如何提高壓力容器制造過程中焊接質(zhì)量

孫波 劉杰

摘 要：焊接工作作為壓力容器制造過程中最為重要的施工環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的好壞從根本上決定了壓力容器質(zhì)量的高低。然而目前并沒有一項(xiàng)技術(shù)能夠在對(duì)壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，能夠?qū)附拥馁|(zhì)量進(jìn)行全面的檢測(cè)，焊接的質(zhì)量通過會(huì)體現(xiàn)在產(chǎn)品的整個(gè)制造過程中。因此對(duì)于壓力容器而言焊接質(zhì)量是其根本保證。本文針對(duì)壓力容器中的焊接質(zhì)量進(jìn)行深入的分析，并從焊前準(zhǔn)備、焊接質(zhì)量控制以及焊接后檢驗(yàn)與測(cè)試3個(gè)方面入手，旨在研究如何將壓力容器中的焊接質(zhì)量有效的提高。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊接質(zhì)量；措施

0 引言

近年來，我國焊接技術(shù)的發(fā)展隨著科技水平的提高也在不斷的提高。目前我國是世界焊接生產(chǎn)大國，焊接技術(shù)作為壓力容器制造過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與壓力容器的質(zhì)量有著直接的聯(lián)系，因此保證焊接質(zhì)量同時(shí)也在保障壓力容器的制造質(zhì)量。本文著重介紹了焊接在壓力容器制造過程中的重要性，并就壓力容器中存在的不足之處，提出有效的改善措施。

1 焊接在壓力容器制造過程中的重要性

焊接技術(shù)在壓力容器生產(chǎn)的過程中發(fā)揮著重要的作用，不管是設(shè)計(jì)過程，還是制造過程亦或安裝過程，都會(huì)用到焊接技術(shù)。此外，壓力容器完成后的運(yùn)行狀態(tài)以及使用壽命等因素都會(huì)受到壓力容器設(shè)計(jì)過程中選擇的焊接接頭以及焊接質(zhì)量的好壞的影響。因此要求壓力容器的焊接質(zhì)量即要滿足安全性的要求，同時(shí)也要具有經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。

對(duì)于壓力容器而言，在其設(shè)計(jì)過程中最重要的2個(gè)因素，一是容器介質(zhì)的特性，二是設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)參數(shù)。在考慮了這兩個(gè)因素之后，才能選擇壓力容器制造所需要的材料，而這材料在選擇過程中要結(jié)合材料介質(zhì)的物理性能以及化學(xué)性能兩個(gè)特性來確定材料，從而對(duì)壓力容器每個(gè)主要的受壓部件的焊接接頭形式進(jìn)行正確合理的選擇。而這則是控制壓力容器焊接質(zhì)量最為關(guān)鍵的地方。此外，在設(shè)計(jì)壓力容器的過程中，焊接接頭的選擇應(yīng)當(dāng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的施工人員進(jìn)行選擇，遮陽才能確保焊接接頭的正確性。從而減少工人操作的難度，并在其他條件不變的基礎(chǔ)上，確保焊接強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)。另外，要對(duì)焊接工作中的標(biāo)準(zhǔn)十分熟悉，這樣能夠在面對(duì)突發(fā)情況或者出現(xiàn)問題時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的焊接接頭以及焊接方式。

2 壓力容器制造過程中焊接存在的問題

（1）幾何缺陷是在焊接過程中最常見的問題，主要由錯(cuò)邊以及角變形錯(cuò)邊兩種情況。錯(cuò)邊產(chǎn)生原因在于組裝壓力容器時(shí)，產(chǎn)生的兩個(gè)焊接在厚度方向上出現(xiàn)了錯(cuò)位，這一問題加大壓力容器的應(yīng)力，從而對(duì)其焊接工作埋下安全隱含。

（2）在焊接過程中，除了幾何缺陷之外，表面缺陷也是其中最為嚴(yán)重的問題，表面缺陷中咬邊問題會(huì)嚴(yán)重影響到焊接質(zhì)量。咬邊問題產(chǎn)生的原因主要是由于焊趾原因，從而導(dǎo)致母材部分出現(xiàn)凹陷或者溝槽。造成咬邊出現(xiàn)的因素有許多中，焊接過程中電流過大或者是焊機(jī)軌道不平整是焊接的速度太快等，都會(huì)出現(xiàn)咬邊情況，從而對(duì)焊接技術(shù)產(chǎn)生影響。

（3）焊接過程中還容器出現(xiàn)氣孔，而氣孔的產(chǎn)生主要是由在焊接過程中熔池里出現(xiàn)凝固時(shí)不能排除的氣泡而產(chǎn)生的。氣孔的出現(xiàn)對(duì)于焊縫的焊接輕度以及氣密性都會(huì)帶來不良的影響。而氣孔的產(chǎn)生同樣有許多的原因，例如焊接過程中，電弧過長，焊接速度過快；坡口有贓物等。

（4）在焊接過程中會(huì)出現(xiàn)夾渣，而夾渣的存在會(huì)降低焊縫性能，影響其疲勞強(qiáng)度，從而降低產(chǎn)品的使用壽命。

（5）焊接裂紋也是壓力容器焊接中比較常見又最致命的問題，特別是對(duì)于一些焊接性能差的材料或異種鋼對(duì)接材料出現(xiàn)的幾率非常大。

（6）未焊透、未熔合等情況在壓力容器焊接制造過程中，也是其中常見的問題。主要表現(xiàn)為接頭根部不完全溶透等情況。

3 提高焊接質(zhì)量的措施

綜合上述的一些問題以及帶來的嚴(yán)重后果，在壓力容器制造過程中提高焊接質(zhì)量顯得尤為重要。

3.1 焊接前準(zhǔn)備工作

從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面進(jìn)行檢查、控制。

（1）焊工資格的檢查。

檢查焊工資格是否在有效期內(nèi)，考試項(xiàng)目是否與實(shí)際焊接相適應(yīng)。參與壓力容器焊接工序的焊工，必須按照《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》（TSG Z6002-2010）取得相應(yīng)的焊接項(xiàng)目資格，才能上崗，進(jìn)行焊接操作。

（2）焊接設(shè)備的檢查

常見的有氬弧焊機(jī)、埋弧焊機(jī)、焊接電源、焊條烘干設(shè)備以及焊縫熱處理裝置等設(shè)備，焊接設(shè)備的檢查包括焊接設(shè)備的型號(hào)、電源極性是否符合工藝要求，弧焊電源、電纜、氣管和送絲裝置等焊接輔助工具，安全防護(hù)等是否完好齊全。此外，安裝在設(shè)備上電流表、電壓表，是否是在有效的檢定周期內(nèi)。合格的等輔助設(shè)施，能夠?yàn)樘岣咴O(shè)備的工作效率提供有力的條件，從而為保證焊接質(zhì)量以及焊接效率打下良好的基礎(chǔ)。

（3）原材料的檢查

所謂原材料，主要是指母材、焊條（焊絲）、焊劑、保護(hù)氣體、電極等。使用之前需要檢查合格證，及是否與國家標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求相符合，檢查包裝是否破損、過期等。尤其是要對(duì)母材、焊材的檢查，看其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是否符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，還有焊材的保管也很重要，必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器的焊接質(zhì)量與焊接材料的質(zhì)量有著直接的聯(lián)系，能夠直接影響到壓力容器的使用質(zhì)量以及使用期限。因此要對(duì)焊接材料的使用進(jìn)行嚴(yán)格的管理，通過完善的材料使用系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行有序的發(fā)放使用或者回收。

（4）技術(shù)文件的檢查

在焊接工序開始前，首先要有相應(yīng)的焊接工藝和焊接工藝評(píng)定，檢查焊接工藝評(píng)定是否能夠覆蓋到焊接工藝。另外，焊接工藝中焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理、便于施焊，從而保證焊接質(zhì)量。對(duì)于新材料、新技術(shù)、新工藝是否按照《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG R0004-2009）中1.9的內(nèi)容進(jìn)行技術(shù)評(píng)審。

（5）焊接環(huán)境的控制

焊接環(huán)境在焊接質(zhì)量控制中也是最關(guān)鍵的一環(huán)，一般情況在車間內(nèi)部生產(chǎn)壓力容器時(shí)，焊接要注意防塵，相對(duì)濕度不能過大。焊接前后溫度的控制要嚴(yán)格按照焊接工藝要求進(jìn)行。具體要求可按照GB150.4-2011中7.1節(jié)的內(nèi)容。

3.2 焊接中過程控制

（1）焊接工藝

焊接工藝包括焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)范（電流I、電壓V、線能量E焊接坡口、焊接順序、焊接變形及焊接溫度的控制。

焊接工藝員要在深入了解壓力容器設(shè)計(jì)圖的基礎(chǔ)上對(duì)壓力容器實(shí)施焊接，這樣能夠保證壓力容器的焊接效果與設(shè)計(jì)圖紙需求一致。同時(shí)還可以結(jié)合壓力容器的技術(shù)條件以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等多方面的因素編制出符合工程焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的焊接作業(yè)指導(dǎo)書。

對(duì)于焊接坡口，在加工時(shí)，盡量采用機(jī)械加工等冷加工的方式，能夠更好的保證坡口加工的效果，進(jìn)而保證焊接的質(zhì)量。清理工作在坡口加工完成之后施焊之前進(jìn)行，主要針對(duì)坡口表面中的氧化皮、油污、熔渣等問題進(jìn)行處理。另外在壓力容器筒節(jié)組對(duì)前要確認(rèn)坡口的加工質(zhì)量以及清理質(zhì)量合格。

容器筒節(jié)的組對(duì)定位裝配不能進(jìn)行強(qiáng)力裝配，如果裝配尺寸相差超出要求，應(yīng)該暫停裝配工序，查找筒節(jié)變形最嚴(yán)重的部位，進(jìn)行重新校正。組對(duì)的間隙以及鈍邊大小進(jìn)行選擇的過程中要保證其正確性，如若不然則會(huì)導(dǎo)致焊接中出現(xiàn)內(nèi)凹、焊瘤以及為焊透等問題的出現(xiàn)，從而影響焊接質(zhì)量。此外，一方面要保證組對(duì)間隙大小一致，以及定位時(shí)筒體內(nèi)壁的平整性，另一方面錯(cuò)邊量應(yīng)當(dāng)小于竹壁厚度的25%。而對(duì)于壁厚不相等的問題，我們一般采用修磨的方式對(duì)壁厚進(jìn)行過渡。最后在進(jìn)行定位焊，其過程中用到的焊接材料以及焊接方式，與根部道焊接作業(yè)中的相同。

（2）焊接缺陷

生產(chǎn)制造過程中，主要有表面缺陷、氣孔和夾渣、裂紋，在焊接操作過程中，要求焊工責(zé)任心強(qiáng)，要細(xì)心操作，遇到缺陷要及時(shí)按照焊接返修工藝及時(shí)處理。

壓力容器焊接過程中的表面缺陷，常見的問題主要分為三類，一是焊縫形狀的缺陷，二是角焊縫的尺寸和規(guī)定值不相符，三是咬邊和未焊透等問題。這些問題都屬于焊縫表面的缺陷。首先，角焊縫尺寸與規(guī)定值不符，焊工操作過程中運(yùn)條、縱橫向的擺動(dòng)，以及焊接速度不均勻的現(xiàn)象是造成焊縫形狀缺陷的主要原因；焊縫中的咬邊問題產(chǎn)生的主要原因在于焊接參數(shù)存在誤差；而焊縫的未焊透問題則是有許多原因造成的，主要由鈍邊太大、焊接時(shí)的電流太小，速度過快等。想要改善焊接時(shí)焊縫的質(zhì)量，要對(duì)癥下藥。對(duì)于由于不同原因造成的不同的表面缺陷，可以結(jié)合壓力容器采用的施工材料、板厚以及接頭形式等多種因素，選擇合適的焊接規(guī)范。

焊接氣孔，在焊接過程中也經(jīng)常出現(xiàn)，而氣孔的產(chǎn)生主要是由在焊接過程中熔池里出現(xiàn)凝固時(shí)不能排除的氣泡而造成的。同時(shí)在焊接過程中，由于熔渣留在焊縫中從而形成夾渣。氣孔和夾渣都會(huì)對(duì)焊接的質(zhì)量造成影響，因此為了提高焊接質(zhì)量最直接有效的方法就是消除氣孔以及夾渣。而想要達(dá)到消除氣孔和夾渣的目的，有以下幾種方法；在焊接過程中，焊接電流以及焊接速度都要保持適中的狀態(tài)；保證焊條的質(zhì)量等。

焊接接頭中存在的裂紋對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)而言會(huì)產(chǎn)生破壞性的作用。為了保證焊接的質(zhì)量，我們可以從兩個(gè)方面入手對(duì)焊接裂紋進(jìn)行相應(yīng)的控制，一是焊接工藝二是冶金。對(duì)于焊接工藝，我們首先要選擇合適的焊接能量，在焊接前要進(jìn)行預(yù)熱，焊接完成后要進(jìn)行緩冷以及熱處理。在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)確保其合理性，能夠防止應(yīng)力過于集中而給焊接帶來過大的壓力；坡口形狀應(yīng)當(dāng)保持對(duì)稱。對(duì)于冶金方面，我們?cè)谶x擇焊接材料時(shí)，盡可能選擇含碳量較低的金屬。此外，焊工要結(jié)合實(shí)際的焊接情況對(duì)焊接工藝進(jìn)行合理處理。

3.3 焊后熱處理

焊后熱處理的作用是消除焊接產(chǎn)生的熱應(yīng)力、均勻焊縫和熱影響區(qū)的組織、細(xì)化焊縫和熱影響區(qū)的晶粒、排除焊縫在焊接過程中產(chǎn)生的氫脆、通過熱處理可以使焊縫金屬與母材金屬更好的融合，尤其是焊接用材與母材的鋼號(hào)不一致，可通過加熱擴(kuò)散，更好的結(jié)合。然而，并不是所有的焊縫都需要進(jìn)行焊后熱處理，是否需焊后熱處理，根據(jù)材料（包括母材和焊材）、焊縫厚度、焊接方法而定，具體要求可參考《承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程》（GB/T 30583-2014）中規(guī)定。

4 結(jié)束語

焊接質(zhì)量在壓力容器制造過程中占有重要的地位。想要保證壓力容器的質(zhì)量，就要確保焊接的質(zhì)量，兩者之間是不可分割的關(guān)系。目前我國并沒有能夠?qū)附淤|(zhì)量進(jìn)行全面檢測(cè)的技術(shù)，因此焊接的質(zhì)量體現(xiàn)在壓力容器制造過程中，因此在焊接過程中按照相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行操作，才能確保焊接質(zhì)量。

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（作者單位：德陽市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所）