深冷壓力容器閉環縫內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)

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深冷壓力容器閉環縫內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)

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

深冷壓力容器，閉環縫，內咬邊缺陷，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、液態天然氣等低溫液化深冷氣體。因其存儲的介質具有溫度低、壓力高、助燃易燃等特殊性，要求內容器的內部保持絕對潔凈。制造過程中，內容器封閉前，容器內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縫(即內容器筒體壁板與上封頭焊接的最后一道環縫)的焊接。相對于常規采用的無墊板對接焊縫，帶墊板焊接過程中易出現根部缺陷，焊接一次合格率較低。有時甚至返修1次～2次才能合格，不但焊接質量不穩定，工期延長，而且墊板多次受熱可能會燒穿，影響內容器內部的清潔度。因此，分析帶墊板焊縫焊接產生的根部缺陷的類別及其原因，制定解決措施，對提高焊接生產效率，穩定焊接質量，縮短產品制造周期，提高產品穩定性和安全性至關重要。

1 焊接工藝的制定

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

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

表1 06Cr19Ni10的化學成分和機械性能

2)焊接方法的選擇。根據母材的化學成分和機械性能，結合閉環縫的焊接特點，以提高焊接生產效率的目的，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)焊接材料及參數的選擇見表2。

表2 焊接材料及參數的選擇

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

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，試驗結果均合格，此工藝可應用于正式產品的焊接。

2 實際產品焊接的應用結果

2.1 缺陷類別及出現頻率統計

按照產品制造標準，閉環縫焊接完畢，應按照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14個月拍攝的所有閉環縫的射線檢測結果的統計。

表3 閉環縫射線檢測結果

拍片結果顯示，閉環縫常出現的缺陷有氣孔、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，平均每月出現最頻繁的缺陷為未熔合缺陷，其不合格片數在總不合格片數中占比61%。

因此，提高閉環縫焊接一次合格率的關鍵是避免未熔合缺陷的出現。

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，在圖片白色發亮區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，在底片影像上則會呈現為黑色的直線。這種缺陷特征類似在焊縫外表面產生的咬邊。因在焊縫內部出現，可形象的稱之為“內咬邊”。

3 缺陷產生的原因分析

為什么會產生內咬邊缺陷，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，就在緊靠焊根外側的墊板上留下了一道溝槽，形成了“內咬邊”。顯然，間隙越大，形成內咬邊的頻率就越高。

4 避免焊縫內咬邊缺陷的措施

4.1 坡口的改進要求

根據以上原因分析，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，缺陷產生的可能性就越小；

2)筒體、封頭的坡口端必須是尖角，否則可能會產生間隙，增大缺陷出現的頻率。

4.2 修正錯誤的打磨方式

工藝執行過程中，發現以下兩種情況工人從內部打磨，形成了類似雙V的坡口型式(見圖5)，造成了間隙，增大了內咬邊缺陷出現的可能性。

1)外協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。

發現以后，要求工人必須從外部打磨處理碰傷面。如非要從內部打磨，則要注意打磨角度必須與內表面平齊，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，貼合情況得到大大改善。

5 改進結果

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

6 結語

1)閉環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，方能降低內咬邊缺陷出現頻率。

2)必須實際觀察工人的操作習慣，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，也會導致熔池液態金屬流溢而造成內咬邊的缺陷。

[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.帶墊板環焊縫根部缺陷解決辦法[J].焊接技術，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.環縫根部未熔合等缺陷的解決辦法[J].現代制造工程，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

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