淺談鍋爐壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量的檢驗

呂瑞芳，柳明輝，朱金花

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淺談鍋爐壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量的檢驗

呂瑞芳，柳明輝，朱金花

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院新鄉(xiāng)分院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

焊接過程是鍋爐壓力容器生產(chǎn)制造中必不可少的環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量的好壞直接決定了產(chǎn)品的整體安全性能。焊接接頭外觀質(zhì)量是焊接質(zhì)量的首要條件，也是保障鍋爐壓力容器安全運行的一個重要環(huán)節(jié)。文章就鍋爐壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗的要求，焊縫表面缺陷產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施，以及焊縫外觀質(zhì)量檢驗體系控制等內(nèi)容進行了探討和分析。

鍋爐；壓力容器；焊接接頭；質(zhì)量檢驗

0 引言

鍋爐壓力容器是一種承壓、具有爆炸危險性的特種設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)及人民生活中廣泛應(yīng)用。焊接是鍋爐壓力容器生產(chǎn)過程中的重要工序，焊接接頭質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到產(chǎn)品的整體安全性能。

對于焊接接頭的檢驗，我們往往只注重?zé)o損檢測人員的探傷結(jié)果，對于焊縫的外觀質(zhì)量絕大部分企業(yè)并不重視。然而，焊接接頭外觀缺陷同樣可能是鍋爐壓力容器設(shè)備發(fā)生質(zhì)量事故的根源，在鍋爐檢驗過程中，就發(fā)生過某型號鍋爐由于管子與筒體焊縫邊緣咬邊過深，形成局部腐蝕造成管子穿孔的質(zhì)量事故。因此，焊接接頭外觀質(zhì)量的檢驗同樣是非常重要的，也是保障鍋爐壓力容器安全運行的一個重要環(huán)節(jié)。

1 焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗內(nèi)容

鍋爐壓力容器制造技術(shù)規(guī)范中對焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗主要有三條要求：

1.1 外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計圖樣及工藝文件的要求

外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計圖樣及工藝文件的要求，是鍋爐壓力容器制造過程中對焊縫的基本要求，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本要求。焊縫的外形尺寸主要指焊縫高度、焊縫覆蓋寬度等。焊縫高度不低于母材表面，是基于等強度原則提出的要求，以保證焊縫的強度不低于母材的強度。一般來講，焊縫高度越高焊縫疲勞效率越低。因此，焊縫與母材應(yīng)平滑過渡，在等強原則的基礎(chǔ)上，應(yīng)避免焊縫與母材連接處形成形狀突變，產(chǎn)生應(yīng)力集中。GB150《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中對A、B類焊接接頭的焊縫余高有明確的規(guī)定（見附表）。

1.2 焊縫及熱影響區(qū)表面無裂紋、夾渣、弧坑和氣孔

鍋爐壓力容器壽命的影響因素除強度之外，主要是疲勞問題。裂紋直接影響鍋爐壓力容器的壽命，對于受壓元件，裂紋是絕對不允許的。表面的夾渣、弧坑和氣孔都是疲勞裂紋源，因此，生產(chǎn)中需要嚴(yán)格控制焊縫（含熱影響區(qū)）的表面缺陷。

附表 A、B類焊接接頭的焊縫余高合格指標(biāo) 單位：mm

Rm≥540MPa的低合金鋼材、Cr-Mo低合金鋼材其他鋼材 單面坡口雙面坡口單面坡口雙面坡口 e1e2e1e2e1e2e1e2 0%～10%δs且≤30～1.50%～10%δ1且≤30%～10%δ2且≤30%～15%δs且≤40～1.50%～15%δ1且≤40%～15%δ2且≤4

1.3 對咬邊的要求

咬邊是常見的焊接缺陷，鍋爐壓力容器主要受壓部件的主焊縫不允許咬邊的存在，咬邊對鍋爐壓力容器的危害可以概括為三個方面：

1）造成微小區(qū)域的形狀突變，產(chǎn)生應(yīng)力集中。根據(jù)相關(guān)資料顯示，咬邊部位的應(yīng)力集中系數(shù)可達到3，是需要控制的脆性斷裂源、疲勞破壞源之一；

2）咬邊是“開口”缺陷，設(shè)備內(nèi)表面的咬邊直接接觸介質(zhì)，介質(zhì)在壓力作用下會進入咬邊內(nèi)，形成不流動的介質(zhì)“死區(qū)”，進而濃縮，加劇局部腐蝕；

3）在滲入其內(nèi)介質(zhì)壓力的作用下，咬邊處更易誘發(fā)裂紋。

2 焊接表面缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防

2.1 焊縫外形尺寸

焊縫尺寸不符合要求主要指焊縫余高、寬度、錯邊、焊后變形量等不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸。余高過大，造成應(yīng)力集中；焊縫低于母材，則沒有足夠的接頭強度；錯邊及變形過大，同樣會產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成強度下降。焊接前選擇合理的工藝參數(shù)、選擇適當(dāng)?shù)钠驴诮嵌群脱b配間隙、提高裝配質(zhì)量及安排操作技能水平較高的焊工焊接可避免此類問題的發(fā)生。

2.2 裂紋

裂紋按其產(chǎn)生的溫度和時間的不同可分為冷裂紋、熱裂紋和再熱裂紋。裂紋是鍋爐壓力容器生產(chǎn)中最危險的一種缺陷，不但會使產(chǎn)品報廢，甚至可能引起嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

熱裂紋是熔池金屬中的低熔點共晶物和雜質(zhì)在結(jié)晶過程中，形成嚴(yán)重的晶內(nèi)和晶間偏析，同時在焊接應(yīng)力作用下，沿著晶界被拉開，形成裂紋。預(yù)防熱裂紋產(chǎn)生的措施主要有：嚴(yán)格控制鋼材及焊接材料中P、S等有害雜質(zhì)的含量，降低熱裂紋的敏感性；調(diào)節(jié)焊縫金屬的化學(xué)成分，改善焊縫組織，細(xì)化晶粒，提高塑性；選擇合適的焊接工藝參數(shù)；采用堿性焊條，降低焊縫中雜質(zhì)的含量等。

產(chǎn)生冷裂紋的三大要素是馬氏體轉(zhuǎn)變形成的淬硬組織、拘束度大而形成的焊接殘余應(yīng)力和殘留在焊縫中的氫。預(yù)防冷裂紋產(chǎn)生的措施有：選用堿性低氫型焊條，使用前應(yīng)嚴(yán)格按照說明書的規(guī)定進行烘干，焊前應(yīng)清除焊件上的油污、水分，減少焊縫中氫的含量；選擇合理的焊接工藝參數(shù)及熱輸入，減少焊縫的淬硬傾向；焊后立即采取消氫措施，使氫從焊接接頭中逸出等。

再熱裂紋是焊后焊件在一定溫度范圍內(nèi)再次加熱（消除應(yīng)力熱處理或其他加熱過程）而產(chǎn)生的裂紋，一般發(fā)生在V、Cr、Mo、B等合金元素的低合金高強度鋼、珠光體耐熱鋼及不銹鋼中。焊件經(jīng)受一次焊接熱循環(huán)后，再加熱到敏感區(qū)域（550～650℃范圍內(nèi)），就會有裂紋產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。主要預(yù)防措施有：在滿足設(shè)計要求的前提下，選擇低強度的焊條，使焊縫強度低于母材，應(yīng)力在焊縫中松弛，避免熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋；盡量減少焊接殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中；控制焊接熱輸入，合理地選擇焊接熱處理溫度，盡可能避開敏感區(qū)范圍的溫度等。

2.3 夾渣、弧坑、氣孔

夾渣、弧坑、氣孔是常見的焊接缺陷，它們的存在減少了焊縫的有效面積，降低了焊縫的力學(xué)性能。氣孔是焊接時熔池中的氣體在凝固中未能逸出而殘留下來所形成的空穴；夾渣是殘留在焊縫中的熔渣；弧坑是焊縫收尾時產(chǎn)生的下陷部分。焊接前將坡口兩側(cè)20～30mm范圍內(nèi)的油污、水、銹清除干凈，嚴(yán)格按焊條說明書規(guī)定的時間和溫度進行烘干，正確選擇焊接工藝參數(shù)，焊接過程中運條方法適當(dāng)、焊接速度適中，可有效避免此類缺陷的出現(xiàn)。

2.4 咬邊

咬邊是焊接工藝參數(shù)選擇不正確，在沿著焊趾的母材部位燒熔形成的溝槽或凹陷。在焊接時要選擇合適的焊接電流和焊接速度，電弧不能拉得太長，焊條角度適當(dāng)，運條方法正確可以預(yù)防咬邊的產(chǎn)生。

3 焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗體系控制

由以上分析可知，焊接接頭外觀缺陷主要是由焊接過程中不能嚴(yán)格按照圖紙、工藝及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求而產(chǎn)生的。因此，為了控制鍋爐壓力容器焊接接頭外觀質(zhì)量，制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)從產(chǎn)品質(zhì)量保證體系入手，嚴(yán)格控制。首先是焊工的要求，焊工必須經(jīng)過考試合格后持證上崗；其次是焊接工藝評定，焊接過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照焊接工藝評定合理使用焊接電流及焊接速度；再次是材料，原材料及焊接材料應(yīng)當(dāng)是經(jīng)過嚴(yán)格檢驗的，材料質(zhì)量證明書內(nèi)容應(yīng)當(dāng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及技術(shù)文件的要求，必要時應(yīng)當(dāng)予以復(fù)驗，焊接材料應(yīng)當(dāng)按要求進行烘干，這是保證焊接質(zhì)量一個不能忽視的必要條件；最后是檢驗工序，制造企業(yè)應(yīng)建立完整科學(xué)的工藝流程檢驗工序，在每道工序完成之后，操作人員以及專檢人員均應(yīng)當(dāng)在流轉(zhuǎn)卡上進行簽字確認(rèn)，以便追溯。

4 結(jié)論

在激烈的市場競爭中，客戶在對產(chǎn)品進行選擇過程中，已經(jīng)不僅僅局限于鍋爐壓力容器的產(chǎn)品性能，同時也對產(chǎn)品的外觀質(zhì)量提出了更高的要求。因此，企業(yè)在產(chǎn)品制造過程中，只有嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行焊接操作，規(guī)范制造工序，嚴(yán)格檢驗，方可保證鍋爐壓力容器的整體安全性能，同時也能夠在外觀質(zhì)量上提高產(chǎn)品的競爭力。

（責(zé)任編輯王 磊）

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 壓力容器GB150.1 ～GB150.4-2011[S].2012-03-01.

[2] 壽比南，等.《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)釋義[M].北京：新華出版社,2012.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG0001-2012)[S].2012-10-23.

[4] 李世玉.壓力容器設(shè)計工程師培訓(xùn)教程[M].北京：新華出版社,2005.

[5] 中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,2001.

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1008–2093(2017)05–0005–02

2017-08-20

呂瑞芳（1976―），女，河南封丘人，助理工程師，學(xué)士，主要從事鍋爐壓力容器制造研究。