淺淡如何控制壓力容器焊接質量

章曉春李如光 李小建

（浙江省工業(yè)設備安裝集團有限公司第二分公司）

淺淡如何控制壓力容器焊接質量

章曉春*李如光 李小建

（浙江省工業(yè)設備安裝集團有限公司第二分公司）

壓力容器是一種特殊設備，其制造過程中的焊接質量控制尤為關鍵。認為只有建立完善的焊接質量控制系統(tǒng)，才能生產(chǎn)出合格的壓力容器。從焊接材料、焊接工藝、焊接檢驗等幾個方面來闡述怎樣控制焊接質量。

壓力容器焊接工藝焊接質量控制

焊接質量在壓力容器的質量中起著決定性的作用。焊接質量對壓力容器的壽命和安全運行起著關鍵作用，同時也直接關系到人民群眾生命和財產(chǎn)安全。從某種意義上說，焊接質量就是壓力容器的質量。焊接接頭質量的控制主要包括對焊工管理、焊接材料、焊接工藝、焊接檢驗等方面的控制。

1 焊工管理

焊接是特殊工種，焊工是焊接質量的制造者，其操作技能的好壞直接體現(xiàn)在焊接質量上。因此，壓力容器焊工應嚴格按《特種設備焊接操作人員考核細則》的要求，進行考試前的培訓，取得特種設備作業(yè)人員證后方可施焊。焊工合格證有效期限為3年，在合格項目有效期滿前3個月，須提出申請進行考試；中斷與壓力容器有關的焊接工作6個月以上再從事壓力容器焊接工作的，必須重新考試。

持證焊工應在合格證允許的范圍內施焊，不可無證施焊，制造廠的質檢部門應經(jīng)常檢查焊工的持證情況。焊工施焊時嚴格按照焊接工藝執(zhí)行。

2 焊接材料

2.1 焊接材料的選擇

壓力容器與其它焊接結構不同，是一種特殊的全焊結構，其焊接接頭承受著與容器殼體相同的各種載荷、溫度和工作介質的物理、化學作用。對焊縫金屬不僅要求具有與殼體材料基本相等的靜載強度，而且要求具有足夠的塑性和韌性，以防止受壓部件焊接接頭在加工過程中以及在運行過程中，因各種應力和溫度的共同作用而提前失效或產(chǎn)生脆性破裂。此外，某些場合，還要求焊縫金屬具有抗工作介質腐蝕的性能。因此，壓力容器用焊接材料的選擇需要考慮各方面的因素。

一般來說，低碳鋼和低合金鋼壓力容器按等強性原則來選用，即焊縫金屬的抗拉強度不低于母材標準規(guī)定值的下限。但應注意焊縫金屬強度與母材強度以相當為宜，如果焊縫強度過高，往往會使塑性和韌性降低。對于低溫容器應保證焊接接頭的低溫韌性不低于母材；對于高溫容器為保證具有與母材相同的高溫性能，其選用的焊材應保證焊縫金屬的合金含量不低于母材標準規(guī)定的下限值；對于在腐蝕介質中運行的不銹鋼容器，則選擇的焊接材料應與母材化學成分大致相同；對于不同強度級別鋼的焊接，按兩者中強度級別低的一種選用焊接材料；對于碳鋼和不銹鋼、低合金鋼和不銹鋼之間的異種材料接頭，則選用高鉻鎳含量的焊材。對于形狀復雜、厚度較大的工件，因其剛度大，焊接時不易變形，焊后殘余應力大，容易產(chǎn)生裂紋，要選用抗裂性好的低氫焊條。其次，焊接材料的選擇還應考慮到受壓部件的加工工藝。例如冷沖壓和冷卷要求焊接接頭具有較高的塑性變形能力，熱卷和熱處理，則要求接頭經(jīng)高溫熱處理后仍保證所要求的強度性能和韌性，因此，應選用合金成分較高的焊接材料。最后，還應當考慮各種焊接方法的熱循環(huán)和冶金特點對接頭性能的影響。例如手工電弧焊和埋弧自動焊接頭的冷卻速度較快，焊縫金屬中只含有較低的合金含量就可以保證強度性能，而電渣焊時，熱循環(huán)的曲線平緩，冷卻速度較慢，焊后需經(jīng)過正火熱處理，要求在焊縫金屬中有較高的合金含量來保證其強度性能。

2.2 焊接材料的驗收、保管和領用

焊接材料的驗收、保管和領用也是焊接質量控制過程中重要的環(huán)節(jié)之一。不同廠家的同一型號或牌號的焊條，其工藝性能也可能存在差異，因此，制造廠應根據(jù)自己的實際經(jīng)驗，選定相對固定的焊條生產(chǎn)廠家。焊接材料入庫驗收時要有制造廠提供的質量保證書，而且包裝完好，生產(chǎn)批號清晰，必要時按相應標準進行抽樣復驗，驗收合格后及時入庫。入庫后的焊材按牌號、規(guī)格、批號分別儲放在溫度＞5℃，相對濕度不大于60%的焊材庫內。焊條和焊劑使用前必須按規(guī)定的烘干參數(shù)進行烘干。焊條從烘干爐取出后，在大氣中存放時，焊條藥皮將吸收大氣中的水分，存放的時間越長吸收的水分越多，因此焊工在領用焊條時應配備焊條保溫筒，做到隨用隨取。焊材發(fā)放時，焊工應持焊接材料領用卡領取焊接材料，領用卡應注明產(chǎn)品編號、焊接材料牌號、規(guī)格和數(shù)量，并做好發(fā)放記錄。

3 焊接工藝

壓力容器的焊接工藝是控制接頭焊接質量的關鍵因素。因此必須按焊接方法、焊接材料的種類、板厚和接頭形式編制焊接工藝。

3.1 焊接工藝評定

焊接工藝評定是保證壓力容器焊接質量的重要措施。焊接容器之前，應制訂焊接工藝指導書（WPS），而焊接工藝評定是驗證初擬定WPS是否合適的手段，又是制定正式WPS的重要證據(jù)。焊接工藝評定也能從一個方面反映出制造廠的焊接能力。焊接工藝評定執(zhí)行標準為JB 4708—2000，換熱管與管板的工藝評定按GB 151—1999附錄B執(zhí)行。但在執(zhí)行過程中總是存在若干問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）首次使用的國外材料未進行焊接工藝評定。

（2）從評定合格的焊接位置改變?yōu)橄蛏狭⒑傅暮附游恢脮r未增焊沖擊韌性試件進行試驗。

（3）用不等厚試件進行評定，經(jīng)評定合格后適用不等厚焊件母材厚度的范圍，應按厚邊對厚邊，薄邊對薄邊分別計算。

（4）不少制造廠對拼焊鋼板熱沖壓成形封頭的焊接工藝評定，都沒有考慮熱沖壓過程，認為熱沖壓是熱加工而不是焊后熱處理，而且熱沖壓溫度是高于上轉變溫度，因此焊件的最大厚度為試件厚度的1.1倍，最小厚度按JB 4708—2000表5、表6規(guī)定。

（5）改變焊后熱處理類別未重新做焊接工藝評定。

3.2 焊接工藝參數(shù)的選擇

焊接工藝參數(shù)是指焊接時，為保證焊接質量而選定的諸物理量（焊接電流、電弧電壓、焊接速度）的總稱。焊接工藝參數(shù)的確定涉及到多種因素，包括材料種類、規(guī)格和焊接方法。

焊接熱輸入（線能量）是指熔焊時，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的熱量。它綜合體現(xiàn)了焊接工藝參數(shù)對焊縫性能的影響。對于低碳鋼來說，這種鋼的塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊接接頭的塑性和沖擊韌性也很優(yōu)良。一般情況下不嚴格限制線能量。但使用埋弧焊時若焊接線能量過大，會使熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶粒過于粗大，甚至會產(chǎn)生魏氏組織，從而使該區(qū)的沖擊韌性和彎曲性能降低，導致沖擊韌性和彎曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板時，應嚴格按經(jīng)焊接工藝評定合格的焊接線能量施焊。對于低合金鋼，一般應注意不要使用過大的線能量。含碳量偏下限的Q345R鋼焊接時，焊接線能量沒有嚴格的限制，因為這種鋼焊接熱影響區(qū)脆化傾向較小。但對于碳及合金元素含量較高、屈服強度也較高的低合金高強鋼，如18MnMoNbR，由于這種鋼淬硬傾向較大，又要考慮其熱影響區(qū)的過熱傾向，則在選用較小線能量的同時，還要增加焊前預熱、焊后及時后熱等措施。低溫鋼和不銹鋼焊接時，為保證焊接接頭的韌性和耐蝕性，也應選用小線能量，且快速焊，嚴格控制層間溫度。還有一點要注意的是，在容器生產(chǎn)中會常常遇到異種鋼焊接。焊接時，為了防止焊縫金屬的稀釋，應采用小線能量焊接。

焊接工藝卡上的焊接工藝參數(shù)是根據(jù)評定合格的焊接工藝評定制定的，實際施焊時應嚴格執(zhí)行，不得隨意改變。因為不按焊接工藝上的焊接工藝參數(shù)施焊，即使在無損檢測中沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，其焊縫的性能可能會與工藝評定結果有所不同，這種無法查出的缺陷更具有危險性。因此，對焊接工藝的控制是得到合格的焊接接頭，保證焊接質量的關鍵。

3.3 產(chǎn)品試板

產(chǎn)品試板用于考證按照所制定的焊接工藝施焊時焊縫的質量，對試板的檢驗就是對焊工實際施焊工藝、焊工技能和焊接條件等因素的綜合檢驗。因此，它代表實際產(chǎn)品的焊接接頭性能。壓力容器產(chǎn)品試板應按《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》和GB 150—1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定制作產(chǎn)品試板，并按JB 4744—2000《鋼制壓力容器產(chǎn)品試板的力學性能檢驗》的規(guī)定進行試板的制作和檢驗。產(chǎn)品焊接試板應當在筒節(jié)縱向焊縫的延長部位與筒節(jié)同時施焊，試板應當由施焊壓力容器的焊工，采用與施焊壓力容器相同的條件與焊接工藝施焊。有熱處理要求的壓力容器，試板宜隨壓力容器一起熱處理。

3.4 焊縫返修

如果焊縫經(jīng)無損檢測后發(fā)現(xiàn)存在不允許的缺陷，應進行返修。首先應對需要返修的缺陷分析其產(chǎn)生的原因，制定返修方案，并編制返修工藝。焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過2次。如超過2次，返修前應當經(jīng)過制造單位技術負責人批準，并且應當將返修的次數(shù)、部位、返修情況記入壓力容器質量證明文件。要求焊后消除應力熱處理的壓力容器，一般應當在熱處理前焊接返修；如在熱處理后進行焊接返修，返修后應當按相關標準進行處理。有抗晶間腐蝕要求的奧氏體不銹鋼以及鎳及鎳合金制壓力容器，返修部位仍需保證原有的抗晶間腐蝕性能。耐壓試驗后需返修的，返修部位應當按原要求經(jīng)過無損檢測合格。由于焊接接頭或接管泄漏而進行返修的，或返修深度大于1/2壁厚的壓力容器，還應當重新進行耐壓試驗。

4 焊接檢驗

焊接檢驗是壓力容器焊接質量管理的重要一環(huán)，它貫徹于焊接過程的始終，對焊接工藝規(guī)程的執(zhí)行情況進行監(jiān)督，對焊縫質量進行檢驗，最終確認焊縫質量是否合格。檢驗過程大致分為焊前、焊接過程中和焊后三個階段。

焊前檢驗包括焊工資格問題，焊條按要求進行烘干，同時還要注意裝配質量和坡口表面質量。強力組裝將增加焊接接頭的殘余應力，導致裂紋形成，因此應予避免。坡口、間隙、鈍邊等要素須滿足要求；坡口及兩側清理干凈，沒有鐵銹、油脂等污物。

焊接過程中的檢驗主要是檢查焊接工藝、技術標準、圖樣規(guī)定等方面的執(zhí)行情況。因為焊接工藝是在焊接工藝評定合格的基礎上制定出來的，正確執(zhí)行焊接工藝將對保證焊接質量起積極作用。在施焊過程中應控制和監(jiān)督焊接工藝的執(zhí)行情況并做好施焊記錄。

焊后檢驗包括外觀檢查、無損檢測、耐壓試驗、致密試驗。焊后檢驗是保證焊接質量的最后步驟，在焊接完成后即可進行，但有延遲裂紋傾向的材料（[σb]≥540 MPa）應在焊接完成24 h后或焊后延長一段時間進行。

焊縫的外觀檢驗是按圖樣和相應標準規(guī)定的尺寸對焊縫進行檢驗，同時也在一定程度上有助于分析和發(fā)現(xiàn)內部缺陷。

無損檢測常用的方法包括射線檢測、超聲波檢測、滲透檢測、磁粉檢測等。滲透檢測和磁粉檢測是檢測焊縫表面和近表面，射線檢測和超聲波檢測是對焊縫內部缺陷進行檢測。按GB 150和《容規(guī)》規(guī)定，無損檢測分為局部檢測（大于等于20%）和全部檢測（100%），在進行局部射線或超聲檢測時，應對所有的丁字形焊接接頭以及將要被其他元件所覆蓋的焊接接頭進行檢測。經(jīng)過局部射線檢測或超聲檢測的焊接接頭，若在檢測部位發(fā)現(xiàn)超標缺陷，則應當對缺陷的兩端延伸部位各進行不少于250 mm的補充局部檢測；若仍不合格，則應當對該條焊接接頭全部進行檢測。

耐壓試驗包括水壓試驗和氣壓試驗，其目的是檢驗產(chǎn)品受壓元件的強度和焊縫的致密性，同時也能起降低焊接應力的作用。但對介質毒性程度為極度、高度危害或設計上不允許有微量泄漏的產(chǎn)品，還應當進行致密性試驗，致密性試驗應當在耐壓試驗合格后進行。

5 結束語

焊接質量是一件十分復雜和涉及面很廣的工作，以上分析只是概括了其中的幾個主要方面。在壓力容器的實際生產(chǎn)中，必須嚴格執(zhí)行國家相關標準和行業(yè)標準規(guī)范。同時還應加強有關人員的培訓，提高素質和責任心，使質量控制落實到每個人員。只有這樣，才能保證壓力容器的焊接質量，提高壓力容器產(chǎn)品的安全性能。

Discussion on How to Control the Pressure Vessel Welding Quality

Zhang Xiaochun Li Ruguang Li Xiaojian

Pressure vessel is a kind of special equipment,and welding quality control in the manufacturing process is the key point.Only perfect welding quality control system be built can qualified pressure vessel be produced.This article expounds how to control the welding quality from the welding materials,the welding process,the welding inspection and so on.

Pressure vessel;Welding process;Welding quality;Control

TG 457

*章曉春，男，1968年生，工程師。衢州市，324004。

2011-03-29）