钢板性能对焊接质量的影响探讨

李建江

中国石油天然气第七建设有限公司 山东  胶州 266300

摘要:近两年来，主体钢板50mm以上的压力容器，焊接后无损检测多次发现容器环缝整圈存在超标缺陷，而采用同样的焊接工艺，同台产品的纵缝合格率却能达到99.5%以上。针对这个问题，我们组织焊接技术专家、材料工程师、技能专家、检验工程师、一线管理人员及钢厂的专家、技术人员等进行了多次的研讨，在刨除了偶然因素可能导致的个别缺陷外，我们深度怀疑原材料性能对焊接质量产生了巨大的影响。

关键词：容器环缝、原材料性能、焊接质量的影响。

2021年，我公司为某石化公司建造的白土塔，材质Q345R正火，主体板厚66mm。根据图纸及技术条件要求水压试验后厚度≥50mm的A、B类焊接接头需进行100%UT+100%MT检测。由于该设备为热处理设备，为避免水压试验后检测发现缺陷返修设备需重新热处理、水压试验等麻烦。制造车间技术人员主动要求在设备焊接后增加一次UT检测，发现B3焊缝（环缝）有超标缺陷。具体情况如下：

1 概述

车间委托对该设备B1~B4环缝UT检测，当天下午检测人员对这4条环缝从外侧进行UT检测，发现B3环缝存在多处明显超标缺陷，为验证缺陷和定位，随即又从内侧对该环缝进行UT检测，发现该焊缝周圈存在十多处连续缺陷，从内侧计算缺陷深度集中在20-50mm之间，如下图所示：

                                                      

2 处理措施

发现大面积缺陷后车间及时将问题反馈至分公司，经过讨论制定了如下方案：

1）对缺陷位置进行精确定位，并做好缺陷标识。

2）根据UT定位缺陷，绘制缺陷及坡口截面图，初步判断缺陷具体位置（确定缺陷在焊缝、热区还是母材上）。

通过上图可以发现，缺陷主要集中在坡口中下部，分布在焊接融合线两侧，热区母材缺陷集中，初步判断是母材本身的缺陷导致焊缝不合格。

3）随机抽取两处缺陷采用碳弧气刨刨开，看能否发现什么缺陷。

4）考虑缺陷周圈分布较多，决定把整个筒节切割下来，重新切割坡口后发现坡口位置存在疑似裂纹，随即对坡口表面进行打磨并进行PT检测发现明显缺陷，如下图所示：

                      

5）将缺陷去除干净，将左侧的筒节边缘切割掉20mm，按照原工艺重新进行焊接，焊后经UT检测合格。

3 原因分析

1）根据坡口截面图及筒体焊缝切开后发现存在表面裂纹，随即对筒体两端未组对的坡口进行检查，一端坡口表面发现疑似天然磁粉现象（见下图），用布一擦即掉，随即对坡口表面打磨进行PT检测，未检查出缺陷。坡口表面显示天然磁粉现象，表明可能母材本身组织上存在一定的瑕疵，但是还未到超标的界限，可能是造成缺陷的原因之一。

2）对缺陷焊缝边缘母材、余料板头分别取样进行金相试验，发现均存在贯穿整个视场的黑色带状组织。黑色带状组织本身就是一个不好的组织，可能是导致焊缝裂纹的一个原因。

                   

对原材料取样做金相，100倍显微镜下发现存在贯穿整个视场的黑色带状组织

焊接过程受热导致母材晶粒粗大，受热、冷却等过程中在原组织存在瑕疵或带状组织严重位置出现开裂。

针对材料问题分公司组织技术、质检、供应等部门同国内某著名钢厂相关专家召开材料问题分析视频会，探讨导致焊缝缺陷有关的材料问题及原因。

会议讨论需钢厂给予回复的问题如下：

1）黑色带状组织对焊接质量存在多大的影响？部分UT超标缺陷在热影响区、母材上是什么原因导致？

2）天然磁粉是否是母材本身组织上存在一定的瑕疵？是否会诱导焊接后缺陷？

3）以前贵司供货的Q345R中厚板焊接后未出现整圈缺陷的现象，但这种现象在近两年已多次出现，是否是出于降低炼钢成本、扩大产量，对部分工序或元素进行了工艺优化或节省。比如：减小钢板切边量；增加每炉热处理钢板的数量，导致部分钢板局部达不到理想的热处理效果？

以上问题，钢厂专家回复他们将进一步进行试验，验证钢板是否存在影响焊接的缺陷，但是直到撰写本文时，钢厂仍未予以明确回复。

4防范措施

1)在签订技术协议时，要提醒业主或招标方，尽量避免指定问题频发的钢厂；

2）对50mm以上的钢板，入厂检验增加MT检测；

3)对大批量钢板，需要进行焊接试验验证，并且建议对不同厂家的钢板同工艺分别验证。

4) 基于质量的考量，建议厚板切边至少为15mm，对于毛边料或者板边不直的板料，要及时反馈给技术及采购人员，保证所有板边都能切边在15mm以上；

5)焊完首条焊缝后就要进行无损检测，以免造成批量缺陷。

参考文献：

[1]王欣，金属焊接施工的注意事项，宁夏机械，2010；

[2]衣福生、李晶晶、曲晓明，影响金属焊接性的因素及对应措施，科技创新导报，2011；

[3]陈裕川 焊接工艺设计及与实例分析，北京：机械工业出版社，2010；

[4]曾乐主编，现代焊接技术手册，上海：上海科学技术出版社，1993；

[5] GB/T 150.1～150.4-2011  压力容器  中国标准出版社出版发行