林 彤

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

1 引言

特種設(shè)備承壓部件主要以焊接結(jié)構(gòu)件為主，其焊接接頭中會(huì)形成裂紋、未熔合、未焊透、夾渣和氣孔等缺陷，通過無損檢測(cè)方法能發(fā)現(xiàn)這些缺陷的存在，依靠質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)能得出不可接受和可接受兩種缺陷評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)于制造或安裝的焊縫超標(biāo)缺陷（不可接受）應(yīng)進(jìn)行返修處理，對(duì)于在用的焊縫超標(biāo)缺陷可按合于使用原則進(jìn)行安全評(píng)價(jià)監(jiān)督使用，或者返修處理［1］。由于返修缺陷采用的是手工挖補(bǔ)方法，特別在用焊縫缺陷返修的成功率低，有時(shí)返修次數(shù)多達(dá)2次以上，超過技術(shù)規(guī)范規(guī)定要求［2］，經(jīng)檢測(cè)缺陷返修部位及周邊新生大量嚴(yán)重缺陷，焊接接頭質(zhì)量不良，缺陷返修處理看似簡(jiǎn)單實(shí)則難度大。為減少因盲目返修造成的不良后果，必須建全完善的焊縫缺陷返修處理過程，牢固樹立一環(huán)失誤全盤皆輸?shù)母拍?，找出影響返修質(zhì)量因素，總結(jié)返修處理措施經(jīng)驗(yàn)，一方面為廣大使用單位管理人員提供技術(shù)咨詢服務(wù)，另一方面按照特種設(shè)備安全法規(guī)定要求對(duì)缺陷重大修理進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)，深入了解返修過程及存在問題的原因，為監(jiān)督檢驗(yàn)人員開展修理監(jiān)檢工作起到借鑒指導(dǎo)作用。

以電站鍋爐過熱器出口管座焊縫缺陷返修為例，經(jīng)超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷5處，其中超標(biāo)缺陷3處，通過分析缺陷產(chǎn)生原因，事先制定了全面詳實(shí)的返修步驟及技術(shù)要點(diǎn)，返修中嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量技術(shù)保障措施［3］，獲得返修成功。部件結(jié)構(gòu)見圖1，部件材質(zhì)SA-182F91，集箱規(guī)格φ457×t81，支管規(guī)格φ457×t81，焊縫接頭結(jié)構(gòu)見圖2［4］。

圖1 部件組成結(jié)構(gòu)

圖2 焊接接頭結(jié)構(gòu)

2 返修步驟及要點(diǎn)

2.1 返修前準(zhǔn)備

返修前使用單位應(yīng)對(duì)返修部位進(jìn)行返修環(huán)境狀況條件和施工時(shí)間保障進(jìn)行評(píng)估，滿足施工條件后約請(qǐng)有資質(zhì)返修單位與使用單位簽訂返修合同，并向當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備注冊(cè)政府管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)告知，獲準(zhǔn)后與當(dāng)?shù)貦z驗(yàn)機(jī)構(gòu)簽訂監(jiān)督檢驗(yàn)協(xié)議。另外根據(jù)返修項(xiàng)目合同和安全技術(shù)規(guī)范要求，還應(yīng)制訂現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)保體系運(yùn)轉(zhuǎn)文件、質(zhì)量計(jì)劃、施工方案、焊接工藝、熱處理工藝等，配備焊工、質(zhì)檢人員、無損檢測(cè)人員、熱處理工、返修焊材、施工設(shè)備及儀器儀表等，搜集相關(guān)的安全技術(shù)規(guī)范、設(shè)計(jì)文件、制造安裝質(zhì)量證明文件、檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告等。

2.2 缺陷開挖前準(zhǔn)備

首先，判明超標(biāo)缺陷產(chǎn)生的原因［1］，一般有三種可能狀況，第一種是制造遺留缺陷，第二種是原有制造缺陷使用擴(kuò)展，第三種是使用后產(chǎn)生。對(duì)前兩種缺陷狀況進(jìn)行修理價(jià)值高，能恢復(fù)原有安全狀況；對(duì)于第三種缺陷狀況，應(yīng)進(jìn)行全面的安全技術(shù)鑒定，即使返修合格后還應(yīng)定期監(jiān)測(cè)。該案例制造廠沒有對(duì)三通管座焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)控制，焊接時(shí)執(zhí)行工藝差，在用時(shí)被超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，屬于前兩種超標(biāo)缺陷狀況可能性較大。

其次，特別重要的是必須進(jìn)行返修前超聲檢測(cè)復(fù)查，有兩方面作用：一是對(duì)超標(biāo)缺陷進(jìn)行超聲數(shù)據(jù)特征分析，估判缺陷的性質(zhì)；二是提高檢測(cè)靈敏度記錄焊縫中所能發(fā)現(xiàn)的存在缺陷，為了確保返修部位缺陷去除準(zhǔn)確到位，同時(shí)形成缺陷返修的開挖方案能清理干凈全部相關(guān)缺陷，針對(duì)存在缺陷進(jìn)行長(zhǎng)度、深度和寬度位置范圍的整合處理。超聲檢測(cè)復(fù)查與先前提供超標(biāo)缺陷時(shí)超聲檢測(cè)完全不同，一般超聲檢測(cè)只對(duì)可記錄缺陷進(jìn)行評(píng)定，超聲數(shù)據(jù)不包含全部的存在缺陷，不能用于可靠的缺陷返修處理，有很多不可記錄缺陷被遺漏，憑借可記錄缺陷或超標(biāo)缺陷信息進(jìn)行缺陷返修，造成返修部位周邊殘留未去除的缺陷，再次受焊接應(yīng)力影響，引起擴(kuò)展可能性加大，因此返修缺陷的整合不是對(duì)記錄缺陷或超標(biāo)缺陷進(jìn)行，而是對(duì)存在缺陷進(jìn)行。結(jié)合去除缺陷方法，若采用角磨去除，開挖長(zhǎng)度和寬度較大，開挖長(zhǎng)度不小于100mm，先把長(zhǎng)度間距100mm范圍以內(nèi)的缺陷進(jìn)行整合在一起，然后對(duì)開挖深度和寬度進(jìn)行適當(dāng)放大調(diào)整整合，形成開挖部位的長(zhǎng)寬深坡口尺寸；若采用碳弧氣刨去除，相對(duì)坡口尺寸小，可參照此缺陷整合原則進(jìn)行。

2.3 返修部位缺陷標(biāo)定

根據(jù)超聲檢測(cè)復(fù)查結(jié)果［4］，應(yīng)繪制存在缺陷的位置示意圖包括缺陷平面示意圖和深度示意圖，管座焊縫缺陷的定位可按時(shí)鐘或角度進(jìn)行，通過缺陷整合原則，轉(zhuǎn)化成缺陷開挖尺寸示意圖。如圖3所示，發(fā)現(xiàn)存在缺陷共計(jì)11處，新增缺陷6處，同時(shí)原來記錄缺陷長(zhǎng)度變長(zhǎng)，它包含了不記錄缺陷的指示長(zhǎng)度部分或缺陷延長(zhǎng)線上間斷不記錄的缺陷長(zhǎng)度。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工件部位焊縫進(jìn)行缺陷標(biāo)記，必要時(shí)借助超聲檢測(cè)進(jìn)行位置復(fù)合，見圖4所示，同時(shí)注意在沒有開挖的工件部位做出缺陷對(duì)應(yīng)指示標(biāo)記，并在支管圓周面某一固定周長(zhǎng)上標(biāo)明參考基準(zhǔn)線。

圖3 管座焊縫缺陷標(biāo)注示意圖

圖4 工件上缺陷標(biāo)記

2.4 缺陷去除及坡口準(zhǔn)備

缺陷去除只能采用手工機(jī)械方法去除，分別為砂輪打磨和碳弧氣刨，兩者可以結(jié)合使用［5］，目的是將缺陷清理干凈。在去除缺陷部位焊縫過程中，在去除接近缺陷深度時(shí)應(yīng)注意目視觀察缺陷顯示，確認(rèn)缺陷的性質(zhì)，有時(shí)確認(rèn)工作是困難的，必要時(shí)用液體滲透表面顯示跟蹤，見圖5所示。

圖5 滲透檢測(cè)跟蹤裂縫返修

一旦接近挖穿工件厚度，注意鐵屑不要落入管內(nèi)。焊肉去除后形成返修坡口形狀不規(guī)則，深淺不均勻，寬度不均勻，有時(shí)留下較深凹槽，盡可能地修磨平滑。

在施焊前最后一個(gè)關(guān)鍵步驟是進(jìn)行返修坡口面檢查，目視檢查合格后，最好先用液體滲透檢測(cè)后再加磁粉檢測(cè)檢查返修坡口面。液體滲透檢測(cè)能檢測(cè)坡口面上各種方向上的細(xì)小表面開口缺陷，尤其坡口長(zhǎng)度兩端，多為點(diǎn)狀顯示，磁粉檢測(cè)不易發(fā)現(xiàn)，滲透檢測(cè)明顯；磁粉檢測(cè)靈敏度高，能發(fā)現(xiàn)因打磨有可能堵塞開口的缺陷或近表面缺陷存在，但受限于缺陷方向性和坡口形狀復(fù)雜影響，可能不宜操作，但這兩種表面檢測(cè)方法結(jié)合能較好地起到相互補(bǔ)充作用，不影響檢測(cè)效率。

2.5 焊接

由經(jīng)驗(yàn)豐富的高級(jí)焊工承擔(dān)補(bǔ)焊，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝文件要求，加強(qiáng)焊材烘干回收等管理。因?yàn)椴捎枚鄬佣嗟朗止る娀『附?，施焊前?yīng)清理干凈返修坡口，焊前預(yù)熱，溫度至少205℃，層間溫度保持300℃，一次性完成補(bǔ)焊。焊接順序：先對(duì)挖穿部位進(jìn)行氬弧補(bǔ)焊，坡口深的部位先焊，或坡口寬的部位先焊，盡量形成較均勻平整的焊道。注意事項(xiàng)：每焊一層，焊工要自行把關(guān)，避免形成深凹槽，必要時(shí)進(jìn)行打磨處理，合格后進(jìn)行下道焊接；錯(cuò)開焊層焊道間的接頭；一次性開挖較長(zhǎng)較多的補(bǔ)焊，要對(duì)稱施焊；焊后緩慢冷卻［5］。

2.6 焊后檢驗(yàn)檢測(cè)

避免多次返修影響，減少不必要的熱處理次數(shù)，目視檢查合格后可以進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)和超聲檢測(cè)，確認(rèn)補(bǔ)焊后焊縫符合質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)后轉(zhuǎn)入焊后熱處理。一旦不合格，應(yīng)深入認(rèn)真分析原因，再做缺陷的二次返修處理決定［1，2］。

2.7 焊后熱處理

對(duì)缺陷返修處理過的焊縫進(jìn)行焊后熱處理很重要，主要是消除焊接殘余應(yīng)力，去氫，改善焊縫組織和綜合性能，嚴(yán)格按照熱處理工藝要求進(jìn)行，高溫回火溫度：750±10℃,保溫時(shí)間2～4小時(shí)，緩升緩降，控制速度不大于80℃/h［5］。

2.8 硬度測(cè)試

按照DL/T438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》和DL/T869-2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》要求進(jìn)行，焊縫硬度不大于300HB，母材硬度175HB～248HB,且焊縫硬度與母材硬度差應(yīng)小于100HB。若出現(xiàn)硬度異常的，應(yīng)進(jìn)行金相組織分析，必要時(shí)進(jìn)行重新焊后熱處理［2，5］。

2.9 熱處理后無損檢測(cè)

返修部位材料有可能形成延遲裂紋和再熱裂紋，應(yīng)進(jìn)行最終的無損檢測(cè)代表返修質(zhì)量結(jié)果，采用的無損檢測(cè)方法：表面磁粉檢測(cè)和超聲檢測(cè)，均符合JB/T4730質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［1］。

2.10 水壓試驗(yàn)

嚴(yán)格按照電廠事先制訂的水壓試驗(yàn)程序進(jìn)行，整個(gè)過程應(yīng)符合TSG G0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，緩慢升降壓力，試驗(yàn)壓力31.5MPa，保壓時(shí)間20min，壓力降不超過0.6MPa，在降到工作壓力25.4MPa進(jìn)行檢查期間，壓力應(yīng)保持不變，經(jīng)檢查在受壓元件金屬壁和焊縫上沒有水珠和水霧即為合格［1］。

3 返修常見質(zhì)量技術(shù)問題分析

3.1 在缺陷產(chǎn)生原因和性質(zhì)不明的情況下盲目返修

面對(duì)超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的焊縫超標(biāo)缺陷，在缺陷產(chǎn)生原因和性質(zhì)不明的情況下使用單位因生產(chǎn)需要倉促采取盲目返修處理。從大多數(shù)超聲檢測(cè)評(píng)為超標(biāo)缺陷情況來看，主要依據(jù)幅值和缺陷的指示長(zhǎng)度量化指標(biāo)，這種方法的檢測(cè)可信度取決于人員綜合水平，超聲檢測(cè)明顯劣勢(shì)是對(duì)缺陷的定性難，超聲檢測(cè)報(bào)告中往往沒有給出超標(biāo)缺陷估判性質(zhì)，對(duì)返修不利，可以借助射線檢測(cè)、TOFD時(shí)差衍射法超聲和相控陣超聲檢測(cè)等方法進(jìn)行補(bǔ)充，綜合分析缺陷的性質(zhì)。特別是在用承壓設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)條件差，返修難處理，除了缺陷是裂紋外其它制造原始缺陷可以不進(jìn)行返修處理，缺陷的定性結(jié)果能決定是否要進(jìn)行返修處理［1，2］。

3.2 不具備條件的返修

不具備條件的返修往往直接造成焊縫返修部位質(zhì)量不合格。具體體現(xiàn)在返修時(shí)圖省時(shí)省工，走捷徑，省去必要的中間檢查檢測(cè)等環(huán)節(jié)，準(zhǔn)備工作不充分，返修中缺少返修工藝和技術(shù)質(zhì)量保障措施，現(xiàn)場(chǎng)難于開挖與補(bǔ)焊，不經(jīng)專家評(píng)審決策等。

3.3 殘留缺陷擴(kuò)展裂紋

焊縫返修時(shí)只針對(duì)超標(biāo)缺陷，存在缺陷不明，忽略了超標(biāo)缺陷周圍存在缺陷對(duì)返修的影響，缺陷消除中缺少必要的檢測(cè)技術(shù)手段，導(dǎo)致缺陷消除不干凈。如圖6所示是相控陣超聲檢測(cè)缺陷顯示，圖中左側(cè)為缺陷A掃描顯示，右側(cè)為缺陷扇形掃描顯示，代表焊縫截面缺陷情況，缺陷1是超標(biāo)缺陷，深度為12mm，另有3處存在缺陷不超標(biāo)，分別缺陷2、3和4，深度分別為20mm、30mm和35mm，若只去除缺陷1,開挖深度接近20mm，最終殘留下缺陷2、3和4，沒有清理干凈其附近的缺陷。由于補(bǔ)焊時(shí)現(xiàn)場(chǎng)條件差，焊工有時(shí)出現(xiàn)焊前不預(yù)熱或預(yù)熱溫度低情況下進(jìn)行施焊，坡口附近周邊存在缺陷受焊接應(yīng)力作用，出現(xiàn)殘留缺陷擴(kuò)展裂紋可能性大大增加，因此補(bǔ)焊后超聲檢測(cè)常發(fā)現(xiàn)在補(bǔ)焊的新舊接頭部位又新產(chǎn)生超標(biāo)缺陷。

圖6 相控陣超聲檢測(cè)缺陷顯示

如圖7所示，為焊縫缺陷返修后焊縫截面電鏡掃描顯示，殘留原始根部未熔合，經(jīng)過返修處理后，見圖8為放大顯示的未熔合，尖端擴(kuò)展成裂紋并已開始分叉。

圖7 焊縫返修后焊縫截面電鏡掃描顯示

圖8 未熔合缺陷電鏡掃描顯示

3.4 產(chǎn)生新生超標(biāo)缺陷

新補(bǔ)焊縫中出現(xiàn)超標(biāo)缺陷是常見質(zhì)量問題，由于比制造焊口難焊接，難免不產(chǎn)生缺陷，主要是由于缺陷開挖形成的坡口形狀不規(guī)則，影響起收弧選擇，同時(shí)多道補(bǔ)焊形成深凹槽，不宜清理干凈夾渣，若多層熔焊熔不透就容易形成夾渣缺陷，同時(shí)產(chǎn)生其它焊接缺陷也是可能的。

3.5 施焊不當(dāng)產(chǎn)生熱裂紋

焊層焊道接頭沒有錯(cuò)開，在同一部位多次起弧和收弧，很容易在該部位形成熱裂紋。見圖9所示是熒光磁粉檢測(cè)裂紋顯示，屬于補(bǔ)焊時(shí)接頭末錯(cuò)開造成的表面熱裂紋。

圖9 熒光磁粉檢測(cè)裂紋顯示

3.6 多次返修引發(fā)裂紋

出現(xiàn)兩次以上同一部位返修后，補(bǔ)焊接頭質(zhì)量影響明顯，舊焊縫接頭經(jīng)多次返修后，材料金相組織明顯趨于粗大，同時(shí)補(bǔ)焊過程加大了氫對(duì)該部位的擴(kuò)散，出現(xiàn)冷裂紋的概率大。如圖10所示為多次返修后開挖宏觀顯現(xiàn)根部裂紋。

圖10 宏觀顯現(xiàn)根部裂紋

3.7 焊接接頭硬度值和焊接接頭與母材硬度差超標(biāo)

焊后熱處理是焊縫缺陷返修的重要環(huán)節(jié)，也是容易被忽視的環(huán)節(jié)，只有過程控制，難于評(píng)價(jià)熱處理結(jié)果好壞。現(xiàn)場(chǎng)熱處理過程是很不規(guī)范的，沒有良好質(zhì)量控制，常有加熱板覆蓋不夠，測(cè)溫點(diǎn)布置不均和數(shù)量不符，時(shí)間速度控制差，加熱不均勻等問題，造成無法降低焊接接頭的硬度。如現(xiàn)在F91母材供貨硬度值為下限值較多，出現(xiàn)焊接接頭硬度值偏高或大于300HB時(shí)，導(dǎo)致焊接接頭與母材硬度差大于100HB,最終硬度測(cè)試結(jié)果不合格［1，2］。

4 結(jié)束語

為了消除安全隱患，可以對(duì)焊縫超標(biāo)缺陷進(jìn)行返修處理，若沒有健全的返修過程做保障，就難有返修成功的結(jié)果。但缺陷的返修處理不是唯一方法，特別在用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)返修條件差，超標(biāo)缺陷返修不一定成功，多數(shù)缺陷通過安全評(píng)價(jià)是合于實(shí)際使用的，并通過健康監(jiān)測(cè)能保證使用安全。

[1]TSG G0001-2012 鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

[2]DL/T438-2009 火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程［S］.

[3]顧克宏.CP-2三通管座檢查與返修情況報(bào)告［R］.

[4]林彤.DG2013GF00010三菱重工有限公司長(zhǎng)崎造船廠三通管座返修檢測(cè)報(bào)告［R］.

[5]DL/T869-2012 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程［S］.