壓力容器定位焊縫的質(zhì)量控制

馬容忠*

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院）

0 前言

定位焊縫是指為固定容器元件間的相互位置而施焊的點(diǎn)焊或斷續(xù)焊焊縫，從起弧到收弧的距離一般比較短，使得電弧能量很快被母材吸收，導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度非常快，容易形成淬硬、裂紋敏感性強(qiáng)的馬氏體、上貝氏體等微觀組織。在焊縫金屬凝固結(jié)晶時(shí)，淬硬的微觀組織易開裂產(chǎn)生裂紋。這些細(xì)小的焊道底部裂紋不易被外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，且可能會(huì)導(dǎo)致壓力容器失效。

在壓力容器產(chǎn)品焊接過程中，由于定位焊縫可能會(huì)被熔入永久焊縫內(nèi)，也可能會(huì)被清除，制造企業(yè)往往會(huì)忽視這個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制工作。查閱大量焊接質(zhì)量事故分析的文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，焊縫開裂點(diǎn)或起爆點(diǎn)有一部分產(chǎn)生于定位焊縫部位，這也使其成為了壓力容器制造過程中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，為了保證壓力容器的制造質(zhì)量，必須加強(qiáng)對(duì)定位焊縫的質(zhì)量控制工作。

1 相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)定位焊縫質(zhì)量控制的基本要求

1.1 TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的規(guī)定

TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中第 4.2.1.1 節(jié)第（1）條規(guī)定：壓力容器產(chǎn)品施焊前，熔入永久焊縫內(nèi)的定位焊縫應(yīng)當(dāng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定或者具有經(jīng)過評(píng)定合格的焊接工藝規(guī)程（WPS）支持。該規(guī)程未對(duì)施焊定位焊縫的焊工資格提出要求。

1.2 GB 150.4—2011《壓力容器 第4部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》中的規(guī)定

GB 150.4—2011《壓力容器 第4 部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》第7.2.1 條規(guī)定：壓力容器產(chǎn)品施焊前，熔入永久焊縫內(nèi)的定位焊縫應(yīng)按NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定或者具有經(jīng)過評(píng)定合格的焊接工藝支持。該標(biāo)準(zhǔn)也未對(duì)施焊定位焊縫的焊工資格提出要求。

1.3 NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規(guī)程》中的規(guī)定

NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規(guī)程》第3.4.1條規(guī)定，施焊下列各類焊縫的焊接工藝應(yīng)按NB/T 47014—2011 評(píng)定合格：a）受壓元件焊縫；b）與受壓元件相焊的焊縫；c）上述焊縫的定位焊縫。其中第3.4.2 條規(guī)定：施焊下列各類焊縫的焊工應(yīng)按TSG Z6002—2019《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》規(guī)定考核合格：a）受壓元件焊縫；b）與受壓元件相焊的焊縫；c）熔入上述永久焊縫內(nèi)的定位焊縫。

通過對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)：NB/T 47015—2011 標(biāo)準(zhǔn)要求不管定位焊縫是否最終被清除，定位焊縫的焊接工藝都要按NB/T 47014—2011 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定合格。而TSG 21—2016 標(biāo)準(zhǔn)和GB 150.4—2011 標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)熔入永久焊縫內(nèi)的定位焊縫的焊接工藝提出了要求。NB/T 47015—2011標(biāo)準(zhǔn)中要求對(duì)熔入永久焊縫內(nèi)的定位焊縫施焊的焊工應(yīng)按TSG Z6002—2019標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定考核合格，這與TSG Z6002—2019標(biāo)準(zhǔn)中第三條（三）款的要求一致，而TSG 21—2016標(biāo)準(zhǔn)和GB 150.4—2011標(biāo)準(zhǔn)中則無(wú)此要求。筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)按照NB/T 47015—2011標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)壓力容器定位焊縫進(jìn)行質(zhì)量控制。

2 定位焊縫的質(zhì)量控制

以焊條電弧焊（SMAW）為例，假定定位焊縫最終熔入永久焊縫內(nèi)，簡(jiǎn)要介紹了定位焊縫的質(zhì)量控制工作。

2.1 焊工資質(zhì)

在指派焊工前，首先要確保該焊工的資格證書在有效期范圍內(nèi)，其次要保證焊工的持證項(xiàng)目包含需進(jìn)行的焊接工作，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注金屬材料的類別、填充金屬的類別、焊接位置、是否帶襯墊、熔敷金屬的厚度范圍、管材外徑等要素。制造廠在指派施焊單面焊對(duì)接接頭的定位焊縫的焊工時(shí)，要確認(rèn)該焊工具有焊接不帶襯墊對(duì)接焊縫的資格。

2.2 焊接工藝

在選擇焊接工藝時(shí)，應(yīng)確保該工藝已按NB/T 47014—2011 標(biāo)準(zhǔn)要求評(píng)定為合格，其中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注焊件母材的類別、填充金屬的類別、焊后熱處理類別、焊件厚度、預(yù)熱溫度等因素。當(dāng)壓力容器產(chǎn)品需要進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)注意焊件母材的組別、填充金屬類型（如用非低氫型藥皮焊條代替低氫型藥皮焊條）、焊件厚度、焊接位置、焊接電流種類或極性的變化、最大熱輸入的控制等因素。

2.3 焊接工序

2.3.1 預(yù)熱溫度

在進(jìn)行定位焊焊接時(shí)，應(yīng)重視對(duì)預(yù)熱溫度的控制，尤其是進(jìn)行厚板焊接時(shí)，更應(yīng)嚴(yán)格控制，因?yàn)槎ㄎ缓缚p往往比較短，焊縫截面小，受到的應(yīng)力作用比較集中，容易產(chǎn)生裂紋。合適的預(yù)熱溫度可以降低焊縫冷卻速率，緩解應(yīng)力集中情況，有效防止裂紋產(chǎn)生。

2.3.2 最大熱輸入

在進(jìn)行定位焊焊接時(shí)，應(yīng)控制定位焊縫的長(zhǎng)度和焊接速度。過短的焊縫長(zhǎng)度和過快的焊接速度，會(huì)影響焊接接頭的沖擊韌性，也會(huì)導(dǎo)致最大熱輸入超過焊接工藝范圍。

2.3.3 非受壓件與受壓件定位焊縫的質(zhì)量控制

需重視對(duì)襯墊（板）、鞍座、支腿、吊耳、加強(qiáng)板（圈）等非受壓件上定位焊縫的質(zhì)量控制，要以和受壓件之間的定位焊縫同樣對(duì)待。

2.3.4 定位焊縫、長(zhǎng)度、間距及焊接順序的控制

定位焊縫應(yīng)沿焊縫均勻分布，避免布置在焊件的端部、轉(zhuǎn)角等應(yīng)力集中處。同時(shí)為了避免強(qiáng)力組裝，定位焊縫的長(zhǎng)度、間距、焊接順序等條件應(yīng)滿足焊接工藝文件的要求。

2.4 定位焊縫的修磨與檢驗(yàn)

2.4.1 定位焊縫修磨質(zhì)量控制

在正式焊接之前，應(yīng)對(duì)定位焊縫進(jìn)行打磨，將兩端磨削成緩坡狀，使其與最終焊縫完全結(jié)合。除此之外，對(duì)大型塔器等設(shè)備定位焊縫進(jìn)行修磨時(shí)還要注意修磨順序，原則上應(yīng)采用對(duì)稱修磨的方式，從而克服塔器自重對(duì)焊接坡口的擠壓而產(chǎn)生的偏差，確保塔器的水平度和垂直度。

2.4.2 定位焊縫檢驗(yàn)及不合格焊縫清除

應(yīng)對(duì)修磨后的定位焊縫進(jìn)行外觀檢查，不允許存在裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等焊接缺陷，一旦發(fā)現(xiàn)，必須將缺陷清除。除徹底清除焊縫金屬外，還要清除可能產(chǎn)生淬硬、裂紋敏感性強(qiáng)的微觀組織的熱影響區(qū)。

2.4.3 定位焊縫的焊接記錄及焊工鋼印

定位焊縫焊接結(jié)束后應(yīng)作好焊接記錄工作，用合適的方式標(biāo)注或記錄焊工鋼印代號(hào)。

3 結(jié)論

在壓力容器制造過程中應(yīng)重視對(duì)定位焊縫的質(zhì)量控制，從人員資格、焊接工藝的選用及執(zhí)行、焊縫的修磨與檢驗(yàn)等多方面進(jìn)行把關(guān)，確保定位焊縫的質(zhì)量滿足工藝與標(biāo)準(zhǔn)要求。