淺析壓力容器焊接工藝評定的監(jiān)檢

湯榮躍 譚 婧 徐 煒

（衢州市特種設(shè)備檢驗中心）（浙安衢州壓力容器制造廠)

焊接工藝評定是指為使焊接接頭的力學(xué)性能、彎曲性能或堆焊層的化學(xué)成分符合規(guī)定，對預(yù)焊接工藝規(guī)程進行驗證性試驗和結(jié)果評價的過程，是壓力容器焊接質(zhì)量控制體系最重要的環(huán)節(jié)之一。有些壓力容器制造單位由于焊接工藝人員對工藝評定標(biāo)準(zhǔn)理解不透徹，造成焊接工藝評定資料不齊全、內(nèi)容不完整、結(jié)論不正確。為保證焊接工藝評定的真實性和正確性，《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》明確提出：“監(jiān)檢人員應(yīng)當(dāng)對焊接工藝的評定過程進行監(jiān)督。”本文以采用焊條電弧焊且進行焊后消除應(yīng)力熱處理的Q345R板材的焊接工藝評定為例，就焊接工藝評定的監(jiān)檢內(nèi)容和方法進行了詳細(xì)的論述。

1 預(yù)焊接工藝規(guī)程的審查

預(yù)焊接工藝規(guī)程的內(nèi)容包括母材和焊接材料的牌號和規(guī)格、焊接接頭形式、焊接位置、預(yù)熱溫度、焊接電特性、技術(shù)措施、焊后熱處理溫度和保溫時間等方面，監(jiān)檢人員應(yīng)認(rèn)真審查上述內(nèi)容的各參數(shù)是否齊全、合理。有些單位焊評項目繁多，焊評覆蓋范圍相互重疊,監(jiān)檢人員應(yīng)指導(dǎo)其對焊評進行整合，以減少焊接工藝評定數(shù)量。對本文所述的焊接工藝評定而言，選用Q345R板材4 mm、8 mm、38 mm三種厚度規(guī)格的試件進行評定，即能覆蓋厚度2～200 mm的焊件母材，其覆蓋范圍如表1所示。

表1 三種厚度規(guī)格的試件覆蓋范圍

預(yù)焊接工藝規(guī)程還應(yīng)對一些重要因素和補加因素進行優(yōu)化，如選用非低氫型藥皮焊條、焊條直徑選用大于6 mm、焊接位置采用向上立焊、較低的預(yù)熱溫度、較高的層間溫度、較大的線能量、較長的熱處理保溫時間等，以盡量擴大焊接工藝評定的適用范圍。

2 施焊試件的現(xiàn)場監(jiān)督

施焊試件應(yīng)由本單位操作技能熟練的焊接人員使用本單位設(shè)備在本單位焊接。施焊前監(jiān)檢員應(yīng)對母材和焊材是否符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以及焊接設(shè)備、焊接儀表 （電流表、電壓表、流量計、表面溫度計）的完好狀態(tài)進行檢查。在焊接工藝評定試件焊接過程中，監(jiān)檢人員必須對焊接工藝評定施焊過程中各焊道的所有重要因素和補加因素進行現(xiàn)場檢查，核對是否都在擬定的預(yù)焊接工藝規(guī)程范圍內(nèi)，并對焊接施焊記錄的真實性進行確認(rèn)。

需要注意的是，預(yù)焊接工藝規(guī)程中的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等參數(shù)是一個范圍，而在施焊時，應(yīng)記錄其實際測量值，而不是一個范圍。對于焊條電弧焊來說，準(zhǔn)確測量焊接速度是件很困難的事情，因而對線能量的監(jiān)督也難以完成。在現(xiàn)場控制焊條電弧焊線能量最簡單的方法是測定焊道平均長度。其原理是：在線能量和焊條頭長度不變的情況下，單根同規(guī)格焊條所能焊的焊道長度基本相同。以后在施焊產(chǎn)品時，控制單根焊條焊接的每條焊道長度不小于規(guī)定長度，則也就控制了線能量。

3 熱處理記錄曲線的審查

監(jiān)檢員應(yīng)對熱處理記錄曲線的進出爐溫度、升降溫速率、保溫溫度和保溫時間是否符合NB/T 47015《壓力容器焊接規(guī)程》進行審查。NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》規(guī)定：“試件的焊后熱處理應(yīng)與焊件在制造過程中的焊后熱處理基本相同，低于下轉(zhuǎn)變溫度進行焊后熱處理時，試件保溫時間不得少于焊件在制造過程中累計保溫時間的80%?！痹嚰淖疃瘫貢r間與焊后熱處理厚度成正比，焊后熱處理厚度越小，最短保溫時間也越短。對接管等厚度較薄的試件來說，其焊后熱處理最短保溫時間主要取決于較厚的殼體焊縫，焊接工藝評定應(yīng)采用較長的保溫時間，以避免熱處理保溫時間覆蓋不上。根據(jù)經(jīng)驗，厚度較薄的試件保溫時間采用2 h以上比較合適。

4 無損檢測的審查

焊接工藝評定的射線檢測不在于焊縫達到幾級標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)檢員只需確認(rèn)試件底片無裂紋即合格，其余氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等缺陷都允許存在。無損檢測的另一個作用在于了解施焊情況，避開焊接缺陷取樣。

5 試樣力學(xué)性能檢驗的現(xiàn)場監(jiān)督

試樣的力學(xué)性能檢驗是焊接工藝評定的重要環(huán)節(jié)，監(jiān)檢人員應(yīng)進行試驗過程的現(xiàn)場監(jiān)督。其內(nèi)容包括下述幾個方面。

5.1 理化檢驗人員資質(zhì)和理化檢驗設(shè)備

應(yīng)核查理化檢驗人員資質(zhì)，檢查理化檢驗設(shè)備的完好狀態(tài)。理化檢驗設(shè)備的完好狀態(tài)對試驗結(jié)果有很大的影響，檢驗用設(shè)備應(yīng)檢定合格。理化檢驗人員應(yīng)進行必要的培訓(xùn)，考核合格后方可持證上崗操作。

5.2 試樣的取樣和沖擊試樣的缺口位置

應(yīng)審查試件上試樣的取樣位置以及沖擊試樣的取向和缺口位置。焊接接頭的不同位置在焊接過程中受到的熱循環(huán)不一樣，其力學(xué)性能也不同，試驗試樣應(yīng)在試件上性能最差的位置取樣。就沖擊試樣而言，應(yīng)在靠近板狀對接焊縫試件的收弧端部取樣；T≤40 mm的沖擊試樣應(yīng)在距焊縫背面的材料表面0.5～2 mm處取樣，其缺口軸線應(yīng)垂直于母材表面；熱影響區(qū)試樣的缺口軸線應(yīng)位于最后焊道的焊縫側(cè)，并盡可能多地通過熱影響區(qū)。取樣時，應(yīng)對試樣做出標(biāo)記，以保證始終能進行識別。對于重要因素、補加因素不同的組合評定，應(yīng)對每種焊接工藝施焊的焊縫金屬及其熱影響區(qū)都取樣，并進行力學(xué)性能和彎曲性能檢驗。

5.3 試樣的加工質(zhì)量和數(shù)量

試樣加工時，應(yīng)防止其過熱、加工硬化，以避免其力學(xué)性能受到影響。

（1）拉伸試樣采用緊湊型試樣，其受拉伸平行部分比板材復(fù)驗采用的比例試樣要短，等于焊縫寬度加12 mm，實質(zhì)上是焊縫寬度加熱影響區(qū)寬度。試樣設(shè)計的目的是強迫其在焊接接頭處斷裂，以測定焊接接頭的抗拉強度。另外，試樣本身的形狀不對稱易在拉伸試驗過程中產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，從而造成試驗結(jié)果的偏差。拉伸試樣表面的焊縫余高應(yīng)用機械加工方法去除，使之與母材齊平。若有錯邊，可加工至與較低一側(cè)的母材齊平。試樣的受拉長度內(nèi)，不應(yīng)有橫向刀痕和劃痕。

（2）面彎和背彎試樣應(yīng)從受壓面加工去除多余厚度。試樣拉伸表面應(yīng)齊平，不能有與試樣寬度方向平行的切痕和刀痕。試樣拉伸面棱角應(yīng)倒圓，圓角半徑不大于3 mm。

（3）沖擊試樣的缺口深度、缺口根部曲率半徑和缺口角度決定著缺口附近的應(yīng)力集中程度，從而影響該試樣的沖擊功，試驗前應(yīng)用光學(xué)投影儀檢查缺口尺寸。沖擊試樣的寬度、厚度也對沖擊功有較大影響，試驗前應(yīng)用最小分度值不大于0.02 mm的量具進行測量。此外，缺口底部應(yīng)光滑，表面應(yīng)去除加工硬化層，不應(yīng)有與缺口軸線平行的加工痕跡和劃痕，否則會使沖擊功下降。

（4）必須注意，焊接工藝評定的力學(xué)性能檢驗的試樣數(shù)量不要混同于板材力學(xué)性能復(fù)驗、產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗的試件數(shù)量，它們之間是有區(qū)別的，其不同之處如表2所示。

表2 不同類型試件的試樣數(shù)量

5.4 試驗過程中的現(xiàn)場監(jiān)督

（1）拉伸試驗時拉伸速率增加，焊接接頭的強度指標(biāo)會升高。因此，拉伸試驗應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法規(guī)定的拉伸速率進行。試樣裝夾的傾斜會使試樣受到偏心力的作用，試驗前應(yīng)對其進行檢查。

（2）必須注意，《承壓設(shè)備焊接工藝評定》中彎曲試驗引用的是GB/T 2653《焊接接頭彎曲試驗方法》，而非GB/T 232《金屬材料 彎曲試驗方法》。彎曲試驗時應(yīng)檢查試樣焊縫中心是否對準(zhǔn)彎心軸線，彎心直徑、支承輥之間距離和彎曲角度是否符合要求。

（3）沖擊試驗操作時，若試樣缺口軸線偏離支座跨距中心，將會造成沖擊值偏高。試驗時應(yīng)將試樣緊貼支座放置，并使試樣缺口背面朝向擺錘刀刃。試樣缺口用專用的對中定位規(guī)收中，使缺口對稱面位于兩支座對稱面上，其偏差不應(yīng)大于0.5 mm。

工藝評定試樣的拉伸、彎曲和沖擊試驗，無論其中何項不合格，均不許復(fù)驗。

評定試樣和余料應(yīng)在進行防腐處理后妥善保管，保存期限不少于5年，以便于在鑒定評審時可以見證一個許可周期內(nèi)的焊接工藝評定試樣。

6 焊接工藝評定報告的審查

焊接工藝評定試樣檢驗合格后，焊接工藝人員應(yīng)將預(yù)焊接工藝規(guī)程、板材和焊材質(zhì)量證明書、施焊記錄、焊縫外觀檢查記錄、射線檢測報告及底片、熱處理記錄和熱處理曲線圖、試樣取樣圖及加工圖、力學(xué)性能和彎曲性能試驗報告、焊接工藝評定流轉(zhuǎn)卡等過程見證資料進行整理，填寫焊接工藝評定報告，經(jīng)焊接責(zé)任工程師審核和技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后，交監(jiān)檢人員審查。監(jiān)檢人員對其完整性、真實性、正確性進行認(rèn)真審查，并在相關(guān)工作見證上簽字確認(rèn)。制造單位將上述資料存入技術(shù)檔案，并保存至該工藝評定失效為止。

焊接工藝評定監(jiān)檢是在制造單位自檢合格的基礎(chǔ)上對評定過程的監(jiān)督驗證，其目的是為確保焊接工藝評定的真實性。監(jiān)檢項目分為A類和B類。施焊試件和試樣檢驗是A類項目，監(jiān)檢人員必須進行現(xiàn)場監(jiān)督、實物檢查，未經(jīng)監(jiān)檢人員確認(rèn)或者經(jīng)監(jiān)檢人員確認(rèn)不符合的，不得流轉(zhuǎn)下一道工序。其余項目為B類項目,監(jiān)檢員可以進行現(xiàn)場監(jiān)督、實物檢查，或者對制造單位所提供的相關(guān)見證資料進行核查，最后在相應(yīng)的工作見證上簽字確認(rèn)。

壓力容器焊接工藝評定監(jiān)檢是專業(yè)性和實踐性都非常強的工作，只有認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識，積極參與焊評實踐，注意總結(jié)提高，才能做好焊接工藝評定的監(jiān)檢工作。

[1] 全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.承壓設(shè)備焊接工程師培訓(xùn)教程 [M].昆明：云南科技出版社，2004.

[2] 全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.鋼制壓力容器焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)釋義 [M].昆明：云南科技出版社，2000.

[3] NB/T 47014—2011.承壓設(shè)備焊接工藝評定 [S].