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(yàn)

呂瑞芳，柳明輝，朱金花

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

焊接過(guò)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(yùn)行的一個(gè)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(yàn)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(yàn)體系控制等內(nèi)容進(jìn)行了探討和分析。

鍋爐；壓力容器；焊接接頭；質(zhì)量檢驗(yàn)

0 引言

鍋爐壓力容器是一種承壓、具有爆炸危險(xiǎn)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(guò)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(duì)于焊接接頭的檢驗(yàn)，我們往往只注重?zé)o損檢測(cè)人員的探傷結(jié)果，對(duì)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(yàn)過(guò)程中，就發(fā)生過(guò)某型號(hào)鍋爐由于管子與筒體焊縫邊緣咬邊過(guò)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(yàn)同樣是非常重要的，也是保障鍋爐壓力容器安全運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1 焊接接頭外觀質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容

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

1.1 外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣及工藝文件的要求

外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣及工藝文件的要求，是鍋爐壓力容器制造過(guò)程中對(duì)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(qiáng)度原則提出的要求，以保證焊縫的強(qiáng)度不低于母材的強(qiáng)度。一般來(lái)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(guò)渡，在等強(qiáng)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(duì)A、B類(lèi)焊接接頭的焊縫余高有明確的規(guī)定（見(jiàn)附表）。

1.2 焊縫及熱影響區(qū)表面無(wú)裂紋、夾渣、弧坑和氣孔

鍋爐壓力容器壽命的影響因素除強(qiáng)度之外，主要是疲勞問(wèn)題。裂紋直接影響鍋爐壓力容器的壽命，對(duì)于受壓元件，裂紋是絕對(duì)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(lèi)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(duì)咬邊的要求

咬邊是常見(jiàn)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(duì)鍋爐壓力容器的危害可以概括為三個(gè)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(dá)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(kāi)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(huì)進(jìn)入咬邊內(nèi)，形成不流動(dòng)的介質(zhì)“死區(qū)”，進(jìn)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(cuò)邊、焊后變形量等不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸。余高過(guò)大，造成應(yīng)力集中；焊縫低于母材，則沒(méi)有足夠的接頭強(qiáng)度；錯(cuò)邊及變形過(guò)大，同樣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成強(qiáng)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(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。

2.2 裂紋

裂紋按其產(chǎn)生的溫度和時(shí)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(xiǎn)的一種缺陷，不但會(huì)使產(chǎn)品報(bào)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(diǎn)共晶物和雜質(zhì)在結(jié)晶過(guò)程中，形成嚴(yán)重的晶內(nèi)和晶間偏析，同時(shí)在焊接應(yīng)力作用下，沿著晶界被拉開(kāi)，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(shuō)明書(shū)的規(guī)定進(jìn)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(guò)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(qiáng)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(huì)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，選擇低強(qiáng)度的焊條，使焊縫強(qiáng)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(kāi)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(jiàn)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(shí)熔池中的氣體在凝固中未能逸出而殘留下來(lái)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(shí)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(shuō)明書(shū)規(guī)定的時(shí)間和溫度進(jìn)行烘干，正確選擇焊接工藝參數(shù)，焊接過(guò)程中運(yùn)條方法適當(dāng)、焊接速度適中，可有效避免此類(lèi)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(shí)要選擇合適的焊接電流和焊接速度，電弧不能拉得太長(zhǎng)，焊條角度適當(dāng)，運(yùn)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(yàn)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(guò)程中不能?chē)?yán)格按照?qǐng)D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(guò)考試合格后持證上崗；其次是焊接工藝評(píng)定，焊接過(guò)程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照焊接工藝評(píng)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(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)的，材料質(zhì)量證明書(shū)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(shí)應(yīng)當(dāng)予以復(fù)驗(yàn)，焊接材料應(yīng)當(dāng)按要求進(jìn)行烘干，這是保證焊接質(zhì)量一個(gè)不能忽視的必要條件；最后是檢驗(yàn)工序，制造企業(yè)應(yīng)建立完整科學(xué)的工藝流程檢驗(yàn)工序，在每道工序完成之后，操作人員以及專(zhuān)檢人員均應(yīng)當(dāng)在流轉(zhuǎn)卡上進(jìn)行簽字確認(rèn)，以便追溯。

4 結(jié)論

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，客戶(hù)在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行選擇過(guò)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(shí)也對(duì)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(guò)程中，只有嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接操作，規(guī)范制造工序，嚴(yán)格檢驗(yàn)，方可保證鍋爐壓力容器的整體安全性能，同時(shí)也能夠在外觀質(zhì)量上提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

（責(zé)任編輯王 磊）

[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(jì)工程師培訓(xùn)教程[M].北京：新華出版社,2005.

[5] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

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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。