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【關鍵詞】Ti-35合金；角接接頭；質量控制；壓力容器

【Keywords】 Ti-35 alloy； angle joint； quality control； pressure vessel

【中圖分類號】TG407 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0120-02

1 壓力容器角接接頭質量較難控制和質量差的原因分析

①角接接頭一般都位于容器結構不連續的特殊部位，如設備人孔接管與封頭的連接處，接管與殼程筒體的連接處，夾套與設備筒體的封板連接處的角接接頭，使用過程中其應力集中較大，受力情況較復雜，不僅受拉伸應力，而且還要受到較大的彎曲和剪切應力，而角接接頭承受彎曲，剪切應力的能力較弱，加上角接接頭的幾何形狀有急劇的變化，力線的傳遞比對接焊縫復雜，在焊縫根部和焊趾處存在較高的應力集中。應力集中較大，焊縫強度較差，給壓力容器的角接接頭帶來先天不足。

②角接接頭由于結構原因，無法進行常規的射線檢測和超聲波檢測，焊接接頭內部缺陷較難檢測，使其焊縫內部質量不易保證，從而減弱了焊縫使用性能。

③角接接頭受力復雜，角接接頭的強度可靠性在設計和制造中都是很難控制的，容易在設計和制造環節忽略對其的質量和強度要求。

④角接接頭一般只進行表面檢測如目視檢測p滲透檢測和磁粉檢測，制造過程中對角接接頭質量放松，沒有像對接焊縫那樣進行嚴格的質量控制。

⑤壓力容器中的角接接頭實際上是一種組合焊縫，是由對接焊縫和角接接頭二部分組成。其焊接要求與對接焊縫有很大區別，相關焊接規范未對角接接頭焊接提出具體的焊接工藝評定要求，造成角接接頭的焊接質量難以保證。

⑥角接接頭與對接焊縫的不同之處在于，由于其結構原因，清根過程很難控制，打底焊接以及定位焊均會保留在整個焊縫中，采用雙面焊接，焊接接頭質量效果較差。

⑦角接接頭質量與坡口形式有較大的關系，在機械加工過程中，開孔形式為異形尺寸，無法精確達到規定的形狀尺寸和間隙要求，造成在焊件裝配過程中產生誤差，焊接操作人員施焊困難，焊接接頭質量會造成影響。

2 如何提高Ti35鈦合金制壓力容器角接接頭質量

作為應用于核級的壓力容器，其焊接接頭的質量顯得更為重要。因此要特別強化其角接接頭（圖1）焊接質量控制。[1]

2.1 加強角接接頭的質量控制意識

由于角接接頭的受力情況和質量控制與比對接焊縫差異很大，在制造過程中應受到更高的重視，角接接頭一般不進行內部無損檢測，沒有具體的質量考核指標，在焊接質量控制中，只突出對接焊縫的質量，缺少系統規范的角接接頭的制造、焊接工藝，甚至發生無證人員進行焊接接頭的操作。因此要保證角接接頭的質量，必須加強質量意識教育，將角接接頭質量與對接焊縫等同要求，使相關人員均重視角接接頭的質量，提高角接接頭的質量控制意識。

2.2 完善角接接頭的焊接工藝評定

針對新材料的特殊性，根據角接接頭的特點，要嚴格按照標準規范完成角接接頭的焊接工藝評定，特別針對要求焊透的角接接頭的焊接工藝評定，確定可靠的焊接工藝參數。

2.3 做好焊前準備，焊縫坡口質量作為重點

焊p坡口宜采用機械加工，坡口質量包括坡口角度、尺寸、裝配間隙等一定要符合圖紙要求，若為非圓形開孔，設計標準開孔樣板，并將其修磨，符合工藝要求。

2.4 加強打底焊的質量控制

角接接頭采用雙面焊時，由于打底焊及定位焊一般不能清除，都保留在焊縫中，要特別注意定位焊和打底焊的質量。當必須采用單面焊焊接時，一定要按照圖紙和焊接工藝的要求方法進行焊接，有墊板的必須加墊板，要用氬弧焊打底的必須按規定方法焊接。單面焊的打底焊質量不易控制，應要求有焊接經驗的固定人員擔任打底焊工作，提高角接接頭的根部質量。

2.5 焊接過程質量控制

在角接接頭的施焊過程中，對其每層的焊接質量都要進行檢驗檢測。焊接人員應嚴格按照焊接工藝規范進行焊接。由于結構原因，采用單面焊的結構（圖2），打底完成后，應進行間接目視檢測，即采用工業視頻內窺鏡對其進行目視檢測，主要觀察焊縫是否焊透，焊縫表面是否存在表面缺陷，如有，應及時進行返修，由焊接技術人員出具相應返修方案，操作人員應嚴格按照相關方案進行返修。對于Ti35鈦合金角接接頭成型過程，應對每層焊縫進行目視檢測和滲透檢測，以確保焊接質量。焊縫成型后，經外觀檢測合格后，如能進行射線檢測的結構，應進行射線檢測。

2.6 焊接接頭的圓滑過渡

角接接頭的外觀幾何尺寸在實際工況中易產生應力集中，焊接時必須與母材圓滑過渡，焊縫表面平滑，焊喉及焊腳尺寸必須達到圖紙及標準要求。

2.7 焊接操作方法的有效選擇

角接接頭焊接過程中，無法一直處于平焊或者橫焊的位置。為保證其焊接質量，應采用焊接工裝，采用焊接質量較好的平位或者易操作的焊接位置，由于轉動困難等其它原因，不能采用平焊時，要制定相應的焊接工藝，并由持證焊接操作人員進行焊接，完成焊接工作。

2.8 注重焊接接頭的質量檢驗檢測

對于Ti-35鈦合金制壓力容器的角接接頭質量控制，在檢驗過程中加強檢驗焊接工藝的執行率。焊接檢驗員及相關責任工程師應定期進行監督檢驗，對焊接過程的關鍵因素進行嚴格控制，如焊接裝配質量、打底焊、焊接工藝的執行和焊縫表面質量的檢查，達不到規定要求，嚴禁施焊。依據產品結構和焊接接頭的使用工況，設置必要的停止點，必須經焊接檢驗員及相關責任工程師監督檢驗合格后才能允許轉入下一道制造工序。

2.9 可靠性檢測方法

對于關鍵設備的角接接頭，應設計相應的檢測工裝進行

①耐壓試驗

②氣密性試驗

③氦檢漏試驗

通過以上三種可靠性檢測方法，完全可以確保角接接頭的焊接質量。

3 結論

①角接接頭是目前壓力容器質量比較薄弱的環節之一，也是核級容器制造過程中的薄弱環節，在整個設計、制造、檢驗等各個環節中應進行合理有效的控制，確保壓力容器及核級壓力容器的質量。

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壓力管道的作業一般都在室外，敷設方式有架空、沿地、埋地，甚至經常是高空作業，環境條件較差，質量控制要求較高。由于質量控制環節是環環相扣，有機結合，一個環節稍有疏忽，導致的都是質量問題。根據壓力管道的施工要求，必須在人員、焊接、材料、過程檢驗等方面強化管理，有針對性地采取各種技術措施，才能保證壓力管道的安裝質量得到有效的控制。下面就有關方面進行分析闡述。

一、人員素質

對壓力管道焊接而言，最主要的人員是焊接責任工程師，其次是質檢員、探傷人員及焊工。

1、焊接責任工程師是管道焊接質量的重要負責人，主要負責一系列焊接技術文件的編制及審核簽發。畢業論文，安裝。如焊接性試驗、焊接工藝評定及其報告、焊接方案以及焊接作業指導書等。因此，焊接責任工程師應具有較為豐富的專業知識和實踐經驗、較強的責任心和敬業精神。經常深入現場，及時掌握管道焊接的第一手資料；監督焊工遵守焊接工藝紀律的自覺性；協助工程負責人共同把好管道焊接的質量關；對質檢員和探傷員的檢驗工作予以支持和指導，對焊條的保管、烘烤及發放等進行指導和監督。

2、質檢員和探傷人員都是直接進行焊縫質量檢驗的人員，他們的每一項檢驗數據對評定焊接質量的優劣都有舉足輕重的作用。因此質檢員和探傷員首先必須經上級主管部門培訓考核取得相應的資格證書，持證上崗，并應熟悉相關的標準、規程規范。還應具有良好的職業道德，秉公執法，嚴格把握檢驗的標準和尺度，不允許感情用事、弄虛作假。這樣才能保證其檢驗結果的真實性、準確性與權威性，從而保證管道焊接質量的真實性與可靠性。

3、焊工是焊接工藝的執行者，也是管道焊接的操作者，因此，凡是從事壓力管道焊接的焊工、必須按照現行《鍋爐壓力容器焊工考試規則》、《現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范》的規定進行考試，考試合格后，方可從事相應的焊接施工。

二、焊接

焊接是壓力管道安裝施工的關鍵過程和主要過程, 控制好焊接質量是預防產生不合格產品的重要措施。壓力管道的焊接應從以下幾個方面加強管理。

1、焊接工藝評定及施焊工藝：焊接技術人員應依據設計圖紙，有關施工規范及現行標準，根據焊接工藝評定并結合施工現場的實際條件制定切實可行的焊接工藝指導書。施工前對焊工和管工進行技術交底，內容包括焊接材料、工藝參數、焊前預熱、層間、后熱、熱處理的溫度和時間、對焊接材料的保管、使用以及無損檢測等各項要求。

2、坡口加工及清理：現場條件允許的情況下，應盡量采用等離子弧、氧乙炔等熱加工方法。坡口加工完成后，必須除去坡口表明的氧化皮、油污、熔渣及影響接頭質量的表面層，清除范圍為坡口及其兩側母材不少于20毫米區域，并應將凹凸不平處打磨平整。畢業論文，安裝。

3、定位/組對：管接頭組對應在確認坡口加工、清理質量后進行。管接頭的組對定位焊是保證焊接質量、促使管接頭背面成形良好的關鍵，如果坡口形式、組對間隙、鈍邊大小不合適，易造成內凹、焊瘤、未焊透等缺陷。組對間隙應均勻，定位時應保證接管的內壁平齊、內壁錯邊量不超過管壁厚度的10%，且不應大于15毫米。如壁厚不一致，應按規定進行修磨過渡。若焊接定位板時應在焊管板角焊縫的同一方向。管件組對時應墊置牢固，并應采取措施防止焊接過程產生變形。定位焊時，應采用與根部焊道相同的焊接材料和焊接工藝，并由合格焊工施焊。

4、環境因素是制約焊接質量的重要因素之一,施焊環境應符合以下幾方面條件：首先，焊接的環境溫度應能保證焊件焊接所需的足夠溫度和使焊工技能不受影響。當施工的環境溫度低于施焊材料的最低允許溫度時就應該根據焊接工藝評定提出預熱要求來操作。另外,在實際焊接時的風速不應超過所選用焊接方法的相應規定值。當風速超過規定值時應備有防風設施才可安排施工。最后，如果焊件表面潮濕(例如下雨),焊工及焊件無保護措施或采取措施仍達不到要求時應停止施工作業。

三、材料管理

要提高壓力管道工程的質量,首先必須從源頭抓起,在材料采購、驗收環節把好關。

1、工程質量創優，材料質量是基礎。采購材料時，必須要求供方提品樣本及出廠合格證，按規范要求進行檢查驗收、抽樣試驗，對特殊材料必須送到檢測中心進行試驗，合格后方可使用。凡進場的材料質量不合格者，一概拒絕驗收。壓力管道安裝過程使用的焊料、管道材料以及其他消耗材料都必須確保符合設計圖紙的要求,如材料變更或代用,必須取得原設計單位的同意并辦理相關手續。

2、經檢驗合格的材料，現場材料員負責進行入庫并對其登記上賬。畢業論文，安裝。有時現場某些材料規格很大，無法在庫房存放，故應該選合適的露天場地存放，并做好防護工作。畢業論文，安裝。畢業論文，安裝。需要進庫房存放的材料必須入庫妥善保管，以防丟失和損壞。材料發放時，一定要核對材料的工程項目、規格、型號、材料和數量，以防有錯。現場使用的焊條必須烘干，操作人員用保溫桶領用，以防返潮。每一只桶內只能領用同一牌號的焊條，以防錯用，且一次最多不能超過5公斤，在桶內存放時間不應超過四小時，否則必須進行重新烘干。焊絲一次領用數量不得超過最小包裝，使用前應檢查表面的銹蝕、油污等雜質是否清理干凈。氬弧焊所用氬氣純度應不低于99.9%，且含水量不大于50ml/m3。

四、過程檢驗

壓力管道安裝時常因過程控制不力,導致施工質量不理想,因此對于壓力管道施工質量的控制可以從以下幾方面來進行。

(1)加強外觀檢驗,外觀檢驗主要包括檢查管道的表面及焊縫是否有裂紋等缺陷,外觀檢驗還包括壓力管道組成件和支承件以及在壓力管道施工過程中的檢驗。這些檢驗都為壓力管道質量事故提出了預防的方法,使得事故及時發現并及時解決。畢業論文，安裝。

(2)加強無損檢測,加強無損檢測主要包括加強焊縫表面和焊縫內部等方面的無損檢測,無損檢測主要是用于檢測壓力管道的表面及內部質量。另外,還需要加強硬度測定,對有熱處理要求的壓力管道焊縫,還應該測量焊縫及熱影響區的硬度值是否符合設計要求中有關項的標準規定。

五、結束語

以上是我們在多年從事壓力管道安裝工程質量體系管理工作中探索和總結出來的,希望能為從事壓力管道工程項目施工的管理人員提供一些參考,盡快提高壓力管道工程項目的管理水平,促進壓力管道管理的體系化、規范化進程。

參考文獻

1、工業金屬管道工程施工及驗收規范（GB50235-97）；

2、張西庚.壓力管道安裝質量保證指南.2002.9；

3、田金柱.壓力管道施工焊接質量控制[J].管道技術與設備,2008(3):46～47；

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前言 近幾年國內外石油工程的基本建設項目越來越多，對焊接技術的要求也越來越高，焊接工藝的多樣化已成為一種趨勢，從特種材料的小口徑高含硫天然氣氣田管網集輸、裝置凈化項目；高強鋼、大口徑的天然氣輸氣管道和碳素鋼、合金鋼的進戶城市天然氣管網；到原油、成品油及其它能源化工、供水及高壓超高壓等項工程的建設情況來看，所選用的大多是組合焊接技術[1]，該項技術能充分發揮不同焊接技術的優勢，提高焊接質量和工程的使用壽命。

1 焊接設備 焊接設備制造廠家較多，其使用性能差別較大，近幾年來從事石油工程建設施工企業使用的焊接設備，選用一機多用的多種用途直流弧焊電源的單位較多，這些設備不但具有焊條電弧上向焊功能，而且還具有焊條電弧下向焊、藥芯半自動焊、CO2氣體保護焊功能，有的設備還具有氬弧焊功能。常用的焊接設備主要有：國外生產的有林肯、米勒焊機，國內生產的有川焊、熊谷、奧太、時代、運達等廠家的焊接設備。

2 金屬材料與焊接材料

2.1 金屬材料 石油工程建設所使用的金屬材料種類較多，如：黑色金屬材料類的低碳鋼、中碳鋼、普低合金鋼、不銹鋼和特種用途的鍋爐壓力容器用鋼、管道專用鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼、異種鋼等；有色金屬材料類的鎳合金、鋁合金、銅合金材料及復合材料等。 在石油工程建設中選用的金屬材料其強度、硬度、塑性、韌性等項技術指標均能滿足焊接工藝的要求，大部分金屬材料的焊接性能較好，在施工中根據設計要求，通過調整焊接工藝方案，選擇不同的焊接技術都能滿足施工技術要求。

2.2 焊接材料 金屬材料的類別、性能、強度等級不同，含碳量或碳當量不同，其可焊性差別較大，所選用的焊接材料也不一樣，用于金屬材料焊接的焊接材料主要有：

2.2.1 手工焊條電弧上向焊條 目前施工企業使用的焊條以國內生產的為主，該類焊條可分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條十一大類，使用較多的焊條主要有：E4303、E4315、E5015、E5016、R307、R347、A302、A307、A347、Z248、Z308等。

2.2.2 手工焊條電弧下向焊條 目前施工企業使用的焊條以國外生產的為主，該類焊條是用于油氣管道焊接的專用焊條，主要有纖維素型和低氫型兩種焊條，使用較多的焊條主要有：E6010、E7010、E8010、E8018等。

2.2.3 各類焊絲 目前施工企業使用的焊絲國內外生產的都有，可分為CO2氣體及氬弧焊填充焊絲、埋弧焊絲、自保護藥芯焊絲、硬質合金焊絲、銅及銅合金焊絲、鋁及鋁合金焊絲、鎳及鎳合金焊絲、鑄鐵氣焊絲、碳鋼、低合金鋼氣焊絲，部分焊絲焊接時需要使用相應的焊劑、纖料、焊粉，使用較多的焊絲主要有： H08A、H08C、H10Mn2Si。E71T8-Ni1J等。

2.2.4 氣體 使用較多的氣體主要有氬氣、二氧化碳氣體、混合氣體（氬氣+二氧化碳氣）、氧氣、乙炔氣等。

3 焊接技術組合方案 根據近幾年石油工程集輸管網、長輸管道、場站建設、壓力容器、城市天然氣管網建設的情況來看，為了確保工程實體的焊接質量，施工單位根據設計單位的要求，在單面焊雙面成型焊接技術的應用上，根焊+填充蓋面焊采用組合焊接技術可以有效的保證工程實體的焊接質量。即：焊條電弧下向焊+焊條電弧上向焊、焊條電弧下向焊+焊條電弧下向焊、焊條電弧下向焊+藥芯焊絲半自動焊、焊條電弧下向焊+全位置自動焊、焊條電弧下向焊+CO2氣體保護焊、STT+藥芯焊絲半自動焊、RMD+藥芯焊絲半自動焊、STT+全位置自動焊、TIG焊+焊條電弧上向焊、TIG焊+焊條電弧下向焊等。 特種金屬材料的焊接，如：高含硫的鎳基復合材料在基層、過度層、復層所選用的焊接材料是有區別的，采用的焊接工藝也不盡相同，和不銹鋼復合材料及異種金屬材料的焊接工藝也有不同之處[2-3]。

4 焊接工藝 組合焊接工藝對坡口的要求沒有大的變化，一般為單邊V型坡口。在金屬材料厚度較薄的情況下為了保證焊接質量，可以選擇30°±0.5°的單邊V型坡口，如果金屬材料的厚度在14mm以上可以考慮選擇22°±1°的單邊V型坡口。 不同的焊接工藝對焊接質量的要求都是一樣的，焊工如果掌握某一項焊接技術較容易，要同時掌握幾項焊接技術難度是比較大的，可以根據工程的需要由同一名焊工有選擇地分別掌握焊條電弧上、下向焊、藥芯焊絲自保護半自動焊、手工鎢極氬弧焊等項焊接技術。 不同的焊接技術其焊接工藝參數是有差異的，推薦幾種不同的組合焊接工藝參數，見表1、表2、表3（僅供參考）。 表1 壓力容器立焊縫組合焊接工藝參數

注：鋼材牌號為Q235A、板厚 8mm、要求單面焊雙面成型。 表2 Φ1016×14.7mm管組合焊接工藝參數

注：DC-表示焊條或焊絲接負極，焊接方向為下向，要求單面焊雙面成型。

表3 Φ89×10mm管組合焊接工藝參數

注：根焊層為手工鎢極氬弧焊，要求單面焊雙面成型。

5 人才選拔與培養

5.1 人才的選拔 一流的石油工程建設施工企業，對優秀技能人才的培養特別是焊接技能人才的培養非常必要的，該類技能型人才的技術水平高低對企業的興衰起著十分重要的作用。在復合型焊接技能人才選拔和培養問題上，企業有關部門可優先考慮已掌握了某一項焊接技術的焊工，身體健康、視力正常、具有中技以上水平、年齡在35歲以下，熱愛本職工作、能吃苦耐勞、各方面素質較高的焊工。聘請名師組織集中脫產學習，強化技能培訓，經嚴格考核后方可持證上崗。

5.2 人才的培養 對于一個現代化的石油工程建設施工企業來說，如果沒有一大批優秀的復合型焊接技能人才，要想創造輝煌的業績是非常困難的。就現有國內石油石化施工企業的現狀來看，我們應著重思考以下幾個問題：

5.2.1 目前各施工企業都有為數不少的焊接技能人才，他們當中大多數技能單一，雖然對某一項焊接技術掌握的很好，但遇到工藝復雜或調整焊接技術方案時，很難發揮技術優勢。造成人力資源的浪費和施工、管理成本的增加，如果人力資源的調配不當會影響工程的焊接質量、進度及工期。

5.2.2 對復合型焊接技能人才的培養應根據企業的實際情況，結合所擔負的工程施工項目和技術要求建立焊接技能人才庫，有選擇地進行培養、使用和科學合理的儲備掌握若干項焊接技能的復合型人才。

5.2.3 建立行之有效的運行機制，打破各自為政，小團體的管理模式，對焊接技能人才實行科學的動態管理，以適應石油工程建設施工市場的變化。

5.2.4 有條件的企業應對復合型焊接技能人才進行分期、分批封閉式強化培養，培養課時可視具體情況作出合理的安排。并按國家有關標準進行嚴格考核。

6 結束語 隨著科學技術的發展，有關部門對石油工程建設項目的質量要求會越來越高，施工企業采用組合焊接技術能充分發揮不同焊接技術的優勢，確保工程的焊接質量和進度。

對于一個優秀的復合型技能焊工而言，有高超的焊接技能，一人掌握多種不同的焊接技術是施工企業非常需要的，所發揮的作用比單一型焊工大幾倍，在激烈的石油工程建設市場競爭中，如果能有計劃地培養、使用復合型焊接技能人才，充分發揮復合型焊接技能人才的優勢，定能為施工企業創造良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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鋼結構由于其優越性，在我國(超)高層建筑中越來越普遍采用。鋼結構施工技術含量高，其中焊接是其關鍵的施工技術之一。焊接質量常常是施工質量控制的難點，特別是在較低溫度下焊接施工時，由于環境溫度較低，加之高空風速較大，增加了焊接接頭的冷卻速度，導致焊接裂紋傾向加大甚至出現焊接裂紋。因此我國有關標準、規范規定，在環境溫度為O℃以下施焊時，應進行工藝試驗，以確定相應的施焊工藝，但具體做哪些工藝試驗及如何進行，尚無統一標準和明確規定。本文結合具體工程實例，綜合考慮環境溫度和風速的影響，對0℃以下高層鋼結構焊接施工工藝和質量控制進行了探討。。

1.工程概況

某大廈是一座多功能、高智能、綜合性的高層建筑，由A座、B座和連體群房等組成。其中A座建筑地下4層地上52層，高度200．80m，設計采用內核心筒一外框柱結構體系，±0．000以上采用全鋼框架柱梁，金屬壓型模板和現澆鋼筋混凝土樓板；外框架柱為箱型截面，內筒鋼骨柱為H型截面，鋼梁為I型截面。所用鋼材材質為SM490B。根據施工進度和施工地點氣象資料，該大廈42F一52F樓層施工時，存在0℃以下焊接施工問題。其焊接接頭主要結構形式如下。

A、接頭形式箱型柱—柱、材質SM490B、焊件厚度25/mm、焊接方法手式電弧焊、施焊位置橫位；

B、接頭形式柱—梁、材質SM490B、焊件厚度16.25/mm、焊接方法手式電弧焊、施焊位置平位；

2.冬季焊接施工存在的問題

所用鋼材為SM490B鋼，屬日本鋼號(符合JISG3106標準)，其化學成分C≤0.18、Mn≤1.50、Si≤0.55、P≤0.040、S≤0.040

該鋼材屬于普通低合金結構鋼，其CE(IW)=0．43％，焊接時對冷卻速度較敏感。當在溫度較低的環境下焊接施工而無有效工藝措施時，由于冷卻速度較大，有可能出現馬氏體淬硬組織，而增大冷裂傾向甚至出現裂紋，故較低環境溫度給焊接質量造成不利影響。同時現場的風速較大也是必須考慮的因素，因此必須根據現場情況，通過工藝試驗制定相應的工藝措施，以確保施工質量。

3.焊接性試驗

為確定SM490B鋼在現場條件下焊接時的抗裂性能，模擬現場情況(施焊位置、環境溫度、環境風速、冷卻方式等)進行斜Y型坡口焊接裂紋試驗。

3．1試驗內容

試驗內容如下。

試驗序號1，材質SM490B，板厚25，焊條型號E5015，環境溫度-5℃，環境風速5m/s，預熱溫度125℃，冷卻方式空冷；

試驗序號2，材質SM490B，板厚25，焊條型號E5015，環境溫度-5℃，環境風速5m/s，預熱溫度100℃，冷卻方式空冷；

試驗序號3，材質SM490B，板厚16，焊條型號E5015，環境溫度-5℃，環境風速5m/s，預熱溫度100℃，冷卻方式空冷；

試驗序號4，材質SM490B，板厚16，焊條型號E5015，環境溫度-5℃，環境風速5m/s，預熱溫度50℃，冷卻方式空冷；

確保試驗可靠，每一板厚各制備備用試件一套。。

3．2試驗方法、評定標準

按《斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法》（GB4675.1-84)標準執行。焊接工藝參數為：焊條直徑φ4、接電流170±1OA、焊接電壓24±2V、焊接速度150±10mm／min。

3．3試驗結果

對上述試件取樣進行檢驗，試驗序號1，2,4試樣未發現任何裂紋，而試樣3在焊縫根部和表面均發現裂紋。表明在試驗環境條件下，SM490B鋼當板厚為25mm時，焊前預熱至100℃可避免裂紋產生；當板厚為16mm時，焊前預熱至50℃時，可避免裂紋產生，而在環境溫度下施焊，不能避免焊接裂紋。

4.焊接工藝性能試驗

4．1試驗內容

試驗內容如下：

試驗序號1，材質SM490B，板厚25，焊接位置橫位，環境溫度-5℃，環境風速5m/s，預熱溫度1100℃，冷卻方式石棉保溫；

試驗序號2，材質SM490B，板厚25，焊接位置平位，環境溫度-5℃，環境風速5m/s，預熱溫度1100℃，冷卻方式石棉保溫；

試驗序號3，材質SM490B，板厚16，焊接位置平位，環境溫度-5℃，環境風速5m/s，預熱溫度1100℃，冷卻方式石棉保溫；

焊接工藝參數為：焊條直徑φ4、焊接電流160～170A、焊接電壓23～24V、焊接速度150 mm／min、焊接過程中注意層間溫度不低于預熱。

為確保試驗可靠，每一板厚各制備備用試件一套。

4．2試件的形狀和尺寸

試件的形狀和尺寸如圖所示。

工藝試驗試件形狀和尺寸

4．3試驗方法、步驟

1)在試件上打上鋼印，作好標記。

2)測定施焊環境溫度、濕度及施焊處風速，并作記錄。

3)上述施焊環境符合要求后，進行焊接試驗，當需要預熱時用氧一乙炔焰加熱至規定溫度。

4)由持證焊工按擬定的焊接工藝施焊試件。

4．4試樣檢驗殛結論

1)試驗檢驗及合格標準按《鋼制壓力容器焊接工藝評定》(JB4708-92)執行。

2)所焊試樣經上述檢驗，均滿足標準要求，擬定的焊接工藝合格。同時序號1較之序號2沖擊性能有所改善，表明石棉保溫的后熱措施有效。

5.冬季焊接施工措施

以上述評定合格的焊接工藝為依據，制定冬季焊接施工工藝，并采取以下工藝施工。

1)焊接前對焊工進行冬季焊接施工技術培訓，使焊工明確冬季焊接工藝，嚴格按工藝紀律施工。

2)焊接前，每天由專職焊接管理人員測定環境溫度及風速，并隨時注意天氣變化。

3)雨、雪天禁止施焊。。當環境溫度低于試驗溫度時禁止施焊。

4)注意冷空氣對焊件表面對流散熱的影響。當風速大于5m／s時，禁止柱一梁焊接施工，否則須搭設防風棚，當風速大于2 m／s時，箱型柱一柱焊接須搭設防風棚(防風棚應可靠，采用四面圍帆布擋風，并且頂部來風處也應遮擋)。

5)預熱用2～4把燃氣烘槍烘烤。預熱區在焊道兩側，每側寬度均應大于焊件厚度的2倍，且不應小于100mm。預熱溫度用測溫筆在距焊縫中心50 mm處測量，達到規定的溫度后方可進行焊接作業。

6)每條焊縫應一次焊完，中途不得中斷，如因意外原因(如停電、下雨、下雪等)中斷，應及時采取后熱、緩冷措施。重新施焊前應對已焊焊縫進行檢查，且焊前需按規定進行預熱。

7)箱型柱一柱對接時由兩名焊工對稱施焊，并根據現場情況安排一名焊工輔助施工，如領取焊條、層問烘烤、中途接換焊接等，以確保層間溫度和連續施焊。

8)箱型柱一柱對接焊接完成后，立即存焊縫區上下250mm范圍內用厚30mm的石棉包裹三層，以減緩接頭冷卻速度。

6.實際結構的焊接

按上述工藝對實際的柱一柱、柱一粱接頭進行焊接，所有焊接接頭焊后經100％超聲波探傷和磁粉探傷，未發現裂紋。焊縫按《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》(GB 11345—89)標準檢驗，I級焊縫一次合格率達99．8％。證明擬定的工藝試驗方案和焊接工藝合理。

參考文獻

[1] GB 50205—2001.鋼結構工程施工質量驗收規范[s]．

篇（5）

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

引言

風力發電機塔架是風力發電機中十分重要的部件之一。因此，在風力發電機塔架制造方面，對質量要求非常高，甚至是“嚴苛”。我國風力發電起步較國外晚，起步初期，注重不斷借鑒國外設備及制造技術。當前我國裝備制造科技水平得到顯著提升。在科技高速發展的推動下，我國風電設備制造，由最初依靠進口，重點仿制到目前立足國內制造，經歷了較長的發展歷程。

1、影響風電塔架的質量因素分析及控制

目前，圓筒形塔架在風力發電機組塔架中大規模使用。因此，本文中將以圓筒形塔架為例來探討影響風電塔架的質量因素及控制措施。影響塔架設備質量的因素涉及到設計、采購、制造加工、檢驗、包裝和運輸。其中影響塔制造質量的因素,可以從人員、設備、方法、材料、環境五方面的因素進行分析和控制。

1.1、人的因素

檢查制造廠是否具備制造資質及質保能力，審查關鍵崗位人員資質。包括檢查制造廠應具備壓力容器制造許可資質證明、質保組織機構及相關質量認證，焊接人員應具備國家壓力容器規定資格證，無損檢測人員須持有國家規定的無損檢測人員資格證書，II級資格以上人員才能出檢測報告。

1.2、設備因素

檢測設備是否滿足生產需求,檢查每個相關設備儀器是否經過有關部門測量驗證。

1.3、工藝因素

檢查是否有與之相關的工藝文件以及編制審批程序，同時檢查內容的正確性合理性。在進行焊接之前，首先應該依照NB/T 47014―2011《承壓設備焊接工藝評定》標準做好焊接工藝評定工作，同時編制焊接工藝規程。法蘭、螺栓、鋼板以及焊縫檢查需要制定無損檢測工藝書，其中包括的主要內容有確定檢測方法、檢測比例、驗收標準以及合格級別等。

筒節同法蘭之間進行組裝、筒節的組裝、門框的裝配等都需要制定與之相關的組裝工藝文件，其中主要內容組裝時機、組裝順序、檢驗要求以及內容等。防腐之前需要確定好防腐等級、總干膜厚度要求、施工方法以及檢測方法等等。

1.4、材料因素

檢查鋼板的質量證書和檢驗報告。鍛造法蘭必須符合NB/T 47008 - 2010“軸承壓力設備碳鋼和合金鋼鍛造標準”的要求。鋼板拼焊法蘭,法術焊縫不超過6塊,檢查法蘭的質量證書、檢驗報告和幾何尺寸加工精度、鍛造法蘭也應該檢查其熱處理報告。M20之上的高強度螺栓每批必須有第三方檢查機械性能檢測報告,并審查是否組織編寫了力學性能檢驗項目。根據力學性能檢驗項目按GB/T 3098―2010《緊固件機械性能》系列標準執行。同時檢查好焊材牌號、質量證明文件等等，并且檢查好油漆材料牌號、顏色以及質量證明文件等。

1.5、環境因素

施工條件同工藝文件要求不相符合時，需要重新進行試驗以及工藝評定，一旦發現其車間布局出現問題比如說交叉作業，需要第一時間通知相關方進行整改。

2、風電塔架制造過程之中的控制措施

2.1、原材料的選擇

必須選用經過爐外精煉和真空脫氣的鋼錠或圓坯，決不能選用連鑄板坯。

鋼水在冷卻凝固時，體積要收縮，最后凝固部分會因為得不到液態金屬的補充而形成空洞狀缺陷。大而集中的空洞稱為縮孔，細而分散的空隙則稱為疏松，它們一般位于鋼錠中心最后凝固的部分，其內壁粗糙，周圍多伴有許多雜質和細小氣孔。

法蘭產品的鍛造流程為：可以加熱墩粗（壓下）沖孔碾環。鋼材在進行加熱鍛造過程中，疏松在相應程度可獲得一定程度的提升；然而若之前鋼錠的疏松較為嚴重或者是其壓縮比（壓縮比必須大于 6）不足，則在熱加工后疏松仍會存在，相應的疏松部析出的夾雜物即便經過熱加工也無法去除。由于鋼錠和圓坯的疏松部位集中在中心部位，在熱加工過程之中應該經過沖孔工序方可將疏松部位全部去除。需要注意的是：鋼錠以及連鑄圓坯的區別是鋼錠的中心收縮較連鑄圓坯小，連鑄圓坯只要中心去除的沖芯高出Φ280mm，就可以把收縮帶除掉，因此，當前世界環形鍛件原材料普遍使用連鑄圓坯。然而鍛造軸類鍛件如果中心不去除沖芯，那么連鑄圓坯通常是不能使用的。

2.2、焊縫檢驗

焊縫外觀檢查,用肉眼或低于10倍放大鏡檢查。質量要求:l)所有對接焊縫、法蘭與筒體角焊縫為全焊透焊縫,焊縫外形尺寸應符合圖紙和工藝要求；2)焊縫與母材應圓滑過渡,焊接接頭的焊縫余高不超過3mm；3)焊縫不允許有裂紋、夾渣、氣孔、漏焊、燒穿和未熔合等缺陷；4)咬邊深度不超過lmm,且連續長度不大于100mm；焊縫和熱影響區表面不得有裂紋,氣孔,夾渣,未熔合及低于焊縫高度的弧坑；熔渣,毛刺等應清除干凈；焊縫外形尺寸超出規定值時,應進行修磨,允許局部補焊,返修后應合格；對于無具體要求的,按相關規定執行。

無損檢測,無損檢測通常包括有超聲波探傷、磁粉探傷、射線探傷以及滲透探傷等等，而在焊縫外觀檢驗合格之后而進行,檢測方法以及質量要求應該依照DB62/1938―2010《風電塔架制造安裝檢驗驗收規范》附錄A((風電塔架無損檢測規程》執行；全部的筒體縱、環焊縫及門框焊縫應該做好無損檢測。法蘭以及筒節的T型焊縫接頭處均布片射線探傷,任何一個T型接頭射線探傷都應放置布片兩張,縱縫環縫位置各一張,每張檢測的有效長度不小于250mm,每張底片均能清晰的反映T型接頭部位焊縫情況。經射線或超聲檢測的焊接接頭,如有不允許的缺陷,應在缺陷清除后進行補焊,并對該部位采用原檢測方法重新檢查直至合格。進行局部探傷的焊接接頭,一旦出現有不被允許的缺陷時,則應該在該缺陷兩端的延伸部位增加檢查長度,增加的長度為該焊接接頭長度的10%,且不小于25Omm,若仍有不允許缺陷時,同時對該焊縫進行100%檢測。

2.3、探傷質量控制

塔架焊縫不僅僅需要在焊接之上對其進行嚴格要求，同時在探傷之上的要求也比較嚴格，在探傷質量控制上需要采取相應措施。首先，超探傷使用雙側探傷；射線探傷處因為結構有限制，調整好焦聚、做好補償以保證成片率；其次，法蘭筒節的幾何焊縫結構比較特殊，超探準確性會受到一定的影響，可以使用超探加射線探傷的方法來進行質量控制；最后，環向焊縫因板材厚度的不同，促使超探準確率產生一定變化，所以，一方面應該使用全新的探傷方法試驗，另一方面使用射線探傷來作保證超探準確率；而厚度差異比較大的部位（如：門框與筒節環縫的T型接頭處）射線探傷就會受到一定的影響。那么就應該使用一些較為特殊的方法。

結束語：

盡管我國在風電設備制造方面取得了較大進展，并初步做到可以立足國內制造，但是對于風電塔架制造過程中存在的問題應對措施仍顯單一，仍有較長的路要走，只有依托科技，不斷創新，才能取得更大的發展空間，立足國際。

參考文獻：

[1]張國良.北方重工風機塔架制造項目質量管理研究[D].大連理工大學,2012.

篇（6）

1、概述：

三峽二期工程左岸廠房壩段A標段共有10個機組進水口，每個進水口分別設置有1條引水壓力鋼管，機組采用單機單管供水方式。引水鋼管設計直徑12.4m，最大設計內水壓力1.4MPa，是目前世界上管徑最大的引水壓力鋼管，結構形式為鋼襯鋼筋砼聯合受力，布置上順水流分為壩內段、壩后背管段及下水平段，樁號自20+024.172至20+118.00，中心軸線安裝高程EL113.584～EL57.000m，壩內段（上斜直段）材質為16MnR，板厚26mm，壩后背管由上彎段、斜直段、下彎段組成，上彎段、斜直段材質為16MnR，板厚28～34mm，下彎、下水平段材質為60kgf/mm2級高強度調質鋼，板厚34～60mm。1＃～6＃壩段壓力鋼管在下水平段設置彈性墊層管，其單條鋼管的軸線長120.122m，工程量1446t；7＃～10＃壩段壓力鋼管在下水平段設置套筒式伸縮節，其單條鋼管的軸線長112.852m，工程量1278t；1#～10#壩段工程量總計13788t。

2、引水管道與相關建筑物的關系：

2.1與大壩砼施工的關系：

因各壩段基巖高程不等，左廠1#~6#壩段部分背管予留槽采用開挖形式，左廠7#~10#壩段背管予留槽采用砼澆筑而成。壩內埋管段隨大壩砼上升同步形成，當相應的壩塊澆筑至鋼管安裝高程并有7天以上齡期，兩側非鋼管壩段上升至高程110m以上，方可進行該部分鋼管安裝。

2.2與付廠房的關系：

引水管道的下彎段和下水平段布置于付廠房下部，當鋼管壩段管邊予留槽形成，兩側非鋼管壩段達到高程82m以后，進行下部水平段鋼管的安裝，并從下彎段逐節向上安裝。

2.3與壩體縱縫灌漿的關系：

由于壩體縱向分縫，管道予留槽跨越1~2道縱縫，鋼管的安裝待相應的縱縫灌漿完成至鋼管安裝高程以上，再進行鋼管的安裝。

2.4與予留槽的關系：

在安裝之前，土建施工準備工作必須全部完成，在鋼管安裝結束后，進行管道的砼回填澆筑。

3、壓力鋼管的制作：

3.1鋼管制作材料

3.1.1母材

用于鋼管制造的所有鋼材應符合設計技術要求和施工圖的規定，鋼管母材16MnR和60kgf/mm2高強鋼出廠前在鋼廠內按《壓力容器用鋼板超聲波探傷》（ZBJ74003-88）100%探傷，每批鋼板應有出廠合格證，母材的化學成份及性能應滿足以下要求：

（1）16MnR鋼板化學成份（%）

≤0.02

0.20～0.60

1.20～1.60

≤0.035

≤0.035

（2）16MnR鋼板機械性能

（3）60kgf/mm2高強鋼化學成份（%）

（5）碳當量：

16MnR低于0.4%；60kgf/mm2高強鋼低于0.42%。

（6）焊縫及熱影響區硬度值：

16MnR低于300HV；60kgf/mm2高強鋼低于350HV。

所有用于制造鋼管的母材，到貨后按《ZBJ74003-88》規定的Ⅲ級質量檢驗標準對鋼板進行超聲抽檢，抽檢數量為10%。

16MnR鋼板為國產板。60kgf/mm2級高強度調質鋼由日本進口，其中，1～6＃機采用日本NKK公司生產的610U2鋼板；7～10＃機采用日本住友金屬生產的610F鋼板。

3.1.2焊接材料

16MnR鋼板：手工焊采用大西洋產CHE507電焊條；埋弧自動焊采用H10MnSi焊絲；實芯焊絲脈沖電源全自動富氬保護焊采用CHW-50C6SM焊絲。

60kgf/mm2級高強鋼：手工焊采用大西洋產CHE62CFLH電焊條；實芯焊絲脈沖電源全自動富氬保護焊采用ZO-60焊絲。

以上所采用的焊接材料均經過焊接工藝評定確定。

3.2鋼管的制作工藝

3.2.1鋼管排料、劃線

根據設計圖紙要求，先對鋼板進行排料，繪制排料圖，然后按排料圖進行鋼板劃線，劃線極限偏差應滿足表⑴的要求：

排料時縱縫的布置與鋼管橫斷面水平軸和垂直軸的夾角應大于10°，相應弧長應大于1100mm。

鋼板劃線后應分別標出鋼管分段、分節、分塊的編號、水流方向、水平和垂直中心線、灌漿孔位置、坡口角度以及切割線等符號。16MnR鋼可用鋼印、油漆和沖眼標記。高強鋼嚴禁用鋸或鑿子、鋼印作標記，不得在卷板外側表面打沖眼；在卷板內側表面用于校核劃線準確性和卷板后的外側表面允許有輕微的沖眼標記。

3.2.2鋼板切割、加工坡口

鋼板采用自動、半自動氧-乙炔火焰切割或數控切割機割去多余部分。縱縫和直管段環縫坡口用12m刨邊機加工；彎管段環縫坡口用數控切割機加工，坡口加工后的尺寸應附合圖樣及規范的要求。

3.2.3鋼板卷制

篇（7）

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0084-01

壓力容器作為廣泛應用于電力、航天、化工、石油、能源等諸多工業部門的一個重要部件，同樣也是一種極易發生重大事故的特殊設備。目前大部分壓力容器都采用焊接方法制造，但是由于運行條件、焊接工藝以及焊接結構固有的缺點，幾乎所有的壓力容器都不可避免的存在各種缺陷，如母材中的冶金夾層、未焊透、夾渣、焊縫中的氣孔等，因此，壓力容器的安全評定技術的研究和應用歷來受到各部門和有關學者的重視。本文中，筆者將闡述目前常用的壓力容器安全評定技術，并探討壓力容器安全評定技術的發展趨勢。

1 目前常用的壓力容器安全評定技術

（1）彈塑性斷裂力學評定方法。該方法以彈塑性斷裂力學為基礎，主要有J積分理論法和裂紋尖端張開位移法（COD法）。Rice于1968年提出J積分評定方法，該理論利用與路徑無關的，避開裂紋尖端的能量積分J來描繪裂紋尖端的應力應變場，判斷依據為，其中為材料相應的臨界值，J積分評定方法不僅適用于大范圍全面屈服的情況，還適用于小屈服、線彈性的情況，并且較裂紋尖端張開位移法更可靠；裂紋尖端張開位移法作為20世紀70年代國際缺陷評定規范主要采用的評定方法，該方法是WELLS于1965年提出，認為當張開裂紋位移達到時，壓力容器的裂紋就會開裂，其中材料的臨界張開位移以試驗測量為準，與試件的形狀、厚度無關，因此該方法在應用中存在一定的局限性。

（2）線彈性斷裂力學評定方法。線彈性斷裂力學將結構視為一個不發生屈服的完全彈性體，并假設結構存在裂紋，描述無限板中心穿透裂紋模型得到裂紋尖端應力場分布規律，研究材料臨界應力強度因子與裂紋尖端的應力場強度因子K之間的關系，因此也稱為K判據，其評定依據為≤。當計算得到的裂紋尖端的應力場強度因子K不滿足上述依據時，壓力容器就可能發生脆性斷裂，此時就需要采取積極的預防措施。該方法適用于脆性材料或者塑性區尺寸較小的金屬材料，當金屬材料的塑性區很大，甚至端部塑性區尺寸已經接近裂紋本身尺寸時，該方法已經不再適用。

（3）失效評定圖法。英國中央電力局在《帶缺陷結構的完整性評定》中提出了失效評定圖技術，隨后美國電力研究院將材料應變硬化的阻力曲線應用于分析裂紋穩定擴展的全過程，并提出了嚴格的失效評定曲線，1986年，美國電力研究院以J積分為基礎，考慮材料的應變硬化效應，拋棄通過立項塑性材料窄條區屈服模型得到失效評定圖的方法，建立了失效評定的三種選擇。目前世界各國的壓力容器缺陷標準都在向美國1986年板的缺陷評定規范靠攏。

（4）疲勞斷裂評定方法。疲勞裂紋穩定擴展階段作為疲勞裂紋擴展的第二階段，此階段也決定了含裂紋壓力容器的的疲勞壽命，目前疲勞裂紋穩定擴展階段的擴展速度以及含裂紋構件的疲勞速度都可以由Pairs公式精確計算。對于壓力容器接管處的高應變區疲勞壽命較短，最大應變接近屈服應變，應變幅度很大，此種應變疲勞問題可以應用裂紋尖端張開位移法理論或者J積分理論進行研究。

2 壓力容器安全評定技術的發展趨勢

（1）疲勞方法的應用。2000年PD 6539：1994與PD 6439：1991發表了合并后的BS 7910：1990修訂版，該標準總結了近年來大量鋼材在海水和空氣總疲勞裂紋擴展實驗數據，推出了新的疲勞裂紋擴展率，得到了更為準確的應力比R的修正法和兩端Pairs關系式，并加入環境因素，給出了較高溫度下的疲勞裂紋擴展，海水環境中無陰極保護和有陰極保護時的新的推薦方法。

（2）智能方法。因為工程結構一般存在大量的不確定性，然而傳統的斷裂力學研究都以確定性實踐為前提，據研究采用模糊的數學方法對工程問題進行模糊處理，可以很大程度上提高壓力容器的安全性評定的可靠性，隨著智能方法在人工神經網絡技術等領域的應用，針對影響壓力容器的眾多因素建立模糊模型必然成為下一步發展趨勢。

（3）概率方法。美國一些研究人員于20世紀80年代將概率統計理論與確定性斷裂力學理論想結合產生了概率斷裂力學，并應用于壓力容器的可靠性評估。基于概率斷裂力學失效方法能夠降低經驗因素的影響，能夠客觀反映評定參數的不確定性，提高分析的安全性和準確性。近年來，Rahman.M建立的對含縱向腐蝕缺陷壓力管道的結構可靠性理論，目前國外一些先進國家已將其應用于指定壽命下高可靠性主動設計中，具有較高的工程應用價值，但是我國新標準還未將其納入其中。

（4）體積型缺陷評定圖方法。近年來，隨著斷裂力學評定技術的發展，特別是最新版的缺陷評定規范在有屈服平臺的非連續屈服材料和無屈服平臺的連續屈服材料中的應用，推動了失效評定技術向體積型缺陷評定圖技術方向發展。

3 結語

綜上所述，壓力容器的安全性評定方法種類很多，包括彈塑性斷裂力學評定方法、線彈性斷裂力學評定方法、失效評定圖法、疲勞斷裂評定方法等，而且隨著斷裂力學理論、計算機技術、故障和缺陷在線診斷技術、傳感技術的發展，壓力容器安全評定技術也在不斷的革新，相信不久的將來，我國也會形成自己的壓力容器安全評定和監測監控技術體系。

參考文獻

[1] 候向陶，王鵬，孫振超.壓力容器安全評定技術研究綜述[J].河南科技，2012（1）.

[2] 淡勇，高啟榮.壓力容器安全性評定技術進展[J].化工機械，2011（6）.

篇（8）

1、概述：

三峽二期工程左岸廠房壩段A標段共有10個機組進水口，每個進水口分別設置有1條引水壓力鋼管，機組采用單機單管供水方式。引水鋼管設計直徑12.4m，最大設計內水壓力1.4MPa，是目前世界上管徑最大的引水壓力鋼管，結構形式為鋼襯鋼筋砼聯合受力，布置上順水流分為壩內段、壩后背管段及下水平段，樁號自20+024.172至20+118.00，中心軸線安裝高程EL113.584～EL57.000m，壩內段（上斜直段）材質為16MnR，板厚26mm，壩后背管由上彎段、斜直段、下彎段組成，上彎段、斜直段材質為16MnR，板厚28～34mm，下彎、下水平段材質為60kgf/mm2級高強度調質鋼，板厚34～60mm。1＃～6＃壩段壓力鋼管在下水平段設置彈性墊層管，其單條鋼管的軸線長120.122m，工程量1446t；7＃～10＃壩段壓力鋼管在下水平段設置套筒式伸縮節，其單條鋼管的軸線長112.852m，工程量1278t；1#～10#壩段工程量總計13788t。

2、引水管道與相關建筑物的關系：

2.1與大壩砼施工的關系：

因各壩段基巖高程不等，左廠1#~6#壩段部分背管予留槽采用開挖形式，左廠7#~10#壩段背管予留槽采用砼澆筑而成。壩內埋管段隨大壩砼上升同步形成，當相應的壩塊澆筑至鋼管安裝高程并有7天以上齡期，兩側非鋼管壩段上升至高程110m以上，方可進行該部分鋼管安裝。

2.2與付廠房的關系：

引水管道的下彎段和下水平段布置于付廠房下部，當鋼管壩段管邊予留槽形成，兩側非鋼管壩段達到高程82m以后，進行下部水平段鋼管的安裝，并從下彎段逐節向上安裝。

2.3與壩體縱縫灌漿的關系：

由于壩體縱向分縫，管道予留槽跨越1~2道縱縫，鋼管的安裝待相應的縱縫灌漿完成至鋼管安裝高程以上，再進行鋼管的安裝。

2.4與予留槽的關系：

在安裝之前，土建施工準備工作必須全部完成，在鋼管安裝結束后，進行管道的砼回填澆筑。

3、壓力鋼管的制作：

3.1鋼管制作材料

3.1.1母材

用于鋼管制造的所有鋼材應符合設計技術要求和施工圖的規定，鋼管母材16MnR和60kgf/mm2高強鋼出廠前在鋼廠內按《壓力容器用鋼板超聲波探傷》（ZBJ74003-88）100%探傷，每批鋼板應有出廠合格證，母材的化學成份及性能應滿足以下要求：

（1）16MnR鋼板化學成份（%）

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Mo

≤0.02

0.20～0.60

1.20～1.60

≤0.035

≤0.035

（2）16MnR鋼板機械性能

試樣

規格

取樣

位置

σs

(kg/mm2)

σb

(kg/mm2)

δs(%)

冷彎性能d=3a 180°

低溫沖擊韌性

VE—20℃J

按國標

橫向

31

50～65

≥19

完好

≥27

（3）60kgf/mm2高強鋼化學成份（%）

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Mo

≤0.09

0.15～0.30

1.0～1.6

≤0.030

≤0.030

≤0.60

≤0.30

≤0.30

（5）碳當量：

16MnR低于0.4%；60kgf/mm2高強鋼低于0.42%。

（6）焊縫及熱影響區硬度值：

16MnR低于300HV；60kgf/mm2高強鋼低于350HV。

所有用于制造鋼管的母材，到貨后按《ZBJ74003-88》規定的Ⅲ級質量檢驗標準對鋼板進行超聲抽檢，抽檢數量為10%。

16MnR鋼板為國產板。60kgf/mm2級高強度調質鋼由日本進口，其中，1～6＃機采用日本NKK公司生產的610U2鋼板；7～10＃機采用日本住友金屬生產的610F鋼板。

3.1.2焊接材料

16MnR鋼板：手工焊采用大西洋產CHE507電焊條；埋弧自動焊采用H10MnSi焊絲；實芯焊絲脈沖電源全自動富氬保護焊采用CHW-50C6SM焊絲。

60kgf/mm2級高強鋼：手工焊采用大西洋產CHE62CFLH電焊條；實芯焊絲脈沖電源全自動富氬保護焊采用ZO-60焊絲。

以上所采用的焊接材料均經過焊接工藝評定確定。

3.2鋼管的制作工藝

3.2.1鋼管排料、劃線

根據設計圖紙要求，先對鋼板進行排料，繪制排料圖，然后按排料圖進行鋼板劃線，劃線極限偏差應滿足表⑴的要求：

排料時縱縫的布置與鋼管橫斷面水平軸和垂直軸的夾角應大于10°，相應弧長應大于1100mm。

鋼板劃線后應分別標出鋼管分段、分節、分塊的編號、水流方向、水平和垂直中心線、灌漿孔位置、坡口角度以及切割線等符號。16MnR鋼可用鋼印、油漆和沖眼標記。高強鋼嚴禁用鋸或鑿子、鋼印作標記，不得在卷板外側表面打沖眼；在卷板內側表面用于校核劃線準確性和卷板后的外側表面允許有輕微的沖眼標記。

3.2.2鋼板切割、加工坡口

鋼板采用自動、半自動氧-乙炔火焰切割或數控切割機割去多余部分。縱縫和直管段環縫坡口用12m刨邊機加工；彎管段環縫坡口用數控切割機加工，坡口加工后的尺寸應附合圖樣及規范的要求。

3.2.3鋼板卷制

鋼板端頭預彎完成后，進行瓦片卷制，卷制方向應和鋼板壓延方向一致，鋼板經多次卷制，檢查達到設計弧度；瓦片卷制成型后，以自由狀態立于組圓平臺，用2.2m樣板檢查弧度,樣板與瓦片的極限間隙應小于2.5mm。

3.2.4瓦片組園、焊接、調圓

將組成管節的三張瓦片立于組圓平臺，利用自制專門的拉對、壓縫工裝進行組圓，最后一條縱縫調整后應滿足設計周長要求，同時檢查各項性能指標，組圓后管內壁加臨時支撐增加剛性，然后進行鋼管縱縫的焊接，焊接應嚴格按照焊接工藝指導書確定的焊接方法及焊接參數執行。縱縫焊接完成，吊到調圓平臺，用頭部帶有液壓千斤頂的米字支撐調圓，鋼管調圓后，各項指標應符合表⑵要求：

3.2.5上加勁環、支腿、吊耳等附件

加勁環由1/20法蘭組成，下料用半自動氧-乙炔切割機或數控切割機切割，加勁環及止水環的內圈弧度用1.5m樣板抽查，間隙小于2.5mm，與鋼管外壁的局部間隙應嚴格控制，不應大于3mm，以免焊接引起管壁局部變形，直管段的加勁環組裝的極限偏差應符合表⑶的要求：

加勁環、止水環的對接焊縫應與鋼管縱縫錯開100mm以上。

4、鋼管的運輸與吊裝：

4.1鋼管的廠內吊裝

鋼管在制造廠內摞節組裝成安裝單元，最大安裝單元的重量約80t，鋼管廠內吊裝一般采用廠內布置的60t門機起吊，但當吊裝節重量超過60t時，采用60t門機與50t汽車吊聯合吊裝。

4.2鋼管的運輸

為三峽壓力鋼管的運輸，專門配置有100t平板拖車，拖車外形尺寸（長×寬×高）為16.93m×3.5m×2.05m，拖板有效長度13.5m。考慮到三峽壓力鋼管的大直徑，在不破環拖車拖板的情況下，設計制作了壓力鋼管專用運輸托架，為減少對道路交通的影響，運輸托架的四個支撐臂均采用可折疊形式。

鋼管從組節平臺上吊至拖車上后，用鋼絲繩及3t或5t倒鏈固定。

4.3鋼管的吊裝

左岸電站引水壓力鋼管吊裝方法匯總

序號

機組號

管節號

采用手段

備注

1

1～4#機

G1～G6

壩前EL.90平臺的2#MQ2000門機

其中3#、4#機的G68、G69、G70管節采用300履帶吊進行安裝。

G7～G15

EL.120棧橋MQ2000門機

G16～G28

EL.120棧橋MQ2000門機和EL.82棧橋MQ6000門機雙機抬吊

G29～G42

EL.120棧橋MQ2000門機或EL.82棧橋MQ6000門機

G43～G57

EL.120棧橋MQ2000門機和EL.82棧橋MQ6000門機雙機抬吊

G58～G70

EL.82棧橋MQ6000門機

2

5~10#

機

G1～G6

兩臺纜機抬吊

G7～G15

EL.120棧橋MQ2000門機

G16～G28

EL.120棧橋MQ2000門機和EL.82棧橋MQ6000門機雙機抬吊

G29～G42

EL.120棧橋MQ2000門機或EL.82棧橋MQ6000門機

G43～G57

EL.120棧橋MQ2000門機和EL.82棧橋MQ6000門機雙機抬吊

G58～G70

EL.82棧橋MQ6000門機

鋼管編號：從鋼管進口開始，順水流依次進行制作管節編號。

5、壓力鋼管的調整與壓縫：

5.1根據鋼管始裝節位置，放出始裝節里程、樁號及軸線位置，利用所放基準點，在始裝節上游位置設置定位檔板，用來控制其里程。

5.2鋼管吊至軌道上，下準線對準基準點軸線，根據基準點對鋼管里程、高程、軸線進行調整，其誤差值管中心±5mm，里程偏差±5mm，垂直度3mm。復測合格后進行加固。

5.3為防止鋼管在加固過程中造成位移，鋼管加固采用對稱加固，支撐先與錨筋焊接，然后支撐與鋼管加勁環焊接。

5.4始裝節驗收后，進行第二節鋼管安裝調整，并進行環縫的壓縫。鋼管壓縫采用壓碼與壓縫工裝進行壓縫。

6、壓力鋼管的焊接與高強鋼焊縫的消應：

6.1焊接

6.1.1焊縫分類

（1）一類焊縫：鋼管縱縫，廠房內明管環縫，湊合節合攏環縫。

（2）二類焊縫：鋼管環縫，加勁環、止推環、止水環對接焊縫及止推環組合焊縫。

（3）三類焊縫：不屬于一、二類的其他焊縫。

6.1.2定位焊

對需要預熱的60kgf/mm2級高強鋼，定位焊時應以焊縫處為中心，至少應在150mm范圍內進行預熱，預熱溫度較正縫溫度高出20-30℃，定位焊時，應將其焊在后焊側坡口內，后焊坡口側焊前用碳弧氣刨刨背縫時必須清除定位焊，定位焊長度為60mm，間距為300mm，厚度6mm。

6.1.3焊接工藝

（1）對于60kgf/mm2級高強鋼，焊前應用遠紅外線履帶式加熱片進行預熱，預熱溫度60mm鋼板為100-150℃，34mm鋼板為80-120℃。

（2）焊接時先焊坡口內側，采用分段退步法焊接（環縫由12名或10名焊工同時施焊）。焊接時的層間溫度不低于預熱溫度，不高于230℃。

（3）雙面焊的焊縫，一側焊完后，對焊后焊縫進行預熱，預熱溫度與（1）同，另一側用碳弧氣刨清根，手工電弧焊時，第一道焊縫應完全除去。碳弧氣刨清根后應修磨刨槽除去滲碳層，并進行施焊；焊后將溫度加至150℃-200℃，保溫1h。

（4）高強鋼施焊時，為有效的控制好焊接線能量，要求手弧焊用Φ4.0mm焊條焊接時，其焊接長度＞90mm；用Φ3.2mm焊條焊接時，其焊接長度＞70mm。焊道寬度超過12mm時，需進行分道，每層焊縫厚度不超過4mm。

（5）焊接參數

壓力鋼管手工焊焊接工藝參數表

材質

焊接

位置

焊條直徑

(mm)

焊接參數

電流（A）

電壓（V）

焊接速度(mm/s)

610U2

或

610F

平焊

Φ3.2

100～130

23～28

1.2～2.5

Φ4.0

140～180

23～28

1.4～3.0

立焊

Φ3.2

90～120

23～25

1.0～2.0

Φ4.0

130～160

23～26

1.3～2.5

橫焊

Φ3.2

90～120

23～25

1.2～2.0

Φ4.0

130～170

23～28

1.3～3.0

仰焊

Φ3.2

90～120

23～25

1.0～2.0

Φ4.0

130～160

23～26

1.3～2.5

16MnR

平焊

Φ3.2

100～140

23～26

1.0～2.5

Φ4.0

140～180

23～30

1.3～3.0

立焊

Φ3.2

90～130

23～25

1.0～2.0

Φ4.0

130～160

23～28

1.2～2.5

橫焊

Φ3.2

100～135

23～26

1.0～2.5

Φ4.0

135～170

23～30

1.3～3.0

仰焊

Φ3.2

90～130

23～26

1.0～2.0

Φ4.0

130～160

23～26

1.2～2.5

壓力鋼管富氬氣體保護脈沖電源自動焊焊接工藝參數表

材質

焊接

位置

焊絲

直徑

(mm)

焊接參數

電流

(A)

電壓

(V)

焊接速度

(mm/s)

氣體流量

(L/min)

氣體比例

16MnR

或

Q345C

立焊

Φ1.2

110~150

20~24

1.4~1.8

16~20

Ar(80~85%)

CO2(20~15%)

橫焊

Φ1.2

110~150

20~26

2.0~3.5

16~20

610U2

或

610F

立焊

Φ1.2

110~141

21~24

1.0~1.65

16~20

Ar(80~85%)

CO2(20~15%)

6.1.4焊縫檢驗

（1）所有焊縫均應進行外觀檢查，外觀質量應符合DL5017-93規范表6.4.1的規定，無損探傷應在焊接完成24h后進行。

（2）超聲波探傷按GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果的分級》標準評定：一類焊縫BⅠ級合格；二類焊縫BⅡ級合格。

（3）射線探傷按GB3323-89《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》標準評定：一類焊縫Ⅱ級合格；二類焊縫Ⅲ級合格。

（4）檢查比例：

埋管及鋼襯管：一類焊縫用超聲波探傷100%，用X射線復檢長度為該條焊縫的5%；二類焊縫用超聲波探傷50%，當超聲波探傷有可疑波形而不能準確判斷時，用X射線透照進行復檢。

明管部位：一類焊縫用超聲波探傷100%，用X射線透照50%以上，著重在丁字型接頭附近的超聲波探傷發現的可疑點部位；磁粉探傷30%；二類焊縫用超聲波探傷檢驗100%，用X射線透照10%，當超聲波探傷有可疑波形而不能準確判斷時，用X射線透照進行復檢。

（5）焊縫修補

焊縫缺陷必須徹底清除，不允許有毛刺和凹痕，坡口底部應圓滑過渡，碳弧氣刨槽應磨去滲碳層，并進行滲透探傷或磁粉探傷，焊接工藝要求與正式焊縫（Ⅰ、Ⅱ類）相同。

焊接修補所采用的焊接材料、道間溫度、焊接線能量等和原焊縫相同，修補時要嚴格監控線能量、預熱溫度及層間溫度。

6.2高強鋼焊縫殘余應力的消除

根據設計技術要求，60kgf/mm2級高強度低合金調質鋼板厚53～60mm的鋼管縱縫、環縫以及止推環角焊縫均應進行焊縫殘余應力消除。消應技術指標按兩個50％要求：殘余應力降低50%；最大殘余應力不高于σs的50%即269MPa。

目前，消除焊縫殘余應力主要有以下幾種方法：振動法、熱處理法、爆炸法、錘擊法。根據以往施工經驗及三峽工程的特點，并進行爆炸法消除殘余應力的工藝試驗，試驗結果表明，爆炸法消應效果能滿足設計要求，故最終我們選擇了爆炸法消除焊縫殘余應力。

7、壓力鋼管的防腐：

7.1表面預處理

采用噴射除銹，內壁表面清潔度達到Sa2.5級標準，外壁表面達到Sa2級標準，使用照片目視對照評定。除銹后，表面粗糙度數值達到50～90μm，用表面粗糙度專用檢測量具或比較樣塊檢測。

7.2涂料涂裝

篇（9）

 

一、ASME　U　U2質量保證體系的建立與運行

一重公司在第一次籌備ASME U U2取證之初，已具備壓力容器制造技術條件和制造能力，為擴大壓力容器市場范圍，把目光投向國際市場。那時，一重公司雖已取得國家質檢總局頒發的《中華人民共和國特種設備制造許可證》。如果一重公司再并入一個壓力容器制造保證體系，會給質量保證工作乃至整個壓力容器質量保證體系帶來多大的影響，還不能充分明確。作為ASME U U2取證主要負責人之一的我，也感到ASME U U2取證工作壓力還是很大的。通過與取證工作小組共同努力學習CODE及向AIA的AIS咨詢，逐漸理解ASME U U2相關要求并與我公司的《中華人民共和國特種設備制造許可證》建立的質量管理體系要求相結合，在一重公司主管領導的大力支持下，在全體取證人員共同努力下取得了ASME U U2證書和U U2鋼印。。

取得了ASME U U2證書和UU2鋼印后，需明確指出的是，在沒有接到國外訂貨時的ASME U U2證書和U U2鋼印是一個沒有經過制造實踐的質量保證體系，還不能說明該體系完全適用一重公司生產制造活動。因此，在接收到國外訂單后，一重公司所有參與按ASME U U2證書和U U2鋼印制造的人員才有了對ASME U U2證書和U U2鋼印更加深刻的認識。

二、出口壓力容器產品制造過程中的質量保證存在的問題

一重公司在接收到第一份為印度制造壓力容器訂貨合同時，外方就明確要求該合同必須按ASMEU U2證書和U U2鋼印進行產品的制造活動。核電石化事業部的質量保證部就該項目管理工作中的質量保證根據合同條款的要求開展準備工作。一重公司的ASME U U2證書和U U2鋼印建立的質量保證體系開始真正的運行。

1、培訓工作的問題

根據CODE及ASME UU2證書和U U2鋼印的質量控制手冊描述，項目管理的培訓工作，并沒有具體要求，但考慮到一重公司是首次承制國外壓力容器的制造工作，且與給用戶制造國內壓力容器有諸多不一致的要求，對從事壓力容器制造工作的相關人員開展了ASME U U2證書和U U2鋼印質量控制手冊和程序文件的培訓工作。為保證受培訓人員的對手冊和程序文件的理解程度，重新修訂并下了手冊和程序文件結相關單位。

但在培訓中發現，按CODE及ASMEU U2證書和U U2鋼印的質量控制手冊描述要求，標準、技術文件、檢驗試驗文件等要求的是以英文為準，多數從事壓力容器制造活動的人員還不能完全適應這一要求。

2、授權檢驗機構監制問題

按國內標準要求制造并在國內使用的壓力容器產品，不僅符合國內相關法律、法規的要求，建立建全壓力容器質量管理體系，而且還要取得國家質檢總局頒發的《中華人民共和國特種設備制造許可證》，并且由國家指定的政府部門進行壓力容器的監制工作；同時，買方、業主或授權監理公司負責合同產品的監制、監檢工作，以保證壓力容器產品制造質量。而對于承制國外用戶的壓力容器產品，在滿足中華人民共和國《鍋爐壓力容器制造監督管理辦法》規定的要求的同時，按CODE及ASME U U2證書和U U2鋼印的質量控制手冊描述要求，接受用戶授權ASME的AIA如：HSB、BV等公司派出的AI負責產品制造期間的監制和監檢工作。

這樣，一重公司就面臨著與國際著名授權檢驗機構合作問題。一方面，在壓力容器制造活動中，需按ASME U U2證書和U U2鋼印的質量控制手冊描述要求開展制造活動，同時也要接受國家法規要求的屬地監管部門的管理，這就意味著有些相同的工作需按不同的要求進行。另一方面，在壓力容器制造過程中工序檢驗還嚴格執行COL，COL是一個近似于核電產品制造過程中的產品見證質量計劃，不僅如此，一重公司在多年的壓力容器制造經驗和管理方法上已有成形的管理模式。因此，在生產制造過程中出現很多與臨時改變生產過程而導致工藝流程發生變化，進而在執行COL時改變見證點見證和簽字等問題。。不但如此，由于見證時機的變化，給QA與AI的工作聯系造成麻煩。AIA的AI的工作時間與我們現在的工作方式不完全相同，加之還有市技術監督局參與其中，起初的工作協調十分困難。另外，按ISO9001的質量管理體系要求，容器產品的質量保證體系還必須與ISO9001的質量管理體系相符合。在容器制造的初始階段，十分艱難。

綜上所述，在出口壓力容器產品過程中，按ASME U U2建立的質量保證體系進行制造活動，有的問題顯現出來，還有的問題可能會預想不到，本篇主要探討解決上述提出的問題。。

三、ASME U U2質量保證體系的改進與提高

任何一個事物的存在都有其必然性，一重公司的ASME U U2證書和U U2鋼印的質量保證體系也是這樣。它有順應一重公司發展要求的必然性，同時也有改進和提高的環境而導致一重公司的ASME U U2證書和U U2鋼印的質量保證體系運行機制的有效性。

1、對于培訓問題，按CODE和ASME U U2證書和UU2鋼印的質量控制手冊的內容并沒有對培訓進行強制實施，但結合一重公司的實際，一種文化的執行如果沒有必要的宣貫是不行的。因此對于有針對性的項目開展培訓工作是有的放矢。對于語言環境，一重公司的設計、工藝和檢驗試驗部門特別是近幾年新招的畢業學生，英語水平有很大變化，但這并不能就此說明一重公司可以在英語的環境下從事制造活動。通過與設計、焊接工藝、加工工藝和項目管理等長足進展業之間的聯系溝通，在從事印度項目壓力容器產品制造過程中，首先利用ASME U U2證書和U U2鋼印的質量控制手冊和程序文件的現有資源，保證在生產制造的各個環節中的設計、工藝和檢驗試驗等文件必須是中英文對照，以便于在生產過程的各個環節的工作能夠按文件的要求開展工作。同時也能夠符合在AI監檢過程中按ASME U U2證書和UU2鋼印的質量控制手冊語言文字描述的要求。 在這方面，設計、工藝和其它技術部門的工程技術人員需付出大量的勞動，以保證產品的制造順利開展。其次，對于產品竣工產品文件的提交，QA、QC在編制、整理中，保證其出廠文件的完整性和不同語言描述的一致性。通過培訓工作的開展，不但保證出口產品的制造工作，同時也將工作遇到的問題顯露出來，保證體系的有效運行。

2、對于AI的監制，在生產制造過程中，AI是按COL執行產品制造的過程控制，是完全按ASME U U2證書和U U2鋼印的質量控制手冊所要求的質量保證體系運行的。對于一重公司常見的產品制造工序變化，若按已制定的工藝流程和COL執行，顯然無法與之相適應，這就要求我們在項目管理過程中，加強技術部門與生產車間的配合，加強QA在制造過程中的質量保證，按項目總體進度要求，結合實際的做好生產準備工作。技術部門工藝流程要和檢驗部門的COL與生產過程相一致。保證壓力容器產品的制造符合工藝過程。讓AI確信一重的生產制造過程與工藝要求一致。在這種情況下，工藝部門和檢驗部門需密切配合才能滿足生產需求。通過出口壓力容器產品制造過程的質量保證體系運行，證明一個再完善的理論必須拿到實踐中驗證，才能充分體系其應有的價值。ASME U U2證書和U U2鋼印的質量保證體系歷經幾次換證，終于與生產結合起來，為今后制造更多的出口壓力容器產品積累了寶貴經驗。出口壓力容器產品的制造，也驗證質量管理體系持續改進的要求，與ISO9001管理要求相吻合。

四、結語

雖然在出口印度壓力容器方面取得了ASME U U2證書和U U2鋼印的質量保證體系運行的實際經驗，還會有在出口壓力容器制造過程中沒有出現的問題，任何一個質量保證體系，都有其發展和完善的過程，從各國認可的ASME規范到我國壓力容器制造標準，也都是在發展的。質量保證工作也應是這樣，不能把目光放在眼前，本文雖只探討了出口印度的壓力容器制造問題的一部分，但質量保證是由部分問題甚至個別問題的出現也要將質量保證的整個體系加以補充，以求達到持續改進，保證企業的可持續發展。

篇（10）

中圖分類號： TG406

Interface characteristics and welded joint microstructureof stainless steel clad plate

Liu Baoxi1，2， Yin Fuxing1，2，Ding Zongkai3

（1.Research Institute for Energy Equipment Materials， Hebei University of Technology， Tianjin 300132， China；

2.Tianjin Key Laboratory of Materials Laminating Fabrication and Interfacial Controlling Technology， Tianjin 300132， China； 3.Huaneng Nuclear Power Co.， Ltd.， Ningde 352000， Fujian， China）

Abstract： The stainless steel clad plate was successfully fabricated by laying-up symmetric and vacuum hot rolling. The interfacial transition zone contains decarburized layer， interface and carburized layer， which is attributed to the diffusion of alloy element at the interface under the high pressure and temperature condition. The bending test reveals a prefect interface presented in the clad plate， without obvious delamination crack. The stainless steel clad pipe with excellent welded joint can be obtained by elbow and welding. There are no macroscopic and microscopic defects in the weld zone， fusion zone and heat affected zone. The heat affect zone of stainless steel layer is comprised of coarse grain， whereas the heat affect zone of carbon steel layer contains coarse grain area， completely recrystallized zone and partial recrystallized zone. With the increase of distance between weld zone and fusion zone， the small plane grain changes into a cellular crystal grain， and finally into a dendrite in the stainless steel weld zone.

Key words： stainless steel clad pipe； interface microstructure； delamination crack； weld microstructure

0 前言

隨著經濟的發展和社會的進步，核電設備、石油化工和海水淡化領域都亟需含Cr，Ni等合金元素的不銹鋼制品。然而為了降低成本、節約資源和保證服役性能，國內外經常利用不銹鋼復合板來代替昂貴的不銹鋼材料。不銹鋼復合板是通過特定方式將不銹鋼和碳鋼結合在一起，可充分發揮不銹鋼的耐蝕、耐磨、耐高溫、抗磁等特點和碳鋼良好的焊接性、成型性、拉延性和導熱性的優點。目前不銹鋼復合板的制備方法主要集中于爆炸焊接方法和真空熱軋法，其中真空熱軋法是在溫度和壓力的同時作用下，令不銹鋼板與碳鋼板之間的界面在接近真空的狀態下發生微觀的塑性流變后相互緊密接觸，從而達到完全的冶金結合。與爆炸焊接方法相比，具有無噪聲、生產效率高、過程可控、對環境影響小、可大面積規模化生產復合薄板等優勢，已成為世界上普遍采用的制備工藝[1-4]。

現有不銹鋼復合管制備技術中，多采用爆燃加襯制備技術，即利用爆炸焊接、熱膨脹焊接、熱擴散焊接或熱變形法，將不銹鋼管和碳鋼管之間以機械結合或半冶金結合方式形成的弱界面狀態，這在后續的矯直、裝配、切割、加工成型、焊接和服役過程中極易發生脫層裂紋，極大的影響了結構承載能力和耐腐蝕性能。同r在管與管的連接過程中，不可避免的要對覆層和基層界面進行封焊，這樣又增加了封焊、過渡焊、覆蓋焊等多項焊接工序[5-7]。然而利用真空熱軋后的不銹鋼復合板，呈現冶金和擴散結合方式的強界面狀態，可以承受多種應力狀態和加工方式而不發生脫層破壞，有效的提高了不銹鋼復合管的成品率[8]。文中利用真空熱軋制備的不銹鋼復合板，通過彎曲、焊接成型工藝獲得不銹鋼復合管，分析不銹鋼復合板界面結合狀態對彎曲變形的影響，并研究不銹鋼復合管接頭組織形成機理。

1 試驗過程

1.1 材料制備

主要包括不銹鋼復合板的真空熱軋制備和不銹鋼復合管的焊接成型兩部分。首先采用對稱方式對304不銹鋼和Q235碳鋼進行組坯，四周焊接并進行抽真空至0.01 Pa后進行密封。將已抽完真空的坯料加熱至1 100 ℃后保溫2 h，然后進行熱軋試驗。軋制速度為1 m/s，總壓下率約為90%，軋制道次為8道次，后進行矯直，獲得覆層厚度為1 mm，總厚度為6 mm的304不銹鋼復合板。然后對不銹鋼復合板進行卷制、彎管、焊接、矯直過程，如圖1所示。獲得不銹鋼復合管，對不銹鋼復合管進行著色探傷，未發現有焊接缺陷存在。其中覆層和基層都采用A302不銹鋼焊條進行焊接。焊前將A302焊條烘干，烘干溫度為200 ℃，選用的焊接參數為焊條直徑4 mm、焊接電流140 A、電弧電壓20 V、焊接速度25 cm/min。

x

1.2 分析測試

利用等離子切割不銹鋼復合管，以獲取焊縫部位，顯微組織觀察利用蔡司金相顯微鏡和場發射掃描電鏡 JSM-7100F，彎曲試驗采用日本島津生產的精密電子萬能試驗機（AGS-50kNX），對不銹鋼復合板分別進行內彎和外彎180°，以研究不銹鋼復合板在彎管過程中界面的完好性。

2 試驗結果

2.1 不銹鋼復合板組織

真空熱軋后的不銹鋼復合板組織界面特征如圖2所示。圖2a所示為宏觀照片，可以看到界面比較平直，界面處有明顯的過渡區存在，碳鋼區主要由鐵素體和珠光體組成，其中珠光體沿軋制方向呈帶狀分布（圖2b），界面處由于碳元素和鉻元素的相互擴散，生成了脫碳層和滲碳層兩個過渡區，如圖2c所示。界面處仍有少量微觀孔洞存在，這是由于高溫擴散不完全所致。不銹鋼層有大量的軋制亮帶存在，謝廣明等人[9]發現：通過熱處理可降低軋制亮帶的密度。此外，滲碳區由大量清晰的等軸晶粒存在，微觀照片如圖2d所示，晶界處存在大量不連續的納米Cr23C6顆粒存在，并發現周圍存在微觀孔洞，這是由于碳化物與基體組織熱膨脹系數和彈性模量的差別所致。

2.2 不銹鋼復合板彎曲行為

不銹鋼復合板易于在彎管過程中以發生脫層斷裂，因此需要研究不銹鋼復合板在彎曲過程中界面的完好性，圖3為不銹鋼復合板承受180°內彎和外彎測試后的照片。其位移-載荷曲線如圖3b所示。無論是不銹鋼受壓，還是碳鋼受壓，界面處都未發生脫層現象（圖3a，3c，3d），因此，利用真空熱軋法制備的不銹鋼復合板獲得的界面結合強度較高，可滿足后續的矯直、裝配、切割、加工成型、焊接和服役要求。

2.2 不銹鋼復合管焊頭組織

圖4為不銹鋼復合管的焊接接頭顯微組織照片。從宏觀數碼照片觀察到焊縫組織優良，無宏觀焊接缺陷存在。分別對各部位進行放大觀察發現，共有6種不同顯微組織。其中焊縫組織主要由柱狀晶存在，如圖4d所示，碳鋼基層的熱影響區主要包括魏氏體組織，如圖4f所示。對圖4各部位分別放大觀察，如圖5所示。

圖5a所示的為遠離焊縫的熱影響區部位，可以觀察到碳鋼層存在少量的不完全重結晶區，組織特征為鐵素體相大小不一，然而珠光體較為細小。該位置峰值溫度介于750～900 ℃，有部分碳鋼經歷兩次相變重結晶，因而生成細小的鐵素體和珠光體。而另一部分始終保持初始狀態。同時發現，不銹鋼層熱影響區只出現粗大的奧氏體晶粒，如圖5b所示，這是因為不銹鋼組織在結晶前后都為奧氏體相，形態保持規則的正六角形。圖5c為離焊縫較近的碳鋼層熱影響區，發現珠光體和鐵素體的形貌呈梯度變化，隨著離焊縫距離的減小，碳鋼組織由不完全重結晶區過渡為完全重結晶區。重結晶區的峰值溫度在900～1 100 ℃之間，由大量的細小且均勻的鐵素體和奧氏體晶粒所組成，此時碳鋼加熱過程中完全經歷了轉變為奧氏體的相變反應，同時在冷卻時又經歷了奧氏體到鐵素體和珠光體的重結晶過程，兩次重結晶的作用令該區晶粒得到顯著的細化并均勻化。隨著離焊縫組織距離的進一步減小，碳鋼熱影響區則逐漸轉變為粗晶區，峰值溫度大于處于1 100～1 490℃之間，這是由于低碳鋼處于過熱狀態，難熔的碳化物和氮化物都熔入奧氏體內部，造成奧氏體晶粒發生嚴重的長大，冷卻后會生成粗大的鐵素體和珠光體組織。甚至會出現魏氏體組織，如圖5d所示。

焊條類型為不銹鋼A302，因此其焊縫組織全部為奧氏體組織。在焊縫與熱影響區之間有明顯的熔合線，如圖5e所示，呈平面結晶狀態出現。這是由于固液兩相界面前方溫度梯度過大，無法存在成分過冷區，一旦出現向前生長的晶芽，定會被周圍較熱的液態金屬所熔化，因此只能以平面形式的結晶方式向前生長。焊縫前沿主要由胞狀晶粒組成，這是因為盡管固液界面前方的溫度梯度較大，然而液相溫度和結晶溫度之間必有一定面積的相交區，這樣就形成了較小的成分過冷區。這時平面結晶過程會呈現不穩定的狀態，固液前沿會生成許多平行的束狀芽胞，并向界面前方生長，則成為相互平行的胞狀亞晶，則橫截面為典型的六邊形。隨著離熔合線距離的增加，不銹鋼焊縫則主要由樹枝晶所組成，這時因為固液前方的溫度梯度變得較小，液相溫度與結晶溫度相交的距離也較大，造成大范圍的成分過冷區間，這樣在固液界面前沿會產生大量的芽胞，并較大速度的向前推進，除了產生一個細長的主枝之外，還會向周圍生成很多二次或三次橫枝，這些晶枝不斷長大，直至接觸為止，形成了較為典型的樹枝晶。圖5f為兩道焊縫接觸的地方，也呈現出明顯的熔合線，同時焊縫組織都出現平面晶、胞狀晶和樹枝晶形貌[10]。

3 討論

3.1 不銹鋼復合板界面過渡區和界面反應物

不銹鋼在熱軋過程過程，在溫度和壓力的同時作用下，令不銹鋼板與碳鋼板之間的界面通過元素擴散達到完全的冶金結合。在此過程中，不銹鋼覆層中的Cr， Ni等合金元素擴散至碳基層，而碳鋼中的C元素會擴散至不銹鋼覆層。因此界面處形成了明顯的過渡層，其中碳鋼基層中由于C元素的減小，造成脫碳層的產生，該部位珠光體全部消耗殆盡，只剩有鐵素體晶粒。而不銹鋼一側由于C元素的擴散而產生滲碳層，該處晶粒腐蝕的特別明顯，這是由于晶界處產生大量的Cr23C6，造成嚴重的晶界腐蝕。該區域有可能造成沿晶斷裂，會對不銹鋼復合板的抗微觀損傷能力有所影響。而界面處有可能因為Mn， Si元素的擇優氧化，生成SiMnO三元化合物[11]。

3.2 不P鋼復合管焊接接頭組織

不銹鋼復合管經過著色探傷研究發現，焊接接頭較為優良，無宏觀裂紋存在，通過對不銹鋼復合管焊接接頭組織的分析和研究，焊縫組織、熔合區和熱影響區無微觀缺陷存在，能滿足不銹鋼復合管的服役需求。

4 結論

（1）通過真空熱軋成功制備了不銹鋼復合板，其界面過渡區主要包括脫碳層、界面和滲碳層，通過彎曲試驗發現不銹鋼復合板無脫層現象，界面結合較為優良。

（2）通過彎管、焊接等工藝，成功獲得不銹鋼復合管，焊縫組織無宏觀和微觀缺陷存在。

（3）不銹鋼層熱影響區主要由粗晶奧氏體組成，而碳鋼層熱影響區包含粗晶魏氏體區、完全重結晶區和不完全重結晶區，焊縫組織包括平面晶、胞狀晶和樹枝晶。

參考文獻

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