摘 要 本文主要敘述液化石油氣汽車罐車在役使用過程中，年度定檢時在人孔凸緣、排污口凸緣等部件與罐體相焊的角焊縫處產(chǎn)生了裂紋缺陷，糾其原因進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)分析，同時提出了修復(fù)方案措施及檢驗(yàn)方法，并對提高壓力容器角焊縫的質(zhì)量提出了建設(shè)性的建議。

關(guān)鍵詞 液化石油氣汽車罐車 角焊縫 裂紋 焊接修復(fù)

隨著我區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，家用、車用液化石油氣的普及和應(yīng)用，液化石油氣供氣站點(diǎn)已變布天山南北的全疆各市縣，同時液化石油氣汽車罐車也已成為各供氣站點(diǎn)輸送氣源的重要運(yùn)輸工具。液化石油氣汽車罐車的罐體屬于第三類壓力容器，其每年度都必須接受自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院汽車罐車檢驗(yàn)站的定期檢測，及時修復(fù)罐體在定檢中發(fā)現(xiàn)的缺陷，可有效消除事故隱患，從而保障汽車罐車的安全運(yùn)行。近幾年，我公司受自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院汽車罐車檢驗(yàn)站和內(nèi)地罐車制造廠家的委托，先后為喀什地區(qū)液化石油氣公司、阿克蘇地區(qū)液化石油氣公司、新疆石油管理局生活服務(wù)總公司等多家單位的汽車罐車在年度定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的罐體內(nèi)部角焊縫裂紋等缺陷進(jìn)行了修復(fù)，修復(fù)點(diǎn)多為罐體封頭上的人孔凸緣、罐體排污口凸緣等與罐體相焊的內(nèi)角焊縫焊趾處裂紋。

1 裂紋分析

根據(jù)自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院汽車罐車檢驗(yàn)站提供的檢測技術(shù)資料報告看，在對罐車罐體的定期檢驗(yàn)中，罐體對接焊縫的質(zhì)量較高，經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)問題，而檢出的人孔凸緣、排污口凸緣等與罐體的內(nèi)角焊縫處裂紋缺陷，多為角焊縫外觀成形不良，焊縫至母材無形成圓滑過渡曲線，同時在焊縫焊趾處有連續(xù)性較深咬邊，修復(fù)時用碳弧氣刨逐層清理發(fā)現(xiàn)，多數(shù)焊縫內(nèi)部還存在有熔合不好，有未全焊透現(xiàn)象，部分還有填充焊條、焊絲等跡象。故而筆者認(rèn)為罐車凸緣內(nèi)角焊縫處產(chǎn)生裂紋的原因有以下幾個方面：

1.1罐車罐體材質(zhì)為16MnR，凸緣材質(zhì)為16Mn鍛，焊接性能良好，一般不會產(chǎn)生裂紋缺陷。但由于角焊縫一般都位于結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位〔如人孔凸緣與封頭的連接處等〕，這一部位應(yīng)力集中嚴(yán)重，受力復(fù)雜，不像對接焊縫那樣，只受拉伸應(yīng)力，它還要受到較大的彎曲和剪切應(yīng)力。角焊縫的幾何形狀有急劇的變化，力線的傳遞比對接焊縫復(fù)雜，在焊縫根部和焊趾處存在較高的應(yīng)力集中。雖然罐車的罐體在制造時進(jìn)行了600～640℃的整體消除應(yīng)力熱處理，但在角焊縫處仍存在有較大的應(yīng)力集中和部分殘余應(yīng)力，從而在該部位很容易萌生疲勞裂紋，造成罐體的失效破壞。

1.2角焊縫外觀成型不良，在焊趾處產(chǎn)生連續(xù)性較深的咬邊，罐體在制造中未能及時檢出予以補(bǔ)焊，從而在此角焊縫焊趾處造成應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂紋。

1.3角焊縫由于結(jié)構(gòu)原因，不易實(shí)現(xiàn)清根，打底焊和定位焊都保留在焊縫中，即使采用雙面焊接，其質(zhì)量亦比對接焊縫差。

1.4由于凸緣等與罐體的角焊縫，在罐體熱處理后角焊縫內(nèi)外表面只做表面磁粉探傷檢查，焊縫內(nèi)部缺陷不易檢查出來，使焊縫內(nèi)部質(zhì)量不易保證。同時一些制造廠對角焊縫的質(zhì)量放松，在焊接人孔凸緣與封頭的角焊縫時，由于坡口尺寸及間隙較大，時常發(fā)生往間隙中填塞焊條、焊絲等的現(xiàn)象，從而給焊接接頭質(zhì)量帶來了潛伏的隱患。

2 裂紋的修復(fù)與檢驗(yàn)

2.1 修復(fù)準(zhǔn)備

修復(fù)工作在取得自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院汽車罐車檢驗(yàn)站和罐車制造廠家的授權(quán)后，需編制修復(fù)技術(shù)方案，報請自治區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局特設(shè)處審查批準(zhǔn)并備案，選用合格的持證焊工、焊材及設(shè)備，同時在評定合格的焊接工藝支持下方可進(jìn)行焊接修復(fù)工作。（注：罐體在修復(fù)前，已經(jīng)自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院汽車罐車檢驗(yàn)站進(jìn)行過置換處理，罐內(nèi)符合動火要求。）

2.2 修復(fù)程序

2.2.1首先對角焊縫進(jìn)行磁粉探傷，確定裂紋的部位和長度。

2.2.2用碳弧氣刨逐層清除裂紋缺陷，在裂紋兩端各延長清除25～30mm，缺陷經(jīng)宏觀檢查清理干凈后，用角向磨光機(jī)將焊道內(nèi)外的氧化物及雜物清除干凈，然后使用滲透法進(jìn)行檢查以確認(rèn)裂紋是否已完全消除，若已完全消除則清除裂紋缺陷工作方告結(jié)束。

2.2.3由持有相應(yīng)焊接資格的合格焊工按所制訂的焊接工藝進(jìn)行焊接。

2.2.4焊縫外觀檢驗(yàn)合格后，考慮到罐體在制造時已進(jìn)行了整體消除應(yīng)力熱處理，故只對修復(fù)焊縫進(jìn)行局部消除應(yīng)力熱處理，用熱電偶進(jìn)行溫度測量，熱處理溫度為600～640℃，用保溫巖棉對焊縫進(jìn)行覆蓋，以使焊縫溫度均衡，緩慢降溫。

2.2.5焊縫檢驗(yàn)：對焊縫進(jìn)行100%磁粉探傷檢查，要求符合JB/T4730-2005中Ⅰ級的要求。

2.2.6水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。

2.3 焊接方法和焊接參數(shù)

采用焊條電弧焊進(jìn)行焊接，焊接材料選用E5015規(guī)格φ3.2mm電焊條，電源極性為直流反接，焊接電流I=120～130A，電弧電壓U=22～24V，焊接熱輸入量q≤22KJ/cm。

2.4 焊縫的修磨與檢驗(yàn)

罐體凸緣內(nèi)部修復(fù)角焊縫表面應(yīng)進(jìn)行打磨，人孔凸緣與罐體的內(nèi)角焊縫應(yīng)修磨至與母材表面圓滑過渡。排污口凸緣內(nèi)角焊縫，表面應(yīng)修磨至比筒壁高1.0～1.5mm，同時也應(yīng)圓滑過渡。這樣可減少應(yīng)力集中，也便于再次檢驗(yàn)時辨認(rèn)修復(fù)焊縫。修復(fù)后的罐體在水壓試驗(yàn)前后焊縫表面應(yīng)無裂紋等缺陷，補(bǔ)焊處經(jīng)水壓試驗(yàn)應(yīng)無滲漏，氣密性試驗(yàn)應(yīng)合格。

3 提高壓力容器角焊縫焊接質(zhì)量的幾點(diǎn)建議

3.1 加強(qiáng)對角焊縫的質(zhì)量意識

角焊縫的質(zhì)量控制比對接焊縫困難，理應(yīng)在制造中受到更高的重視，但由于角焊縫一般不進(jìn)行無損檢測，亦沒有具體的質(zhì)量考核指標(biāo)，從而要保證角焊縫的質(zhì)量，必須加強(qiáng)有關(guān)的質(zhì)量意識教育，將角焊縫質(zhì)量與對接焊縫等同要求，使有關(guān)工程技術(shù)人員和工人都重視角焊縫的質(zhì)量，共同把好角焊縫的質(zhì)量關(guān)。

3.2 做好角焊縫的焊接工藝評定工作

根據(jù)JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》中的要求，對角焊縫特別是要求全焊透的角焊縫，應(yīng)嚴(yán)格按照其標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真作好焊接工藝評定工作。

3.3 抓好坡口加工質(zhì)量

坡口應(yīng)盡可能采用機(jī)械加工，若用氧乙炔焰加工坡口時，坡口尺寸一定要達(dá)到規(guī)定的要求。開非圓形孔時，要做工藝樣板，精心加工。

3.4 加強(qiáng)打底焊的質(zhì)量控制

角焊縫采用雙面焊時，由于打底焊縫及定位焊縫一般不能清除，都保留在焊縫中，故要特別注意定位焊和打底焊的質(zhì)量。

3.5 角焊縫的外形尺寸

角焊縫的外形尺寸對應(yīng)力集中有較大的影響，焊接時應(yīng)盡可能使之與母材圓滑過渡，焊縫表面平滑，焊腳尺寸符合規(guī)定要求。為保證角焊縫的質(zhì)量，應(yīng)盡可能采用焊接質(zhì)量易于保證的平位焊接，由于轉(zhuǎn)動困難等原因，不能采用平焊時，要采用與之相適應(yīng)的焊接工藝，并由取得相應(yīng)焊接資格的焊工進(jìn)行焊接。

3.6 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

角焊縫主要應(yīng)通過認(rèn)真執(zhí)行制造及焊接工藝來達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求，檢驗(yàn)人員應(yīng)做好檢查監(jiān)督工作，重點(diǎn)抓好裝配質(zhì)量、打底焊、焊接工藝的執(zhí)行和焊縫表面質(zhì)量的檢驗(yàn)，達(dá)不到要求的不準(zhǔn)施焊。根據(jù)焊接接頭的重要程度，擬訂一定的停止點(diǎn)，必須經(jīng)檢驗(yàn)人員認(rèn)可后方能轉(zhuǎn)入下一道制造工序。

總之，角焊縫是目前壓力容器制造中質(zhì)量比較薄弱的環(huán)節(jié)之一，應(yīng)通過設(shè)計、制造、檢驗(yàn)等各個環(huán)節(jié)共同把關(guān)，使之質(zhì)量能得到有效的控制，從而提高壓力容器的總體質(zhì)量。

4 經(jīng)濟(jì)分析

液化石油氣汽車罐車，目前是我區(qū)各城鎮(zhèn)縣市液化石油氣儲備站點(diǎn)輸送氣源的重要運(yùn)輸工具。該種車輛屬于危險貨物運(yùn)輸特種車輛，罐體為第三類壓力容器，其焊接質(zhì)量是保證車輛安全運(yùn)輸?shù)闹匾蛩?。一輛10噸液化石油氣汽車罐車，造價約為人民幣50萬元，服役期限為7年，若在年度定檢中及時發(fā)現(xiàn)問題，并予以修復(fù)，則可保證車輛繼續(xù)安全運(yùn)營，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)效益。如果罐體產(chǎn)生的焊接缺陷沒有得到及時修復(fù)，那末就有可能導(dǎo)致罐車罐體發(fā)生泄露甚至爆炸，其造成的經(jīng)濟(jì)損失將無法估量。因此保證液化石油氣汽車罐車的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鍋爐壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（1999版）

[2]JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》

[3]JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》