液化石油氣汽車罐車凸緣角焊縫裂紋的焊接修復

摘 要 本文主要敘述液化石油氣汽車罐車在役使用過程中，年度定檢時在人孔凸緣、排污口凸緣等部件與罐體相焊的角焊縫處產(chǎn)生了裂紋缺陷，糾其原因進行了相關技術分析，同時提出了修復方案措施及檢驗方法，并對提高壓力容器角焊縫的質(zhì)量提出了建設性的建議。

關鍵詞 液化石油氣汽車罐車 角焊縫 裂紋 焊接修復

隨著我區(qū)經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，家用、車用液化石油氣的普及和應用，液化石油氣供氣站點已變布天山南北的全疆各市縣，同時液化石油氣汽車罐車也已成為各供氣站點輸送氣源的重要運輸工具。液化石油氣汽車罐車的罐體屬于第三類壓力容器，其每年度都必須接受自治區(qū)特種設備監(jiān)督檢驗研究院汽車罐車檢驗站的定期檢測，及時修復罐體在定檢中發(fā)現(xiàn)的缺陷，可有效消除事故隱患，從而保障汽車罐車的安全運行。近幾年，我公司受自治區(qū)特種設備監(jiān)督檢驗研究院汽車罐車檢驗站和內(nèi)地罐車制造廠家的委托，先后為喀什地區(qū)液化石油氣公司、阿克蘇地區(qū)液化石油氣公司、新疆石油管理局生活服務總公司等多家單位的汽車罐車在年度定期檢驗中發(fā)現(xiàn)的罐體內(nèi)部角焊縫裂紋等缺陷進行了修復，修復點多為罐體封頭上的人孔凸緣、罐體排污口凸緣等與罐體相焊的內(nèi)角焊縫焊趾處裂紋。

1 裂紋分析

根據(jù)自治區(qū)特種設備監(jiān)督檢驗研究院汽車罐車檢驗站提供的檢測技術資料報告看，在對罐車罐體的定期檢驗中，罐體對接焊縫的質(zhì)量較高，經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)問題，而檢出的人孔凸緣、排污口凸緣等與罐體的內(nèi)角焊縫處裂紋缺陷，多為角焊縫外觀成形不良，焊縫至母材無形成圓滑過渡曲線，同時在焊縫焊趾處有連續(xù)性較深咬邊，修復時用碳弧氣刨逐層清理發(fā)現(xiàn)，多數(shù)焊縫內(nèi)部還存在有熔合不好，有未全焊透現(xiàn)象，部分還有填充焊條、焊絲等跡象。故而筆者認為罐車凸緣內(nèi)角焊縫處產(chǎn)生裂紋的原因有以下幾個方面：

1.1罐車罐體材質(zhì)為16MnR，凸緣材質(zhì)為16Mn鍛，焊接性能良好，一般不會產(chǎn)生裂紋缺陷。但由于角焊縫一般都位于結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位〔如人孔凸緣與封頭的連接處等〕，這一部位應力集中嚴重，受力復雜，不像對接焊縫那樣，只受拉伸應力，它還要受到較大的彎曲和剪切應力。角焊縫的幾何形狀有急劇的變化，力線的傳遞比對接焊縫復雜，在焊縫根部和焊趾處存在較高的應力集中。雖然罐車的罐體在制造時進行了600～640℃的整體消除應力熱處理，但在角焊縫處仍存在有較大的應力集中和部分殘余應力，從而在該部位很容易萌生疲勞裂紋，造成罐體的失效破壞。

1.2角焊縫外觀成型不良，在焊趾處產(chǎn)生連續(xù)性較深的咬邊，罐體在制造中未能及時檢出予以補焊，從而在此角焊縫焊趾處造成應力集中，易產(chǎn)生裂紋。

1.3角焊縫由于結(jié)構(gòu)原因，不易實現(xiàn)清根，打底焊和定位焊都保留在焊縫中，即使采用雙面焊接，其質(zhì)量亦比對接焊縫差。

1.4由于凸緣等與罐體的角焊縫，在罐體熱處理后角焊縫內(nèi)外表面只做表面磁粉探傷檢查，焊縫內(nèi)部缺陷不易檢查出來，使焊縫內(nèi)部質(zhì)量不易保證。同時一些制造廠對角焊縫的質(zhì)量放松，在焊接人孔凸緣與封頭的角焊縫時，由于坡口尺寸及間隙較大，時常發(fā)生往間隙中填塞焊條、焊絲等的現(xiàn)象，從而給焊接接頭質(zhì)量帶來了潛伏的隱患。

2 裂紋的修復與檢驗

2.1 修復準備

修復工作在取得自治區(qū)特種設備監(jiān)督檢驗研究院汽車罐車檢驗站和罐車制造廠家的授權后，需編制修復技術方案，報請自治區(qū)質(zhì)量技術監(jiān)督局特設處審查批準并備案，選用合格的持證焊工、焊材及設備，同時在評定合格的焊接工藝支持下方可進行焊接修復工作。（注：罐體在修復前，已經(jīng)自治區(qū)特種設備監(jiān)督檢驗研究院汽車罐車檢驗站進行過置換處理，罐內(nèi)符合動火要求。）

2.2 修復程序

2.2.1首先對角焊縫進行磁粉探傷，確定裂紋的部位和長度。

2.2.2用碳弧氣刨逐層清除裂紋缺陷，在裂紋兩端各延長清除25～30mm，缺陷經(jīng)宏觀檢查清理干凈后，用角向磨光機將焊道內(nèi)外的氧化物及雜物清除干凈，然后使用滲透法進行檢查以確認裂紋是否已完全消除，若已完全消除則清除裂紋缺陷工作方告結(jié)束。

2.2.3由持有相應焊接資格的合格焊工按所制訂的焊接工藝進行焊接。

2.2.4焊縫外觀檢驗合格后，考慮到罐體在制造時已進行了整體消除應力熱處理，故只對修復焊縫進行局部消除應力熱處理，用熱電偶進行溫度測量，熱處理溫度為600～640℃，用保溫巖棉對焊縫進行覆蓋，以使焊縫溫度均衡，緩慢降溫。

2.2.5焊縫檢驗：對焊縫進行100%磁粉探傷檢查，要求符合JB/T4730-2005中Ⅰ級的要求。

2.2.6水壓試驗和氣密性試驗。

2.3 焊接方法和焊接參數(shù)

采用焊條電弧焊進行焊接，焊接材料選用E5015規(guī)格φ3.2mm電焊條，電源極性為直流反接，焊接電流I=120～130A，電弧電壓U=22～24V，焊接熱輸入量q≤22KJ/cm。

2.4 焊縫的修磨與檢驗

罐體凸緣內(nèi)部修復角焊縫表面應進行打磨，人孔凸緣與罐體的內(nèi)角焊縫應修磨至與母材表面圓滑過渡。排污口凸緣內(nèi)角焊縫，表面應修磨至比筒壁高1.0～1.5mm，同時也應圓滑過渡。這樣可減少應力集中，也便于再次檢驗時辨認修復焊縫。修復后的罐體在水壓試驗前后焊縫表面應無裂紋等缺陷，補焊處經(jīng)水壓試驗應無滲漏，氣密性試驗應合格。

3 提高壓力容器角焊縫焊接質(zhì)量的幾點建議

3.1 加強對角焊縫的質(zhì)量意識

角焊縫的質(zhì)量控制比對接焊縫困難，理應在制造中受到更高的重視，但由于角焊縫一般不進行無損檢測，亦沒有具體的質(zhì)量考核指標，從而要保證角焊縫的質(zhì)量，必須加強有關的質(zhì)量意識教育，將角焊縫質(zhì)量與對接焊縫等同要求，使有關工程技術人員和工人都重視角焊縫的質(zhì)量，共同把好角焊縫的質(zhì)量關。

3.2 做好角焊縫的焊接工藝評定工作

根據(jù)JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》中的要求，對角焊縫特別是要求全焊透的角焊縫，應嚴格按照其標準認真作好焊接工藝評定工作。

3.3 抓好坡口加工質(zhì)量

坡口應盡可能采用機械加工，若用氧乙炔焰加工坡口時，坡口尺寸一定要達到規(guī)定的要求。開非圓形孔時，要做工藝樣板，精心加工。

3.4 加強打底焊的質(zhì)量控制

角焊縫采用雙面焊時，由于打底焊縫及定位焊縫一般不能清除，都保留在焊縫中，故要特別注意定位焊和打底焊的質(zhì)量。

3.5 角焊縫的外形尺寸

角焊縫的外形尺寸對應力集中有較大的影響，焊接時應盡可能使之與母材圓滑過渡，焊縫表面平滑，焊腳尺寸符合規(guī)定要求。為保證角焊縫的質(zhì)量，應盡可能采用焊接質(zhì)量易于保證的平位焊接，由于轉(zhuǎn)動困難等原因，不能采用平焊時，要采用與之相適應的焊接工藝，并由取得相應焊接資格的焊工進行焊接。

3.6 焊接質(zhì)量檢驗

角焊縫主要應通過認真執(zhí)行制造及焊接工藝來達到規(guī)定的質(zhì)量要求，檢驗人員應做好檢查監(jiān)督工作，重點抓好裝配質(zhì)量、打底焊、焊接工藝的執(zhí)行和焊縫表面質(zhì)量的檢驗，達不到要求的不準施焊。根據(jù)焊接接頭的重要程度，擬訂一定的停止點，必須經(jīng)檢驗人員認可后方能轉(zhuǎn)入下一道制造工序。

總之，角焊縫是目前壓力容器制造中質(zhì)量比較薄弱的環(huán)節(jié)之一，應通過設計、制造、檢驗等各個環(huán)節(jié)共同把關，使之質(zhì)量能得到有效的控制，從而提高壓力容器的總體質(zhì)量。

4 經(jīng)濟分析

液化石油氣汽車罐車，目前是我區(qū)各城鎮(zhèn)縣市液化石油氣儲備站點輸送氣源的重要運輸工具。該種車輛屬于危險貨物運輸特種車輛，罐體為第三類壓力容器，其焊接質(zhì)量是保證車輛安全運輸?shù)闹匾蛩?。一輛10噸液化石油氣汽車罐車，造價約為人民幣50萬元，服役期限為7年，若在年度定檢中及時發(fā)現(xiàn)問題，并予以修復，則可保證車輛繼續(xù)安全運營，創(chuàng)造新的經(jīng)濟效益。如果罐體產(chǎn)生的焊接缺陷沒有得到及時修復，那末就有可能導致罐車罐體發(fā)生泄露甚至爆炸，其造成的經(jīng)濟損失將無法估量。因此保證液化石油氣汽車罐車的安全經(jīng)濟運行在國民經(jīng)濟建設中具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]《鍋爐壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》（1999版）

[2]JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》

[3]JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》