浅淡如何控制压力容器焊接质量

章晓春李如光 李小建

（浙江省工业设备安装集团有限公司第二分公司）

浅淡如何控制压力容器焊接质量

章晓春*李如光 李小建

（浙江省工业设备安装集团有限公司第二分公司）

压力容器是一种特殊设备，其制造过程中的焊接质量控制尤为关键。认为只有建立完善的焊接质量控制系统，才能生产出合格的压力容器。从焊接材料、焊接工艺、焊接检验等几个方面来阐述怎样控制焊接质量。

压力容器焊接工艺焊接质量控制

焊接质量在压力容器的质量中起着决定性的作用。焊接质量对压力容器的寿命和安全运行起着关键作用，同时也直接关系到人民群众生命和财产安全。从某种意义上说，焊接质量就是压力容器的质量。焊接接头质量的控制主要包括对焊工管理、焊接材料、焊接工艺、焊接检验等方面的控制。

1 焊工管理

焊接是特殊工种，焊工是焊接质量的制造者，其操作技能的好坏直接体现在焊接质量上。因此，压力容器焊工应严格按《特种设备焊接操作人员考核细则》的要求，进行考试前的培训，取得特种设备作业人员证后方可施焊。焊工合格证有效期限为3年，在合格项目有效期满前3个月，须提出申请进行考试；中断与压力容器有关的焊接工作6个月以上再从事压力容器焊接工作的，必须重新考试。

持证焊工应在合格证允许的范围内施焊，不可无证施焊，制造厂的质检部门应经常检查焊工的持证情况。焊工施焊时严格按照焊接工艺执行。

2 焊接材料

2.1 焊接材料的选择

压力容器与其它焊接结构不同，是一种特殊的全焊结构，其焊接接头承受着与容器壳体相同的各种载荷、温度和工作介质的物理、化学作用。对焊缝金属不仅要求具有与壳体材料基本相等的静载强度，而且要求具有足够的塑性和韧性，以防止受压部件焊接接头在加工过程中以及在运行过程中，因各种应力和温度的共同作用而提前失效或产生脆性破裂。此外，某些场合，还要求焊缝金属具有抗工作介质腐蚀的性能。因此，压力容器用焊接材料的选择需要考虑各方面的因素。

一般来说，低碳钢和低合金钢压力容器按等强性原则来选用，即焊缝金属的抗拉强度不低于母材标准规定值的下限。但应注意焊缝金属强度与母材强度以相当为宜，如果焊缝强度过高，往往会使塑性和韧性降低。对于低温容器应保证焊接接头的低温韧性不低于母材；对于高温容器为保证具有与母材相同的高温性能，其选用的焊材应保证焊缝金属的合金含量不低于母材标准规定的下限值；对于在腐蚀介质中运行的不锈钢容器，则选择的焊接材料应与母材化学成分大致相同；对于不同强度级别钢的焊接，按两者中强度级别低的一种选用焊接材料；对于碳钢和不锈钢、低合金钢和不锈钢之间的异种材料接头，则选用高铬镍含量的焊材。对于形状复杂、厚度较大的工件，因其刚度大，焊接时不易变形，焊后残余应力大，容易产生裂纹，要选用抗裂性好的低氢焊条。其次，焊接材料的选择还应考虑到受压部件的加工工艺。例如冷冲压和冷卷要求焊接接头具有较高的塑性变形能力，热卷和热处理，则要求接头经高温热处理后仍保证所要求的强度性能和韧性，因此，应选用合金成分较高的焊接材料。最后，还应当考虑各种焊接方法的热循环和冶金特点对接头性能的影响。例如手工电弧焊和埋弧自动焊接头的冷却速度较快，焊缝金属中只含有较低的合金含量就可以保证强度性能，而电渣焊时，热循环的曲线平缓，冷却速度较慢，焊后需经过正火热处理，要求在焊缝金属中有较高的合金含量来保证其强度性能。

2.2 焊接材料的验收、保管和领用

焊接材料的验收、保管和领用也是焊接质量控制过程中重要的环节之一。不同厂家的同一型号或牌号的焊条，其工艺性能也可能存在差异，因此，制造厂应根据自己的实际经验，选定相对固定的焊条生产厂家。焊接材料入库验收时要有制造厂提供的质量保证书，而且包装完好，生产批号清晰，必要时按相应标准进行抽样复验，验收合格后及时入库。入库后的焊材按牌号、规格、批号分别储放在温度＞5℃，相对湿度不大于60%的焊材库内。焊条和焊剂使用前必须按规定的烘干参数进行烘干。焊条从烘干炉取出后，在大气中存放时，焊条药皮将吸收大气中的水分，存放的时间越长吸收的水分越多，因此焊工在领用焊条时应配备焊条保温筒，做到随用随取。焊材发放时，焊工应持焊接材料领用卡领取焊接材料，领用卡应注明产品编号、焊接材料牌号、规格和数量，并做好发放记录。

3 焊接工艺

压力容器的焊接工艺是控制接头焊接质量的关键因素。因此必须按焊接方法、焊接材料的种类、板厚和接头形式编制焊接工艺。

3.1 焊接工艺评定

焊接工艺评定是保证压力容器焊接质量的重要措施。焊接容器之前，应制订焊接工艺指导书（WPS），而焊接工艺评定是验证初拟定WPS是否合适的手段，又是制定正式WPS的重要证据。焊接工艺评定也能从一个方面反映出制造厂的焊接能力。焊接工艺评定执行标准为JB 4708—2000，换热管与管板的工艺评定按GB 151—1999附录B执行。但在执行过程中总是存在若干问题，主要体现在以下几个方面：

（1）首次使用的国外材料未进行焊接工艺评定。

（2）从评定合格的焊接位置改变为向上立焊的焊接位置时未增焊冲击韧性试件进行试验。

（3）用不等厚试件进行评定，经评定合格后适用不等厚焊件母材厚度的范围，应按厚边对厚边，薄边对薄边分别计算。

（4）不少制造厂对拼焊钢板热冲压成形封头的焊接工艺评定，都没有考虑热冲压过程，认为热冲压是热加工而不是焊后热处理，而且热冲压温度是高于上转变温度，因此焊件的最大厚度为试件厚度的1.1倍，最小厚度按JB 4708—2000表5、表6规定。

（5）改变焊后热处理类别未重新做焊接工艺评定。

3.2 焊接工艺参数的选择

焊接工艺参数是指焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（焊接电流、电弧电压、焊接速度）的总称。焊接工艺参数的确定涉及到多种因素，包括材料种类、规格和焊接方法。

焊接热输入（线能量）是指熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量。它综合体现了焊接工艺参数对焊缝性能的影响。对于低碳钢来说，这种钢的塑性和冲击韧性优良，焊接接头的塑性和冲击韧性也很优良。一般情况下不严格限制线能量。但使用埋弧焊时若焊接线能量过大，会使热影响区粗晶区的晶粒过于粗大，甚至会产生魏氏组织，从而使该区的冲击韧性和弯曲性能降低，导致冲击韧性和弯曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板时，应严格按经焊接工艺评定合格的焊接线能量施焊。对于低合金钢，一般应注意不要使用过大的线能量。含碳量偏下限的Q345R钢焊接时，焊接线能量没有严格的限制，因为这种钢焊接热影响区脆化倾向较小。但对于碳及合金元素含量较高、屈服强度也较高的低合金高强钢，如18MnMoNbR，由于这种钢淬硬倾向较大，又要考虑其热影响区的过热倾向，则在选用较小线能量的同时，还要增加焊前预热、焊后及时后热等措施。低温钢和不锈钢焊接时，为保证焊接接头的韧性和耐蚀性，也应选用小线能量，且快速焊，严格控制层间温度。还有一点要注意的是，在容器生产中会常常遇到异种钢焊接。焊接时，为了防止焊缝金属的稀释，应采用小线能量焊接。

焊接工艺卡上的焊接工艺参数是根据评定合格的焊接工艺评定制定的，实际施焊时应严格执行，不得随意改变。因为不按焊接工艺上的焊接工艺参数施焊，即使在无损检测中没有发现缺陷，其焊缝的性能可能会与工艺评定结果有所不同，这种无法查出的缺陷更具有危险性。因此，对焊接工艺的控制是得到合格的焊接接头，保证焊接质量的关键。

3.3 产品试板

产品试板用于考证按照所制定的焊接工艺施焊时焊缝的质量，对试板的检验就是对焊工实际施焊工艺、焊工技能和焊接条件等因素的综合检验。因此，它代表实际产品的焊接接头性能。压力容器产品试板应按《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB 150—1998《钢制压力容器》的规定制作产品试板，并按JB 4744—2000《钢制压力容器产品试板的力学性能检验》的规定进行试板的制作和检验。产品焊接试板应当在筒节纵向焊缝的延长部位与筒节同时施焊，试板应当由施焊压力容器的焊工，采用与施焊压力容器相同的条件与焊接工艺施焊。有热处理要求的压力容器，试板宜随压力容器一起热处理。

3.4 焊缝返修

如果焊缝经无损检测后发现存在不允许的缺陷，应进行返修。首先应对需要返修的缺陷分析其产生的原因，制定返修方案，并编制返修工艺。焊缝同一部位的返修次数不宜超过2次。如超过2次，返修前应当经过制造单位技术负责人批准，并且应当将返修的次数、部位、返修情况记入压力容器质量证明文件。要求焊后消除应力热处理的压力容器，一般应当在热处理前焊接返修；如在热处理后进行焊接返修，返修后应当按相关标准进行处理。有抗晶间腐蚀要求的奥氏体不锈钢以及镍及镍合金制压力容器，返修部位仍需保证原有的抗晶间腐蚀性能。耐压试验后需返修的，返修部位应当按原要求经过无损检测合格。由于焊接接头或接管泄漏而进行返修的，或返修深度大于1/2壁厚的压力容器，还应当重新进行耐压试验。

4 焊接检验

焊接检验是压力容器焊接质量管理的重要一环，它贯彻于焊接过程的始终，对焊接工艺规程的执行情况进行监督，对焊缝质量进行检验，最终确认焊缝质量是否合格。检验过程大致分为焊前、焊接过程中和焊后三个阶段。

焊前检验包括焊工资格问题，焊条按要求进行烘干，同时还要注意装配质量和坡口表面质量。强力组装将增加焊接接头的残余应力，导致裂纹形成，因此应予避免。坡口、间隙、钝边等要素须满足要求；坡口及两侧清理干净，没有铁锈、油脂等污物。

焊接过程中的检验主要是检查焊接工艺、技术标准、图样规定等方面的执行情况。因为焊接工艺是在焊接工艺评定合格的基础上制定出来的，正确执行焊接工艺将对保证焊接质量起积极作用。在施焊过程中应控制和监督焊接工艺的执行情况并做好施焊记录。

焊后检验包括外观检查、无损检测、耐压试验、致密试验。焊后检验是保证焊接质量的最后步骤，在焊接完成后即可进行，但有延迟裂纹倾向的材料（[σb]≥540 MPa）应在焊接完成24 h后或焊后延长一段时间进行。

焊缝的外观检验是按图样和相应标准规定的尺寸对焊缝进行检验，同时也在一定程度上有助于分析和发现内部缺陷。

无损检测常用的方法包括射线检测、超声波检测、渗透检测、磁粉检测等。渗透检测和磁粉检测是检测焊缝表面和近表面，射线检测和超声波检测是对焊缝内部缺陷进行检测。按GB 150和《容规》规定，无损检测分为局部检测（大于等于20%）和全部检测（100%），在进行局部射线或超声检测时，应对所有的丁字形焊接接头以及将要被其他元件所覆盖的焊接接头进行检测。经过局部射线检测或超声检测的焊接接头，若在检测部位发现超标缺陷，则应当对缺陷的两端延伸部位各进行不少于250 mm的补充局部检测；若仍不合格，则应当对该条焊接接头全部进行检测。

耐压试验包括水压试验和气压试验，其目的是检验产品受压元件的强度和焊缝的致密性，同时也能起降低焊接应力的作用。但对介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的产品，还应当进行致密性试验，致密性试验应当在耐压试验合格后进行。

5 结束语

焊接质量是一件十分复杂和涉及面很广的工作，以上分析只是概括了其中的几个主要方面。在压力容器的实际生产中，必须严格执行国家相关标准和行业标准规范。同时还应加强有关人员的培训，提高素质和责任心，使质量控制落实到每个人员。只有这样，才能保证压力容器的焊接质量，提高压力容器产品的安全性能。

Discussion on How to Control the Pressure Vessel Welding Quality

Zhang Xiaochun Li Ruguang Li Xiaojian

Pressure vessel is a kind of special equipment,and welding quality control in the manufacturing process is the key point.Only perfect welding quality control system be built can qualified pressure vessel be produced.This article expounds how to control the welding quality from the welding materials,the welding process,the welding inspection and so on.

Pressure vessel;Welding process;Welding quality;Control

TG 457

*章晓春，男，1968年生，工程师。衢州市，324004。

2011-03-29）