；

（2）制造單位必須對(duì)材料加以嚴(yán)格控制，材料進(jìn)廠要核對(duì)材料生產(chǎn)廠（或材料供應(yīng)商）提供的材質(zhì)證明文件（或有效復(fù)印件）校核，材料的各項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)符合相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)，若有對(duì)材料性能指標(biāo)質(zhì)疑時(shí)，還需進(jìn)行必要的材料復(fù)驗(yàn)。

（3）焊接前，要根據(jù)圖樣的技術(shù)要求、焊接規(guī)程及焊接工藝評(píng)定，制訂焊接工藝。焊工（必須已取得與相應(yīng)焊接項(xiàng)目的合格證）須嚴(yán)格按照焊接工藝卡進(jìn)行施焊。

（4）對(duì)每一臺(tái)鍋爐、壓力容器，制造廠都應(yīng)編制一套完整、科學(xué)的工藝文件，指導(dǎo)生產(chǎn)，在生產(chǎn)制造過程中，要嚴(yán)格執(zhí)行已制訂的工藝文件，提高效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。并制訂控制點(diǎn)和停止點(diǎn)，每道工序完成后，操作者和檢驗(yàn)員都應(yīng)要在工藝流轉(zhuǎn)卡上簽字認(rèn)可，做到工藝卡隨產(chǎn)品流轉(zhuǎn)，一同進(jìn)入下一道工序。假若在某一道工序檢驗(yàn)不合格時(shí)，絕不允許產(chǎn)品流入到下一道工序。

3 結(jié)束語

就目前國(guó)內(nèi)特種設(shè)備制造情況而言，有相當(dāng)部分制造企業(yè)并沒有對(duì)焊接接頭外觀檢驗(yàn)采取足夠的重視。外觀質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行無損檢測(cè)，這樣不僅可以提高內(nèi)部缺陷的檢出率，而且還可以提高缺陷判定的正確率；另外，外觀缺陷同樣可能是特種設(shè)備發(fā)生破壞或者爆炸事故的根源，由此引起的事故也屢見不鮮。因此，焊接接頭外觀質(zhì)量的檢查是非常重要的，是檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷的前提工作，也是保證設(shè)備質(zhì)量及以后安全使用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

[1]TSG R0004-2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]勞動(dòng)部文件勞部發(fā)【1996】276號(hào)，蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[3]GB150-1998，鋼制壓力容器[S].