簡介:標準規(guī)范對“承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗標準”的思考卜華全1,戈兆文1,吳國強211合肥通用機械研究院,安徽合肥23003121永勝機械工業(yè)昆山有限公司,江蘇昆山215321摘要承壓設(shè)備包括鋼制及有色金屬類鍋爐、壓力容器、氣瓶壓力管道,關(guān)于承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗,相關(guān)的各種標準和規(guī)范中各有不同的規(guī)定,本文對其中涉及到的一些規(guī)定和術(shù)語提出了一些觀點,并對力學(xué)性能的檢驗過程和合格判據(jù)中存在的問題進行了探討。關(guān)鍵詞壓力容器焊接接頭力學(xué)性能中圖分類號TQ05011T65211文獻標識碼A文章編號10014837200607000105CONSIDERATIONOFSTANDARDONMECHANICALPROPERTIESTESTOFWELDINGCOUPONOFPRESSUREDEQUIPMENTBOHUAQUAN1,GEZHAOWEN1,WUGUOQIANG211HEFEIGENERALMACHINERYRESEARCHINSTITUTE,HEFEI230031,CHINA21YONGSHENGMACHINERYINDUSTRYKUN2SHANCO,LTD,KUNSHAN215321,CHINAABSTRACTTHEPRESSUREDEQUIPMENTCONSISTOFBOILER,PRESSUREVESSEL,GASBOTTLE,PRESSUREDPIPEETALTOTESTTHEMECHANICALPROPERTIESOFWELDINGCOUPONOFTHESEEQUIPMENT,DIFFERENTSTANDARDHAVEDIFFERENTDEFINITIONSTHEAUTHORBROUGHTOUTSOMEVIEWPOINTSONTHESTIPULATIONSANDTERMSOFTHESESTANDARDSTHETESTPROCESSANDCRITERIONOFMECHANICALTESTWERESUGGESTEDKEYWORDSPRESSUREVESSELWELDINGJOINTMECHANICALTEST1概述統(tǒng)一承壓設(shè)備鍋爐、壓力容器、氣瓶和壓力管道產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗標準,是國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局的重要技術(shù)管理決策,它對加強承壓設(shè)備的安全監(jiān)察、提高承壓設(shè)備安全可靠性、確保承壓設(shè)備的制造安裝焊接質(zhì)量將起到重要作用,全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會秘書處十分重視,積極組織了該標準的編制工作。以前,各類承壓設(shè)備行業(yè)都規(guī)定了各自的產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗標準,如1蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程第五章規(guī)定了“為檢驗產(chǎn)品焊接接頭的力學(xué)性能應(yīng)焊制產(chǎn)品檢查試件板狀試件稱為檢查試板”,檢查試件類型包括縱焊縫檢查試件、環(huán)焊縫檢查試件、管道的模擬檢查試件、管道上直接切取檢查試件。并且規(guī)定了檢查試件板狀、管狀的數(shù)量、尺寸、力學(xué)性能檢驗類別、試樣數(shù)量、試驗方法與合格指標。2壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定“為檢驗產(chǎn)品焊接接頭和其它受壓元件的力學(xué)性能和彎曲性能,應(yīng)制作縱焊縫產(chǎn)品焊接試板,采用新材料、新焊接工藝制造鍛焊壓力容器產(chǎn)品時,應(yīng)制作模擬環(huán)焊縫的焊接試板”。“鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板尺1?19942006CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET經(jīng)常在圖樣上看到產(chǎn)品焊接試件中要增加步冷試驗來測定焊接接頭的回火脆化性,但承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接接頭的力學(xué)性能檢驗標準對步冷試驗就不適用,設(shè)計人員還要規(guī)定出一整套的試驗方法與合格指標。3產(chǎn)品焊接試件主要目的是檢驗產(chǎn)品焊接工藝執(zhí)行過程中的正確性,當規(guī)定“板狀試件應(yīng)置于承壓設(shè)備元件縱向接頭的延長部位,與所代表的承壓設(shè)備元件同時施焊”時,試件可以較好地代表產(chǎn)品的實際施焊工藝。除此之外,如球罐產(chǎn)品焊接試件、管狀瓶體和環(huán)狀產(chǎn)品的焊接試件,就不能與產(chǎn)品同時施焊。如果在標準中強調(diào)“焊接試件的焊工,焊接設(shè)備和焊接工藝規(guī)程應(yīng)與所代表的承壓設(shè)備元件相同”,更符合編制標準的目的,也有利于實施與檢查。其實這一條對于縱向接頭延長部件的試件也是需要強調(diào)的,因此,在試件識別標記中應(yīng)有“焊接工藝規(guī)程編號”的內(nèi)容。5試件力學(xué)性能檢驗的重點從承壓設(shè)備安全可靠性出發(fā),要求焊接接頭性能不低于母材,因此力學(xué)性能檢驗的合格指標基本上都與母材作比較,在取樣位置和試驗方法上也必須充分考慮這些因素,與母體一致。1試件力學(xué)性能檢驗,實質(zhì)是檢驗試件焊接接頭性能,焊接接頭包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。在焊接接頭中以熱影響區(qū)最為復(fù)雜,可控制調(diào)整的焊接工藝因素少,性能也往往最低,是焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié),也是焊接試件檢驗的重點。韌性指標是焊接接頭的重要力學(xué)性能指標,而沖擊韌性試驗是一種較敏感的試驗方法,通過測定焊接接頭的沖擊韌性,可以判定焊接工藝變化,若在產(chǎn)品焊接試件中只強調(diào)低溫鋼熱影響區(qū)沖擊韌性試驗,不進行強度鋼、耐熱鋼、管線鋼熱影響區(qū)沖擊韌性試驗,失去了產(chǎn)品焊接試件原來的初衷,則大大降低了這類鋼制承壓設(shè)備的安全可靠性。微合金化控冷控軋鋼發(fā)展迅速,用于制造的承壓設(shè)備日益增多,長輸管線用鋼大多為微合金化控冷控軋鋼,我國承壓設(shè)備行業(yè)用量最大的60KG級高強度鋼也是微合金化鋼,微合金化控冷控軋鋼焊接性能最大的問題是過熱區(qū)晶粒粗大,沖擊韌性下降,如果在產(chǎn)品焊接焊接試件力學(xué)性能檢驗標準中不規(guī)定進行熱影響區(qū)沖擊試驗,那么無法證明產(chǎn)品焊接接頭的韌性是否合格。2承壓設(shè)備設(shè)計標準中都普遍要求焊接接頭性能不低于母體。母材力學(xué)性能檢驗是按照標準規(guī)定在特定的部位取樣,其試驗結(jié)果才具有典型性、穩(wěn)定性和公正性。我國壓力容器用鋼板力學(xué)性能檢驗取樣部位規(guī)定如表1所示,鍋爐用鋼板標準中無類似規(guī)定。表1我國標準中關(guān)于鋼板力學(xué)性能檢驗試樣的種類及取樣規(guī)定標準名稱力學(xué)性能試驗種類取樣位置GB35311996低溫壓力容器用低合金鋼鋼板拉伸試樣,沖擊試樣厚度60MM鋼板,取自厚度1/4處GB66541996壓力容器用鋼板拉伸試樣,沖擊試樣厚度60MM鋼板,取自厚度1/4處GB191892003壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板拉伸試樣,沖擊試樣厚度25MM鋼板,取自厚度1/4處因此我國承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件力學(xué)性能檢驗試樣,應(yīng)按照承壓設(shè)備用鋼板標準規(guī)定,在相同板厚位置取樣,這樣才有可對比性。下述規(guī)定“試板厚度60MM的高強度鋼和鉻鉬鋼,以及試板厚度40MM的低溫鋼,取兩組沖擊試樣,一組位于鋼板近表面,另一組位于鋼板厚度1/4處”,沒有標準依據(jù),不符合中國實際。3采用一種或多種焊接方法和工藝完成同一條焊縫的情況并不少見,厚壁容器中有,管道焊接時也不少。產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗,也必須考慮到組合焊接情況。當用組合焊接完成產(chǎn)品焊接試件時,試件中和焊接方法及焊接工藝所熔敷的焊縫金屬和形成的熱影響區(qū)都應(yīng)當?shù)玫嚼煸囼?、沖擊試驗和彎曲試驗的檢驗。6力學(xué)性能檢驗結(jié)果及評價611拉伸試驗拉伸試驗的目的是測定產(chǎn)品焊接試件中焊接接頭的抗拉強度。拉伸試樣不僅有板狀,還應(yīng)有管狀。拉伸試樣設(shè)計成緊湊型,目的是強迫試樣在焊接接頭范圍內(nèi)斷裂,因為要觀察拉伸試樣斷裂位置、了解斷口狀況和分析斷裂原因,試樣必須拉斷。全板厚的拉伸試樣和大板厚試件的多片試樣,每個片試樣都應(yīng)進行拉抻試驗。每個片試樣拉伸試驗結(jié)果都應(yīng)符合規(guī)定,不取平均值。由于在板厚方向上,軋制后組織致密程度不均勻,經(jīng)常是上下側(cè)組織致密,而中部疏松,造成在板厚中部取樣的拉3第23卷第7期壓力容器總第164期?19942006CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET
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