金属波纹管相关焊接工艺评定研究

摘要：在金属波纹管焊接前，为了最大程度地保证膨胀节和金属软管的焊接质量，应对拟定的焊接工艺规程进行评定，以验证其正确性。目前焊接工艺评定所依据的一些标准中，部分试验项目及要求不具备操作性，导致评定结果不具备参考价值。基于此，对金属波纹管的相关焊接工艺评定工作进行了研究，并提出了一些改进建议。

关键词：金属波纹管;焊接工艺;评定标准

0 引言

金属波纹管是现阶段许多工业项目中广泛应用的一类材料。随着金属波纹管应用范围的扩大，其面临的工况也变得越来越复杂。从金属波纹管的实际应用情况来看，最容易出现问题的往往是波纹管焊接部位，可见焊接工艺很大程度上影响着产品质量。对此，应加强对焊接工艺的评定工作，确保焊接部位的力学性能符合产品质量要求。

1 选择焊接工艺评定标准

目前，国内外可用于产品常用焊接工艺评定的标准主要有4种：（1）《承压设备焊接工艺评定》（NB/T 47014—2011），该标准主要适用于锅炉、压力容器以及压力管道的相关焊接工艺评定;（2）《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》（GB 50236—2011），其主要适用于工业管道的焊接工艺评定;（3）《石油天然气金属管道焊接工艺评定》（SY/T 0452—2012）;（4）《ASME锅炉及压力容器规范》第Ⅸ卷 焊接和钎接评定（2013版），其主要适用范围为锅炉、压力容器以及压力管道。

我国现行的焊接工艺评定标准基本上是参照美国使用的评定标准制定的，与我国实际情况存在一定偏差，因此必须做出相应的调整和补充。在实际工作中，工作人员需要根据具体的焊接设计要求和用料，选择使用国标或美标进行焊接工艺的评定。

2 金属波纹管相关焊接工艺评定及存在的问题分析

金属波纹管相关焊接工艺的评定主要包含两大方面内容：其一，金属软管中需要评定的承压焊缝，包括波纹管管坯纵焊缝、波纹管与结构件环焊缝、波纹管、网套/钢带与结构件环焊缝，比较常用的焊接方法包括机动氩弧焊、机动等离子弧焊、手工氩弧焊、半自动氩弧焊等。其中，波纹管管坯纵焊缝经常出现的问题有弯曲试验压模上模制作困难、制备拉伸试样长度不足等。其二，金属波纹管膨胀节需要评定的承压焊缝，包括波纹管管坯纵焊缝以及波纹管与结构件环焊缝，常用的焊接方法有机动氩弧焊、机动等离子弧焊、手工氩弧焊，存在的主要问题包括弯曲试验压模上模制作困难、不等厚对接焊缝等。

3 针对金属波纹管焊接工艺评定问题的处理方法

3.1    金属软管用波纹管管坯纵焊缝的工艺评定

在金属波纹管管径≤50 mm的情况下，针对拉伸试样长度不足的问题，可采用的解决方法是：克服自动焊管的牵引问题，同时增大管径，从而满足拉伸试样的长度需要。这一方案的优点在于不需要对壁厚进行调整。

在板厚≤50 mm的情况下，针对弯曲试验压模上模制作困难的问题，可以基于《流体输送用不锈钢焊接钢管》以及《金属管压扁试验方法》两个标准，使用压扁试验替换横向弯曲试验，在波纹管成型之前，不锈钢管的焊接可以采用钢管的试验标准进行评定。在进行拉伸试验时，可以截取一段管坯，将其沿着焊缝对称的母线切开，并展平处理，然后根据相应的标准将其加工为试样，执行试验操作，检查其是否符合标准。压扁试验需要截取4段管坯，长度为40 mm，然后按照标准文件的规定进行压扁试验，合格标准是压扁后的试样不存在裂纹和裂口。

除了以上两项试验之外，为了更好地保障焊接工艺质量，可以酌情增加成型试验和爆破试验，成型试验的合格标准是波纹管成型后其焊缝未出现开裂情况，前提是成型长度应在1 m以上。根据爆破试验要求，波纹管的最小爆破压力为设计压力的4倍以上。

3.2    金属波纹管膨胀节用波纹管管坯纵焊缝的工艺评定

在这项工艺评定中，采用的试件最好为板材对接型式，若板厚≥0.5 mm，在标准要求的各个试验项目中，应特别注意拉伸試验，最好在原有基础上添加一项伸长率考察试验，根据合格标准，伸长率试验数据不能超出标准规定的母材伸长率。若板厚≤0.5 mm，同样可以参照《流体输送用不锈钢焊接钢管》和《金属管压扁试验方法》两项标准，将横向弯曲试验替换为压扁试验，用以解决压模上模制作困难的问题。

在进行拉伸试验时，按照相应标准对横向拉伸试样进行加工并执行试验操作。在进行压扁试验时，需要截取4段长度为40 mm的管坯，执行压扁试验操作，合格标准是压扁后不存在裂纹或裂口。

3.3    金属软管和金属波纹管膨胀节中单层波纹管与结构件环焊缝的工艺评定

对于等厚或不等厚的对接焊缝、插接焊缝、端接焊缝等属于承压焊缝范畴的焊接工艺，都应按照对接焊缝标准进行评定。单层波纹管和结构件厚度相同时，大部分都是单层壁厚的波纹管，可以直接按照选定的评定标准开展试验。若两者厚度不同，在焊接完成后，需要对厚边进行适当处理，使其与薄边保持齐平，然后再进行试验。拉伸试验的操作规程与上述相同。弯曲试验则需要根据试验材料选择采用横向或是纵向弯曲试验。在板厚为0.5 mm以下时，可以采用压扁试验替代弯曲试验。

3.4    金属波纹管膨胀节中多层波纹管与结构件环焊缝的工艺评定

若多层波纹管厚度不足3 mm，则采用不等厚锁底对接型式的试件开展评定试验，同时需要对试件的厚边进行处理，使其与薄边保持齐平，在此基础上进行拉伸和纵向弯曲试验。多层端木材分别按照单层厚度计算覆盖厚度范围。对于厚度>3 mm的多层波纹管，采用等厚板对接型式的试件进行拉伸和纵向弯曲试验，同样按照单层厚度计算多层端木材的覆盖厚度范围。为了确保覆盖要求得到满足，可以根据结构件木材的厚度适当增加一些焊接评定项目。

3.5    金属软管波纹管、网套与结构件环焊缝的工艺评定

在这项工艺评定中，参照实际产品的焊接接头制作工艺评定试件，或是直接采用实际产品进行评定，对试件的直径没有特别的要求，但其长度必须要在150 mm以上，在焊接完成后直接进行爆破试验，最小爆破压力应保持在4倍设计压力值之上。

3.6    多层波纹管直边段电阻缝焊缝和手工堆焊封口焊缝的工艺评定

在实际焊接工作中，在完成直边段电阻缝焊接之后，需要对坡口进行适当处理，之后再进行结构件的焊接。需注意的是，电阻缝焊缝一般会存在剩余，这部分属于承压焊缝的范畴，应按照相应标准进行评定。

除了上述内容之外，在焊接完成后还需要进行无损检测，在管坯纵焊缝焊接工艺检测的过程中，需要针对不同的情况采取不同的方法，如板厚在2 mm以下时，采用PT检测;板厚在2 mm以上时，采用RT检测。对于波纹管环向连接焊缝焊接评定试件，等厚对接焊缝采用RT检测，不等厚对接焊缝采用PT检测。

4 结语

综上所述，在金属波纹管焊接工艺应用过程中，采用科学的标准对工艺进行评定，可以确保焊接作业的规范性，提高金属软管和金属波纹管膨胀节的焊接质量。

[参考文献]

[1] 陈文学.金属波纹管相关焊接工艺评定的研究和探讨[C]//第十三届全国膨胀节学术会议论文集——膨胀节技术进展，2014：6.

[2] 唐涛.高温金属波纹管膨胀节研究[D].昆明：昆明理工大学，2018.

[3] 关长江，苑博，杨志新，等.核级金属波纹管焊接工艺评定研究[C]//膨胀节技术进展—第十五届全国膨胀节学术会议论文集，2018：5.

收稿日期：2020-04-06

作者简介：刘军（1971—），男，江苏盐城人，工程师，研究方向：机械制造与工艺，焊接技术。