压力容器焊接工艺评定的研究

【摘 要】本文就压力容器焊接工艺评定进行了研究，并结合了具体的实例，详细论述了焊接工艺评定的监检内容和方法，以期能为压力容器焊接工艺更好地进行评定提供参考。

【关键词】焊接工艺评定；压力容器；研究

所谓的焊接工艺评定，就是指为使焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分符合规定，对预焊接工艺规程进行验证性试验和结果评价的过程。焊接工艺是保证焊接质量的重要措施，它能确认为各种焊接接头编制的焊接工艺指导书的正确性和合理性。通过焊接工艺评定，检验按拟订的焊接工艺指导书焊制的焊接接头的使用性能是否符合设计要求，并为正式制定焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的依据。本文就压力容器焊接工艺评定进行了研究，以期能为压力容器焊接工艺更好地进行评定提供参考。

1.预焊接工艺规程的审查

预焊接工艺规程的内容包括母材和焊接材料的牌号和规格、焊接接头形式、焊接位置、预热温度、焊接电特性、技术措施、焊后热处理温度和保温时间等方面，监检人员应认真审查上述内容的各参数是否齐全、合理。有些单位焊评项目繁多，焊评覆盖范围相互重叠，监检人员应指导其对焊评进行整合，以减少焊接工艺评定数量。对本文所述的焊接工艺评定而言，选用Q345R板材4mm、8mm、38mm三种厚度规格的试件进行评定，即能覆盖厚度2～200mm的焊件母材，其覆盖范围如表1所示。

表1 三种厚度规格的试件覆盖范

预焊接工艺规程还应对一些重要因素和补加因素进行优化，如选用非低氢型药皮焊条、焊条直径选用大于6mm、焊接位置采用向上立焊、较低的预热温度、较高的层间温度、较大的线能量、较长的热处理保温时间等，以尽量扩大焊接工艺评定的适用范围。

2.施焊试件的现场监督

施焊试件应由本单位操作技能熟练的焊接人员使用本单位设备在本单位焊接。施焊前监检员应对母材和焊材是否符合相应标准以及焊接设备、焊接仪表（电流表、电压表、流量计、表面温度计）的完好状态进行检查。在焊接工艺评定试件焊接过程中，监检人员必须对焊接工艺评定施焊过程中各焊道的所有重要因素和补加因素进行现场检查，核对是否都在拟定的预焊接工艺规程范围内，并对焊接施焊记录的真实性进行确认。

3.热处理记录曲线的审查

监检员应对热处理记录曲线的进出炉温度、升降温速率、保温温度和保温时间是否符合NB/T47015《压力容器焊接规程》进行审查。NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》规定：“试件的焊后热处理应与焊件在制造过程中的焊后热处理基本相同，低于下转变温度进行焊后热处理时，试件保温时间不得少于焊件在制造过程中累计保温时间的80%。”试件的最短保温时间与焊后热处理厚度成正比，焊后热处理厚度越小，最短保温时间也越短。对接管等厚度较薄的试件来说，其焊后热处理最短保温时间主要取决于较厚的壳体焊缝，焊接工艺评定应采用较长的保温时间，以避免热处理保温时间覆盖不上。根据经验，厚度较薄的试件保温时间采用2h以上比较合适。

4.无损检测的审查

焊接工艺评定的射线检测不在于焊缝达到几级标准，监检员只需确认试件底片无裂纹即合格，其余气孔、夹渣、未焊透、未熔合等缺陷都允许存在。无损检测的另一个作用在于了解施焊情况，避开焊接缺陷取样。

5.试样力学性能检验的现场监督

试样的力学性能检验是焊接工艺评定的重要环节，监检人员应进行试验过程的现场监督。其内容包括下述几个方面。

5.1 理化检验人员资质和理化检验设备

应核查理化检验人员资质，检查理化检验设备的完好状态。理化检验设备的完好状态对试验结果有很大的影响，检验用设备应检定合格。理化检验人员应进行必要的培训，考核合格后方可持证上岗操作。

5.2 试样的取样和冲击试样的缺口位置

应审查试件上试样的取样位置以及冲击试样的取向和缺口位置。焊接接头的不同位置在焊接过程中受到的热循环不一样，其力学性能也不同，试验试样应在试件上性能最差的位置取样。就冲击试样而言，应在靠近板状对接焊缝试件的收弧端部取样；T≤40mm的冲击试样应在距焊缝背面的材料表面0.5～2mm处取样，其缺口轴线应垂直于母材表面；热影响区试样的缺口轴线应位于最后焊道的焊缝侧，并尽可能多地通过热影响区。

5.3 试样的加工质量和数量

试样加工时，应防止其过热、加工硬化，以避免其力学性能受到影响。

（1）拉伸试样采用紧凑型试样，其受拉伸平行部分比板材复验采用的比例试样要短，等于焊缝宽度加12mm，实质上是焊缝宽度加热影响区宽度。试样设计的目的是强迫其在焊接接头处断裂，以测定焊接接头的抗拉强度。另外，试样本身的形状不对称易在拉伸试验过程中产生附加弯曲应力，从而造成试验结果的偏差。拉伸试样表面的焊缝余高应用机械加工方法去除，使之与母材齐平。若有错边，可加工至与较低一侧的母材齐平。试样的受拉长度内，不应有横向刀痕和划痕。

（2）面弯和背弯试样应从受压面加工去除多余厚度。试样拉伸表面应齐平，不能有与试样宽度方向平行的切痕和刀痕。试样拉伸面棱角应倒圆，圆角半径不大于3mm。

（3）冲击试样的缺口深度、缺口根部曲率半径和缺口角度决定着缺口附近的应力集中程度，从而影响该试样的冲击功，试验前应用光学投影仪检查缺口尺寸。冲击试样的宽度、厚度也对冲击功有较大影响，试验前应用最小分度值不大于0.02mm的量具进行测量。此外，缺口底部应光滑，表面应去除加工硬化层，不应有与缺口轴线平行的加工痕迹和划痕，否则会使冲击功下降。

（4）必须注意，焊接工艺评定的力学性能检验的试样数量不要混同于板材力学性能复验、产品焊接试件的力学性能检验的试件数量，它们之间是有区别的，其不同之处如表2所示。

表2 不同类型试件的试样数量