楊 惠 榮

(北京合力清源科技有限公司，北京 102100)

·機(jī)械與設(shè)備·

深冷壓力容器閉環(huán)縫內(nèi)咬邊缺陷的解決辦法

楊 惠 榮

(北京合力清源科技有限公司，北京 102100)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)深冷壓力容器閉環(huán)縫焊接的一次合格率，確定了深冷壓力容器閉環(huán)縫內(nèi)咬邊缺陷產(chǎn)生的類別及頻率，并針對(duì)缺陷的產(chǎn)生原因，提出了具體的防治措施，達(dá)到了改善焊接質(zhì)量的目的。

深冷壓力容器，閉環(huán)縫，內(nèi)咬邊缺陷，焊接工藝

0 引言

深冷壓力容器主要用于儲(chǔ)運(yùn)液氧、液氮、液氬、液態(tài)天然氣等低溫液化深冷氣體。因其存儲(chǔ)的介質(zhì)具有溫度低、壓力高、助燃易燃等特殊性，要求內(nèi)容器的內(nèi)部保持絕對(duì)潔凈。制造過(guò)程中，內(nèi)容器封閉前，容器內(nèi)表面均要進(jìn)行氧級(jí)清洗，達(dá)到脫脂、除銹、干燥的目的。清洗之后方能進(jìn)行帶墊板閉環(huán)縫(即內(nèi)容器筒體壁板與上封頭焊接的最后一道環(huán)縫)的焊接。相對(duì)于常規(guī)采用的無(wú)墊板對(duì)接焊縫，帶墊板焊接過(guò)程中易出現(xiàn)根部缺陷，焊接一次合格率較低。有時(shí)甚至返修1次～2次才能合格，不但焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，工期延長(zhǎng)，而且墊板多次受熱可能會(huì)燒穿，影響內(nèi)容器內(nèi)部的清潔度。因此，分析帶墊板焊縫焊接產(chǎn)生的根部缺陷的類別及其原因，制定解決措施，對(duì)提高焊接生產(chǎn)效率，穩(wěn)定焊接質(zhì)量，縮短產(chǎn)品制造周期，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。

1 焊接工藝的制定

閉環(huán)縫施焊前，必須按照《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，評(píng)定合格后方可適用于正式產(chǎn)品的焊接。

1)內(nèi)容器材料(母材)的成分和機(jī)械性能。國(guó)內(nèi)通常選用06Cr19Ni10，化學(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表1。

表1 06Cr19Ni10的化學(xué)成分和機(jī)械性能

2)焊接方法的選擇。根據(jù)母材的化學(xué)成分和機(jī)械性能，結(jié)合閉環(huán)縫的焊接特點(diǎn)，以提高焊接生產(chǎn)效率的目的，采用鎢極氬弧焊點(diǎn)焊，熔化極氣體保護(hù)焊打底，埋弧自動(dòng)焊填充、蓋面。

3)焊接材料及參數(shù)的選擇見(jiàn)表2。

表2 焊接材料及參數(shù)的選擇

4)焊接坡口的選擇。選用V型無(wú)鈍邊帶墊板的型式，坡口角度為60°，組對(duì)間隙4 mm～6 mm。

5)焊接工藝評(píng)定結(jié)果的驗(yàn)證。按以上參數(shù)焊接試板后，按照NB/T 47013.2—2015進(jìn)行100%射線檢測(cè)，結(jié)果合格。

按照GB/T 228進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，GB/T 2653進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，GB/T 229進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均合格，此工藝可應(yīng)用于正式產(chǎn)品的焊接。

2 實(shí)際產(chǎn)品焊接的應(yīng)用結(jié)果

2.1 缺陷類別及出現(xiàn)頻率統(tǒng)計(jì)

按照產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)，閉環(huán)縫焊接完畢，應(yīng)按照NB/T 47013.2—2015進(jìn)行100%射線檢測(cè)，Ⅱ級(jí)合格。表3是一家深冷壓力容器制造商連續(xù)14個(gè)月拍攝的所有閉環(huán)縫的射線檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。

表3 閉環(huán)縫射線檢測(cè)結(jié)果

拍片結(jié)果顯示，閉環(huán)縫常出現(xiàn)的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、表面缺陷等四種缺陷。月焊接一次合格率最好時(shí)為93.26%，最差時(shí)僅為63.61%。四種缺陷中，平均每月出現(xiàn)最頻繁的缺陷為未熔合缺陷，其不合格片數(shù)在總不合格片數(shù)中占比61%。

因此，提高閉環(huán)縫焊接一次合格率的關(guān)鍵是避免未熔合缺陷的出現(xiàn)。

2.2 缺陷位置的判定

選取含有未熔合缺陷的射線底片進(jìn)行分析，如圖1所示，在圖片白色發(fā)亮區(qū)域的中心有一道從左至右若有若無(wú)的黑線，黑線略直，這是未熔合的缺陷。且其位于焊縫正中心的位置，判斷其實(shí)際位置在焊縫根部。

2.3 缺陷的剖面分析

在缺陷位置截取一塊試樣，對(duì)焊縫剖面進(jìn)行宏觀分析，拍照如圖2所示。在焊縫根部?jī)蓚?cè)與墊板連接處都有一道溝槽。溝槽尖銳的地方沿著焊縫方向連續(xù)，在底片影像上則會(huì)呈現(xiàn)為黑色的直線。這種缺陷特征類似在焊縫外表面產(chǎn)生的咬邊。因在焊縫內(nèi)部出現(xiàn)，可形象的稱之為“內(nèi)咬邊”。

3 缺陷產(chǎn)生的原因分析

為什么會(huì)產(chǎn)生內(nèi)咬邊缺陷，如圖3所示，焊接過(guò)程中，隨著電弧的移動(dòng)，被焊工件和墊板的部分金屬均受熱熔化，與焊材熔化金屬一起形成了熔池液體金屬。其在電弧吹力的作用下向兩邊發(fā)生流動(dòng)，若在墊板和筒體、封頭之間存在一定間隙，則熔池金屬會(huì)沿著墊板邊緣流溢。這樣，就在緊靠焊根外側(cè)的墊板上留下了一道溝槽，形成了“內(nèi)咬邊”。顯然，間隙越大，形成內(nèi)咬邊的頻率就越高。

4 避免焊縫內(nèi)咬邊缺陷的措施

4.1 坡口的改進(jìn)要求

根據(jù)以上原因分析，坡口改進(jìn)如下(見(jiàn)圖4)：

1)要求墊板與筒體、封頭之間無(wú)間隙，貼合越緊密，缺陷產(chǎn)生的可能性就越?。?/p>

2)筒體、封頭的坡口端必須是尖角，否則可能會(huì)產(chǎn)生間隙，增大缺陷出現(xiàn)的頻率。

4.2 修正錯(cuò)誤的打磨方式

工藝執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)以下兩種情況工人從內(nèi)部打磨，形成了類似雙V的坡口型式(見(jiàn)圖5)，造成了間隙，增大了內(nèi)咬邊缺陷出現(xiàn)的可能性。

1)外協(xié)加工的封頭在運(yùn)輸過(guò)程中，坡口端面未進(jìn)行良好保護(hù)，坡口面碰傷處理。

2)筒體板材在下料、開(kāi)坡口、卷制、輥圓、焊接等工序中，坡口面尖角碰傷處理。

發(fā)現(xiàn)以后，要求工人必須從外部打磨處理碰傷面。如非要從內(nèi)部打磨，則要注意打磨角度必須與內(nèi)表面平齊，不能形成夾角。

4.3 改進(jìn)裝焊工藝減小貼合間隙

改進(jìn)后的裝焊工藝如圖6所示。先將墊板圈點(diǎn)焊在封頭上，并使墊板與封頭之間緊密貼合，無(wú)間隙。同時(shí)將墊板與封頭相結(jié)合的焊縫根部用φ3.2 mm焊條小電流、快速施焊一周，墊板一側(cè)的焊腳高度控制在3 mm～5 mm左右。

筒體周長(zhǎng)放樣按封頭實(shí)測(cè)周長(zhǎng)減去3 mm～4 mm，這樣卷制的筒體與墊板組裝后間隙能控制在0.3 mm范圍內(nèi)，貼合情況得到大大改善。

5 改進(jìn)結(jié)果

工藝改進(jìn)一段時(shí)間之后，內(nèi)咬邊缺陷出現(xiàn)的頻率明顯降低，隨機(jī)取樣做焊縫剖面如圖7所示。

6 結(jié)語(yǔ)

1)閉環(huán)縫帶墊板焊接工藝實(shí)施過(guò)程中，必須控制筒體、封頭與墊板之間無(wú)間隙，方能降低內(nèi)咬邊缺陷出現(xiàn)頻率。

2)必須實(shí)際觀察工人的操作習(xí)慣，修正不正確的打磨方式，確保坡口尖角不被破壞。

3)采用新的裝焊工藝能夠有效減小間隙的大小。

4)間隙控制的同時(shí)，必須按照評(píng)定合格的焊接電流、電壓和速度進(jìn)行焊接，否則過(guò)慢的焊接速度，過(guò)大的焊接電流，也會(huì)導(dǎo)致熔池液態(tài)金屬流溢而造成內(nèi)咬邊的缺陷。

[1] GB/T 18442.4—2011，固定式深冷壓力容器——第4部分：制造[S].

[2] 袁建偉.帶墊板環(huán)焊縫根部缺陷解決辦法[J].焊接技術(shù)，1991(3)：45.

[3] 曾向明.工藝因素對(duì)帶墊板單面焊焊縫背面成形的影響[J].焊接，1991(3)：19-22.

[4] 孟凡力.環(huán)縫根部未熔合等缺陷的解決辦法[J].現(xiàn)代制造工程，2001(10)：50.

[5] 任青山.如何防止帶墊板焊接接頭的“內(nèi)咬邊”缺陷[J].焊接，1991(12)：22.

The solution method of cryogenic pressure vessel closed-loop seam internal undercut defects

Yang Huirong

(BeijingHeliQingyuanTechnologyLimitedCompany,Beijing102100,China)

Through the statistical a qualified rate of cryogenic pressure vessel closed-loop seam welding, this paper determined the type and frequency generated by cryogenic pressure vessel closed-loop seam internal undercut defects, and according to the reasons of defects, put forward specific control measures, to improve the quality of welding.

cryogenic pressure vessel, closed-loop seam, internal undercut defect, welding process

1009-6825(2017)05-0214-03

2016-12-05

楊惠榮(1978- )，女，工程師

TQ051.3

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