壓力管道安裝焊接質量的安全評定

王鐵軍

（哈爾濱市安裝公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 引言

壓力管道被廣泛應用在石油化工、冶金、電力和醫藥等行業，同時壓力管道也向大型化、多樣化、復雜化發展。無論是國產壓力管道還是進口壓力管道，都不可避免地存在不同程度的缺陷，而且壓力管道在使用過程中還會因為載荷、介質等各種因素的影響，萌生出新的缺陷。壓力管道安裝工程具有一次性和現場條件復雜惡劣等特點,因此,其質量安全評定是至關重要的,其中焊接過程的質量安全評定對保證壓力管道工程的安裝質量起著至關重要的作用。

2 壓力管道安全評定方法

2.1 安全評定的理論基礎

由于焊接工藝本身的特點，焊接接頭在形成過程中經歷極其復雜和不均勻的熱過程，致使焊后接頭存在較大的殘余應力和變形、幾何不連續性和力學性能的不均勻性，同時在焊接接頭也容易產生各種焊接缺陷，如裂紋、夾渣、氣孔、咬邊等，這些缺陷的存在和發展往往會導致結構的失效與斷裂，但焊接接頭形成過程中缺陷是不可避免的。工程實踐表明，并非所有缺陷都會導致結構的失效，也就是說缺陷滿足一定條件是對結構無害的。

2.2 國內外壓力管道安全評定的研究狀況

國外壓力管道安全評定研究始于70年代，它起源于核電站壓力管道，一方面由于核電站的安全性要求較高，另一方面核電站中的事故常發生于壓力管道的泄漏或爆破。因此美、德、日等發達國家相繼開展了壓力管道的研究。美國以管理委員會為領導，在BattleColumbusLab等研究機構參與下相繼開展了一系列研究，進入80年代后，相繼完成了“退化管研究計劃”和“管道與管道焊縫中短裂紋研究計劃”，這為以后制定ASME規范第VI篇，打下了一定基礎。美國電力研究院(EPR工)完成的一系列研究使J積分理論走向工業化，并已成熟地用于焊接結構中缺陷的安全評定。德國壓力管道的研究是在德國核反應堆安全委員會組織下，以國立材料研究所為代表，提出了基本安全概念和防止斷裂評定概念，這己成為德國壓力管道安全評定的指導性文件。隨著研究的深入，研究花費越來越巨大，包括日本，法國，美國，德國在內的多個國家成立了“國際管道完整性研究工作組”，由各成員國出資，聯合開展研究，研究成果共享，在研究中得到了一些有意義的結論。工作組成立以來，己開展了兩項研究計劃工P工RG一工和工PIRG一H等“”，這兩項計劃是在過去各國開展直管研究的基礎上，進行管系的試驗研究。在國內，針對我國壓力容器、壓力管道長期存在的共性問題，多個科研院所的科學家們總結、繼承和吸收了國內外鍋爐壓力容器安全評定的理論、技術實踐和經驗，1984年我國便發布了“壓力容器缺陷評定規范“(CVDA一84)，它以COD理論為基礎，反映了當時國內外的技術水平。2004年我國又制定出“在用含缺陷壓力容器安全評定“標準，它采用失效評定圖技術，規范了壓力容器安全評定的技術方法，在提高我國壓力容器安全評定總體水平的同時，也提高了壓力容器的安全性和經濟性。

2.3 國外壓力管道安全評定的發展趨勢

就目前而言，國際上對含缺陷壓力管道的試驗研究和安全評定的研究工作正方興未艾，并在不斷的深入，在該領域的研究大致有三大趨勢：

2.3.1 工程化，許多學者正在致力于評定方法適合于工程應用的需要，從復雜三維有限元計算，到彈塑性斷裂力學的評定。在彈塑性斷裂力學評定中，采用簡化歸納、實驗驗證使之滿足工程實用性。

2.3.2 可靠性，在工程實際中，無論是管子的尺寸、缺陷的大小，還是材料性能參數都不是確定值，而是以一定的分布規律分布的。隨著可靠性理論的應用，對壓力管道的缺陷評定結果也提出了可靠性指標。如Hong，.Y.等人以疲勞裂紋擴展為機理，考慮參數不確定性，分別用Paris公式計算裂紋在深度和長度方向的隨機擴展，在壓力管道的先漏后爆評定中，得到了壓力管道的泄漏概率和爆破概率。

2.3.3 智能化，隨著計算機技術的發展，目前國際上管道安全評定方法都向智能化方向發展，如德國MPA編制的ELBA專家系統，用于帶縱向裂紋管道的安全評定;ESR專家系統，用于高溫構件管子、管系及部件等壽命的預測;美國的BMW專家系統用于鍋爐管失效分析。

2.4 國內壓力管道安全評定的發展趨勢

我國壓力管道安全評定的研究工作起步較晚，但近年來引起了人們的高度重視。由于我們有較扎實的斷裂力學的理論基礎，又有國外大量的研究成果可以借鑒，因此起步水平較高，發展較快，根據我國情況，其發展可從下面幾方面深入。

2.4.1 國產化，就是根據我國的情況來制訂研究計劃。國外該領域的研究主要集中在核電工業，其材料主要是核管道用材。而我國，核電工業剛剛開始不久，當然我們可以進行這方面的研究，作為技術儲備。但研究更應該面對石油、化工及民用工程如城市煤氣等中管道的研究，以大大減少這些領域內管道產生災難性事故的發生率。

2.4.2 工程化，除評定方法更簡便、更適合于工程應用外，更值得指出的是，從工程實際出發開展研究，得出更符合工程實際情況的結論。國外研究目前都集中在含裂紋的管道，但從我國管道檢測的大量結果看，其中咬邊、未焊透、夾渣及氣孔等缺陷更為普遍，因此研究含咬邊、氣孔等缺陷管道的失效行為更符合工程實際。

2.4.3 智能化，隨著計算機應用的逐步普及，智能化必然成為管道安全評定的發展方向，我國應當跟上世界發展的潮流，與世界同步。

3 安全評定內容

3.1 焊接管理制度

應有滿足工程需要的焊接工藝評定壓力管道焊接工藝評定一般按JB 4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》的要求進行，焊材的保存、烘干、領用、發放和回收應符合有關規定，焊工應有相應的資格項目,并在有效期內，應根據焊接工藝評定編制焊接工藝規程,管口加工及組對應符合工藝要求，施焊時工藝參數應符合焊接工藝規程，焊接完成后需及時作好焊接記錄，焊縫外觀應經檢驗合格。評定中對工藝評定檔案是否完整，評定試樣的數量及彎曲試驗的彎曲角度和彎心直徑，試樣上有無評定編號標記,評定能否有效覆蓋，焊工有無超項焊接，焊材庫的溫濕度是否達到要求,焊條有無烘干并作好記錄等應重點檢查。

3.2 焊接工藝文件

對于壓力管道的焊接用工藝文件,除了工程施工技術方案外，還應編制專門的焊接作業指導書。壓力管道焊接作業指導書應由專業焊接工藝人員編制，由焊接與熱處理責任師審批。壓力管道焊接作業指導書應根據圖樣要求和事先按有關施工與驗收規范完成的相應焊接工藝評定進行編制，應按整個壓力管道工程中遇到的各種焊縫連接形式分別規定相應的坡口要求、焊接位置、焊前預熱、焊材選取、層間溫度、焊接層數、焊接道數、施焊電流、施焊電壓、焊后熱處理、焊工資格、檢驗與無損檢測要求以及對其中固定焊、障礙焊的特別工藝措施。

3.3 持證焊工

從事壓力管道受壓元件焊接的焊工,應按“鍋爐壓力容器焊工考試規則“及本單位焊工考試管理制度的要求,經規定的基本知識和操作技能考試合格后,憑市地質量技術監督部門頒發的“焊工合格證“在有效期內進行相應項目的焊接工作,不允許“超期“或“無證“上崗。壓力管道安裝單位一般不宜臨時借用外聘焊工,特殊情況必須時也應達到上述要求,并與其簽訂書面合同明確質量責任。

結語

大型壓力管道在生產和安裝過程中，難免要產生焊接缺陷，焊接缺陷的存在減小了焊接接頭承載截面的有效面積，使截面應力增加，更重要的是在缺陷周圍產生了嚴重的應力集中。因此，焊接缺陷對結構的靜載強度、疲勞強度、脆性斷裂以及抗應力腐蝕開裂都有重大的影響。因此，對含有缺陷壓力管道進行安全評定就顯得尤為重要。

[1]GB50236-1998.現場設備.工業管道焊接工程施工及驗收規范.

[2]國家質量技術監督局.壓力容器安全技術監察規程.北京:中國勞動社會保障出版社,1999.

[3]劉明.大型壓力管道焊接缺陷的強度分析與安全評定.西南交通大學碩士學位論文.2008.7