浅论凸缘液化石油气汽车罐车凸缘角焊缝裂纹焊接修复如何

摘 要 本文主要叙述液化石油气汽车罐车在役使用过程中，年度定检时在人孔凸缘、排污口凸缘等部件与罐体相焊的角焊缝处产生了裂纹缺陷，纠其原因进行了相关技术分析，同时提出了修复方案措施及检验方法，并对提高压力容器角焊缝的质量提出了建设性的建议。
关键词 液化石油气汽车罐车 角焊缝 裂纹 焊接修复
随着我区经济建设的快速发展，家用、车用液化石油气的普及和应用，液化石油气供气站点已变布天山南北的全疆各市县，同时液化石油气汽车罐车也已成为各供气站点输送气源的重要运输工具。液化石油气汽车罐车的罐体属于第三类压力容器，其每年度都必须接受自治区特种设备监督检验研究院汽车罐车检验站的定期检测，及时修复罐体在定检中发现的缺陷，可有效消除事故隐患，从而保障汽车罐车的安全运行。近几年，我公司受自治区特种设备监督检验研究院汽车罐车检验站和内地罐车制造厂家的委托，先后为喀什地区液化石油气公司、阿克苏地区液化石油气公司、新疆石油管理局生活服务总公司等多家单位的汽车罐车在年度定期检验中发现的罐体内部角焊缝裂纹等缺陷进行了修复，修复点多为罐体封头上的人孔凸缘、罐体排污口凸缘等与罐体相焊的内角焊缝焊趾处裂纹。
1 裂纹分析
根据自治区特种设备监督检验研究院汽车罐车检验站提供的检测技术资料报告看，在对罐车罐体的定期检验中，罐体对接焊缝的质量较高，经检测未发现问题，而检出的人孔凸缘、排污口凸缘等与罐体的内角焊缝处裂纹缺陷，多为角焊缝外观成形不良，焊缝至母材无形成圆滑过渡曲线，同时在焊缝焊趾处有连续性较深咬边，修复时用碳弧气刨逐层清理发现，多数焊缝内部还存在有熔合不好，有未全焊透现象，部分还有填充焊条、焊丝等迹象。故而笔者认为罐车凸缘内角焊缝处产生裂纹的原因有以下几个方面：
1.1罐车罐体材质为16MnR，凸缘材质为16Mn锻，焊接性能良好，一般不会产生裂纹缺陷。但由于角焊缝一般都位于结构不连续部位〔如人孔凸缘与封头的连接处等〕，这一部位应力集中严重，受力复杂，不像对接焊缝那样，只受拉伸应力，它还要受到较大的弯曲和剪切应力。角焊缝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。虽然罐车的罐体在制造时进行了600～640℃的整体消除应力热处理，但在角焊缝处仍存在有较大的应力集中和部分残余应力，从而在该部位很容易萌生疲劳裂纹，造成罐体的失效破坏。
1.2角焊缝外观成型不良，在焊趾处产生连续性较深的咬边，罐体在制造中未能及时检出予以补摘自：毕业论文工作总结www.618jyw.com
焊，从而在此角焊缝焊趾处造成应力集中，易产生裂纹。
1.3角焊缝由于结构原因，不易实现清根，打底焊和定位焊都保留在焊缝中，即使采用双面焊接，其质量亦比对接焊缝差。
1.4由于凸缘等与罐体的角焊缝，在罐体热处理后角焊缝内外表面只做表面磁粉探伤检查，焊缝内部缺陷不易检查出来，使焊缝内部质量不易保证。同时一些制造厂对角焊缝的质量放松，在焊接人孔凸缘与封头的角焊缝时，由于坡口尺寸及间隙较大，时常发生往间隙中填塞焊条、焊丝等的现象，从而给焊接接头质量带来了潜伏的隐患。
2 裂纹的修复与检验

2.1 修复准备

修复工作在取得自治区特种设备监督检验研究院汽车罐车检验站和罐车制造厂家的授权后，需编制修复技术方案，报请自治区质量技术监督局特设处审查批准并备案，选用合格的持证焊工、焊材及设备，同时在评定合格的焊接工艺支持下方可进行焊接修复工作。（注：罐体在修复前，已经自治区特种设备监督检验研究院汽车罐车检验站进行过置换处理，罐内符合动火要求。）

2.2 修复程序

2.1首先对角焊缝进行磁粉探伤，确定裂纹的部位和长度。

2.2.2用碳弧气刨逐层清除裂纹缺陷，在裂纹两端各延长清除25～30mm，缺陷经宏观检查清理干净后，用角向磨光机将焊道内外的氧化物及杂物清除干净，然后使用渗透法进行检查以确认裂纹是否已完全消除，若已完全消除则清除裂纹缺陷工作方告结束。

2.3由持有相应焊接资格的合格焊工按所制订的焊接工艺进行焊接。

2.2.4焊缝外观检验合格后，考虑到罐体在制造时已进行了整体消除应力热处理，故只对修复焊缝进行局部消除应力热处理，用热电偶进行温度测量，热处理温度为600～640℃，用保温岩棉对焊缝进行覆盖，以使焊缝温度均衡，缓慢降温。
2.2.5焊缝检验：对焊缝进行100%磁粉探伤检查，要求符合JB/T4730-2005中Ⅰ级的要求。

2.6水压试验和气密性试验。

2.3 焊接方法和焊接参数

采用焊条电弧焊进行焊接，焊接材料选用E5015规格φ3.2mm电焊条，电源极性为直流反接，焊接电流I=120～130A，电弧电压U=22～24V，焊接热输入量q≤22KJ/cm。

2.4 焊缝的修磨与检验

罐体凸缘内部修复角焊缝表面应进行打磨，人孔凸缘与罐体的内角焊缝应修磨至与母材表面圆滑过渡。排污口凸缘内角焊缝，表面应修磨至比筒壁高1.0～1.5mm，同时也应圆滑过渡。这样可减少应力集中，也便于再次检验时辨认修复焊缝。修复后的罐体在水压试验前后焊缝表面应无裂纹等缺陷，补焊处经水压试验应无渗漏，气密性试验应合格。
3 提高压力容器角焊缝焊接质量的几点建议

3.1 加强对角焊缝的质量意识

角焊缝的质量控制比对接焊缝困难，理应在制造中受到更高的重视，但由于角焊缝一般不进行无损检测，亦没有具体的质量考核指标，从而要保证角焊缝的质量，必须加强有关的质量意识教育，将角焊缝质量与对接焊缝等同要求，使有关工程技术人员和工人都重视角焊缝的质量，共同把好角焊缝的质量关。

3.2 做好角焊缝的焊接工艺评定工作

根据JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》中的要求，对角焊缝特别是要求全焊透的角焊缝，应严格按照其标准认真作好焊接工艺评定工作。

3.3 抓好坡口加工质量

坡口应尽可能采用机械加工，若用氧乙炔焰加工坡口时，坡口尺寸一定要达到规定的要求。开非圆形孔时，要做工艺样板，精心加工。

3.4 加强打底焊的质量控制

角焊缝采用双面焊时，由于打底焊缝及定位焊缝一般不能清除，都保留在焊缝中，故要特别注意定位焊和打底焊的质量。

3.5 角焊缝的外形尺寸

角焊缝的外形尺寸对应力集中有较大的影响，焊接时应尽可能使之与母材圆滑过渡，焊缝表面平滑，焊脚尺寸符合规定要求。为保证角焊缝的质量，应尽可能采用焊接质量易于保证的平位焊接，由于转动困难等原因，不能采用平焊时，要采用与之相适应的焊接工艺，并由取得相应焊接资格的焊工进行焊接。

3.6 焊接质量检验

角焊缝主要应通过认真执行制造及焊接工艺来达到规定的质量要求，检验人员应做好检查监督工作，重点抓好装配质量、打底焊、焊接工艺的执行和焊缝表面质量的检验，达不到要求的不准施焊。根据焊接接头的重要程度，拟订一定的停止点，必须经检验人员认可后方能转入下一道制造工序。
总之，角焊缝是目前压力容器制造中质量比较薄弱的环节之一，应通过设计、制造、检验等各个环节共同把关，使之质量能得到有效的控制，从而提高压力容器的总体质量。
4 经济分析
液化石油气汽车罐车，目前是我区各城镇县市液化石油气储备站点输送气源的重要运输工具。该种车辆属于危险货物运输特种车辆，罐体为第三类压力容器，其焊接质量是保证车辆安全运输的重要因素。一辆10吨液化石油气汽车罐车，造价约为人民币50万元，服役期限为7年，若在年度定检中及时发现问题，并予以修复，则可保证车辆继续安全运营，创造新的经济效益。如果罐体产生的焊接缺陷没有得到及时修复，那末就有可能导致罐车罐体发生泄露甚至爆炸，其造成的经济损失将无法估量。因此保证液化石油气汽车罐车的安全经济运行在国民经济建设中具有十分重要的意义。
参考文献：
《锅炉压力容器安全技术监察规程》（1999版）
JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》
[3]JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》