探討鍋爐及壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗(yàn)

李思宇(茂名西南石化機(jī)械設(shè)備有限公司，廣東 茂名 525000)

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)沒(méi)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，方可盡心無(wú)損檢測(cè)，這樣不僅可以提高內(nèi)部缺陷的檢測(cè)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)生破壞或者造成爆炸事故的根源，由此引出的事故屢見(jiàn)不鮮，因此，焊接接頭外觀質(zhì)量檢查是非常重要的，是檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷的前提工作，也是保證設(shè)備質(zhì)量以及以后能否安全使用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1.鍋爐及壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗(yàn)的主要內(nèi)容

所謂外觀檢查，針對(duì)鍋爐及壓力容器焊接接頭而言，指代承壓設(shè)備的外形尺寸及焊接表面質(zhì)量檢查。表面各類(lèi)缺陷及結(jié)構(gòu)即全面變化處都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中（見(jiàn)圖1）。

根據(jù)圖1可知，長(zhǎng)方形板在出現(xiàn)缺口后，應(yīng)力則會(huì)集中于缺口處，而實(shí)質(zhì)上，原理長(zhǎng)方形板作為規(guī)則的一種截面構(gòu)件，應(yīng)力應(yīng)當(dāng)是均勻分布的。若設(shè)定缺口處峰值應(yīng)力為Qmax,總結(jié)分析可得，KT=Qmax/Qm。提示說(shuō)明當(dāng)長(zhǎng)方形板截面尺寸改變?cè)矫黠@，則應(yīng)力集中系數(shù)也會(huì)相應(yīng)變大。

1.1 焊接工藝及外形尺寸應(yīng)當(dāng)符合文件要求

焊接是連接材料的一種工藝方法，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到鍋爐及壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量及安全性能，故而焊接工藝的操作應(yīng)當(dāng)切實(shí)依循相關(guān)技術(shù)文件（《鍋規(guī)》及《焊接工藝評(píng)定》）按步操作。于焊接過(guò)程中，為截面突變導(dǎo)致應(yīng)力集中情形，焊縫不宜過(guò)高于母材。理論上而言，余高可適當(dāng)提升焊縫截面承受載荷的能力，但是應(yīng)力集中則可能導(dǎo)致材料使用壽命減短。同樣，焊縫高度不宜低于母材，兩者之間應(yīng)當(dāng)平滑適宜。把焊縫表面進(jìn)行打磨處理，保證焊接材料與母材齊平，不僅能夠減少發(fā)生應(yīng)力集中情形，還可維持焊縫強(qiáng)度，是一種最為理想的焊接處理工藝。但是實(shí)際上該種工藝經(jīng)濟(jì)成本高昂，故而當(dāng)前企業(yè)在考量企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的前提下，多于設(shè)備生產(chǎn)制造時(shí)均會(huì)保留余高，但是必須根據(jù)工藝要求將其控制在規(guī)定的合格范圍之內(nèi)（見(jiàn)圖2）。

1.2 焊接應(yīng)當(dāng)避免產(chǎn)生裂紋、夾渣和氣孔等

為保證焊接質(zhì)量，促使焊縫結(jié)果滿(mǎn)足工藝要求，對(duì)焊接過(guò)程中所需的活動(dòng)、控制方法、操作步驟及人員職責(zé)分工等諸多需要控制的重點(diǎn)過(guò)程均應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合考量。焊縫及其熱影響區(qū)表面若出現(xiàn)裂紋無(wú)疑會(huì)影響其后期使用性能及壽命，同時(shí)也可能為運(yùn)行過(guò)程中的鍋爐及壓力容器帶來(lái)潛藏風(fēng)險(xiǎn)。一般情況而言，裂紋由焊接工藝應(yīng)用不當(dāng)引發(fā)材料出現(xiàn)局部斷裂所致。裂紋出現(xiàn)處的端部會(huì)形成缺口，根據(jù)圖1可知，該區(qū)域會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力將高度集中在該部位，同時(shí)因?yàn)榱鸭y出現(xiàn)，焊縫熱影響區(qū)表面承載面積因此而減少。這便意味著焊縫及其熱影響區(qū)表面難以承受巨大應(yīng)力，情況嚴(yán)重者可能會(huì)損壞鍋爐及壓力容器。故而，在進(jìn)行鍋爐及壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗(yàn)的過(guò)程中，預(yù)防鍋爐壓力容器產(chǎn)生裂紋是必行舉措。

之所以預(yù)防裂紋的產(chǎn)生是為了杜絕應(yīng)力集中，降低承壓設(shè)備承受荷載的能力，影響其使用壽命。同理，于鍋爐及壓力容器焊接過(guò)程中若有夾渣殘留于焊縫中，承壓設(shè)備同樣會(huì)因?yàn)閵A渣棱角引起應(yīng)力集中，而于交變載荷下，夾渣棱角所指向點(diǎn)也會(huì)成為疲勞源。焊縫中的夾渣主要來(lái)源于焊條藥皮和焊劑熔渣。故而，鍋爐及壓力容器焊接接頭處表面夾渣的清理工作應(yīng)當(dāng)予以重視。筆者曾于一次鍋爐壓力容器質(zhì)量檢驗(yàn)過(guò)程中，先行采用水壓法以對(duì)其承壓設(shè)備進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，初始因未出現(xiàn)水介質(zhì)滲，而后應(yīng)用超聲波檢驗(yàn)方法時(shí)發(fā)現(xiàn)煙管與鍋殼焊接處存有夾渣殘留于焊縫表面，要求技術(shù)工人對(duì)夾渣處予以打磨后，發(fā)現(xiàn)焊縫表面存有極小缺口，而后補(bǔ)焊以修補(bǔ)。而假若夾渣埋藏較深，則無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單打磨清理夾渣，可能需加大電流促使熔池將焊渣浮現(xiàn)于表面。很多情況下，外觀表面未能清理徹底，極易影響機(jī)械其它方面缺陷的檢出率，由此極有可能造成承壓設(shè)備在已投入運(yùn)行之后，引發(fā)安全問(wèn)題。例:如若設(shè)備盛裝的是一些易燃或有毒物質(zhì)，則無(wú)疑為機(jī)械運(yùn)行環(huán)境的周邊人群的人身安全埋下隱患。

焊接接頭中若存在氣孔同樣也會(huì)改變焊接結(jié)構(gòu)的承載能力，降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。分析其原因，結(jié)合圖1可知，氣孔周邊產(chǎn)生了應(yīng)力集中，且因?yàn)槭芰γ娣e減少降低了焊接結(jié)構(gòu)承載荷載的能力，由此可能導(dǎo)致氣孔邊緣產(chǎn)生裂口，逐步擴(kuò)展為裂紋，使應(yīng)力集中變得更加嚴(yán)重。

1.3 咬邊質(zhì)量及焊接外觀應(yīng)當(dāng)符合文件要求

咬邊由焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作方法不正確造成，指代產(chǎn)生于母材沿焊趾溝部位的槽或凹陷。一般情況而言，咬邊不但會(huì)造成母材金屬材質(zhì)減薄，還可能會(huì)導(dǎo)致母材與焊縫處難以產(chǎn)生緊密連接，形成幾何不連續(xù)，從而于咬邊處產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低焊縫強(qiáng)度。一般情況下，焊接電流過(guò)大抑或焊條運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快均會(huì)形成咬邊。在處理該種情況時(shí)，如果母材厚度滿(mǎn)足工藝要求，可承受打磨強(qiáng)度，則可通過(guò)打磨咬邊處至圓滑過(guò)渡，以消除應(yīng)力集中情形。

2.鍋爐及壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量控制措施

由上可知，鍋爐壓力容器在制造過(guò)程中，只有嚴(yán)格依據(jù)《鍋規(guī)》及《焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行操作方可保障焊接接頭外觀質(zhì)量及承壓設(shè)備的整體質(zhì)量。針對(duì)此，筆者認(rèn)為，制造企業(yè)及操作工作人員應(yīng)當(dāng)注意以下方面，以控制焊接質(zhì)量:其一，制造單位應(yīng)當(dāng)建立并不斷完善嚴(yán)密的質(zhì)量保證體系，以確保承壓設(shè)備的制作工藝及過(guò)程滿(mǎn)足既定標(biāo)準(zhǔn)，符合法制法規(guī)要求。之中應(yīng)當(dāng)注意制造壓力容器的企業(yè)要建立一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)、高效適合本公司情況的質(zhì)量保證體系，必須保證所有制造出的產(chǎn)品符合法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，要真正能做到這些，制造單位必須對(duì)進(jìn)廠的所有材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，加強(qiáng)管理，不折不扣的按照壓力容器制造容規(guī)的相關(guān)要求去做，首先材料進(jìn)廠必須核對(duì)好材質(zhì)證明文件，或者合格的有效復(fù)印件，核對(duì)材質(zhì)證明文件上的各項(xiàng)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果有質(zhì)疑必須進(jìn)行進(jìn)一步的材料復(fù)檢或者委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)。這是保證焊接質(zhì)量的一個(gè)最重要的不可忽視的前提條件。其二，制造單位于承壓設(shè)備制造前，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)材料的質(zhì)檢力度，以保證材料各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)需求，必要之時(shí)可進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。其三，技術(shù)操作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鍋爐及壓力容器的焊接工作。其四，制造單位應(yīng)當(dāng)建立完整且科學(xué)的工藝流程檢驗(yàn)文件，在每道工序完成之后，操作人員及質(zhì)量檢驗(yàn)員都應(yīng)于工藝流程轉(zhuǎn)卡上簽字，以便出現(xiàn)問(wèn)題后追責(zé)至個(gè)人。同時(shí)也可防止不合格半成品進(jìn)入下一道工序，予以返修之后方可進(jìn)行下道工序。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鍋爐壓力容器制造過(guò)程中，鍋爐、壓力容器之間的焊接為制造鍋爐壓力容器不可缺少的一項(xiàng)工序，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到鍋爐壓力容器的整體質(zhì)量及安全性能。只有嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行焊接操作，規(guī)范化質(zhì)量檢驗(yàn)管理，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量檢驗(yàn)，特別是焊接過(guò)程的質(zhì)量檢驗(yàn)控制，方可有效規(guī)避承壓設(shè)備引發(fā)的意外事故。

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