淺談壓力容器焊接質(zhì)量控制

劉云飛

阜陽安固鍋爐壓力容器制造有限公司 安徽 阜陽 236000

引言

近幾年，我國工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程加快，這為壓力容器焊接技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，同時(shí)，也使得對(duì)焊接質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格，在焊接壓力技術(shù)的調(diào)控下，可以對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行有效的保證，以滿足不同容器焊接的需求。對(duì)于焊接質(zhì)量的控制，一般是從整體角度出發(fā)，做好各方面的協(xié)調(diào)工作，拓寬焊接范圍，使得焊接接頭性能得到顯著的提升，保證壓力容器運(yùn)行的穩(wěn)定性[1]。

1 控制壓力容器焊接質(zhì)量的重要性

壓力容器屬于承壓特種設(shè)備的范疇，因?yàn)榇祟惾萜髟诠ぷ鬟^程中需要高溫高壓的條件，因此一旦安全性能受損，則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，造成人身財(cái)產(chǎn)損失。壓力容器在制作的過程中，核心環(huán)節(jié)在于焊接環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@一環(huán)節(jié)能夠?qū)毫θ萜鞯馁|(zhì)量和工作性能產(chǎn)生直接的影響。從一定程度上講，壓力容器的質(zhì)量幾乎完全取決于制造人員的焊接水平。在焊接過程中，材料的使用、技術(shù)的成熟度、設(shè)備本身的性能等也能夠決定焊接的質(zhì)量。因此，在進(jìn)入壓力容器的焊接環(huán)節(jié)時(shí)，制造人員應(yīng)當(dāng)做好充分的準(zhǔn)備，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量[2]。

2 影響壓力容器焊接質(zhì)量的因素分析

受外界因素影響，在焊接壓力容器的時(shí)候，存在的不可控因素比較多，需要注意的地方比較多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都有可能導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)焊接缺陷，影響整體性的容器焊接質(zhì)量，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上來看，容器焊接缺陷主要可以化分為2種：一是焊接外部缺陷，二是焊接內(nèi)部缺陷。不同的缺陷類型造成的原因也不一樣，需要進(jìn)行合理的區(qū)分。外部缺陷主要表現(xiàn)在尺寸焊接不達(dá)標(biāo)，存在偏差，夾渣和表面飛濺都是焊接外部缺陷的一種，而氣孔、裂紋等屬于焊接內(nèi)部缺陷，其中出現(xiàn)問題頻率最高的為裂紋，裂紋在壓力容器焊接過程中最容易看到，這種缺陷的出現(xiàn)頻率比較高，是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。其中焊接尺寸不達(dá)標(biāo)主要表現(xiàn)在焊縫寬度方面，焊接的焊縫寬度與預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)存在過大的偏差，使得兩者不能一一對(duì)應(yīng)，從源頭上進(jìn)行分析的話，主要原因在于焊接的電流過低，當(dāng)然，也可能是焊弧過長(zhǎng)，總之，這兩種因素都會(huì)導(dǎo)致焊接焊縫出現(xiàn)偏差，會(huì)使得金屬在高溫狀態(tài)下融化后，熔池之間的連接性降低，鋼水無法形成有效的流動(dòng)循環(huán)體系。咬邊主要是因?yàn)殡娀崃康牟环€(wěn)定波動(dòng)形成的，當(dāng)融化的金屬無法有效填充焊縫所形成的缺口。

3 控制壓力容器焊接質(zhì)量的有效策略

3.1 嚴(yán)格把控焊接材料

在進(jìn)行壓力容器的焊接工藝時(shí)，制造人員應(yīng)當(dāng)重視對(duì)焊接材料的選擇，因?yàn)椴牧鲜菦Q定焊接質(zhì)量的獨(dú)立影響因素，其獨(dú)立于焊接技術(shù)和工藝之外。因此，在焊接工作正式開始前，應(yīng)當(dāng)首先對(duì)焊接材料進(jìn)行遴選。能夠納入選擇的焊接材料應(yīng)當(dāng)具有專業(yè)認(rèn)證的合格證書，且符合國家對(duì)焊接材料的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和要求。與此同時(shí)，在選擇焊接材料時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮待焊接壓力容器本身的力學(xué)設(shè)計(jì)、工作性能和實(shí)際用途，焊接材料應(yīng)當(dāng)與這些因素相匹配，避免材料之間互不相容。在購買焊接材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢查其是否具備質(zhì)量證書，且能否符合國家對(duì)此類材料的相關(guān)要求，并且在材料投入使用前，應(yīng)當(dāng)對(duì)其各項(xiàng)信息進(jìn)行再次的核查[3]。焊接材料的選擇工序、保管環(huán)節(jié)和領(lǐng)用環(huán)節(jié)都是材料質(zhì)量控制過程的重要組成部分。購入焊接材料后，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)抽樣，再次檢查其質(zhì)量和使用性能，并且將檢查合格的材料依據(jù)相應(yīng)的管理辦法辦理入庫手續(xù)。在入庫后，應(yīng)當(dāng)按照材料本身的類型、批號(hào)等分類條件對(duì)其進(jìn)行歸類存放，以便于后期取用。在焊接工作開始前，應(yīng)當(dāng)以規(guī)定的溫度與實(shí)踐對(duì)焊條和焊劑進(jìn)行烘干和保溫，因?yàn)閯倧暮嫦渲腥〕龅暮笚l會(huì)因表皮的吸水性而出現(xiàn)表面濕潤的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象對(duì)焊條質(zhì)量的影響較大。焊材的種類也越來越多樣化，在眾多焊材中，要想挑選價(jià)格實(shí)惠的材料，其難度是非常大的，所以直接選用高品質(zhì)的原材料會(huì)節(jié)省很多的時(shí)間，同時(shí)也可以有效提高其焊接質(zhì)量。在選擇廠家的時(shí)候，應(yīng)選擇信譽(yù)度高、知名度高、口碑好的廠家，這樣能夠在最短的時(shí)間內(nèi)選擇到最優(yōu)的材料。

3.2 選擇合適的焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)的控制包括電流大小、焊接速度、電壓等，通常情況下，焊接各種參數(shù)大小可以根據(jù)熔合比確定。在異種鋼焊接工作中，熔合比不宜過大，所以使用的焊接電流一般都比較小，而且要保持較快的焊接速度，并且用多層多道的焊接方式滿足焊接工作要求。如果母材的焊接性能比較差，焊接開始之前需要做好預(yù)熱工作防止出現(xiàn)裂紋。所有工藝參數(shù)的選擇都需要以焊接接頭的質(zhì)量作為依據(jù)進(jìn)行合理選擇，獲得最好的焊接效果。

3.3 從焊接工作人員的角度進(jìn)行質(zhì)量控制

在焊接的時(shí)候，主體操作者是工人，也就是說，工作的焊接水平在一定程度上決定了壓力容器的焊接質(zhì)量，工人在焊接的時(shí)候，如果個(gè)人能力受限，無法滿足焊接需求，操作能力低，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少，存在態(tài)度消極等情況，那么會(huì)極大地影響壓力容器的焊接質(zhì)量，所以我們要采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)焊接人員進(jìn)行管理，提高其綜合能力水平，焊接工作人員要有端正的態(tài)度，在正式焊接前，需要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，落實(shí)每個(gè)人的職責(zé)范圍，保證他們能夠各司其職，做好自己的本職工作，讓他們能夠在自己的工作崗位上認(rèn)真負(fù)責(zé)，努力提高焊接人員的專業(yè)能力水平，好的焊接人員態(tài)度端正的同時(shí)更具有高操作技能水平，基于焊接的特殊性，需要對(duì)人員進(jìn)行全面培訓(xùn)，保證其專業(yè)技能水平達(dá)標(biāo)，符合焊接要求，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，讓焊接人員自行感悟和感受，這對(duì)于焊接人員專業(yè)技能水平的提升有著顯著的作用。與此同時(shí)，要重視對(duì)人員的考核，焊接工作對(duì)人員的技術(shù)性水平要求比較高，每個(gè)焊接人員都需要持證上崗，要認(rèn)真篩選和培養(yǎng)焊接人員，保證其焊接質(zhì)量，對(duì)于具體上手操作的人員，要具備相關(guān)資質(zhì)證書，同時(shí)，也要有系統(tǒng)性的知識(shí)體系，知道基本的焊接問題處理方法。

3.4 制備焊接試板的條件

制備焊接試板條件的主要差異有以下幾個(gè)方面：①隨著我國制造工藝水平的提高，容器產(chǎn)品焊接工藝的成熟，焊接接頭力學(xué)性能不合格的概率大大減少。出現(xiàn)焊接接頭力學(xué)性能不合格主要是焊接缺陷或焊接工藝紀(jì)律執(zhí)行不嚴(yán)造成的，而焊接試板的檢驗(yàn)屬于事后監(jiān)督檢查，其可以避開焊接缺陷取樣，不能檢查由于工藝紀(jì)律執(zhí)行不嚴(yán)而出現(xiàn)的焊接缺陷問題，因此我國企業(yè)法規(guī)也大大地減少了容器產(chǎn)品焊接試板的數(shù)量，但是對(duì)一些發(fā)生事故危害性大的產(chǎn)品，為了提高其安全可靠性，仍保留了焊接試板的要求。按照GB/T150標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定具有A類縱向焊接接頭且符合下列條件之一的還需制備焊接試板：盛裝介質(zhì)毒性為極度或高度危害的容器；材料標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度Rm≥540MPa的低合金鋼制容器；低溫容器；制造過程中通過熱處理改善或者恢復(fù)材料性能的鋼制容器。相比較于我國標(biāo)準(zhǔn)，ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接試板的要求更寬松一些，它更關(guān)注產(chǎn)品的焊接工藝評(píng)定。歐美國家認(rèn)為焊接工藝評(píng)定對(duì)于降低風(fēng)險(xiǎn)的作用比焊接試板更積極有效，其可以承擔(dān)事前預(yù)防與控制失效風(fēng)險(xiǎn)，制造企業(yè)嚴(yán)格按照評(píng)定合格的焊接工藝進(jìn)行施焊，焊接接頭的力學(xué)性能是可以得到保證的。因此，ASME標(biāo)準(zhǔn)中沒有制備產(chǎn)品焊接試板來驗(yàn)證焊接接頭的拉伸、彎曲性能的要求，僅針對(duì)有沖擊性能要求的焊接結(jié)構(gòu)鋼制容器規(guī)定了焊接試板要求。②我國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定多臺(tái)容器焊接試板是不可以合并的，應(yīng)逐臺(tái)制備；而ASME標(biāo)準(zhǔn)則允許多臺(tái)容器焊接試板合并，只要多臺(tái)容器材料牌號(hào)相同，焊接工藝相同，在同一地點(diǎn)，3個(gè)月內(nèi)焊成，鋼材板厚變化不大于6mm或板厚的25%即可，合并制取時(shí)每120m焊縫長(zhǎng)度取一塊試板。壓力容器設(shè)備都是單獨(dú)設(shè)計(jì)制造，批量生產(chǎn)的可能性很小，一般在同一個(gè)項(xiàng)目定制多臺(tái)時(shí)才存在合并的可能性，多數(shù)情況都不滿足合并制備的條件，因此，焊接試板是否可以合并制備，對(duì)公司的產(chǎn)品成本控制影響不大。③除非設(shè)計(jì)有特殊規(guī)定，國標(biāo)不要求B類焊接接頭鑒證環(huán)；而ASME標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定當(dāng)需要制備焊接試板時(shí)，若B類接頭的焊接工藝與A類接頭不同，產(chǎn)品應(yīng)制備B類焊接接頭鑒證環(huán)。

3.5 優(yōu)化壓力容器的焊接工藝并制定完善的評(píng)價(jià)機(jī)制

焊接工藝是對(duì)壓力容器的焊接操作質(zhì)量進(jìn)行分析和檢驗(yàn)的主要依據(jù)，由于焊接工藝直接規(guī)定了焊接操作的工藝參數(shù)和具體流程。因此為了提高焊接工作的質(zhì)量，第一應(yīng)對(duì)焊接工藝優(yōu)化管理，合理設(shè)計(jì)或選擇最優(yōu)的焊接工藝。第二是結(jié)合壓力容器的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際情況，有針對(duì)性地優(yōu)化焊接工藝規(guī)程，確定焊接操作的具體步驟。第三是完善焊接工藝的控制評(píng)價(jià)機(jī)制，在進(jìn)行焊接操作時(shí)，作業(yè)人員需要嚴(yán)格按照焊接操作規(guī)范進(jìn)行操作。第四是優(yōu)化焊接工藝的工藝標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建起合理且科學(xué)的焊接工藝評(píng)價(jià)和管理機(jī)制，將焊接工藝的管理和評(píng)價(jià)工作細(xì)化到具體的參數(shù)設(shè)定和操作步驟方面，使焊接工藝更加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。最后，在對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要明確不同類型焊接工藝的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)工作人員的操作水準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格的管理和評(píng)價(jià)，將焊接操作流程和焊接工藝應(yīng)用的質(zhì)量控制機(jī)制落實(shí)到位，嚴(yán)格把控焊接過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。

3.6 焊接后質(zhì)量控制

焊接流程結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)焊接的成果進(jìn)行檢驗(yàn)。影響焊接質(zhì)量的因素包括自然和人為因素兩種，這些因素都應(yīng)當(dāng)納入檢驗(yàn)的范圍。為提升壓力容器的工作性能，應(yīng)當(dāng)對(duì)焊接完成后的容器進(jìn)行全面檢查，檢查的精細(xì)程度能夠?qū)毫θ萜鞯馁|(zhì)量和工作能力產(chǎn)生極大的影響。為判斷焊接質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行按揭后檢驗(yàn)，包括外觀檢驗(yàn)、無損探傷和耐壓檢驗(yàn)3種方式。其中，無損探傷的作用是對(duì)材料內(nèi)部的、肉眼不可見的裂紋進(jìn)行探查，避免殘余應(yīng)力等對(duì)容器質(zhì)量造成影響。外觀檢測(cè)的含義是對(duì)壓力容器的外觀進(jìn)行檢查，以排除其肉眼可見的表面缺陷，若壓力容器未焊透或未融合，則應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢驗(yàn)容器的尺寸，以判斷其各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)是否符合相應(yīng)的規(guī)范。若尺寸不符合規(guī)范，則應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)返修，不得抱有僥幸心理。若容器出現(xiàn)裂紋，也應(yīng)當(dāng)對(duì)裂紋的尺寸進(jìn)行測(cè)量，若在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)則可以借助打磨對(duì)其進(jìn)行磨平，若裂紋尺寸超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)焊。上述3種質(zhì)量檢測(cè)方式能夠?qū)附油瓿珊蟮膲毫θ萜鬟M(jìn)行及時(shí)的質(zhì)量檢查，以排除可能的安全隱患。

3.7 加強(qiáng)焊接設(shè)備的維護(hù)工作和焊接工作的質(zhì)量

焊接設(shè)備是開展焊接作業(yè)的前提和基礎(chǔ)，需要加強(qiáng)對(duì)焊接設(shè)備的定期維護(hù)，保證焊接工作的穩(wěn)定進(jìn)行，也能避免事故發(fā)生，確保焊接人員在工作中的安全。焊接之前應(yīng)該對(duì)壓力容器的基本配置狀況進(jìn)行有效檢查，防止焊接前出現(xiàn)裝備缺陷，為焊接工作創(chuàng)造清潔的環(huán)境[4]。

4 結(jié)束語

在壓力容器的全部制造工藝流程中，焊接工作是重要的組成部分，因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)容器的焊接質(zhì)量進(jìn)行控制。壓力容器施焊過程質(zhì)量控制的影響因素眾多，既與焊接技術(shù)人員、焊工等人員技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心有關(guān)，又與焊接設(shè)備的穩(wěn)定性和焊接材料的性能有關(guān)，導(dǎo)致整個(gè)過程存在一定的不確定性，因此強(qiáng)化施焊過程的質(zhì)量控制非常重要。當(dāng)下，我國的壓力容器焊接流程存在一系列的問題，為切實(shí)解決這些問題，應(yīng)當(dāng)對(duì)焊接材料和工藝進(jìn)行有效的管控，并且在焊接結(jié)束后，也應(yīng)當(dāng)對(duì)壓力容器進(jìn)行進(jìn)一步的質(zhì)量檢測(cè)，以免安全隱患的出現(xiàn)，此外，還應(yīng)當(dāng)開展針對(duì)焊接技術(shù)人員的培訓(xùn)工作。只有如此，才能不斷提升我國壓力容器的質(zhì)量、規(guī)避系列安全隱患，提升焊接技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)化的進(jìn)程[5]。