浅谈锅炉压力容器焊接接头外观质量的检验

吕瑞芳，柳明辉，朱金花



浅谈锅炉压力容器焊接接头外观质量的检验

吕瑞芳，柳明辉，朱金花

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院新乡分院，河南 新乡 453000）

焊接过程是锅炉压力容器生产制造中必不可少的环节，焊接质量的好坏直接决定了产品的整体安全性能。焊接接头外观质量是焊接质量的首要条件，也是保障锅炉压力容器安全运行的一个重要环节。文章就锅炉压力容器焊接接头外观质量检验的要求，焊缝表面缺陷产生的原因和预防措施，以及焊缝外观质量检验体系控制等内容进行了探讨和分析。

锅炉；压力容器；焊接接头；质量检验

0 引言

锅炉压力容器是一种承压、具有爆炸危险性的特种设备，在企业生产及人民生活中广泛应用。焊接是锅炉压力容器生产过程中的重要工序，焊接接头质量的优劣直接关系到产品的整体安全性能。

对于焊接接头的检验，我们往往只注重无损检测人员的探伤结果，对于焊缝的外观质量绝大部分企业并不重视。然而，焊接接头外观缺陷同样可能是锅炉压力容器设备发生质量事故的根源，在锅炉检验过程中，就发生过某型号锅炉由于管子与筒体焊缝边缘咬边过深，形成局部腐蚀造成管子穿孔的质量事故。因此，焊接接头外观质量的检验同样是非常重要的，也是保障锅炉压力容器安全运行的一个重要环节。

1 焊接接头外观质量检验内容

锅炉压力容器制造技术规范中对焊接接头外观质量检验主要有三条要求：

1.1 外形尺寸应符合设计图样及工艺文件的要求

外形尺寸应符合设计图样及工艺文件的要求，是锅炉压力容器制造过程中对焊缝的基本要求，也是保证产品质量的基本要求。焊缝的外形尺寸主要指焊缝高度、焊缝覆盖宽度等。焊缝高度不低于母材表面，是基于等强度原则提出的要求，以保证焊缝的强度不低于母材的强度。一般来讲，焊缝高度越高焊缝疲劳效率越低。因此，焊缝与母材应平滑过渡，在等强原则的基础上，应避免焊缝与母材连接处形成形状突变，产生应力集中。GB150《压力容器》标准中对A、B类焊接接头的焊缝余高有明确的规定（见附表）。

1.2 焊缝及热影响区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔

锅炉压力容器寿命的影响因素除强度之外，主要是疲劳问题。裂纹直接影响锅炉压力容器的寿命，对于受压元件，裂纹是绝对不允许的。表面的夹渣、弧坑和气孔都是疲劳裂纹源，因此，生产中需要严格控制焊缝（含热影响区）的表面缺陷。

附表 A、B类焊接接头的焊缝余高合格指标 单位：mm

Rm≥540MPa的低合金钢材、Cr-Mo低合金钢材其他钢材 单面坡口双面坡口单面坡口双面坡口 e1e2e1e2e1e2e1e2 0%～10%δs且≤30～1.50%～10%δ1且≤30%～10%δ2且≤30%～15%δs且≤40～1.50%～15%δ1且≤40%～15%δ2且≤4

1.3 对咬边的要求

咬边是常见的焊接缺陷，锅炉压力容器主要受压部件的主焊缝不允许咬边的存在，咬边对锅炉压力容器的危害可以概括为三个方面：

1）造成微小区域的形状突变，产生应力集中。根据相关资料显示，咬边部位的应力集中系数可达到3，是需要控制的脆性断裂源、疲劳破坏源之一；

2）咬边是“开口”缺陷，设备内表面的咬边直接接触介质，介质在压力作用下会进入咬边内，形成不流动的介质“死区”，进而浓缩，加剧局部腐蚀；

3）在渗入其内介质压力的作用下，咬边处更易诱发裂纹。

2 焊接表面缺陷产生的原因及预防

2.1 焊缝外形尺寸

焊缝尺寸不符合要求主要指焊缝余高、宽度、错边、焊后变形量等不符合标准规定的尺寸。余高过大，造成应力集中；焊缝低于母材，则没有足够的接头强度；错边及变形过大，同样会产生应力集中，造成强度下降。焊接前选择合理的工艺参数、选择适当的坡口角度和装配间隙、提高装配质量及安排操作技能水平较高的焊工焊接可避免此类问题的发生。

2.2 裂纹

裂纹按其产生的温度和时间的不同可分为冷裂纹、热裂纹和再热裂纹。裂纹是锅炉压力容器生产中最危险的一种缺陷，不但会使产品报废，甚至可能引起严重的质量事故。

热裂纹是熔池金属中的低熔点共晶物和杂质在结晶过程中，形成严重的晶内和晶间偏析，同时在焊接应力作用下，沿着晶界被拉开，形成裂纹。预防热裂纹产生的措施主要有：严格控制钢材及焊接材料中P、S等有害杂质的含量，降低热裂纹的敏感性；调节焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化晶粒，提高塑性；选择合适的焊接工艺参数；采用碱性焊条，降低焊缝中杂质的含量等。

产生冷裂纹的三大要素是马氏体转变形成的淬硬组织、拘束度大而形成的焊接残余应力和残留在焊缝中的氢。预防冷裂纹产生的措施有：选用碱性低氢型焊条，使用前应严格按照说明书的规定进行烘干，焊前应清除焊件上的油污、水分，减少焊缝中氢的含量；选择合理的焊接工艺参数及热输入，减少焊缝的淬硬倾向；焊后立即采取消氢措施，使氢从焊接接头中逸出等。

再热裂纹是焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其他加热过程）而产生的裂纹，一般发生在V、Cr、Mo、B等合金元素的低合金高强度钢、珠光体耐热钢及不锈钢中。焊件经受一次焊接热循环后，再加热到敏感区域（550～650℃范围内），就会有裂纹产生于焊接热影响区的粗晶区。主要预防措施有：在满足设计要求的前提下，选择低强度的焊条，使焊缝强度低于母材，应力在焊缝中松弛，避免热影响区产生裂纹；尽量减少焊接残余应力和应力集中；控制焊接热输入，合理地选择焊接热处理温度，尽可能避开敏感区范围的温度等。

2.3 夹渣、弧坑、气孔

夹渣、弧坑、气孔是常见的焊接缺陷，它们的存在减少了焊缝的有效面积，降低了焊缝的力学性能。气孔是焊接时熔池中的气体在凝固中未能逸出而残留下来所形成的空穴；夹渣是残留在焊缝中的熔渣；弧坑是焊缝收尾时产生的下陷部分。焊接前将坡口两侧20～30mm范围内的油污、水、锈清除干净，严格按焊条说明书规定的时间和温度进行烘干，正确选择焊接工艺参数，焊接过程中运条方法适当、焊接速度适中，可有效避免此类缺陷的出现。

2.4 咬边

咬边是焊接工艺参数选择不正确，在沿着焊趾的母材部位烧熔形成的沟槽或凹陷。在焊接时要选择合适的焊接电流和焊接速度，电弧不能拉得太长，焊条角度适当，运条方法正确可以预防咬边的产生。

3 焊接接头外观质量检验体系控制

由以上分析可知，焊接接头外观缺陷主要是由焊接过程中不能严格按照图纸、工艺及相关技术规范的要求而产生的。因此，为了控制锅炉压力容器焊接接头外观质量，制造企业应当从产品质量保证体系入手，严格控制。首先是焊工的要求，焊工必须经过考试合格后持证上岗；其次是焊接工艺评定，焊接过程中应当严格按照焊接工艺评定合理使用焊接电流及焊接速度；再次是材料，原材料及焊接材料应当是经过严格检验的，材料质量证明书内容应当符合标准规范以及技术文件的要求，必要时应当予以复验，焊接材料应当按要求进行烘干，这是保证焊接质量一个不能忽视的必要条件；最后是检验工序，制造企业应建立完整科学的工艺流程检验工序，在每道工序完成之后，操作人员以及专检人员均应当在流转卡上进行签字确认，以便追溯。

4 结论

在激烈的市场竞争中，客户在对产品进行选择过程中，已经不仅仅局限于锅炉压力容器的产品性能，同时也对产品的外观质量提出了更高的要求。因此，企业在产品制造过程中，只有严格依据相关标准进行焊接操作，规范制造工序，严格检验，方可保证锅炉压力容器的整体安全性能，同时也能够在外观质量上提高产品的竞争力。

（责任编辑王 磊）

[1] 国家质量监督检验检疫总局. 压力容器GB150.1 ～GB150.4-2011[S].2012-03-01.

[2] 寿比南，等.《压力容器》标准释义[M].北京：新华出版社,2012.

[3] 国家质量监督检验检疫总局. 锅炉安全技术监察规程(TSG0001-2012)[S].2012-10-23.

[4] 李世玉.压力容器设计工程师培训教程[M].北京：新华出版社,2005.

[5] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社,2001.

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1008–2093(2017)05–0005–02

2017-08-20

吕瑞芳（1976―），女，河南封丘人，助理工程师，学士，主要从事锅炉压力容器制造研究。