楊 惠 榮

(北京合力清源科技有限公司，北京 102100)

·機械與設(shè)備·

深冷壓力容器閉環(huán)縫內(nèi)咬邊缺陷的解決辦法

楊 惠 榮

(北京合力清源科技有限公司，北京 102100)

通過統(tǒng)計深冷壓力容器閉環(huán)縫焊接的一次合格率，確定了深冷壓力容器閉環(huán)縫內(nèi)咬邊缺陷產(chǎn)生的類別及頻率，并針對缺陷的產(chǎn)生原因，提出了具體的防治措施，達到了改善焊接質(zhì)量的目的。

深冷壓力容器，閉環(huán)縫，內(nèi)咬邊缺陷，焊接工藝

0 引言

深冷壓力容器主要用于儲運液氧、液氮、液氬、液態(tài)天然氣等低溫液化深冷氣體。因其存儲的介質(zhì)具有溫度低、壓力高、助燃易燃等特殊性，要求內(nèi)容器的內(nèi)部保持絕對潔凈。制造過程中，內(nèi)容器封閉前，容器內(nèi)表面均要進行氧級清洗，達到脫脂、除銹、干燥的目的。清洗之后方能進行帶墊板閉環(huán)縫(即內(nèi)容器筒體壁板與上封頭焊接的最后一道環(huán)縫)的焊接。相對于常規(guī)采用的無墊板對接焊縫，帶墊板焊接過程中易出現(xiàn)根部缺陷，焊接一次合格率較低。有時甚至返修1次～2次才能合格，不但焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，工期延長，而且墊板多次受熱可能會燒穿，影響內(nèi)容器內(nèi)部的清潔度。因此，分析帶墊板焊縫焊接產(chǎn)生的根部缺陷的類別及其原因，制定解決措施，對提高焊接生產(chǎn)效率，穩(wěn)定焊接質(zhì)量，縮短產(chǎn)品制造周期，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。

1 焊接工藝的制定

閉環(huán)縫施焊前，必須按照《承壓設(shè)備焊接工藝評定》進行焊接工藝評定，評定合格后方可適用于正式產(chǎn)品的焊接。

1)內(nèi)容器材料(母材)的成分和機械性能。國內(nèi)通常選用06Cr19Ni10，化學(xué)成分和機械性能見表1。

表1 06Cr19Ni10的化學(xué)成分和機械性能

2)焊接方法的選擇。根據(jù)母材的化學(xué)成分和機械性能，結(jié)合閉環(huán)縫的焊接特點，以提高焊接生產(chǎn)效率的目的，采用鎢極氬弧焊點焊，熔化極氣體保護焊打底，埋弧自動焊填充、蓋面。

3)焊接材料及參數(shù)的選擇見表2。

表2 焊接材料及參數(shù)的選擇

4)焊接坡口的選擇。選用V型無鈍邊帶墊板的型式，坡口角度為60°，組對間隙4 mm～6 mm。

5)焊接工藝評定結(jié)果的驗證。按以上參數(shù)焊接試板后，按照NB/T 47013.2—2015進行100%射線檢測，結(jié)果合格。

按照GB/T 228進行拉伸試驗，GB/T 2653進行彎曲試驗，GB/T 229進行沖擊試驗，試驗結(jié)果均合格，此工藝可應(yīng)用于正式產(chǎn)品的焊接。

2 實際產(chǎn)品焊接的應(yīng)用結(jié)果

2.1 缺陷類別及出現(xiàn)頻率統(tǒng)計

按照產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)，閉環(huán)縫焊接完畢，應(yīng)按照NB/T 47013.2—2015進行100%射線檢測，Ⅱ級合格。表3是一家深冷壓力容器制造商連續(xù)14個月拍攝的所有閉環(huán)縫的射線檢測結(jié)果的統(tǒng)計。

表3 閉環(huán)縫射線檢測結(jié)果

拍片結(jié)果顯示，閉環(huán)縫常出現(xiàn)的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、表面缺陷等四種缺陷。月焊接一次合格率最好時為93.26%，最差時僅為63.61%。四種缺陷中，平均每月出現(xiàn)最頻繁的缺陷為未熔合缺陷，其不合格片數(shù)在總不合格片數(shù)中占比61%。

因此，提高閉環(huán)縫焊接一次合格率的關(guān)鍵是避免未熔合缺陷的出現(xiàn)。

2.2 缺陷位置的判定

選取含有未熔合缺陷的射線底片進行分析，如圖1所示，在圖片白色發(fā)亮區(qū)域的中心有一道從左至右若有若無的黑線，黑線略直，這是未熔合的缺陷。且其位于焊縫正中心的位置，判斷其實際位置在焊縫根部。

2.3 缺陷的剖面分析

在缺陷位置截取一塊試樣，對焊縫剖面進行宏觀分析，拍照如圖2所示。在焊縫根部兩側(cè)與墊板連接處都有一道溝槽。溝槽尖銳的地方沿著焊縫方向連續(xù)，在底片影像上則會呈現(xiàn)為黑色的直線。這種缺陷特征類似在焊縫外表面產(chǎn)生的咬邊。因在焊縫內(nèi)部出現(xiàn)，可形象的稱之為“內(nèi)咬邊”。

3 缺陷產(chǎn)生的原因分析

為什么會產(chǎn)生內(nèi)咬邊缺陷，如圖3所示，焊接過程中，隨著電弧的移動，被焊工件和墊板的部分金屬均受熱熔化，與焊材熔化金屬一起形成了熔池液體金屬。其在電弧吹力的作用下向兩邊發(fā)生流動，若在墊板和筒體、封頭之間存在一定間隙，則熔池金屬會沿著墊板邊緣流溢。這樣，就在緊靠焊根外側(cè)的墊板上留下了一道溝槽，形成了“內(nèi)咬邊”。顯然，間隙越大，形成內(nèi)咬邊的頻率就越高。

4 避免焊縫內(nèi)咬邊缺陷的措施

4.1 坡口的改進要求

根據(jù)以上原因分析，坡口改進如下(見圖4)：

1)要求墊板與筒體、封頭之間無間隙，貼合越緊密，缺陷產(chǎn)生的可能性就越??；

2)筒體、封頭的坡口端必須是尖角，否則可能會產(chǎn)生間隙，增大缺陷出現(xiàn)的頻率。

4.2 修正錯誤的打磨方式

工藝執(zhí)行過程中，發(fā)現(xiàn)以下兩種情況工人從內(nèi)部打磨，形成了類似雙V的坡口型式(見圖5)，造成了間隙，增大了內(nèi)咬邊缺陷出現(xiàn)的可能性。

1)外協(xié)加工的封頭在運輸過程中，坡口端面未進行良好保護，坡口面碰傷處理。

2)筒體板材在下料、開坡口、卷制、輥圓、焊接等工序中，坡口面尖角碰傷處理。

發(fā)現(xiàn)以后，要求工人必須從外部打磨處理碰傷面。如非要從內(nèi)部打磨，則要注意打磨角度必須與內(nèi)表面平齊，不能形成夾角。

4.3 改進裝焊工藝減小貼合間隙

改進后的裝焊工藝如圖6所示。先將墊板圈點焊在封頭上，并使墊板與封頭之間緊密貼合，無間隙。同時將墊板與封頭相結(jié)合的焊縫根部用φ3.2 mm焊條小電流、快速施焊一周，墊板一側(cè)的焊腳高度控制在3 mm～5 mm左右。

筒體周長放樣按封頭實測周長減去3 mm～4 mm，這樣卷制的筒體與墊板組裝后間隙能控制在0.3 mm范圍內(nèi)，貼合情況得到大大改善。

5 改進結(jié)果

工藝改進一段時間之后，內(nèi)咬邊缺陷出現(xiàn)的頻率明顯降低，隨機取樣做焊縫剖面如圖7所示。

6 結(jié)語

1)閉環(huán)縫帶墊板焊接工藝實施過程中，必須控制筒體、封頭與墊板之間無間隙，方能降低內(nèi)咬邊缺陷出現(xiàn)頻率。

2)必須實際觀察工人的操作習(xí)慣，修正不正確的打磨方式，確保坡口尖角不被破壞。

3)采用新的裝焊工藝能夠有效減小間隙的大小。

4)間隙控制的同時，必須按照評定合格的焊接電流、電壓和速度進行焊接，否則過慢的焊接速度，過大的焊接電流，也會導(dǎo)致熔池液態(tài)金屬流溢而造成內(nèi)咬邊的缺陷。

[1] GB/T 18442.4—2011，固定式深冷壓力容器——第4部分：制造[S].

[2] 袁建偉.帶墊板環(huán)焊縫根部缺陷解決辦法[J].焊接技術(shù)，1991(3)：45.

[3] 曾向明.工藝因素對帶墊板單面焊焊縫背面成形的影響[J].焊接，1991(3)：19-22.

[4] 孟凡力.環(huán)縫根部未熔合等缺陷的解決辦法[J].現(xiàn)代制造工程，2001(10)：50.

[5] 任青山.如何防止帶墊板焊接接頭的“內(nèi)咬邊”缺陷[J].焊接，1991(12)：22.

The solution method of cryogenic pressure vessel closed-loop seam internal undercut defects

Yang Huirong

(BeijingHeliQingyuanTechnologyLimitedCompany,Beijing102100,China)

Through the statistical a qualified rate of cryogenic pressure vessel closed-loop seam welding, this paper determined the type and frequency generated by cryogenic pressure vessel closed-loop seam internal undercut defects, and according to the reasons of defects, put forward specific control measures, to improve the quality of welding.

cryogenic pressure vessel, closed-loop seam, internal undercut defect, welding process

1009-6825(2017)05-0214-03

2016-12-05

楊惠榮(1978- )，女，工程師

TQ051.3

A