浅谈压力容器焊接质量控制因素

梁艳

摘 要：随着焊接技术的发展，出现了一些新的焊接设备、焊接方法、焊接工艺，与此同时也产生了很多问题，因此需要对焊接质量进行更加严格的控制。该文从“人、机、料、法、环”5个因素出发，对压力容器焊接质量分别从人员因素控制、设备机械选用控制、材料因素控制和焊接工艺方法控制等方面进行阐述、说明、分析，为提高压力容器焊接质量奠定基础。

关键词：焊接；质量控制；因素控制

中图分类号： TG457 文献标志码：A

0 前言

近年来，随着焊接技术突飞猛进的发展，焊接已成为现代工业中的重要工艺方法，焊接技术水平的高低在一定程度上反映出国家的工业水平，因此要对焊接质量进行更加严格控制，其控制基础便是“人、机、料、法、环”5个因素，有效地保证这5个因素才能保证压力容器焊接质量。

1 “人员”因素控制

焊接作业需要人去操控设备，使用工具、器材等，其中人是能动的要素，充分发挥人的思维，利用人的生物能量及应变能力是提高焊接质量，保证焊接安全的重要因素。

1.1 焊接安全

由于焊接作业中存在着各种对操作者安全健康不利的客观因素和焊接工缺乏经验、心理因素影响以及违反操作规程等人为因素，会导致意外事故发生，危害自身的健康与安全，因此焊接安全就是从提高操作者的素质、改善设备安全性能这2个方面出发，预防事故发生，维护焊工健康，保证设备安全生产。各种高生产率的焊接新技术、新工艺，只有在保证安全的前提下，才能够被广泛地推广和应用，才能更好地发挥其高效能，因此从某种意义上讲焊接安全是保证焊接质量的基础。

1.2 焊工技能评定

根据相关标准要求，只有经过培训并考试合格的焊工才被允许从事压力容器焊接操作，施焊操作的内容仅限于合格证上写明的项目，包括焊接方法、被焊接的母材、焊接位置及接头形式等。焊工认真执行焊接工艺，按焊接工艺规定的持证上岗。

2 “设备机械”选用控制

对于压力容器焊接，通常采用焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、氩弧焊等，随着科学技术飞速发展与焊接质量要求的严苛、焊接效率的限制，迫使新技术不断涌现，与之相适应的先进设备也不断被研制成功，大量的机械设备取代手工操作，自动化焊接设备大量使用，显著降低了生产者的劳动强度，同时也大大提高了生产效率和产品质量。因此焊接设备的选用对焊接质量有着重要的影响，一般可按以下3个方面进行选择：1）焊接结构要求，根据焊接材料特性、结构特点、尺寸空间、焊接成型和焊接效率的要求进行选用。如果焊接材料为普通低碳钢，选用弧焊变压器焊机即可；如果焊接材料要求低氢型焊条焊接，则要选用直流弧焊机。如耐热合金和耐腐蚀合金，可选用惰性气体保护焊机、电子束焊机、等离子弧焊机等。2）实际使用情况，不同的焊接设备，可以焊接同一焊件，这就要根据实际使用情况，选择较为合适的焊接设备。对焊后不允许再加工或热处理的精密焊件，应选用能量集中、热影响区较少、精密度高的电子束焊机。3）经济效益，在压力容器焊接过程中，焊接设备的能耗是相对较大的。因此在选用焊接设备时，应考虑在满足工艺要求的前提下，尽可能选用耗电少、功率因素高的焊接设备。

3 “材料”因素控制

压力容器焊接对质量影响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，只有严格把控材料才能有效保证焊接质量。母材的质量控制，应根据设计图样的要求选择符合相应标准的材料钢号，其化学成分、力学性能、几何尺寸、外观质量应满足要求且材料的质量证明书等文件齐全、准确。材料入厂后还应进行复验，一般复验项目有化学成分、力学性能和弯曲性能，对于有耐腐蚀要求的还应进行腐蚀试验。焊接材料控制主要目的是确保焊接材料符合标准具有优良的焊接质量，其中焊接材料管理是材料质量控制和焊接质量控制的一个交汇点，在焊接材料管理控制环节中，有焊接材料采购、一级库的管理、二级库的管理等控制点，对于一、二级焊材库的入库、保管、出库、烘干、发放、回收要防混、防潮、防锈，实现焊接材料使用的可追溯、可追踪，确保焊接材料干燥，防止焊接时产生缺陷，保证焊接质量。对于压力容器无论母材还是焊接材料均应具有：1）较好的综合力学性能。2）具有良好的冶金质量。3）具有良好的加工工艺性。

4 焊接“工艺方法”控制

4.1 焊接工艺试验

对于压力容器选用材料，特别是工厂首次使用的应进行焊接工艺试验，其中主要包括材料焊接性试验、焊接方法和焊接材料的选用验证、焊接工艺参数的确定、预热。层间温度、热处理方案的确定并对焊缝和焊接接头各项性能进行试验和评定，在焊接工艺试验中，应注意所确定的焊接方法和各项焊接参数对产品制造的可执行性，以及所得焊缝和焊接接头各项性能数据的准确性和稳定性。

4.2 焊接工艺规程

根据焊接工艺试验的结果，并结合产品焊缝的具体结构编制产品焊缝的焊接工艺规程（WPS）。焊接工艺规程中应包括压力容器上每1条承压焊缝的各项内容，主要有被焊母材牌号及成分、母材厚度、焊接坡口形式及尺寸、焊接方法、焊接材料的牌号及其规格、焊接电流、焊接电压、焊接速度、最低预热温度、最高层间温度、热处理方法、焊接操作程序、对焊缝的检验方法及合格标准等。

4.3 焊接工艺评定

压力容器焊接必须依据经过评定合格的焊接工艺规程，并根据相关产品的焊接评定标准进行焊接工艺评定试验，编写焊接工艺评定记录（PQR）。若工艺评定试验的结果全部符合预定的评定要求，则认为评定合格，可用于压力容器焊接，若工艺评定试验的结果未能达到预定的评定要求，则认为该评定的WPS不合格，不允许应用到产品焊接，应进一步分析工艺试验结果，对焊接工艺规程进行修改和补充，再进行一次工藝评定试验。

5 “环境”因素控制

在压力容器制造过程中应该对焊接环境进行严格控制，依照GB150与JB/T4709标准对焊接环境的要求：1）焊接环境温度不得过低，不锈钢材料焊接作业区环境温度低于0 ℃时，不允许焊接作业；但可以采取保温、升温措施，保证焊接作业区环境温度不低于5 ℃，对于一般碳钢材料当焊件温度为-20 ℃～0 ℃时，应将待焊接处及周边100 mm范围内预热到15 ℃以上，当焊件温度低于-20 ℃时，不宜焊接。2）焊接周边风速限制，对于气体保护焊焊接风速应小于2 m/s，手工电弧焊风速应小于8 m/s，超过要求或焊接作业区若有串堂风或鼓风机时，应采取防风措施。3）焊接作业区的相对湿度不得大于90 %，应尽量保持干燥。4）焊接作业现场不存在导电粉尘或现场地面金属导电物质占有系数大于20 %。

在不锈钢设备加工、焊接过程中应严格控制铁离子和其他有害杂志的污染，由于不锈钢材料表面覆有氧化膜，可对母材起到很好的保护作用，但不锈钢表面容易被铁末、铁粉或铁锈污染，铁粉与母材附近氧气反应造成此处不锈钢氧化膜的自然形成难度增大，铁氧化后形三氧化二铁等物质与空气中二氧化碳的溶解，这就在铁和不锈钢之间形成了1个碳酸性缺氧环境，并伴随着三价铁离子的电解质环境，不锈钢表层的不完整氧化膜在该电解质环境中，氧化膜和裸露的母材之间组成了原电池，从而使基体遭受腐蚀容易产生点蚀。因此不锈钢材料在制造过程中应有独立且配备必要的环境保护措施，应与碳钢产品严格隔离，不锈钢焊接场地必须保持清洁、干燥、地面铺设橡胶或木质垫板，在起吊、运输过程中宜采用绳制或橡胶材料吊缆，避免磕碰划伤。

6 结语

随着新焊接设备、新方法、新工艺的不断应用，焊接质量得到更大、更有效地提升，因此做好焊接控制尤为重要，为压力容器焊接发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]刘政军，徐德昆.不锈钢焊接及质量控制[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]上海市焊接协会.现代焊接生产手册[M].上海：上海科学技术出版社，2007.

[3]张应力，张莉.焊接安全与卫生技术[M].北京：中国电力出版社，2003.