压力容器焊接工艺论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇压力容器焊接工艺论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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【关键词】Ti-35合金；角接接头；质量控制；压力容器

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

【中图分类号】TG407 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0120-02

1 压力容器角接接头质量较难控制和质量差的原因分析

①角接接头一般都位于容器结构不连续的特殊部位，如设备人孔接管与封头的连接处，接管与壳程筒体的连接处，夹套与设备筒体的封板连接处的角接接头，使用过程中其应力集中较大，受力情况较复杂，不仅受拉伸应力，而且还要受到较大的弯曲和剪切应力，而角接接头承受弯曲，剪切应力的能力较弱，加上角接接头的几何形状有急剧的变化，力线的传递比对接焊缝复杂，在焊缝根部和焊趾处存在较高的应力集中。应力集中较大，焊缝强度较差，给压力容器的角接接头带来先天不足。

②角接接头由于结构原因，无法进行常规的射线检测和超声波检测，焊接接头内部缺陷较难检测，使其焊缝内部质量不易保证，从而减弱了焊缝使用性能。

③角接接头受力复杂，角接接头的强度可靠性在设计和制造中都是很难控制的，容易在设计和制造环节忽略对其的质量和强度要求。

④角接接头一般只进行表面检测如目视检测p渗透检测和磁粉检测，制造过程中对角接接头质量放松，没有像对接焊缝那样进行严格的质量控制。

⑤压力容器中的角接接头实际上是一种组合焊缝，是由对接焊缝和角接接头二部分组成。其焊接要求与对接焊缝有很大区别，相关焊接规范未对角接接头焊接提出具体的焊接工艺评定要求，造成角接接头的焊接质量难以保证。

⑥角接接头与对接焊缝的不同之处在于，由于其结构原因，清根过程很难控制，打底焊接以及定位焊均会保留在整个焊缝中，采用双面焊接，焊接接头质量效果较差。

⑦角接接头质量与坡口形式有较大的关系，在机械加工过程中，开孔形式为异形尺寸，无法精确达到规定的形状尺寸和间隙要求，造成在焊件装配过程中产生误差，焊接操作人员施焊困难，焊接接头质量会造成影响。

2 如何提高Ti35钛合金制压力容器角接接头质量

作为应用于核级的压力容器，其焊接接头的质量显得更为重要。因此要特别强化其角接接头（图1）焊接质量控制。[1]

2.1 加强角接接头的质量控制意识

由于角接接头的受力情况和质量控制与比对接焊缝差异很大，在制造过程中应受到更高的重视，角接接头一般不进行内部无损检测，没有具体的质量考核指标，在焊接质量控制中，只突出对接焊缝的质量，缺少系统规范的角接接头的制造、焊接工艺，甚至发生无证人员进行焊接接头的操作。因此要保证角接接头的质量，必须加强质量意识教育，将角接接头质量与对接焊缝等同要求，使相关人员均重视角接接头的质量，提高角接接头的质量控制意识。

2.2 完善角接接头的焊接工艺评定

针对新材料的特殊性，根据角接接头的特点，要严格按照标准规范完成角接接头的焊接工艺评定，特别针对要求焊透的角接接头的焊接工艺评定，确定可靠的焊接工艺参数。

2.3 做好焊前准备，焊缝坡口质量作为重点

焊p坡口宜采用机械加工，坡口质量包括坡口角度、尺寸、装配间隙等一定要符合图纸要求，若为非圆形开孔，设计标准开孔样板，并将其修磨，符合工艺要求。

2.4 加强打底焊的质量控制

角接接头采用双面焊时，由于打底焊及定位焊一般不能清除，都保留在焊缝中，要特别注意定位焊和打底焊的质量。当必须采用单面焊焊接时，一定要按照图纸和焊接工艺的要求方法进行焊接，有垫板的必须加垫板，要用氩弧焊打底的必须按规定方法焊接。单面焊的打底焊质量不易控制，应要求有焊接经验的固定人员担任打底焊工作，提高角接接头的根部质量。

2.5 焊接过程质量控制

在角接接头的施焊过程中，对其每层的焊接质量都要进行检验检测。焊接人员应严格按照焊接工艺规范进行焊接。由于结构原因，采用单面焊的结构（图2），打底完成后，应进行间接目视检测，即采用工业视频内窥镜对其进行目视检测，主要观察焊缝是否焊透，焊缝表面是否存在表面缺陷，如有，应及时进行返修，由焊接技术人员出具相应返修方案，操作人员应严格按照相关方案进行返修。对于Ti35钛合金角接接头成型过程，应对每层焊缝进行目视检测和渗透检测，以确保焊接质量。焊缝成型后，经外观检测合格后，如能进行射线检测的结构，应进行射线检测。

2.6 焊接接头的圆滑过渡

角接接头的外观几何尺寸在实际工况中易产生应力集中，焊接时必须与母材圆滑过渡，焊缝表面平滑，焊喉及焊脚尺寸必须达到图纸及标准要求。

2.7 焊接操作方法的有效选择

角接接头焊接过程中，无法一直处于平焊或者横焊的位置。为保证其焊接质量，应采用焊接工装，采用焊接质量较好的平位或者易操作的焊接位置，由于转动困难等其它原因，不能采用平焊时，要制定相应的焊接工艺，并由持证焊接操作人员进行焊接，完成焊接工作。

2.8 注重焊接接头的质量检验检测

对于Ti-35钛合金制压力容器的角接接头质量控制，在检验过程中加强检验焊接工艺的执行率。焊接检验员及相关责任工程师应定期进行监督检验，对焊接过程的关键因素进行严格控制，如焊接装配质量、打底焊、焊接工艺的执行和焊缝表面质量的检查，达不到规定要求，严禁施焊。依据产品结构和焊接接头的使用工况，设置必要的停止点，必须经焊接检验员及相关责任工程师监督检验合格后才能允许转入下一道制造工序。

2.9 可靠性检测方法

对于关键设备的角接接头，应设计相应的检测工装进行

①耐压试验

②气密性试验

③氦检漏试验

通过以上三种可靠性检测方法，完全可以确保角接接头的焊接质量。

3 结论

①角接接头是目前压力容器质量比较薄弱的环节之一，也是核级容器制造过程中的薄弱环节，在整个设计、制造、检验等各个环节中应进行合理有效的控制，确保压力容器及核级压力容器的质量。

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压力管道的作业一般都在室外，敷设方式有架空、沿地、埋地，甚至经常是高空作业，环境条件较差，质量控制要求较高。由于质量控制环节是环环相扣，有机结合，一个环节稍有疏忽，导致的都是质量问题。根据压力管道的施工要求，必须在人员、焊接、材料、过程检验等方面强化管理，有针对性地采取各种技术措施，才能保证压力管道的安装质量得到有效的控制。下面就有关方面进行分析阐述。

一、人员素质

对压力管道焊接而言，最主要的人员是焊接责任工程师，其次是质检员、探伤人员及焊工。

1、焊接责任工程师是管道焊接质量的重要负责人，主要负责一系列焊接技术文件的编制及审核签发。毕业论文，安装。如焊接性试验、焊接工艺评定及其报告、焊接方案以及焊接作业指导书等。因此，焊接责任工程师应具有较为丰富的专业知识和实践经验、较强的责任心和敬业精神。经常深入现场，及时掌握管道焊接的第一手资料；监督焊工遵守焊接工艺纪律的自觉性；协助工程负责人共同把好管道焊接的质量关；对质检员和探伤员的检验工作予以支持和指导，对焊条的保管、烘烤及发放等进行指导和监督。

2、质检员和探伤人员都是直接进行焊缝质量检验的人员，他们的每一项检验数据对评定焊接质量的优劣都有举足轻重的作用。因此质检员和探伤员首先必须经上级主管部门培训考核取得相应的资格证书，持证上岗，并应熟悉相关的标准、规程规范。还应具有良好的职业道德，秉公执法，严格把握检验的标准和尺度，不允许感情用事、弄虚作假。这样才能保证其检验结果的真实性、准确性与权威性，从而保证管道焊接质量的真实性与可靠性。

3、焊工是焊接工艺的执行者，也是管道焊接的操作者，因此，凡是从事压力管道焊接的焊工、必须按照现行《锅炉压力容器焊工考试规则》、《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》的规定进行考试，考试合格后，方可从事相应的焊接施工。

二、焊接

焊接是压力管道安装施工的关键过程和主要过程, 控制好焊接质量是预防产生不合格产品的重要措施。压力管道的焊接应从以下几个方面加强管理。

1、焊接工艺评定及施焊工艺：焊接技术人员应依据设计图纸，有关施工规范及现行标准，根据焊接工艺评定并结合施工现场的实际条件制定切实可行的焊接工艺指导书。施工前对焊工和管工进行技术交底，内容包括焊接材料、工艺参数、焊前预热、层间、后热、热处理的温度和时间、对焊接材料的保管、使用以及无损检测等各项要求。

2、坡口加工及清理：现场条件允许的情况下，应尽量采用等离子弧、氧乙炔等热加工方法。坡口加工完成后，必须除去坡口表明的氧化皮、油污、熔渣及影响接头质量的表面层，清除范围为坡口及其两侧母材不少于20毫米区域，并应将凹凸不平处打磨平整。毕业论文，安装。

3、定位/组对：管接头组对应在确认坡口加工、清理质量后进行。管接头的组对定位焊是保证焊接质量、促使管接头背面成形良好的关键，如果坡口形式、组对间隙、钝边大小不合适，易造成内凹、焊瘤、未焊透等缺陷。组对间隙应均匀，定位时应保证接管的内壁平齐、内壁错边量不超过管壁厚度的10%，且不应大于15毫米。如壁厚不一致，应按规定进行修磨过渡。若焊接定位板时应在焊管板角焊缝的同一方向。管件组对时应垫置牢固，并应采取措施防止焊接过程产生变形。定位焊时，应采用与根部焊道相同的焊接材料和焊接工艺，并由合格焊工施焊。

4、环境因素是制约焊接质量的重要因素之一,施焊环境应符合以下几方面条件：首先，焊接的环境温度应能保证焊件焊接所需的足够温度和使焊工技能不受影响。当施工的环境温度低于施焊材料的最低允许温度时就应该根据焊接工艺评定提出预热要求来操作。另外,在实际焊接时的风速不应超过所选用焊接方法的相应规定值。当风速超过规定值时应备有防风设施才可安排施工。最后，如果焊件表面潮湿(例如下雨),焊工及焊件无保护措施或采取措施仍达不到要求时应停止施工作业。

三、材料管理

要提高压力管道工程的质量,首先必须从源头抓起,在材料采购、验收环节把好关。

1、工程质量创优，材料质量是基础。采购材料时，必须要求供方提品样本及出厂合格证，按规范要求进行检查验收、抽样试验，对特殊材料必须送到检测中心进行试验，合格后方可使用。凡进场的材料质量不合格者，一概拒绝验收。压力管道安装过程使用的焊料、管道材料以及其他消耗材料都必须确保符合设计图纸的要求,如材料变更或代用,必须取得原设计单位的同意并办理相关手续。

2、经检验合格的材料，现场材料员负责进行入库并对其登记上账。毕业论文，安装。有时现场某些材料规格很大，无法在库房存放，故应该选合适的露天场地存放，并做好防护工作。毕业论文，安装。毕业论文，安装。需要进库房存放的材料必须入库妥善保管，以防丢失和损坏。材料发放时，一定要核对材料的工程项目、规格、型号、材料和数量，以防有错。现场使用的焊条必须烘干，操作人员用保温桶领用，以防返潮。每一只桶内只能领用同一牌号的焊条，以防错用，且一次最多不能超过5公斤，在桶内存放时间不应超过四小时，否则必须进行重新烘干。焊丝一次领用数量不得超过最小包装，使用前应检查表面的锈蚀、油污等杂质是否清理干净。氩弧焊所用氩气纯度应不低于99.9%，且含水量不大于50ml/m3。

四、过程检验

压力管道安装时常因过程控制不力,导致施工质量不理想,因此对于压力管道施工质量的控制可以从以下几方面来进行。

(1)加强外观检验,外观检验主要包括检查管道的表面及焊缝是否有裂纹等缺陷,外观检验还包括压力管道组成件和支承件以及在压力管道施工过程中的检验。这些检验都为压力管道质量事故提出了预防的方法,使得事故及时发现并及时解决。毕业论文，安装。

(2)加强无损检测,加强无损检测主要包括加强焊缝表面和焊缝内部等方面的无损检测,无损检测主要是用于检测压力管道的表面及内部质量。另外,还需要加强硬度测定,对有热处理要求的压力管道焊缝,还应该测量焊缝及热影响区的硬度值是否符合设计要求中有关项的标准规定。

五、结束语

以上是我们在多年从事压力管道安装工程质量体系管理工作中探索和总结出来的,希望能为从事压力管道工程项目施工的管理人员提供一些参考,尽快提高压力管道工程项目的管理水平,促进压力管道管理的体系化、规范化进程。

参考文献

1、工业金属管道工程施工及验收规范（GB50235-97）；

2、张西庚.压力管道安装质量保证指南.2002.9；

3、田金柱.压力管道施工焊接质量控制[J].管道技术与设备,2008(3):46～47；

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前言 近几年国内外石油工程的基本建设项目越来越多，对焊接技术的要求也越来越高，焊接工艺的多样化已成为一种趋势，从特种材料的小口径高含硫天然气气田管网集输、装置净化项目；高强钢、大口径的天然气输气管道和碳素钢、合金钢的进户城市天然气管网；到原油、成品油及其它能源化工、供水及高压超高压等项工程的建设情况来看，所选用的大多是组合焊接技术[1]，该项技术能充分发挥不同焊接技术的优势，提高焊接质量和工程的使用寿命。

1 焊接设备 焊接设备制造厂家较多，其使用性能差别较大，近几年来从事石油工程建设施工企业使用的焊接设备，选用一机多用的多种用途直流弧焊电源的单位较多，这些设备不但具有焊条电弧上向焊功能，而且还具有焊条电弧下向焊、药芯半自动焊、CO2气体保护焊功能，有的设备还具有氩弧焊功能。常用的焊接设备主要有：国外生产的有林肯、米勒焊机，国内生产的有川焊、熊谷、奥太、时代、运达等厂家的焊接设备。

2 金属材料与焊接材料

2.1 金属材料 石油工程建设所使用的金属材料种类较多，如：黑色金属材料类的低碳钢、中碳钢、普低合金钢、不锈钢和特种用途的锅炉压力容器用钢、管道专用钢、耐热钢、耐腐蚀钢、异种钢等；有色金属材料类的镍合金、铝合金、铜合金材料及复合材料等。 在石油工程建设中选用的金属材料其强度、硬度、塑性、韧性等项技术指标均能满足焊接工艺的要求，大部分金属材料的焊接性能较好，在施工中根据设计要求，通过调整焊接工艺方案，选择不同的焊接技术都能满足施工技术要求。

2.2 焊接材料 金属材料的类别、性能、强度等级不同，含碳量或碳当量不同，其可焊性差别较大，所选用的焊接材料也不一样，用于金属材料焊接的焊接材料主要有：

2.2.1 手工焊条电弧上向焊条 目前施工企业使用的焊条以国内生产的为主，该类焊条可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条十一大类，使用较多的焊条主要有：E4303、E4315、E5015、E5016、R307、R347、A302、A307、A347、Z248、Z308等。

2.2.2 手工焊条电弧下向焊条 目前施工企业使用的焊条以国外生产的为主，该类焊条是用于油气管道焊接的专用焊条，主要有纤维素型和低氢型两种焊条，使用较多的焊条主要有：E6010、E7010、E8010、E8018等。

2.2.3 各类焊丝 目前施工企业使用的焊丝国内外生产的都有，可分为CO2气体及氩弧焊填充焊丝、埋弧焊丝、自保护药芯焊丝、硬质合金焊丝、铜及铜合金焊丝、铝及铝合金焊丝、镍及镍合金焊丝、铸铁气焊丝、碳钢、低合金钢气焊丝，部分焊丝焊接时需要使用相应的焊剂、纤料、焊粉，使用较多的焊丝主要有： H08A、H08C、H10Mn2Si。E71T8-Ni1J等。

2.2.4 气体 使用较多的气体主要有氩气、二氧化碳气体、混合气体（氩气+二氧化碳气）、氧气、乙炔气等。

3 焊接技术组合方案 根据近几年石油工程集输管网、长输管道、场站建设、压力容器、城市天然气管网建设的情况来看，为了确保工程实体的焊接质量，施工单位根据设计单位的要求，在单面焊双面成型焊接技术的应用上，根焊+填充盖面焊采用组合焊接技术可以有效的保证工程实体的焊接质量。即：焊条电弧下向焊+焊条电弧上向焊、焊条电弧下向焊+焊条电弧下向焊、焊条电弧下向焊+药芯焊丝半自动焊、焊条电弧下向焊+全位置自动焊、焊条电弧下向焊+CO2气体保护焊、STT+药芯焊丝半自动焊、RMD+药芯焊丝半自动焊、STT+全位置自动焊、TIG焊+焊条电弧上向焊、TIG焊+焊条电弧下向焊等。 特种金属材料的焊接，如：高含硫的镍基复合材料在基层、过度层、复层所选用的焊接材料是有区别的，采用的焊接工艺也不尽相同，和不锈钢复合材料及异种金属材料的焊接工艺也有不同之处[2-3]。

4 焊接工艺 组合焊接工艺对坡口的要求没有大的变化，一般为单边V型坡口。在金属材料厚度较薄的情况下为了保证焊接质量，可以选择30°±0.5°的单边V型坡口，如果金属材料的厚度在14mm以上可以考虑选择22°±1°的单边V型坡口。 不同的焊接工艺对焊接质量的要求都是一样的，焊工如果掌握某一项焊接技术较容易，要同时掌握几项焊接技术难度是比较大的，可以根据工程的需要由同一名焊工有选择地分别掌握焊条电弧上、下向焊、药芯焊丝自保护半自动焊、手工钨极氩弧焊等项焊接技术。 不同的焊接技术其焊接工艺参数是有差异的，推荐几种不同的组合焊接工艺参数，见表1、表2、表3（仅供参考）。 表1 压力容器立焊缝组合焊接工艺参数

注：钢材牌号为Q235A、板厚 8mm、要求单面焊双面成型。 表2 Φ1016×14.7mm管组合焊接工艺参数

注：DC-表示焊条或焊丝接负极，焊接方向为下向，要求单面焊双面成型。

表3 Φ89×10mm管组合焊接工艺参数

注：根焊层为手工钨极氩弧焊，要求单面焊双面成型。

5 人才选拔与培养

5.1 人才的选拔 一流的石油工程建设施工企业，对优秀技能人才的培养特别是焊接技能人才的培养非常必要的，该类技能型人才的技术水平高低对企业的兴衰起着十分重要的作用。在复合型焊接技能人才选拔和培养问题上，企业有关部门可优先考虑已掌握了某一项焊接技术的焊工，身体健康、视力正常、具有中技以上水平、年龄在35岁以下，热爱本职工作、能吃苦耐劳、各方面素质较高的焊工。聘请名师组织集中脱产学习，强化技能培训，经严格考核后方可持证上岗。

5.2 人才的培养 对于一个现代化的石油工程建设施工企业来说，如果没有一大批优秀的复合型焊接技能人才，要想创造辉煌的业绩是非常困难的。就现有国内石油石化施工企业的现状来看，我们应着重思考以下几个问题：

5.2.1 目前各施工企业都有为数不少的焊接技能人才，他们当中大多数技能单一，虽然对某一项焊接技术掌握的很好，但遇到工艺复杂或调整焊接技术方案时，很难发挥技术优势。造成人力资源的浪费和施工、管理成本的增加，如果人力资源的调配不当会影响工程的焊接质量、进度及工期。

5.2.2 对复合型焊接技能人才的培养应根据企业的实际情况，结合所担负的工程施工项目和技术要求建立焊接技能人才库，有选择地进行培养、使用和科学合理的储备掌握若干项焊接技能的复合型人才。

5.2.3 建立行之有效的运行机制，打破各自为政，小团体的管理模式，对焊接技能人才实行科学的动态管理，以适应石油工程建设施工市场的变化。

5.2.4 有条件的企业应对复合型焊接技能人才进行分期、分批封闭式强化培养，培养课时可视具体情况作出合理的安排。并按国家有关标准进行严格考核。

6 结束语 随着科学技术的发展，有关部门对石油工程建设项目的质量要求会越来越高，施工企业采用组合焊接技术能充分发挥不同焊接技术的优势，确保工程的焊接质量和进度。

对于一个优秀的复合型技能焊工而言，有高超的焊接技能，一人掌握多种不同的焊接技术是施工企业非常需要的，所发挥的作用比单一型焊工大几倍，在激烈的石油工程建设市场竞争中，如果能有计划地培养、使用复合型焊接技能人才，充分发挥复合型焊接技能人才的优势，定能为施工企业创造良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

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钢结构由于其优越性，在我国(超)高层建筑中越来越普遍采用。钢结构施工技术含量高，其中焊接是其关键的施工技术之一。焊接质量常常是施工质量控制的难点，特别是在较低温度下焊接施工时，由于环境温度较低，加之高空风速较大，增加了焊接接头的冷却速度，导致焊接裂纹倾向加大甚至出现焊接裂纹。因此我国有关标准、规范规定，在环境温度为O℃以下施焊时，应进行工艺试验，以确定相应的施焊工艺，但具体做哪些工艺试验及如何进行，尚无统一标准和明确规定。本文结合具体工程实例，综合考虑环境温度和风速的影响，对0℃以下高层钢结构焊接施工工艺和质量控制进行了探讨。。

1.工程概况

某大厦是一座多功能、高智能、综合性的高层建筑，由A座、B座和连体群房等组成。其中A座建筑地下4层地上52层，高度200．80m，设计采用内核心筒一外框柱结构体系，±0．000以上采用全钢框架柱梁，金属压型模板和现浇钢筋混凝土楼板；外框架柱为箱型截面，内筒钢骨柱为H型截面，钢梁为I型截面。所用钢材材质为SM490B。根据施工进度和施工地点气象资料，该大厦42F一52F楼层施工时，存在0℃以下焊接施工问题。其焊接接头主要结构形式如下。

A、接头形式箱型柱—柱、材质SM490B、焊件厚度25/mm、焊接方法手式电弧焊、施焊位置横位；

B、接头形式柱—梁、材质SM490B、焊件厚度16.25/mm、焊接方法手式电弧焊、施焊位置平位；

2.冬季焊接施工存在的问题

所用钢材为SM490B钢，属日本钢号(符合JISG3106标准)，其化学成分C≤0.18、Mn≤1.50、Si≤0.55、P≤0.040、S≤0.040

该钢材属于普通低合金结构钢，其CE(IW)=0．43％，焊接时对冷却速度较敏感。当在温度较低的环境下焊接施工而无有效工艺措施时，由于冷却速度较大，有可能出现马氏体淬硬组织，而增大冷裂倾向甚至出现裂纹，故较低环境温度给焊接质量造成不利影响。同时现场的风速较大也是必须考虑的因素，因此必须根据现场情况，通过工艺试验制定相应的工艺措施，以确保施工质量。

3.焊接性试验

为确定SM490B钢在现场条件下焊接时的抗裂性能，模拟现场情况(施焊位置、环境温度、环境风速、冷却方式等)进行斜Y型坡口焊接裂纹试验。

3．1试验内容

试验内容如下。

试验序号1，材质SM490B，板厚25，焊条型号E5015，环境温度-5℃，环境风速5m/s，预热温度125℃，冷却方式空冷；

试验序号2，材质SM490B，板厚25，焊条型号E5015，环境温度-5℃，环境风速5m/s，预热温度100℃，冷却方式空冷；

试验序号3，材质SM490B，板厚16，焊条型号E5015，环境温度-5℃，环境风速5m/s，预热温度100℃，冷却方式空冷；

试验序号4，材质SM490B，板厚16，焊条型号E5015，环境温度-5℃，环境风速5m/s，预热温度50℃，冷却方式空冷；

确保试验可靠，每一板厚各制备备用试件一套。。

3．2试验方法、评定标准

按《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》（GB4675.1-84)标准执行。焊接工艺参数为：焊条直径φ4、接电流170±1OA、焊接电压24±2V、焊接速度150±10mm／min。

3．3试验结果

对上述试件取样进行检验，试验序号1，2,4试样未发现任何裂纹，而试样3在焊缝根部和表面均发现裂纹。表明在试验环境条件下，SM490B钢当板厚为25mm时，焊前预热至100℃可避免裂纹产生；当板厚为16mm时，焊前预热至50℃时，可避免裂纹产生，而在环境温度下施焊，不能避免焊接裂纹。

4.焊接工艺性能试验

4．1试验内容

试验内容如下：

试验序号1，材质SM490B，板厚25，焊接位置横位，环境温度-5℃，环境风速5m/s，预热温度1100℃，冷却方式石棉保温；

试验序号2，材质SM490B，板厚25，焊接位置平位，环境温度-5℃，环境风速5m/s，预热温度1100℃，冷却方式石棉保温；

试验序号3，材质SM490B，板厚16，焊接位置平位，环境温度-5℃，环境风速5m/s，预热温度1100℃，冷却方式石棉保温；

焊接工艺参数为：焊条直径φ4、焊接电流160～170A、焊接电压23～24V、焊接速度150 mm／min、焊接过程中注意层间温度不低于预热。

为确保试验可靠，每一板厚各制备备用试件一套。

4．2试件的形状和尺寸

试件的形状和尺寸如图所示。

工艺试验试件形状和尺寸

4．3试验方法、步骤

1)在试件上打上钢印，作好标记。

2)测定施焊环境温度、湿度及施焊处风速，并作记录。

3)上述施焊环境符合要求后，进行焊接试验，当需要预热时用氧一乙炔焰加热至规定温度。

4)由持证焊工按拟定的焊接工艺施焊试件。

4．4试样检验殛结论

1)试验检验及合格标准按《钢制压力容器焊接工艺评定》(JB4708-92)执行。

2)所焊试样经上述检验，均满足标准要求，拟定的焊接工艺合格。同时序号1较之序号2冲击性能有所改善，表明石棉保温的后热措施有效。

5.冬季焊接施工措施

以上述评定合格的焊接工艺为依据，制定冬季焊接施工工艺，并采取以下工艺施工。

1)焊接前对焊工进行冬季焊接施工技术培训，使焊工明确冬季焊接工艺，严格按工艺纪律施工。

2)焊接前，每天由专职焊接管理人员测定环境温度及风速，并随时注意天气变化。

3)雨、雪天禁止施焊。。当环境温度低于试验温度时禁止施焊。

4)注意冷空气对焊件表面对流散热的影响。当风速大于5m／s时，禁止柱一梁焊接施工，否则须搭设防风棚，当风速大于2 m／s时，箱型柱一柱焊接须搭设防风棚(防风棚应可靠，采用四面围帆布挡风，并且顶部来风处也应遮挡)。

5)预热用2～4把燃气烘枪烘烤。预热区在焊道两侧，每侧宽度均应大于焊件厚度的2倍，且不应小于100mm。预热温度用测温笔在距焊缝中心50 mm处测量，达到规定的温度后方可进行焊接作业。

6)每条焊缝应一次焊完，中途不得中断，如因意外原因(如停电、下雨、下雪等)中断，应及时采取后热、缓冷措施。重新施焊前应对已焊焊缝进行检查，且焊前需按规定进行预热。

7)箱型柱一柱对接时由两名焊工对称施焊，并根据现场情况安排一名焊工辅助施工，如领取焊条、层问烘烤、中途接换焊接等，以确保层间温度和连续施焊。

8)箱型柱一柱对接焊接完成后，立即存焊缝区上下250mm范围内用厚30mm的石棉包裹三层，以减缓接头冷却速度。

6.实际结构的焊接

按上述工艺对实际的柱一柱、柱一粱接头进行焊接，所有焊接接头焊后经100％超声波探伤和磁粉探伤，未发现裂纹。焊缝按《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》(GB 11345—89)标准检验，I级焊缝一次合格率达99．8％。证明拟定的工艺试验方案和焊接工艺合理。

参考文献

[1] GB 50205—2001.钢结构工程施工质量验收规范[s]．

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中图分类号：TU74文献标识码： A

引言

风力发电机塔架是风力发电机中十分重要的部件之一。因此，在风力发电机塔架制造方面，对质量要求非常高，甚至是“严苛”。我国风力发电起步较国外晚，起步初期，注重不断借鉴国外设备及制造技术。当前我国装备制造科技水平得到显著提升。在科技高速发展的推动下，我国风电设备制造，由最初依靠进口，重点仿制到目前立足国内制造，经历了较长的发展历程。

1、影响风电塔架的质量因素分析及控制

目前，圆筒形塔架在风力发电机组塔架中大规模使用。因此，本文中将以圆筒形塔架为例来探讨影响风电塔架的质量因素及控制措施。影响塔架设备质量的因素涉及到设计、采购、制造加工、检验、包装和运输。其中影响塔制造质量的因素,可以从人员、设备、方法、材料、环境五方面的因素进行分析和控制。

1.1、人的因素

检查制造厂是否具备制造资质及质保能力，审查关键岗位人员资质。包括检查制造厂应具备压力容器制造许可资质证明、质保组织机构及相关质量认证，焊接人员应具备国家压力容器规定资格证，无损检测人员须持有国家规定的无损检测人员资格证书，II级资格以上人员才能出检测报告。

1.2、设备因素

检测设备是否满足生产需求,检查每个相关设备仪器是否经过有关部门测量验证。

1.3、工艺因素

检查是否有与之相关的工艺文件以及编制审批程序，同时检查内容的正确性合理性。在进行焊接之前，首先应该依照NB/T 47014―2011《承压设备焊接工艺评定》标准做好焊接工艺评定工作，同时编制焊接工艺规程。法兰、螺栓、钢板以及焊缝检查需要制定无损检测工艺书，其中包括的主要内容有确定检测方法、检测比例、验收标准以及合格级别等。

筒节同法兰之间进行组装、筒节的组装、门框的装配等都需要制定与之相关的组装工艺文件，其中主要内容组装时机、组装顺序、检验要求以及内容等。防腐之前需要确定好防腐等级、总干膜厚度要求、施工方法以及检测方法等等。

1.4、材料因素

检查钢板的质量证书和检验报告。锻造法兰必须符合NB/T 47008 - 2010“轴承压力设备碳钢和合金钢锻造标准”的要求。钢板拼焊法兰,法术焊缝不超过6块,检查法兰的质量证书、检验报告和几何尺寸加工精度、锻造法兰也应该检查其热处理报告。M20之上的高强度螺栓每批必须有第三方检查机械性能检测报告,并审查是否组织编写了力学性能检验项目。根据力学性能检验项目按GB/T 3098―2010《紧固件机械性能》系列标准执行。同时检查好焊材牌号、质量证明文件等等，并且检查好油漆材料牌号、颜色以及质量证明文件等。

1.5、环境因素

施工条件同工艺文件要求不相符合时，需要重新进行试验以及工艺评定，一旦发现其车间布局出现问题比如说交叉作业，需要第一时间通知相关方进行整改。

2、风电塔架制造过程之中的控制措施

2.1、原材料的选择

必须选用经过炉外精炼和真空脱气的钢锭或圆坯，决不能选用连铸板坯。

钢水在冷却凝固时，体积要收缩，最后凝固部分会因为得不到液态金属的补充而形成空洞状缺陷。大而集中的空洞称为缩孔，细而分散的空隙则称为疏松，它们一般位于钢锭中心最后凝固的部分，其内壁粗糙，周围多伴有许多杂质和细小气孔。

法兰产品的锻造流程为：可以加热墩粗（压下）冲孔碾环。钢材在进行加热锻造过程中，疏松在相应程度可获得一定程度的提升；然而若之前钢锭的疏松较为严重或者是其压缩比（压缩比必须大于 6）不足，则在热加工后疏松仍会存在，相应的疏松部析出的夹杂物即便经过热加工也无法去除。由于钢锭和圆坯的疏松部位集中在中心部位，在热加工过程之中应该经过冲孔工序方可将疏松部位全部去除。需要注意的是：钢锭以及连铸圆坯的区别是钢锭的中心收缩较连铸圆坯小，连铸圆坯只要中心去除的冲芯高出Φ280mm，就可以把收缩带除掉，因此，当前世界环形锻件原材料普遍使用连铸圆坯。然而锻造轴类锻件如果中心不去除冲芯，那么连铸圆坯通常是不能使用的。

2.2、焊缝检验

焊缝外观检查,用肉眼或低于10倍放大镜检查。质量要求:l)所有对接焊缝、法兰与筒体角焊缝为全焊透焊缝,焊缝外形尺寸应符合图纸和工艺要求；2)焊缝与母材应圆滑过渡,焊接接头的焊缝余高不超过3mm；3)焊缝不允许有裂纹、夹渣、气孔、漏焊、烧穿和未熔合等缺陷；4)咬边深度不超过lmm,且连续长度不大于100mm；焊缝和热影响区表面不得有裂纹,气孔,夹渣,未熔合及低于焊缝高度的弧坑；熔渣,毛刺等应清除干净；焊缝外形尺寸超出规定值时,应进行修磨,允许局部补焊,返修后应合格；对于无具体要求的,按相关规定执行。

无损检测,无损检测通常包括有超声波探伤、磁粉探伤、射线探伤以及渗透探伤等等，而在焊缝外观检验合格之后而进行,检测方法以及质量要求应该依照DB62/1938―2010《风电塔架制造安装检验验收规范》附录A((风电塔架无损检测规程》执行；全部的筒体纵、环焊缝及门框焊缝应该做好无损检测。法兰以及筒节的T型焊缝接头处均布片射线探伤,任何一个T型接头射线探伤都应放置布片两张,纵缝环缝位置各一张,每张检测的有效长度不小于250mm,每张底片均能清晰的反映T型接头部位焊缝情况。经射线或超声检测的焊接接头,如有不允许的缺陷,应在缺陷清除后进行补焊,并对该部位采用原检测方法重新检查直至合格。进行局部探伤的焊接接头,一旦出现有不被允许的缺陷时,则应该在该缺陷两端的延伸部位增加检查长度,增加的长度为该焊接接头长度的10%,且不小于25Omm,若仍有不允许缺陷时,同时对该焊缝进行100%检测。

2.3、探伤质量控制

塔架焊缝不仅仅需要在焊接之上对其进行严格要求，同时在探伤之上的要求也比较严格，在探伤质量控制上需要采取相应措施。首先，超探伤使用双侧探伤；射线探伤处因为结构有限制，调整好焦聚、做好补偿以保证成片率；其次，法兰筒节的几何焊缝结构比较特殊，超探准确性会受到一定的影响，可以使用超探加射线探伤的方法来进行质量控制；最后，环向焊缝因板材厚度的不同，促使超探准确率产生一定变化，所以，一方面应该使用全新的探伤方法试验，另一方面使用射线探伤来作保证超探准确率；而厚度差异比较大的部位（如：门框与筒节环缝的T型接头处）射线探伤就会受到一定的影响。那么就应该使用一些较为特殊的方法。

结束语：

尽管我国在风电设备制造方面取得了较大进展，并初步做到可以立足国内制造，但是对于风电塔架制造过程中存在的问题应对措施仍显单一，仍有较长的路要走，只有依托科技，不断创新，才能取得更大的发展空间，立足国际。

参考文献：

[1]张国良.北方重工风机塔架制造项目质量管理研究[D].大连理工大学,2012.

篇（6）

1、概述：

三峡二期工程左岸厂房坝段A标段共有10个机组进水口，每个进水口分别设置有1条引水压力钢管，机组采用单机单管供水方式。引水钢管设计直径12.4m，最大设计内水压力1.4MPa，是目前世界上管径最大的引水压力钢管，结构形式为钢衬钢筋砼联合受力，布置上顺水流分为坝内段、坝后背管段及下水平段，桩号自20+024.172至20+118.00，中心轴线安装高程EL113.584～EL57.000m，坝内段（上斜直段）材质为16MnR，板厚26mm，坝后背管由上弯段、斜直段、下弯段组成，上弯段、斜直段材质为16MnR，板厚28～34mm，下弯、下水平段材质为60kgf/mm2级高强度调质钢，板厚34～60mm。1＃～6＃坝段压力钢管在下水平段设置弹性垫层管，其单条钢管的轴线长120.122m，工程量1446t；7＃～10＃坝段压力钢管在下水平段设置套筒式伸缩节，其单条钢管的轴线长112.852m，工程量1278t；1#～10#坝段工程量总计13788t。

2、引水管道与相关建筑物的关系：

2.1与大坝砼施工的关系：

因各坝段基岩高程不等，左厂1#~6#坝段部分背管予留槽采用开挖形式，左厂7#~10#坝段背管予留槽采用砼浇筑而成。坝内埋管段随大坝砼上升同步形成，当相应的坝块浇筑至钢管安装高程并有7天以上龄期，两侧非钢管坝段上升至高程110m以上，方可进行该部分钢管安装。

2.2与付厂房的关系：

引水管道的下弯段和下水平段布置于付厂房下部，当钢管坝段管边予留槽形成，两侧非钢管坝段达到高程82m以后，进行下部水平段钢管的安装，并从下弯段逐节向上安装。

2.3与坝体纵缝灌浆的关系：

由于坝体纵向分缝，管道予留槽跨越1~2道纵缝，钢管的安装待相应的纵缝灌浆完成至钢管安装高程以上，再进行钢管的安装。

2.4与予留槽的关系：

在安装之前，土建施工准备工作必须全部完成，在钢管安装结束后，进行管道的砼回填浇筑。

3、压力钢管的制作：

3.1钢管制作材料

3.1.1母材

用于钢管制造的所有钢材应符合设计技术要求和施工图的规定，钢管母材16MnR和60kgf/mm2高强钢出厂前在钢厂内按《压力容器用钢板超声波探伤》（ZBJ74003-88）100%探伤，每批钢板应有出厂合格证，母材的化学成份及性能应满足以下要求：

（1）16MnR钢板化学成份（%）

≤0.02

0.20～0.60

1.20～1.60

≤0.035

≤0.035

（2）16MnR钢板机械性能

（3）60kgf/mm2高强钢化学成份（%）

（5）碳当量：

16MnR低于0.4%；60kgf/mm2高强钢低于0.42%。

（6）焊缝及热影响区硬度值：

16MnR低于300HV；60kgf/mm2高强钢低于350HV。

所有用于制造钢管的母材，到货后按《ZBJ74003-88》规定的Ⅲ级质量检验标准对钢板进行超声抽检，抽检数量为10%。

16MnR钢板为国产板。60kgf/mm2级高强度调质钢由日本进口，其中，1～6＃机采用日本NKK公司生产的610U2钢板；7～10＃机采用日本住友金属生产的610F钢板。

3.1.2焊接材料

16MnR钢板：手工焊采用大西洋产CHE507电焊条；埋弧自动焊采用H10MnSi焊丝；实芯焊丝脉冲电源全自动富氩保护焊采用CHW-50C6SM焊丝。

60kgf/mm2级高强钢：手工焊采用大西洋产CHE62CFLH电焊条；实芯焊丝脉冲电源全自动富氩保护焊采用ZO-60焊丝。

以上所采用的焊接材料均经过焊接工艺评定确定。

3.2钢管的制作工艺

3.2.1钢管排料、划线

根据设计图纸要求，先对钢板进行排料，绘制排料图，然后按排料图进行钢板划线，划线极限偏差应满足表⑴的要求：

排料时纵缝的布置与钢管横断面水平轴和垂直轴的夹角应大于10°，相应弧长应大于1100mm。

钢板划线后应分别标出钢管分段、分节、分块的编号、水流方向、水平和垂直中心线、灌浆孔位置、坡口角度以及切割线等符号。16MnR钢可用钢印、油漆和冲眼标记。高强钢严禁用锯或凿子、钢印作标记，不得在卷板外侧表面打冲眼；在卷板内侧表面用于校核划线准确性和卷板后的外侧表面允许有轻微的冲眼标记。

3.2.2钢板切割、加工坡口

钢板采用自动、半自动氧-乙炔火焰切割或数控切割机割去多余部分。纵缝和直管段环缝坡口用12m刨边机加工；弯管段环缝坡口用数控切割机加工，坡口加工后的尺寸应附合图样及规范的要求。

3.2.3钢板卷制

篇（7）

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0084-01

压力容器作为广泛应用于电力、航天、化工、石油、能源等诸多工业部门的一个重要部件，同样也是一种极易发生重大事故的特殊设备。目前大部分压力容器都采用焊接方法制造，但是由于运行条件、焊接工艺以及焊接结构固有的缺点，几乎所有的压力容器都不可避免的存在各种缺陷，如母材中的冶金夹层、未焊透、夹渣、焊缝中的气孔等，因此，压力容器的安全评定技术的研究和应用历来受到各部门和有关学者的重视。本文中，笔者将阐述目前常用的压力容器安全评定技术，并探讨压力容器安全评定技术的发展趋势。

1 目前常用的压力容器安全评定技术

（1）弹塑性断裂力学评定方法。该方法以弹塑性断裂力学为基础，主要有J积分理论法和裂纹尖端张开位移法（COD法）。Rice于1968年提出J积分评定方法，该理论利用与路径无关的，避开裂纹尖端的能量积分J来描绘裂纹尖端的应力应变场，判断依据为，其中为材料相应的临界值，J积分评定方法不仅适用于大范围全面屈服的情况，还适用于小屈服、线弹性的情况，并且较裂纹尖端张开位移法更可靠；裂纹尖端张开位移法作为20世纪70年代国际缺陷评定规范主要采用的评定方法，该方法是WELLS于1965年提出，认为当张开裂纹位移达到时，压力容器的裂纹就会开裂，其中材料的临界张开位移以试验测量为准，与试件的形状、厚度无关，因此该方法在应用中存在一定的局限性。

（2）线弹性断裂力学评定方法。线弹性断裂力学将结构视为一个不发生屈服的完全弹性体，并假设结构存在裂纹，描述无限板中心穿透裂纹模型得到裂纹尖端应力场分布规律，研究材料临界应力强度因子与裂纹尖端的应力场强度因子K之间的关系，因此也称为K判据，其评定依据为≤。当计算得到的裂纹尖端的应力场强度因子K不满足上述依据时，压力容器就可能发生脆性断裂，此时就需要采取积极的预防措施。该方法适用于脆性材料或者塑性区尺寸较小的金属材料，当金属材料的塑性区很大，甚至端部塑性区尺寸已经接近裂纹本身尺寸时，该方法已经不再适用。

（3）失效评定图法。英国中央电力局在《带缺陷结构的完整性评定》中提出了失效评定图技术，随后美国电力研究院将材料应变硬化的阻力曲线应用于分析裂纹稳定扩展的全过程，并提出了严格的失效评定曲线，1986年，美国电力研究院以J积分为基础，考虑材料的应变硬化效应，抛弃通过立项塑性材料窄条区屈服模型得到失效评定图的方法，建立了失效评定的三种选择。目前世界各国的压力容器缺陷标准都在向美国1986年板的缺陷评定规范靠拢。

（4）疲劳断裂评定方法。疲劳裂纹稳定扩展阶段作为疲劳裂纹扩展的第二阶段，此阶段也决定了含裂纹压力容器的的疲劳寿命，目前疲劳裂纹稳定扩展阶段的扩展速度以及含裂纹构件的疲劳速度都可以由Pairs公式精确计算。对于压力容器接管处的高应变区疲劳寿命较短，最大应变接近屈服应变，应变幅度很大，此种应变疲劳问题可以应用裂纹尖端张开位移法理论或者J积分理论进行研究。

2 压力容器安全评定技术的发展趋势

（1）疲劳方法的应用。2000年PD 6539：1994与PD 6439：1991发表了合并后的BS 7910：1990修订版，该标准总结了近年来大量钢材在海水和空气总疲劳裂纹扩展实验数据，推出了新的疲劳裂纹扩展率，得到了更为准确的应力比R的修正法和两端Pairs关系式，并加入环境因素，给出了较高温度下的疲劳裂纹扩展，海水环境中无阴极保护和有阴极保护时的新的推荐方法。

（2）智能方法。因为工程结构一般存在大量的不确定性，然而传统的断裂力学研究都以确定性实践为前提，据研究采用模糊的数学方法对工程问题进行模糊处理，可以很大程度上提高压力容器的安全性评定的可靠性，随着智能方法在人工神经网络技术等领域的应用，针对影响压力容器的众多因素建立模糊模型必然成为下一步发展趋势。

（3）概率方法。美国一些研究人员于20世纪80年代将概率统计理论与确定性断裂力学理论想结合产生了概率断裂力学，并应用于压力容器的可靠性评估。基于概率断裂力学失效方法能够降低经验因素的影响，能够客观反映评定参数的不确定性，提高分析的安全性和准确性。近年来，Rahman.M建立的对含纵向腐蚀缺陷压力管道的结构可靠性理论，目前国外一些先进国家已将其应用于指定寿命下高可靠性主动设计中，具有较高的工程应用价值，但是我国新标准还未将其纳入其中。

（4）体积型缺陷评定图方法。近年来，随着断裂力学评定技术的发展，特别是最新版的缺陷评定规范在有屈服平台的非连续屈服材料和无屈服平台的连续屈服材料中的应用，推动了失效评定技术向体积型缺陷评定图技术方向发展。

3 结语

综上所述，压力容器的安全性评定方法种类很多，包括弹塑性断裂力学评定方法、线弹性断裂力学评定方法、失效评定图法、疲劳断裂评定方法等，而且随着断裂力学理论、计算机技术、故障和缺陷在线诊断技术、传感技术的发展，压力容器安全评定技术也在不断的革新，相信不久的将来，我国也会形成自己的压力容器安全评定和监测监控技术体系。

参考文献

[1] 候向陶，王鹏，孙振超.压力容器安全评定技术研究综述[J].河南科技，2012（1）.

[2] 淡勇，高启荣.压力容器安全性评定技术进展[J].化工机械，2011（6）.

篇（8）

1、概述：

三峡二期工程左岸厂房坝段A标段共有10个机组进水口，每个进水口分别设置有1条引水压力钢管，机组采用单机单管供水方式。引水钢管设计直径12.4m，最大设计内水压力1.4MPa，是目前世界上管径最大的引水压力钢管，结构形式为钢衬钢筋砼联合受力，布置上顺水流分为坝内段、坝后背管段及下水平段，桩号自20+024.172至20+118.00，中心轴线安装高程EL113.584～EL57.000m，坝内段（上斜直段）材质为16MnR，板厚26mm，坝后背管由上弯段、斜直段、下弯段组成，上弯段、斜直段材质为16MnR，板厚28～34mm，下弯、下水平段材质为60kgf/mm2级高强度调质钢，板厚34～60mm。1＃～6＃坝段压力钢管在下水平段设置弹性垫层管，其单条钢管的轴线长120.122m，工程量1446t；7＃～10＃坝段压力钢管在下水平段设置套筒式伸缩节，其单条钢管的轴线长112.852m，工程量1278t；1#～10#坝段工程量总计13788t。

2、引水管道与相关建筑物的关系：

2.1与大坝砼施工的关系：

因各坝段基岩高程不等，左厂1#~6#坝段部分背管予留槽采用开挖形式，左厂7#~10#坝段背管予留槽采用砼浇筑而成。坝内埋管段随大坝砼上升同步形成，当相应的坝块浇筑至钢管安装高程并有7天以上龄期，两侧非钢管坝段上升至高程110m以上，方可进行该部分钢管安装。

2.2与付厂房的关系：

引水管道的下弯段和下水平段布置于付厂房下部，当钢管坝段管边予留槽形成，两侧非钢管坝段达到高程82m以后，进行下部水平段钢管的安装，并从下弯段逐节向上安装。

2.3与坝体纵缝灌浆的关系：

由于坝体纵向分缝，管道予留槽跨越1~2道纵缝，钢管的安装待相应的纵缝灌浆完成至钢管安装高程以上，再进行钢管的安装。

2.4与予留槽的关系：

在安装之前，土建施工准备工作必须全部完成，在钢管安装结束后，进行管道的砼回填浇筑。

3、压力钢管的制作：

3.1钢管制作材料

3.1.1母材

用于钢管制造的所有钢材应符合设计技术要求和施工图的规定，钢管母材16MnR和60kgf/mm2高强钢出厂前在钢厂内按《压力容器用钢板超声波探伤》（ZBJ74003-88）100%探伤，每批钢板应有出厂合格证，母材的化学成份及性能应满足以下要求：

（1）16MnR钢板化学成份（%）

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Mo

≤0.02

0.20～0.60

1.20～1.60

≤0.035

≤0.035

（2）16MnR钢板机械性能

试样

规格

取样

位置

σs

(kg/mm2)

σb

(kg/mm2)

δs(%)

冷弯性能d=3a 180°

低温冲击韧性

VE—20℃J

按国标

横向

31

50～65

≥19

完好

≥27

（3）60kgf/mm2高强钢化学成份（%）

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）碳当量：

16MnR低于0.4%；60kgf/mm2高强钢低于0.42%。

（6）焊缝及热影响区硬度值：

16MnR低于300HV；60kgf/mm2高强钢低于350HV。

所有用于制造钢管的母材，到货后按《ZBJ74003-88》规定的Ⅲ级质量检验标准对钢板进行超声抽检，抽检数量为10%。

16MnR钢板为国产板。60kgf/mm2级高强度调质钢由日本进口，其中，1～6＃机采用日本NKK公司生产的610U2钢板；7～10＃机采用日本住友金属生产的610F钢板。

3.1.2焊接材料

16MnR钢板：手工焊采用大西洋产CHE507电焊条；埋弧自动焊采用H10MnSi焊丝；实芯焊丝脉冲电源全自动富氩保护焊采用CHW-50C6SM焊丝。

60kgf/mm2级高强钢：手工焊采用大西洋产CHE62CFLH电焊条；实芯焊丝脉冲电源全自动富氩保护焊采用ZO-60焊丝。

以上所采用的焊接材料均经过焊接工艺评定确定。

3.2钢管的制作工艺

3.2.1钢管排料、划线

根据设计图纸要求，先对钢板进行排料，绘制排料图，然后按排料图进行钢板划线，划线极限偏差应满足表⑴的要求：

排料时纵缝的布置与钢管横断面水平轴和垂直轴的夹角应大于10°，相应弧长应大于1100mm。

钢板划线后应分别标出钢管分段、分节、分块的编号、水流方向、水平和垂直中心线、灌浆孔位置、坡口角度以及切割线等符号。16MnR钢可用钢印、油漆和冲眼标记。高强钢严禁用锯或凿子、钢印作标记，不得在卷板外侧表面打冲眼；在卷板内侧表面用于校核划线准确性和卷板后的外侧表面允许有轻微的冲眼标记。

3.2.2钢板切割、加工坡口

钢板采用自动、半自动氧-乙炔火焰切割或数控切割机割去多余部分。纵缝和直管段环缝坡口用12m刨边机加工；弯管段环缝坡口用数控切割机加工，坡口加工后的尺寸应附合图样及规范的要求。

3.2.3钢板卷制

钢板端头预弯完成后，进行瓦片卷制，卷制方向应和钢板压延方向一致，钢板经多次卷制，检查达到设计弧度；瓦片卷制成型后，以自由状态立于组圆平台，用2.2m样板检查弧度,样板与瓦片的极限间隙应小于2.5mm。

3.2.4瓦片组园、焊接、调圆

将组成管节的三张瓦片立于组圆平台，利用自制专门的拉对、压缝工装进行组圆，最后一条纵缝调整后应满足设计周长要求，同时检查各项性能指标，组圆后管内壁加临时支撑增加刚性，然后进行钢管纵缝的焊接，焊接应严格按照焊接工艺指导书确定的焊接方法及焊接参数执行。纵缝焊接完成，吊到调圆平台，用头部带有液压千斤顶的米字支撑调圆，钢管调圆后，各项指标应符合表⑵要求：

3.2.5上加劲环、支腿、吊耳等附件

加劲环由1/20法兰组成，下料用半自动氧-乙炔切割机或数控切割机切割，加劲环及止水环的内圈弧度用1.5m样板抽查，间隙小于2.5mm，与钢管外壁的局部间隙应严格控制，不应大于3mm，以免焊接引起管壁局部变形，直管段的加劲环组装的极限偏差应符合表⑶的要求：

加劲环、止水环的对接焊缝应与钢管纵缝错开100mm以上。

4、钢管的运输与吊装：

4.1钢管的厂内吊装

钢管在制造厂内摞节组装成安装单元，最大安装单元的重量约80t，钢管厂内吊装一般采用厂内布置的60t门机起吊，但当吊装节重量超过60t时，采用60t门机与50t汽车吊联合吊装。

4.2钢管的运输

为三峡压力钢管的运输，专门配置有100t平板拖车，拖车外形尺寸（长×宽×高）为16.93m×3.5m×2.05m，拖板有效长度13.5m。考虑到三峡压力钢管的大直径，在不破环拖车拖板的情况下，设计制作了压力钢管专用运输托架，为减少对道路交通的影响，运输托架的四个支撑臂均采用可折叠形式。

钢管从组节平台上吊至拖车上后，用钢丝绳及3t或5t倒链固定。

4.3钢管的吊装

左岸电站引水压力钢管吊装方法汇总

序号

机组号

管节号

采用手段

备注

1

1～4#机

G1～G6

坝前EL.90平台的2#MQ2000门机

其中3#、4#机的G68、G69、G70管节采用300履带吊进行安装。

G7～G15

EL.120栈桥MQ2000门机

G16～G28

EL.120栈桥MQ2000门机和EL.82栈桥MQ6000门机双机抬吊

G29～G42

EL.120栈桥MQ2000门机或EL.82栈桥MQ6000门机

G43～G57

EL.120栈桥MQ2000门机和EL.82栈桥MQ6000门机双机抬吊

G58～G70

EL.82栈桥MQ6000门机

2

5~10#

机

G1～G6

两台缆机抬吊

G7～G15

EL.120栈桥MQ2000门机

G16～G28

EL.120栈桥MQ2000门机和EL.82栈桥MQ6000门机双机抬吊

G29～G42

EL.120栈桥MQ2000门机或EL.82栈桥MQ6000门机

G43～G57

EL.120栈桥MQ2000门机和EL.82栈桥MQ6000门机双机抬吊

G58～G70

EL.82栈桥MQ6000门机

钢管编号：从钢管进口开始，顺水流依次进行制作管节编号。

5、压力钢管的调整与压缝：

5.1根据钢管始装节位置，放出始装节里程、桩号及轴线位置，利用所放基准点，在始装节上游位置设置定位档板，用来控制其里程。

5.2钢管吊至轨道上，下准线对准基准点轴线，根据基准点对钢管里程、高程、轴线进行调整，其误差值管中心±5mm，里程偏差±5mm，垂直度3mm。复测合格后进行加固。

5.3为防止钢管在加固过程中造成位移，钢管加固采用对称加固，支撑先与锚筋焊接，然后支撑与钢管加劲环焊接。

5.4始装节验收后，进行第二节钢管安装调整，并进行环缝的压缝。钢管压缝采用压码与压缝工装进行压缝。

6、压力钢管的焊接与高强钢焊缝的消应：

6.1焊接

6.1.1焊缝分类

（1）一类焊缝：钢管纵缝，厂房内明管环缝，凑合节合拢环缝。

（2）二类焊缝：钢管环缝，加劲环、止推环、止水环对接焊缝及止推环组合焊缝。

（3）三类焊缝：不属于一、二类的其他焊缝。

6.1.2定位焊

对需要预热的60kgf/mm2级高强钢，定位焊时应以焊缝处为中心，至少应在150mm范围内进行预热，预热温度较正缝温度高出20-30℃，定位焊时，应将其焊在后焊侧坡口内，后焊坡口侧焊前用碳弧气刨刨背缝时必须清除定位焊，定位焊长度为60mm，间距为300mm，厚度6mm。

6.1.3焊接工艺

（1）对于60kgf/mm2级高强钢，焊前应用远红外线履带式加热片进行预热，预热温度60mm钢板为100-150℃，34mm钢板为80-120℃。

（2）焊接时先焊坡口内侧，采用分段退步法焊接（环缝由12名或10名焊工同时施焊）。焊接时的层间温度不低于预热温度，不高于230℃。

（3）双面焊的焊缝，一侧焊完后，对焊后焊缝进行预热，预热温度与（1）同，另一侧用碳弧气刨清根，手工电弧焊时，第一道焊缝应完全除去。碳弧气刨清根后应修磨刨槽除去渗碳层，并进行施焊；焊后将温度加至150℃-200℃，保温1h。

（4）高强钢施焊时，为有效的控制好焊接线能量，要求手弧焊用Φ4.0mm焊条焊接时，其焊接长度＞90mm；用Φ3.2mm焊条焊接时，其焊接长度＞70mm。焊道宽度超过12mm时，需进行分道，每层焊缝厚度不超过4mm。

（5）焊接参数

压力钢管手工焊焊接工艺参数表

材质

焊接

位置

焊条直径

(mm)

焊接参数

电流（A）

电压（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

横焊

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

横焊

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

压力钢管富氩气体保护脉冲电源自动焊焊接工艺参数表

材质

焊接

位置

焊丝

直径

(mm)

焊接参数

电流

(A)

电压

(V)

焊接速度

(mm/s)

气体流量

(L/min)

气体比例

16MnR

或

Q345C

立焊

Φ1.2

110~150

20~24

1.4~1.8

16~20

Ar(80~85%)

CO2(20~15%)

横焊

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焊缝检验

（1）所有焊缝均应进行外观检查，外观质量应符合DL5017-93规范表6.4.1的规定，无损探伤应在焊接完成24h后进行。

（2）超声波探伤按GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》标准评定：一类焊缝BⅠ级合格；二类焊缝BⅡ级合格。

（3）射线探伤按GB3323-89《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》标准评定：一类焊缝Ⅱ级合格；二类焊缝Ⅲ级合格。

（4）检查比例：

埋管及钢衬管：一类焊缝用超声波探伤100%，用X射线复检长度为该条焊缝的5%；二类焊缝用超声波探伤50%，当超声波探伤有可疑波形而不能准确判断时，用X射线透照进行复检。

明管部位：一类焊缝用超声波探伤100%，用X射线透照50%以上，着重在丁字型接头附近的超声波探伤发现的可疑点部位；磁粉探伤30%；二类焊缝用超声波探伤检验100%，用X射线透照10%，当超声波探伤有可疑波形而不能准确判断时，用X射线透照进行复检。

（5）焊缝修补

焊缝缺陷必须彻底清除，不允许有毛刺和凹痕，坡口底部应圆滑过渡，碳弧气刨槽应磨去渗碳层，并进行渗透探伤或磁粉探伤，焊接工艺要求与正式焊缝（Ⅰ、Ⅱ类）相同。

焊接修补所采用的焊接材料、道间温度、焊接线能量等和原焊缝相同，修补时要严格监控线能量、预热温度及层间温度。

6.2高强钢焊缝残余应力的消除

根据设计技术要求，60kgf/mm2级高强度低合金调质钢板厚53～60mm的钢管纵缝、环缝以及止推环角焊缝均应进行焊缝残余应力消除。消应技术指标按两个50％要求：残余应力降低50%；最大残余应力不高于σs的50%即269MPa。

目前，消除焊缝残余应力主要有以下几种方法：振动法、热处理法、爆炸法、锤击法。根据以往施工经验及三峡工程的特点，并进行爆炸法消除残余应力的工艺试验，试验结果表明，爆炸法消应效果能满足设计要求，故最终我们选择了爆炸法消除焊缝残余应力。

7、压力钢管的防腐：

7.1表面预处理

采用喷射除锈，内壁表面清洁度达到Sa2.5级标准，外壁表面达到Sa2级标准，使用照片目视对照评定。除锈后，表面粗糙度数值达到50～90μm，用表面粗糙度专用检测量具或比较样块检测。

7.2涂料涂装

篇（9）

 

一、ASME　U　U2质量保证体系的建立与运行

一重公司在第一次筹备ASME U U2取证之初，已具备压力容器制造技术条件和制造能力，为扩大压力容器市场范围，把目光投向国际市场。那时，一重公司虽已取得国家质检总局颁发的《中华人民共和国特种设备制造许可证》。如果一重公司再并入一个压力容器制造保证体系，会给质量保证工作乃至整个压力容器质量保证体系带来多大的影响，还不能充分明确。作为ASME U U2取证主要负责人之一的我，也感到ASME U U2取证工作压力还是很大的。通过与取证工作小组共同努力学习CODE及向AIA的AIS咨询，逐渐理解ASME U U2相关要求并与我公司的《中华人民共和国特种设备制造许可证》建立的质量管理体系要求相结合，在一重公司主管领导的大力支持下，在全体取证人员共同努力下取得了ASME U U2证书和U U2钢印。。

取得了ASME U U2证书和UU2钢印后，需明确指出的是，在没有接到国外订货时的ASME U U2证书和U U2钢印是一个没有经过制造实践的质量保证体系，还不能说明该体系完全适用一重公司生产制造活动。因此，在接收到国外订单后，一重公司所有参与按ASME U U2证书和U U2钢印制造的人员才有了对ASME U U2证书和U U2钢印更加深刻的认识。

二、出口压力容器产品制造过程中的质量保证存在的问题

一重公司在接收到第一份为印度制造压力容器订货合同时，外方就明确要求该合同必须按ASMEU U2证书和U U2钢印进行产品的制造活动。核电石化事业部的质量保证部就该项目管理工作中的质量保证根据合同条款的要求开展准备工作。一重公司的ASME U U2证书和U U2钢印建立的质量保证体系开始真正的运行。

1、培训工作的问题

根据CODE及ASME UU2证书和U U2钢印的质量控制手册描述，项目管理的培训工作，并没有具体要求，但考虑到一重公司是首次承制国外压力容器的制造工作，且与给用户制造国内压力容器有诸多不一致的要求，对从事压力容器制造工作的相关人员开展了ASME U U2证书和U U2钢印质量控制手册和程序文件的培训工作。为保证受培训人员的对手册和程序文件的理解程度，重新修订并下了手册和程序文件结相关单位。

但在培训中发现，按CODE及ASMEU U2证书和U U2钢印的质量控制手册描述要求，标准、技术文件、检验试验文件等要求的是以英文为准，多数从事压力容器制造活动的人员还不能完全适应这一要求。

2、授权检验机构监制问题

按国内标准要求制造并在国内使用的压力容器产品，不仅符合国内相关法律、法规的要求，建立建全压力容器质量管理体系，而且还要取得国家质检总局颁发的《中华人民共和国特种设备制造许可证》，并且由国家指定的政府部门进行压力容器的监制工作；同时，买方、业主或授权监理公司负责合同产品的监制、监检工作，以保证压力容器产品制造质量。而对于承制国外用户的压力容器产品，在满足中华人民共和国《锅炉压力容器制造监督管理办法》规定的要求的同时，按CODE及ASME U U2证书和U U2钢印的质量控制手册描述要求，接受用户授权ASME的AIA如：HSB、BV等公司派出的AI负责产品制造期间的监制和监检工作。

这样，一重公司就面临着与国际著名授权检验机构合作问题。一方面，在压力容器制造活动中，需按ASME U U2证书和U U2钢印的质量控制手册描述要求开展制造活动，同时也要接受国家法规要求的属地监管部门的管理，这就意味着有些相同的工作需按不同的要求进行。另一方面，在压力容器制造过程中工序检验还严格执行COL，COL是一个近似于核电产品制造过程中的产品见证质量计划，不仅如此，一重公司在多年的压力容器制造经验和管理方法上已有成形的管理模式。因此，在生产制造过程中出现很多与临时改变生产过程而导致工艺流程发生变化，进而在执行COL时改变见证点见证和签字等问题。。不但如此，由于见证时机的变化，给QA与AI的工作联系造成麻烦。AIA的AI的工作时间与我们现在的工作方式不完全相同，加之还有市技术监督局参与其中，起初的工作协调十分困难。另外，按ISO9001的质量管理体系要求，容器产品的质量保证体系还必须与ISO9001的质量管理体系相符合。在容器制造的初始阶段，十分艰难。

综上所述，在出口压力容器产品过程中，按ASME U U2建立的质量保证体系进行制造活动，有的问题显现出来，还有的问题可能会预想不到，本篇主要探讨解决上述提出的问题。。

三、ASME U U2质量保证体系的改进与提高

任何一个事物的存在都有其必然性，一重公司的ASME U U2证书和U U2钢印的质量保证体系也是这样。它有顺应一重公司发展要求的必然性，同时也有改进和提高的环境而导致一重公司的ASME U U2证书和U U2钢印的质量保证体系运行机制的有效性。

1、对于培训问题，按CODE和ASME U U2证书和UU2钢印的质量控制手册的内容并没有对培训进行强制实施，但结合一重公司的实际，一种文化的执行如果没有必要的宣贯是不行的。因此对于有针对性的项目开展培训工作是有的放矢。对于语言环境，一重公司的设计、工艺和检验试验部门特别是近几年新招的毕业学生，英语水平有很大变化，但这并不能就此说明一重公司可以在英语的环境下从事制造活动。通过与设计、焊接工艺、加工工艺和项目管理等长足进展业之间的联系沟通，在从事印度项目压力容器产品制造过程中，首先利用ASME U U2证书和U U2钢印的质量控制手册和程序文件的现有资源，保证在生产制造的各个环节中的设计、工艺和检验试验等文件必须是中英文对照，以便于在生产过程的各个环节的工作能够按文件的要求开展工作。同时也能够符合在AI监检过程中按ASME U U2证书和UU2钢印的质量控制手册语言文字描述的要求。 在这方面，设计、工艺和其它技术部门的工程技术人员需付出大量的劳动，以保证产品的制造顺利开展。其次，对于产品竣工产品文件的提交，QA、QC在编制、整理中，保证其出厂文件的完整性和不同语言描述的一致性。通过培训工作的开展，不但保证出口产品的制造工作，同时也将工作遇到的问题显露出来，保证体系的有效运行。

2、对于AI的监制，在生产制造过程中，AI是按COL执行产品制造的过程控制，是完全按ASME U U2证书和U U2钢印的质量控制手册所要求的质量保证体系运行的。对于一重公司常见的产品制造工序变化，若按已制定的工艺流程和COL执行，显然无法与之相适应，这就要求我们在项目管理过程中，加强技术部门与生产车间的配合，加强QA在制造过程中的质量保证，按项目总体进度要求，结合实际的做好生产准备工作。技术部门工艺流程要和检验部门的COL与生产过程相一致。保证压力容器产品的制造符合工艺过程。让AI确信一重的生产制造过程与工艺要求一致。在这种情况下，工艺部门和检验部门需密切配合才能满足生产需求。通过出口压力容器产品制造过程的质量保证体系运行，证明一个再完善的理论必须拿到实践中验证，才能充分体系其应有的价值。ASME U U2证书和U U2钢印的质量保证体系历经几次换证，终于与生产结合起来，为今后制造更多的出口压力容器产品积累了宝贵经验。出口压力容器产品的制造，也验证质量管理体系持续改进的要求，与ISO9001管理要求相吻合。

四、结语

虽然在出口印度压力容器方面取得了ASME U U2证书和U U2钢印的质量保证体系运行的实际经验，还会有在出口压力容器制造过程中没有出现的问题，任何一个质量保证体系，都有其发展和完善的过程，从各国认可的ASME规范到我国压力容器制造标准，也都是在发展的。质量保证工作也应是这样，不能把目光放在眼前，本文虽只探讨了出口印度的压力容器制造问题的一部分，但质量保证是由部分问题甚至个别问题的出现也要将质量保证的整个体系加以补充，以求达到持续改进，保证企业的可持续发展。

篇（10）

中图分类号： 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

随着经济的发展和社会的进步，核电设备、石油化工和海水淡化领域都亟需含Cr，Ni等合金元素的不锈钢制品。然而为了降低成本、节约资源和保证服役性能，国内外经常利用不锈钢复合板来代替昂贵的不锈钢材料。不锈钢复合板是通过特定方式将不锈钢和碳钢结合在一起，可充分发挥不锈钢的耐蚀、耐磨、耐高温、抗磁等特点和碳钢良好的焊接性、成型性、拉延性和导热性的优点。目前不锈钢复合板的制备方法主要集中于爆炸焊接方法和真空热轧法，其中真空热轧法是在温度和压力的同时作用下，令不锈钢板与碳钢板之间的界面在接近真空的状态下发生微观的塑性流变后相互紧密接触，从而达到完全的冶金结合。与爆炸焊接方法相比，具有无噪声、生产效率高、过程可控、对环境影响小、可大面积规模化生产复合薄板等优势，已成为世界上普遍采用的制备工艺[1-4]。

现有不锈钢复合管制备技术中，多采用爆燃加衬制备技术，即利用爆炸焊接、热膨胀焊接、热扩散焊接或热变形法，将不锈钢管和碳钢管之间以机械结合或半冶金结合方式形成的弱界面状态，这在后续的矫直、装配、切割、加工成型、焊接和服役过程中极易发生脱层裂纹，极大的影响了结构承载能力和耐腐蚀性能。同r在管与管的连接过程中，不可避免的要对覆层和基层界面进行封焊，这样又增加了封焊、过渡焊、覆盖焊等多项焊接工序[5-7]。然而利用真空热轧后的不锈钢复合板，呈现冶金和扩散结合方式的强界面状态，可以承受多种应力状态和加工方式而不发生脱层破坏，有效的提高了不锈钢复合管的成品率[8]。文中利用真空热轧制备的不锈钢复合板，通过弯曲、焊接成型工艺获得不锈钢复合管，分析不锈钢复合板界面结合状态对弯曲变形的影响，并研究不锈钢复合管接头组织形成机理。

1 试验过程

1.1 材料制备

主要包括不锈钢复合板的真空热轧制备和不锈钢复合管的焊接成型两部分。首先采用对称方式对304不锈钢和Q235碳钢进行组坯，四周焊接并进行抽真空至0.01 Pa后进行密封。将已抽完真空的坯料加热至1 100 ℃后保温2 h，然后进行热轧试验。轧制速度为1 m/s，总压下率约为90%，轧制道次为8道次，后进行矫直，获得覆层厚度为1 mm，总厚度为6 mm的304不锈钢复合板。然后对不锈钢复合板进行卷制、弯管、焊接、矫直过程，如图1所示。获得不锈钢复合管，对不锈钢复合管进行着色探伤，未发现有焊接缺陷存在。其中覆层和基层都采用A302不锈钢焊条进行焊接。焊前将A302焊条烘干，烘干温度为200 ℃，选用的焊接参数为焊条直径4 mm、焊接电流140 A、电弧电压20 V、焊接速度25 cm/min。

x

1.2 分析测试

利用等离子切割不锈钢复合管，以获取焊缝部位，显微组织观察利用蔡司金相显微镜和场发射扫描电镜 JSM-7100F，弯曲试验采用日本岛津生产的精密电子万能试验机（AGS-50kNX），对不锈钢复合板分别进行内弯和外弯180°，以研究不锈钢复合板在弯管过程中界面的完好性。

2 试验结果

2.1 不锈钢复合板组织

真空热轧后的不锈钢复合板组织界面特征如图2所示。图2a所示为宏观照片，可以看到界面比较平直，界面处有明显的过渡区存在，碳钢区主要由铁素体和珠光体组成，其中珠光体沿轧制方向呈带状分布（图2b），界面处由于碳元素和铬元素的相互扩散，生成了脱碳层和渗碳层两个过渡区，如图2c所示。界面处仍有少量微观孔洞存在，这是由于高温扩散不完全所致。不锈钢层有大量的轧制亮带存在，谢广明等人[9]发现：通过热处理可降低轧制亮带的密度。此外，渗碳区由大量清晰的等轴晶粒存在，微观照片如图2d所示，晶界处存在大量不连续的纳米Cr23C6颗粒存在，并发现周围存在微观孔洞，这是由于碳化物与基体组织热膨胀系数和弹性模量的差别所致。

2.2 不锈钢复合板弯曲行为

不锈钢复合板易于在弯管过程中以发生脱层断裂，因此需要研究不锈钢复合板在弯曲过程中界面的完好性，图3为不锈钢复合板承受180°内弯和外弯测试后的照片。其位移-载荷曲线如图3b所示。无论是不锈钢受压，还是碳钢受压，界面处都未发生脱层现象（图3a，3c，3d），因此，利用真空热轧法制备的不锈钢复合板获得的界面结合强度较高，可满足后续的矫直、装配、切割、加工成型、焊接和服役要求。

2.2 不锈钢复合管焊头组织

图4为不锈钢复合管的焊接接头显微组织照片。从宏观数码照片观察到焊缝组织优良，无宏观焊接缺陷存在。分别对各部位进行放大观察发现，共有6种不同显微组织。其中焊缝组织主要由柱状晶存在，如图4d所示，碳钢基层的热影响区主要包括魏氏体组织，如图4f所示。对图4各部位分别放大观察，如图5所示。

图5a所示的为远离焊缝的热影响区部位，可以观察到碳钢层存在少量的不完全重结晶区，组织特征为铁素体相大小不一，然而珠光体较为细小。该位置峰值温度介于750～900 ℃，有部分碳钢经历两次相变重结晶，因而生成细小的铁素体和珠光体。而另一部分始终保持初始状态。同时发现，不锈钢层热影响区只出现粗大的奥氏体晶粒，如图5b所示，这是因为不锈钢组织在结晶前后都为奥氏体相，形态保持规则的正六角形。图5c为离焊缝较近的碳钢层热影响区，发现珠光体和铁素体的形貌呈梯度变化，随着离焊缝距离的减小，碳钢组织由不完全重结晶区过渡为完全重结晶区。重结晶区的峰值温度在900～1 100 ℃之间，由大量的细小且均匀的铁素体和奥氏体晶粒所组成，此时碳钢加热过程中完全经历了转变为奥氏体的相变反应，同时在冷却时又经历了奥氏体到铁素体和珠光体的重结晶过程，两次重结晶的作用令该区晶粒得到显著的细化并均匀化。随着离焊缝组织距离的进一步减小，碳钢热影响区则逐渐转变为粗晶区，峰值温度大于处于1 100～1 490℃之间，这是由于低碳钢处于过热状态，难熔的碳化物和氮化物都熔入奥氏体内部，造成奥氏体晶粒发生严重的长大，冷却后会生成粗大的铁素体和珠光体组织。甚至会出现魏氏体组织，如图5d所示。

焊条类型为不锈钢A302，因此其焊缝组织全部为奥氏体组织。在焊缝与热影响区之间有明显的熔合线，如图5e所示，呈平面结晶状态出现。这是由于固液两相界面前方温度梯度过大，无法存在成分过冷区，一旦出现向前生长的晶芽，定会被周围较热的液态金属所熔化，因此只能以平面形式的结晶方式向前生长。焊缝前沿主要由胞状晶粒组成，这是因为尽管固液界面前方的温度梯度较大，然而液相温度和结晶温度之间必有一定面积的相交区，这样就形成了较小的成分过冷区。这时平面结晶过程会呈现不稳定的状态，固液前沿会生成许多平行的束状芽胞，并向界面前方生长，则成为相互平行的胞状亚晶，则横截面为典型的六边形。随着离熔合线距离的增加，不锈钢焊缝则主要由树枝晶所组成，这时因为固液前方的温度梯度变得较小，液相温度与结晶温度相交的距离也较大，造成大范围的成分过冷区间，这样在固液界面前沿会产生大量的芽胞，并较大速度的向前推进，除了产生一个细长的主枝之外，还会向周围生成很多二次或三次横枝，这些晶枝不断长大，直至接触为止，形成了较为典型的树枝晶。图5f为两道焊缝接触的地方，也呈现出明显的熔合线，同时焊缝组织都出现平面晶、胞状晶和树枝晶形貌[10]。

3 讨论

3.1 不锈钢复合板界面过渡区和界面反应物

不锈钢在热轧过程过程，在温度和压力的同时作用下，令不锈钢板与碳钢板之间的界面通过元素扩散达到完全的冶金结合。在此过程中，不锈钢覆层中的Cr， Ni等合金元素扩散至碳基层，而碳钢中的C元素会扩散至不锈钢覆层。因此界面处形成了明显的过渡层，其中碳钢基层中由于C元素的减小，造成脱碳层的产生，该部位珠光体全部消耗殆尽，只剩有铁素体晶粒。而不锈钢一侧由于C元素的扩散而产生渗碳层，该处晶粒腐蚀的特别明显，这是由于晶界处产生大量的Cr23C6，造成严重的晶界腐蚀。该区域有可能造成沿晶断裂，会对不锈钢复合板的抗微观损伤能力有所影响。而界面处有可能因为Mn， Si元素的择优氧化，生成SiMnO三元化合物[11]。

3.2 不P钢复合管焊接接头组织

不锈钢复合管经过着色探伤研究发现，焊接接头较为优良，无宏观裂纹存在，通过对不锈钢复合管焊接接头组织的分析和研究，焊缝组织、熔合区和热影响区无微观缺陷存在，能满足不锈钢复合管的服役需求。

4 结论

（1）通过真空热轧成功制备了不锈钢复合板，其界面过渡区主要包括脱碳层、界面和渗碳层，通过弯曲试验发现不锈钢复合板无脱层现象，界面结合较为优良。

（2）通过弯管、焊接等工艺，成功获得不锈钢复合管，焊缝组织无宏观和微观缺陷存在。

（3）不锈钢层热影响区主要由粗晶奥氏体组成，而碳钢层热影响区包含粗晶魏氏体区、完全重结晶区和不完全重结晶区，焊缝组织包括平面晶、胞状晶和树枝晶。

参考文献

[1] 祖国雍，姚广春. 层状金属复合材料制备理论与技术[M].沈阳：东北大学出版社， 2013：1-318.

[2] 李 龙，张心金，刘会云，等. 不锈钢复合板的生产技术及工业应用[J]. 轧钢， 2013，30（3）： 43-47.

[3] 谢广明，骆宗安，王国栋. 轧制工艺对真空轧制复合钢板组织与性能的影响[J]. 钢铁研究学报， 2011，23（11）： 27-30.

[4] Yin F X，Li L，Tanaka Y，et al. Hot rolling bonded multilayered composite steels and varied tensile deformation behavior[J]. Materials Science and Technology，2012，28（7）： 783-787.

[5] 陈 忱. 不锈钢/碳钢复合板的焊接工艺及接头组织性能研究[D]. 南京： 南京航空航天大学硕士论文，2012，1-92.

[6] Taendl J，Nambu S，Inoue J，et al. Friction stir welding of multilayered steel[J]. Science and Technology of Welding and Joining，2012，17（3）： 244-253.

[7] 董桂萍，王少刚，季小辉. 不锈钢复合板制备技术及其焊接性探讨[J]. 焊接，2008（6）： 10-14.

[8] 赵瑞辉，陆 h. 不锈钢复合板制小直径压力容器焊接工艺[J]. 现代焊接，2015（1）： 24-25.