压力容器建造过程中的材料代用及焊接控制_全_省略_位焊接责任工程师.pdf

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1、化工装备质量管理压力容器建造过程中的材料代用及焊接控制全国压力容器制造单位焊接责任工程师培训考核班学习心得之二郭晶大连南海压力容器制造厂,任秋梅大连冷冻机股份有限公司,仍摘要压力容器建造过程中的材料代 用是经常遇到 的问题,本文通过几个实例说明材料代用对焊接控制 的要求及应采取的应 对措施。关键词压力容器,材料代 用,焊接控制前言在我国目前条件下,压力容器建造过程中的材料代用问题还不能完全避免。材料代用一般是由于采购不到设计规定的材料而引起的,偶尔也有因技术问题而提出材料代用请求的情况。材料代用的最终批准权在设计者,但需姜经过各专业工艺工程师,尤其焊接责任工程师进行工艺性审查。焊接 由于其 自

2、身的特点及焊接接头在压力容器上的重要地位,材料代用中的焊接审查不仅显得特别重要,而且有不同于其他工艺审查的一些特点。一般而言,其他工艺只进行“审查”就够了。焊接则不同,不仅需要进行“审查”,还需要完成由此引发的许多实质性焊接控制工作。这可能涉及许多部门,也需要花费一定时日,不是即刻便能完成的,处理不好不但会影响建造任务的按期完成,而且会影响产品质量。与材料代用有关的焊接控制接到“材料代用申请”后,焊接责任工程师应按如下步骤和原则进行与之有关的“焊接控制”。对“材料代用申请”进行审查审查可按如下步骤进行搞清所涉及产品的特点或重要性。这可以通过容器类别,设计参数和设计文件中提供的其他信 白、和焊接

3、责任工程师的经验作出判断拟使用代用材料制造的零部件在容器中的地位,即是受压元件还是非受压元件。如果是受压元件,是主要受压元件还是一般受压元件代用材料焊接性审查和与被代用材料焊接性比较分析。此项审查分析可以得出代用材料的焊接性是比被代用材料好,大致相同还是差,以及差别程度和单位现有条件能否满足代用材料焊接的需要,如果不能满足,须进行哪些工作等结论。通过以上三项审查,便能从焊接工艺角度得出“同意代用”或“不 同意代用”的意见。一般说来代用材料的采用必须满足以下三项要求代用材料必须是压力容器建造规范或标准允许使用的材料代 用材抖必须具备不低于被代 用材料的各项性能代用材料的焊接性可以和被代用材料不同

4、,但在制造厂具体条件下应该能够解决或在合同允许期间内通过改善现有条件可以解决。如果“同意代用”,则“审查”继续进行。一一 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/化工装备质量管理审查材料代用涉及的焊接工艺文件,看应进行哪些修改,并由此决定后续控制工作。一般说来,材料代用后,原焊接工艺文件需在以下几方面进行修改使用的焊接填充材料依据的焊接工艺评定报告编 号如果现有“焊接工艺评定项目一览表”中没有需要的焊评,则须确定需要进行的评定项目要求的焊工或焊接操作工的资格如果

5、现有“焊工合格项目一览表”中没有要求的合格项目或具有要求的合格项目的焊工数量不足,则应提出培训考试计划如果代用材料与被代 用材料的焊接性有差异,还需要考虑 采取不同的工艺措施,改 变预热温度和层间温度,以及是否增加后热处理或焊后热处理等。由于材料代用引出的后续焊接控制这些工作一般包括下列各项内容的部分或全部修改或重新编制与材料代用有关的焊接工艺文件。该项工作肯定是必须进行的,如只是“修改”还是“重编”以及修改多少的问题以下几项工作就识情况而定了。编制新“焊接工艺指导书”,进行新焊接工艺评定实验,编制新进行焊工培训,进行短缺项目的焊工考试购置或设计制造需要的辅助装置、工艺装备等,满足代用材料焊接

6、性要求。材料代用的主要类型碳锰钢代替碳素钢在执行期间,用代替和用代替 鲍的情况比较普遍。当时由于技术规范对焊接工艺评定和产品焊接试板弯曲实验的规定不合理弯轴直径与试样厚度之比规定为,弯曲角要求达到,弯曲实验成功的比率非常低,迫使很多制造厂不得不把设计用和制造的产品分别申请改为用和材料制造。这是因技术问题引起材料代用的典型事例。国家标准一总结了这方面的经验,把调整为,使问题基本得到了解决,以这两类材料中材料标准保证的最低伸长率为这一事实出发,再次把修订为,不仅做到了立法有据,而且与国际标准接上 了轨,根本上解决了问题。市场供应是引起这一类材料代用的另一原 因。前几年,钢板的市场供应不充足,使有些

7、设计用钢材制造的容器改为用钢板制造。现在这个问题虽然不存在了,但有些工厂出于管理方面的考虑,尤其在单台或台份不多的容器生产中,供应部门有时也宁愿使用库存钢板,而不愿再去采购设计规定的碳素钢材料,如。这种代用有时涉及整台容器,有时只涉及部分零部件,如部分筒节。估计这种情况今后还会遇到。碳素钢和碳锰钢的焊接性都很好,这样的代用对焊接施工和产品安全性都不会带来任何影响。但为保持形式上与法规一致,还有一些程序上的问题需要解决。我国标准“钢制压 力容器焊接工艺评定”,和焊工管理与考试规则中,碳素钢和碳锰钢都分别划分在不同类别中,中为焊接这两类钢材推荐的焊接材料也不同。所以当发生这类材料代用时,焊接工艺文

8、件在使用的焊一一 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/化工装备质量管理接材料,支持的焊接工艺评定和要求的焊工资格三方面都需要做相应修改。当部分零部件发生材料代用,即一台容器,部分筒节使用设计规定材料,如,部分筒接使用代用材料,如时,还需要增加产品焊接试板。另外生产中还尤其要注意焊接材料不要用错。规范的情况要简单得多,首先无论焊接工艺评定,还是焊工技能评定,材料的分类标准都相同,与我国材料和相当的材料在规范中的号都是即一,只是组号不 同,碳素钢的组号为即一一,

9、最低标准强度为的碳锰钢的组号为即一一。另外按国际惯例,焊接这两组材料使用的焊接填充材料具有相同的强度等级,即焊接碳素钢使用的焊接材料和焊接强度等级的碳锰钢的焊接材料相同,都是按碳锰钢的强度等级选定的。这样对没有冲击实验要求的产品,焊接两组材料可以依据同一个焊接工艺评定,使用 同一份焊接工艺文件。至于焊工技能评定,即焊工考试,我国考试规则规定,用碳锰钢通过考试的焊工,焊接碳素钢产品时不用 另行考试,但反过来不行。规范则不同,用这两组材料中的任何一种材料通过的技能评定,不仅可以焊接这两组材料,而且还可以焊接很多其它类材料详见规范,第仄卷,一,一”。所以当发生类似的材料代用时,工艺文件根本用不着做任

10、何修改。只是对有冲击韧性要求的产品,因依据的焊接工艺评定不 同,仅这一点需要修改。而按规范建造有冲击韧性要求的产品为数并不多。就是同一种材料,当产品冲击要求不同,如冲击实验温度不 同时,也需要改换焊接工艺评定。这一点应该对我们有所启发。如果焊接一类材料不使用和与其强度等级相 当的焊材,而用和与强度等级相当的焊材,那么在发生这一类材料代用时涉及到的工艺文件修改就没有或者很少了。当部分材料代用时也用不着担心焊材用错的问题。作者所在单位从上世纪年代末,就参照国际惯例,使用焊条和焊丝配合焊剂焊接用和一制造的压力容器,这样做即不影响产品质量,又简化了管理,效果很不错。当然这期间地方锅检所驻厂代表和屡次取

11、换证审查人员也曾多次对此提出过质疑,但经解释都达到 了一致。但“等强理论”和把“等强理论”绝对化的认识在部分人的思想中还相当根深蒂固。为此作者曾多次撰文呼吁,注意技术进步和当今国际惯例,从上世纪年代初由前苏联专家那里承袭下来的认识中解脱出来。实际上用气体保护焊焊接碳素钢和碳锰钢使用的不都是同一强度等级的焊丝吗既然如此,有什么理由不顾通行的国际惯例,而在一个局部固守这样一种不成文的“等强理论”呢进口材料代替国产材料进口材料代替国产材料以不锈钢类材料居多,如用美国或日本的,和型不锈钢代替国产,和等。碳素钢和低合金钢材料代用方面以接管材料居多,钢板偶尔也有,如用美国的一,代替国产材料。这里代用和被代

12、用材料具有相同的合金体系,相同或相近的化学成分及性能,一般被认为可划归为同一类别。随着我国加入世贸组织,材料进口量的增加,这种情况会更经常遇到。材料是决定压力容器安全性最重要的因素之一,各国压力容器建造规范或标准都对允许使用的材料有严格规定,我国允许使用 国外压力容器标准中规定的钢材,这就为这类材料代用提供了法律依据。接下来的问题就是用 国外材料代用 国内材料时,还需不需要重新进行焊接工艺评定一一 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/化工装备质量管理和焊工考

13、试。为说明这两个问题,不妨参考一下美国规范的有关规定。规范原本不允许使用非规范材料,它这样要求完全可以,一是规范规定的材料品种很多,仅钢材就不下六七百种,加上非铁基材料就达近千种,提供了一个非常广阔的选择空间,二是美国有一个发育健全的市场,不用担心采购不到需要的材料。我们要这样限制恐怕就不行。即使这样,近几年随着“经济全球化”趋势的显现,从开始的政策也有改变,即同意考虑采纳其他国家和团体制定的材料标准和焊接材料标准,并向各国有关机构、学术团体以及所有授权证书持有单位发了函,征集标准。到目前为止经材料委员会审定已有三项非美国标准列入规范,即加拿大的一,英国的一和日本的,它们在规范中的编号分别是一

14、,一和。这些标准中包括材料的设计数据,如不同温度下的许用应力值以及材料分类号,即号和组号也已部分公布,如上述日本标准中的钢板的号为,组号为。既然给出了分类号,那么如果已经有了用美国材料完成的焊接工艺评定,当使用外国材料时只要分类号相同就用不着再另行评定了。其实我们国家也是这样做的,例如美国的一,与我国的相当,如果已经有了用完成的焊评,改用一,也用不着再作评定,只是需事先报请批准。而批准权下放到 了省级,各省掌握的尺度难免没有偏差,另外申请报批是收费的,且 同样的问题,每个单位遇到都得各自申报请批,重复申请,重复收费,提高了管理成本。欧洲承压设备指导规范,简称已于去年正式生效,但在这之前好几年美

15、国就与欧洲有关当局协调,以使材料能够用于按建造的设备。这是美国为适应经济全球化趋势所做的另一方面的工作,如果把允许采用非美国标准材料算做“请进来”的话,那么这项工作就可以称做“送出去”。建议国家质检总局能参考美国的做法,在考虑把我国材料标准推向世界的同时,是否也可以组织力量对几个工业先进国家的压力容器材料标准进行审查,把认为可以采用的列表公布,并按我国的标准划分分类号。这项工作可能不会一下完成。作为第一步可把以前审批过的材料先列表公布,以后随着工作的开展随时增补扩充。为采用 国外材料创造一些便利。关于焊工考试,如按重要程度排序,的原则是,焊接工艺评定在前,焊工考试在后。这从很多方面都可以看出来

16、。例如,焊工考试的控制变素就比焊接工艺评定少得多。下面介绍的事实或许更能说明问题。美国的材料标谁都是美国实验材料协会制订的,只不过是对它们进行了一番审查,把认为适合制造压力容器的那部分拿过来作为规范材料编人了规范第卷,并在第卷中给选定的每种材料分配了一个号,对钢铁类材料还分配了一个组号。把认为适合制造压力管道的材料标准编人 了“压力管道规范”,也按类似的办法,分配了一个号或加组号。因为对压力容器的要求要比对压力管道的要求严格,所以规范第卷,第一条规定用某号的材料完成的焊接工艺评定适用于同号的材料,但反过来不行。对于焊工考试则不然,如用某号的材料通过了焊工考试,也等于通过 了用相同号材料的考试,

17、反过来也可以。另外规范还规定,没有包括在上述两项规范中的材料,只要和规范中的某一一 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/化工装备质量管理种材料具有相同的编号,也认为它具有和规范材料相同的号或号。从这里是否可以得到启发,得出在其他变素有效范围内,用 国内材料通过的焊工考试也可以焊接成分相同或相近的国外材料,而不用 另行考试,也不用申请报批的结论。在使用国外材料代替国产材料时还必须注意各国材料标准之间的差异。例如美国材料标准大多数不规定材料的韧性指标,对材料的韧

18、性要求是根据设备的使用条件由设计决定的,例如当用美国材料一,代替时,就必须看看使用的那张一,钢板出厂时进没进行冲击实验,以及是在什么温度下进行的。按规范制造的容器有相当大一部分无冲击实验要求,为这样的产品采购的材料,照例也不进行冲击实验。其他某石化公司一蒸馏装置扩能工程中的“常压塔”是一台内径米,重量吨的大型容器,主体材料为厚度的复合钢板。但焊接在容器底部的一只接管材料为。,规格为中。技术准备时按设计要求安排了需要的各项焊评。但直到制造快完成时,这根。钢管也没有采购到,但与该接管焊接的巧锻制法兰却已经到货。于是供应部门便提出了用钢板卷制一段管子代替设计要求的钢管的请求。该设备并不要求进行热处理

19、,但这种材料焊后一定要进行热处理,考虑到热处理过程中含铁素体相焊缝金属可能的脆化,决定用一纯奥氏体焊条焊接接管的纵向接头和接管与法兰间的环向接头。这样就需要补充完成用一焊接和巧,焊后都进行消除应力热处理两项新焊评。另外该设备上其他接管材料都为,规格很多,每种规格的用量都不大,国内也采购不到。直径大的用钢板卷制,小的全用钢管代替了。材料代用是经济发展过程中的阶段性现象在经济发达的西方国家大概不会出现材料代用问题,原因是多方面的。市场发育完善,材料供应充分,不会出现采购不到设计规定材料的问题。西方国家大型设计机构都属大公司,前面有研究机构,提供设计依据,后面有制造厂,甚至制造出来的设备也由本公 司

20、所属工厂使用,这样设计出来的东西不仅先进,而且设计和制造都是 自己的事,沟通联系想必不会太困难。不象我们 国家,设计院和制造厂分属两家,甚至两个系统。我国的大设计院基本是仿照前苏联体制设置的,前苏联实行的公有制下的计划经济体制,研究院、设计院,制造厂和产品使用单位道理上讲都是一家,但实际上彼此间沟通并不十分顺畅,至少我国的情况是这样。西方国家实行的是设计全面负责制,设计人员不但要规定材料的品种和重量,还要规定采购的每件材料的尺寸,如每张钢板的幅面。如果采购不到需要的材料,采购人员反馈给设计人员,设计人员立即就修改设计,问题永远不会留到制造阶段才发现。不用说材料,就是一个不重要的尺寸修改也是立即

21、更换新版设计图。西方国家建造压力容器,在管理上已作到了,按需采购,专料专用。作者在“焊接设计”一文中曾说过,压力容器上的焊接接头数量和位置都是在设计阶段确定下来的,不许更改,材料就是据此采购的,基本上没有剩余。另外是否有冲击实验要求也是 由设计确定的。如果容器无冲击要一一 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/化工装备质量管理求,材料也就不进行冲击实验,那么这样的材料就不能用在有冲击要求的产品上。即使钢板出厂进行了冲击实验,还有实验温度问题,按常温冲击要求采购

22、的材料,用于低温冲击要求的容器当然也不行。所以为某容器采购的材料用来制造其他容器也不大可能。结束语在预先编定的文件指导下,有条不紊地按计划有步骤的开展工作,对保证压力容器产品质量至关重要。制造过程中出现的材料代用问题是对计划过程的扰动,容易引发质量事故。材料代用虽然目前还难避免,但应创造条件逐步做到“无材料代用”。这也是与国际接轨的一个方面。参考文献,卫,内部刊物七一,七勺、八以、户叼切,八“、尸、八了、户甲、与入户叼卜勺、户甲、产,八夕、八沪岁气上接第巧 页贯穿渗透法割除夹套体,使内筒体的内外表面均能暴露出来,按渗透检测法的操作程序,在内体的可疑部位涂布渗透剂而在另一侧涂显像剂。若能显像则表明有穿透性缺陷。气密性试验若不想割除夹套体,则可在夹套体内通压缩气体除通气口外其它管口均应封闭,而在设备内筒体的内表面涂肥皂水来检测,通气一定时间后,在内体内表面侧有肥皂泡的部位即是有穿透性缺陷处。参考文献【无损检测技术上海锅炉厂技工学校马铭刚等编著年月【一压力容器无损检测机械工业 出版社年月【一无损检测术语渗透检测年月而而色,一一 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/