淺談壓力容器焊接質(zhì)量控制因素

梁艷

摘 要：隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的焊接設(shè)備、焊接方法、焊接工藝，與此同時(shí)也產(chǎn)生了很多問題，因此需要對焊接質(zhì)量進(jìn)行更加嚴(yán)格的控制。該文從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5個(gè)因素出發(fā)，對壓力容器焊接質(zhì)量分別從人員因素控制、設(shè)備機(jī)械選用控制、材料因素控制和焊接工藝方法控制等方面進(jìn)行闡述、說明、分析，為提高壓力容器焊接質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：焊接；質(zhì)量控制；因素控制

中圖分類號(hào)： TG457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

近年來，隨著焊接技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中的重要工藝方法，焊接技術(shù)水平的高低在一定程度上反映出國家的工業(yè)水平，因此要對焊接質(zhì)量進(jìn)行更加嚴(yán)格控制，其控制基礎(chǔ)便是“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5個(gè)因素，有效地保證這5個(gè)因素才能保證壓力容器焊接質(zhì)量。

1 “人員”因素控制

焊接作業(yè)需要人去操控設(shè)備，使用工具、器材等，其中人是能動(dòng)的要素，充分發(fā)揮人的思維，利用人的生物能量及應(yīng)變能力是提高焊接質(zhì)量，保證焊接安全的重要因素。

1.1 焊接安全

由于焊接作業(yè)中存在著各種對操作者安全健康不利的客觀因素和焊接工缺乏經(jīng)驗(yàn)、心理因素影響以及違反操作規(guī)程等人為因素，會(huì)導(dǎo)致意外事故發(fā)生，危害自身的健康與安全，因此焊接安全就是從提高操作者的素質(zhì)、改善設(shè)備安全性能這2個(gè)方面出發(fā)，預(yù)防事故發(fā)生，維護(hù)焊工健康，保證設(shè)備安全生產(chǎn)。各種高生產(chǎn)率的焊接新技術(shù)、新工藝，只有在保證安全的前提下，才能夠被廣泛地推廣和應(yīng)用，才能更好地發(fā)揮其高效能，因此從某種意義上講焊接安全是保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。

1.2 焊工技能評定

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，只有經(jīng)過培訓(xùn)并考試合格的焊工才被允許從事壓力容器焊接操作，施焊操作的內(nèi)容僅限于合格證上寫明的項(xiàng)目，包括焊接方法、被焊接的母材、焊接位置及接頭形式等。焊工認(rèn)真執(zhí)行焊接工藝，按焊接工藝規(guī)定的持證上崗。

2 “設(shè)備機(jī)械”選用控制

對于壓力容器焊接，通常采用焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、氬弧焊等，隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展與焊接質(zhì)量要求的嚴(yán)苛、焊接效率的限制，迫使新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，與之相適應(yīng)的先進(jìn)設(shè)備也不斷被研制成功，大量的機(jī)械設(shè)備取代手工操作，自動(dòng)化焊接設(shè)備大量使用，顯著降低了生產(chǎn)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此焊接設(shè)備的選用對焊接質(zhì)量有著重要的影響，一般可按以下3個(gè)方面進(jìn)行選擇：1）焊接結(jié)構(gòu)要求，根據(jù)焊接材料特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸空間、焊接成型和焊接效率的要求進(jìn)行選用。如果焊接材料為普通低碳鋼，選用弧焊變壓器焊機(jī)即可；如果焊接材料要求低氫型焊條焊接，則要選用直流弧焊機(jī)。如耐熱合金和耐腐蝕合金，可選用惰性氣體保護(hù)焊機(jī)、電子束焊機(jī)、等離子弧焊機(jī)等。2）實(shí)際使用情況，不同的焊接設(shè)備，可以焊接同一焊件，這就要根據(jù)實(shí)際使用情況，選擇較為合適的焊接設(shè)備。對焊后不允許再加工或熱處理的精密焊件，應(yīng)選用能量集中、熱影響區(qū)較少、精密度高的電子束焊機(jī)。3）經(jīng)濟(jì)效益，在壓力容器焊接過程中，焊接設(shè)備的能耗是相對較大的。因此在選用焊接設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮在滿足工藝要求的前提下，盡可能選用耗電少、功率因素高的焊接設(shè)備。

3 “材料”因素控制

壓力容器焊接對質(zhì)量影響重要因素之一就是材料控制，其包括母材和焊接材料，二者是焊接前提，只有嚴(yán)格把控材料才能有效保證焊接質(zhì)量。母材的質(zhì)量控制，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣的要求選擇符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的材料鋼號(hào)，其化學(xué)成分、力學(xué)性能、幾何尺寸、外觀質(zhì)量應(yīng)滿足要求且材料的質(zhì)量證明書等文件齊全、準(zhǔn)確。材料入廠后還應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，一般復(fù)驗(yàn)項(xiàng)目有化學(xué)成分、力學(xué)性能和彎曲性能，對于有耐腐蝕要求的還應(yīng)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。焊接材料控制主要目的是確保焊接材料符合標(biāo)準(zhǔn)具有優(yōu)良的焊接質(zhì)量，其中焊接材料管理是材料質(zhì)量控制和焊接質(zhì)量控制的一個(gè)交匯點(diǎn)，在焊接材料管理控制環(huán)節(jié)中，有焊接材料采購、一級庫的管理、二級庫的管理等控制點(diǎn)，對于一、二級焊材庫的入庫、保管、出庫、烘干、發(fā)放、回收要防混、防潮、防銹，實(shí)現(xiàn)焊接材料使用的可追溯、可追蹤，確保焊接材料干燥，防止焊接時(shí)產(chǎn)生缺陷，保證焊接質(zhì)量。對于壓力容器無論母材還是焊接材料均應(yīng)具有：1）較好的綜合力學(xué)性能。2）具有良好的冶金質(zhì)量。3）具有良好的加工工藝性。

4 焊接“工藝方法”控制

4.1 焊接工藝試驗(yàn)

對于壓力容器選用材料，特別是工廠首次使用的應(yīng)進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，其中主要包括材料焊接性試驗(yàn)、焊接方法和焊接材料的選用驗(yàn)證、焊接工藝參數(shù)的確定、預(yù)熱。層間溫度、熱處理方案的確定并對焊縫和焊接接頭各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)和評定，在焊接工藝試驗(yàn)中，應(yīng)注意所確定的焊接方法和各項(xiàng)焊接參數(shù)對產(chǎn)品制造的可執(zhí)行性，以及所得焊縫和焊接接頭各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4.2 焊接工藝規(guī)程

根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)的結(jié)果，并結(jié)合產(chǎn)品焊縫的具體結(jié)構(gòu)編制產(chǎn)品焊縫的焊接工藝規(guī)程（WPS）。焊接工藝規(guī)程中應(yīng)包括壓力容器上每1條承壓焊縫的各項(xiàng)內(nèi)容，主要有被焊母材牌號(hào)及成分、母材厚度、焊接坡口形式及尺寸、焊接方法、焊接材料的牌號(hào)及其規(guī)格、焊接電流、焊接電壓、焊接速度、最低預(yù)熱溫度、最高層間溫度、熱處理方法、焊接操作程序、對焊縫的檢驗(yàn)方法及合格標(biāo)準(zhǔn)等。

4.3 焊接工藝評定

壓力容器焊接必須依據(jù)經(jīng)過評定合格的焊接工藝規(guī)程，并根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品的焊接評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工藝評定試驗(yàn)，編寫焊接工藝評定記錄（PQR）。若工藝評定試驗(yàn)的結(jié)果全部符合預(yù)定的評定要求，則認(rèn)為評定合格，可用于壓力容器焊接，若工藝評定試驗(yàn)的結(jié)果未能達(dá)到預(yù)定的評定要求，則認(rèn)為該評定的WPS不合格，不允許應(yīng)用到產(chǎn)品焊接，應(yīng)進(jìn)一步分析工藝試驗(yàn)結(jié)果，對焊接工藝規(guī)程進(jìn)行修改和補(bǔ)充，再進(jìn)行一次工藝評定試驗(yàn)。

5 “環(huán)境”因素控制

在壓力容器制造過程中應(yīng)該對焊接環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格控制，依照GB150與JB/T4709標(biāo)準(zhǔn)對焊接環(huán)境的要求：1）焊接環(huán)境溫度不得過低，不銹鋼材料焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境溫度低于0 ℃時(shí)，不允許焊接作業(yè)；但可以采取保溫、升溫措施，保證焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境溫度不低于5 ℃，對于一般碳鋼材料當(dāng)焊件溫度為-20 ℃～0 ℃時(shí)，應(yīng)將待焊接處及周邊100 mm范圍內(nèi)預(yù)熱到15 ℃以上，當(dāng)焊件溫度低于-20 ℃時(shí)，不宜焊接。2）焊接周邊風(fēng)速限制，對于氣體保護(hù)焊焊接風(fēng)速應(yīng)小于2 m/s，手工電弧焊風(fēng)速應(yīng)小于8 m/s，超過要求或焊接作業(yè)區(qū)若有串堂風(fēng)或鼓風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)采取防風(fēng)措施。3）焊接作業(yè)區(qū)的相對濕度不得大于90 %，應(yīng)盡量保持干燥。4）焊接作業(yè)現(xiàn)場不存在導(dǎo)電粉塵或現(xiàn)場地面金屬導(dǎo)電物質(zhì)占有系數(shù)大于20 %。

在不銹鋼設(shè)備加工、焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鐵離子和其他有害雜志的污染，由于不銹鋼材料表面覆有氧化膜，可對母材起到很好的保護(hù)作用，但不銹鋼表面容易被鐵末、鐵粉或鐵銹污染，鐵粉與母材附近氧氣反應(yīng)造成此處不銹鋼氧化膜的自然形成難度增大，鐵氧化后形三氧化二鐵等物質(zhì)與空氣中二氧化碳的溶解，這就在鐵和不銹鋼之間形成了1個(gè)碳酸性缺氧環(huán)境，并伴隨著三價(jià)鐵離子的電解質(zhì)環(huán)境，不銹鋼表層的不完整氧化膜在該電解質(zhì)環(huán)境中，氧化膜和裸露的母材之間組成了原電池，從而使基體遭受腐蝕容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。因此不銹鋼材料在制造過程中應(yīng)有獨(dú)立且配備必要的環(huán)境保護(hù)措施，應(yīng)與碳鋼產(chǎn)品嚴(yán)格隔離，不銹鋼焊接場地必須保持清潔、干燥、地面鋪設(shè)橡膠或木質(zhì)墊板，在起吊、運(yùn)輸過程中宜采用繩制或橡膠材料吊纜，避免磕碰劃傷。

6 結(jié)語

隨著新焊接設(shè)備、新方法、新工藝的不斷應(yīng)用，焊接質(zhì)量得到更大、更有效地提升，因此做好焊接控制尤為重要，為壓力容器焊接發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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