壓力容器焊接工藝評(píng)定常見問題分析及解決措施

楊帆(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院泰州分院泰興所，江蘇 泰州 225400)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國科學(xué)技術(shù)水平有了顯著提升，各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展均離不開科技的支持，在焊接工藝中也是如此，尤其是在面對(duì)壓力容器這類設(shè)備時(shí)，焊接質(zhì)量的好壞直接決定了產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)，所以必須要重視起焊接這一環(huán)節(jié)，以此保證設(shè)備的安全運(yùn)行，這需要施工單位做出一定努力完善焊接，首先，在焊接工作開展之前，相關(guān)單位必須要做好前期準(zhǔn)備工作，根據(jù)實(shí)際情況焊接工藝評(píng)定，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制而成的預(yù)焊接工藝規(guī)程，在此項(xiàng)工作完成之后，就可以進(jìn)行試件、取樣以及檢驗(yàn)等一系列工作，由此來試驗(yàn)焊接情況是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)最終結(jié)果做出評(píng)價(jià)，形成焊接工藝評(píng)定報(bào)告，以此對(duì)焊接工藝完成進(jìn)一步評(píng)定，盡可能保證焊接工藝的準(zhǔn)確性。但是在擬定的焊接工藝中，焊接的試件與實(shí)際應(yīng)用的有所不同，因此對(duì)于焊接位置等一系列情景也不需要模擬實(shí)際場(chǎng)景，在焊接工藝中，真正會(huì)影響到焊接質(zhì)量的因素也有很多，為了確保焊接的最終質(zhì)量不受到影響，必須要編制出相應(yīng)的焊接工藝規(guī)程，并且嚴(yán)格按照焊接流程完成工作，以此來促進(jìn)焊接工藝的進(jìn)一步發(fā)展。

1 壓力容器的焊接工藝評(píng)定問題

焊接工藝評(píng)定的原則實(shí)際需要從焊接方法、母材類別、填充金屬、熱處理等影響評(píng)定的規(guī)則的因素進(jìn)行分析入手。焊接工藝評(píng)定根據(jù)影響評(píng)定工藝的重要因素進(jìn)行評(píng)定。作者認(rèn)為，在進(jìn)行焊接工藝評(píng)定過程當(dāng)中，需要根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需要，選擇合適的材料厚度，通過合適的預(yù)熱溫度、最高層間溫度和最大線能量從而判斷焊接工藝。

1.1 焊件工藝評(píng)定的目的

焊接工藝的鑒定是判斷焊接工藝正確性和焊接單元能力判斷測(cè)試。需要保證在壓力容器產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，為焊接工藝評(píng)定奠定基礎(chǔ)，提供有力依據(jù)，壓力容器焊接接頭需要保證合格。

1.2 焊接工藝評(píng)定的要求

在進(jìn)行壓力容器產(chǎn)品焊接之前，需要保證承壓接縫和補(bǔ)焊的焊接工藝符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，或者有合格的焊接工藝規(guī)范支持。NB/T47014是壓力容器焊接工藝評(píng)定的基本要求，需要對(duì)焊接工藝評(píng)定進(jìn)行全過程監(jiān)理監(jiān)督。在完成焊接工藝評(píng)定之后，需要對(duì)焊接工藝評(píng)定編輯報(bào)告，并提交給審查部門對(duì)焊接工藝規(guī)程和其他文件進(jìn)行判定，讓技術(shù)主管進(jìn)行審批，監(jiān)督檢查人員確認(rèn)之后開始生效。焊接工藝鑒定技術(shù)文件需要保存到焊接工藝監(jiān)督失效為止，并且將焊接工藝鑒定樣品保存五年以上。

1.3 焊接工藝分析

問題：其存在的主要問題一般存在于設(shè)備管板與殼體的連接位置上面，通常情況下，設(shè)備法蘭與殼體進(jìn)行銜接需要運(yùn)用到C類組合焊縫，而接管與殼體的銜接位置需要運(yùn)用到D類組合焊縫，正常情況下，在墻面比較厚重的部位，需要保證焊縫的厚度與之成正比。對(duì)于壓力表面進(jìn)行焊接的過程中，不需要對(duì)焊縫金屬的厚度進(jìn)行考慮，所以焊接評(píng)價(jià)工作缺乏準(zhǔn)確性，還會(huì)導(dǎo)致焊接成本的增加。

解決方案：對(duì)于此類焊接工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中，當(dāng)焊接位置的厚度與焊接金屬整體厚度持平的時(shí)候，需要嚴(yán)格遵守覆蓋準(zhǔn)責(zé)，全面科學(xué)的對(duì)焊接工作進(jìn)行整體評(píng)價(jià)；與此同時(shí)，想要從源頭上制訂有效的焊接工藝評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，還需要與厚度在16mm以上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，從而制定出綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而選擇合適的焊接材料。不同的焊接部件其接頭位置的結(jié)構(gòu)也存在差異，所以在應(yīng)用焊接方法的過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的焊接技術(shù)，進(jìn)而完成科學(xué)評(píng)價(jià)。

2 壓力容器焊接工藝評(píng)定優(yōu)化措施

2.1 對(duì)不等厚焊件進(jìn)行焊接時(shí)，不能同時(shí)兼顧焊件厚度和焊縫金屬厚度

需要密切關(guān)注焊接工藝評(píng)定的科學(xué)性和合理性。當(dāng)對(duì)接焊縫厚度>16mm時(shí)，需要嚴(yán)格遵守節(jié)約評(píng)定樣品材料和焊接板用量的原則，根據(jù)壓力容器的結(jié)構(gòu)和所選擇的焊接工藝進(jìn)行綜合評(píng)定。焊接工藝組合評(píng)定和格式，需要注意確保影響焊接工藝的重要因素和補(bǔ)加因素條件不變，在此種條件下，進(jìn)行焊接時(shí)可以采用一種或多種焊接方法。確定組合評(píng)定試件時(shí)，只需要對(duì)其中一種焊接工藝對(duì)試件母材厚度進(jìn)行評(píng)定，從而確定適應(yīng)焊件母材厚度的有效范圍。在確定焊件焊縫金屬厚度覆蓋范圍組合評(píng)定時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)：

(1)在對(duì)焊件進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，需要考慮到焊件在完成焊接工藝焊接之后，焊件的焊道厚度≥6mm，從而確保符合補(bǔ)加因素的規(guī)定，并且符合沖擊試驗(yàn)的規(guī)定的規(guī)格：長(zhǎng)5mm、寬10mm、高55mm的樣品符合沖擊試驗(yàn)的規(guī)格。

(2)嚴(yán)格檢驗(yàn)選定制造制品的產(chǎn)品厚度和確定常用的焊接手法，當(dāng)在考慮采用一種焊接方法時(shí)，需要滿足相對(duì)應(yīng)的焊縫金屬厚度。

(3)焊接工藝判定需要根據(jù)《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》的規(guī)定，如果焊縫的厚度在20mm以內(nèi)，焊接的金屬厚度有效范圍不能超過兩倍T或者200mm，應(yīng)為2t。在確定焊接金屬厚度范圍時(shí)，需要確定焊道的厚度。

2.2 避免因熱處理時(shí)間不足造成焊評(píng)不能覆蓋的問題

“試件的焊后熱處理應(yīng)與焊件在制造過程中的焊后熱處理基本相同，低于下轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，試件的保溫時(shí)間不得少于焊件在制造過程中累計(jì)保溫時(shí)間的80%”。試件低于下轉(zhuǎn)溫度和焊后熱處理，說的就是溫度低于A1的熱處理，就是常說的焊后消除焊接應(yīng)力熱處理(SR)。試件的熱處理時(shí)間需要嚴(yán)格按照規(guī)范當(dāng)中焊接材料厚度進(jìn)行確定。如果焊件厚度較厚或者焊件焊縫多次返修并且進(jìn)行低于下轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理時(shí)，需要將焊件熱處理時(shí)間比試件熱處理時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)“試件的保溫時(shí)間不得少于焊件在制造過程中累計(jì)保溫時(shí)間的80%”的狀況，此時(shí)的焊件不適用于焊接處理，需要對(duì)試件進(jìn)行熱處理時(shí)保溫時(shí)間較長(zhǎng)。例如，壓力容器小接管壁厚小于12mm時(shí)，需要消除壓力容器焊后應(yīng)力熱處理，接管上的焊縫需要與較厚的筒體焊縫一樣經(jīng)過保溫時(shí)間較長(zhǎng)的下轉(zhuǎn)變溫度熱處理，這時(shí)的焊評(píng)中試件的熱處理時(shí)間達(dá)不到容器接管的熱處理時(shí)間的80%，因此容器接管焊縫的焊接工藝不能再使用此試件的焊評(píng)，需要另做一個(gè)保溫時(shí)間更長(zhǎng)的試件焊評(píng)。為防止出現(xiàn)此現(xiàn)象，需要在擬定焊接工藝規(guī)程時(shí)，如果壁厚小于或等于6mm的工藝評(píng)定試件，需要延長(zhǎng)低于下轉(zhuǎn)變溫度焊后熱處理保溫時(shí)間，避免因?yàn)闊崽幚肀貢r(shí)間不足。一般試件保溫需要在2～3小時(shí)即可，如果試件壁厚大于6mm，需要將保溫時(shí)間控制在3～5小時(shí)。

2.3 存檔的焊接工藝評(píng)定文件應(yīng)記錄清楚

“焊接工藝規(guī)程”文件需要包括所有影響焊接狀態(tài)的因素和影響判定的特別因素，即使用的焊接方法、重要因素、輔助因素等。再次需要注意的是，表格內(nèi)不包括多種焊接方法的所有焊接工藝評(píng)定因素。焊接工藝評(píng)定報(bào)告是根據(jù)評(píng)定工藝試驗(yàn)以及焊接工藝評(píng)定檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)制定的評(píng)定報(bào)告。需要對(duì)焊接工藝評(píng)定時(shí)的焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際記錄。報(bào)告需要認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行批準(zhǔn)，監(jiān)督監(jiān)理人員簽字之后進(jìn)行存檔。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙和合格的焊接工藝評(píng)定報(bào)告對(duì)焊接工藝規(guī)程進(jìn)行編制。WPS當(dāng)中的次要因素已經(jīng)更改，不需要重新評(píng)定。

3 壓力容器焊接質(zhì)量控制措施

3.1 焊接設(shè)備使用維護(hù)管理

在壓力容器的生產(chǎn)制造過程中，為了進(jìn)一步提升壓力容器的焊接質(zhì)量，需要對(duì)焊接設(shè)備定期進(jìn)行管理與維護(hù)，主要包括焊機(jī)、焊條烘干箱、加熱器、保溫桶等設(shè)備，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行控制與檢驗(yàn)，以此保證設(shè)備在焊接工作中得以順利運(yùn)行，另外，每次檢修結(jié)果都要將其進(jìn)行整理，做好相關(guān)記錄工作，在方便后期查找的同時(shí)，保證焊接質(zhì)量，提升其工作效率。

3.2 焊接材料管理

在焊條周轉(zhuǎn)和存儲(chǔ)階段，保管不善和存放時(shí)間較長(zhǎng)，都會(huì)影響焊條質(zhì)量，很有可能會(huì)出現(xiàn)焊條受潮、銹蝕或者藥皮脫落的狀況，不僅影響到焊條的使用狀況，出現(xiàn)飛濺增大、氣孔產(chǎn)生、焊接過程藥皮脫落等狀況，還會(huì)影響到焊接質(zhì)量。焊條出現(xiàn)管理不善會(huì)出現(xiàn)焊條錯(cuò)用狀況，焊接材料的管理主要是為了確保壓力容器焊接的合格性，需要保證在整個(gè)焊接階段焊條的領(lǐng)用有條不紊。焊接材料的保管流程包括焊接材料選購、驗(yàn)收、保管、烘干、發(fā)放和回收。焊接材料合格需要靠焊材的訂貨、檢驗(yàn)和復(fù)驗(yàn)來保證，在焊接材料進(jìn)入廠區(qū)后，需要檢驗(yàn)人員根據(jù)材料質(zhì)量證明書、采購合同、訂貨技術(shù)材料等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。

3.3 壓力容器焊接新技術(shù)

對(duì)于TIG焊、雙脈沖MIG焊兩種新技術(shù)的應(yīng)用來說，是對(duì)傳統(tǒng)焊接技術(shù)進(jìn)行的有效升級(jí)和創(chuàng)新，雙TIG焊技術(shù)的主要應(yīng)用原理是利用電源正負(fù)極的位置，合理安裝TIG焊槍，利用電流的流動(dòng)作用，形成并建立有效的應(yīng)用電弧，完成相應(yīng)的焊接操作。雙TIG焊接技術(shù)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)在于電弧集中能力更強(qiáng)，熔深相對(duì)較大，厚板焊接更加簡(jiǎn)便靈活，在焊接完成之后，不容易發(fā)生形變和裂縫等問題。由于此焊接技術(shù)的質(zhì)量有保證，焊接效率高、污染小，所以，受到廣泛青睞。雙脈沖MIG焊，用0.5-50Hz的低頻脈沖對(duì)單位脈沖的峰值和時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，使單位脈沖的強(qiáng)度在強(qiáng)和弱之間低頻周期性切換，得到周期性變化的強(qiáng)弱脈沖群。其使用優(yōu)勢(shì)為保證焊接表面整體美觀性，有效減少氣孔的出現(xiàn)，對(duì)焊縫晶粒進(jìn)行細(xì)化，可以有效降低裂紋發(fā)生率。

4 結(jié)語

總而言之，在現(xiàn)代社會(huì)中，為了確保壓力容器等設(shè)備的質(zhì)量問題，必須要重視起焊接工作在其中起到的作用，并且根據(jù)實(shí)際情況來完成焊接工藝評(píng)定，就當(dāng)前情況而言，在焊評(píng)環(huán)節(jié)還存在一些問題，而所存在的不足之處會(huì)直接影響到評(píng)定的效果，所以說施工單位必須要重視起這一內(nèi)容，并且結(jié)合所存在的問題制定出相應(yīng)的解決措施，這不僅需要保證焊接工藝評(píng)定工作的合理性，還要對(duì)工作人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，從而提升焊接工藝人員的專業(yè)素質(zhì)以及評(píng)定能力，由此提升壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的質(zhì)量，使其能夠滿足當(dāng)前時(shí)代要求。