佛山市顺德区广沙百福压力容器有限公司 广东佛山 528306
摘要：焊接气瓶作为压力容器一个分类品种，有着容积较小、结构紧凑、承受压力较大、风险性较高、发生事故后造成的社会危害性大等特点。提高气瓶焊缝质量并对施焊过程进行有效的监管，是焊接气瓶制造质量控制环节的一项主要工作。
关键词：焊接气瓶；制造检验；焊缝
自取得焊接气瓶钢生产资质以来，气瓶用钢在客户加工使用过程中反映良好，但近期出现一批较为集中的客户冲压使用开裂现象。本文列出了焊接气瓶制造监督检验过程中发现的一些焊缝质量问题，分析了其产生原因，提出了一些有效的改进建议和监管措施。
一、焊接气瓶制造检验焊缝质量常见问题
1焊缝焊接接头工艺加工、装配方面存在的问题
焊缝焊接接头工艺加工尺寸、坡口角度，装配间隙等符合设计及焊接工艺评定的要求，是保证焊缝质量的前提条件。吊耳底板四角未倒圆，其上也未钻焊接通气工艺孔。这样不但易在尖角处产生应力集中、还易产生焊接缺陷并影响日后使用安全。气瓶封头上的接管焊缝一般都要求采用全焊透结构，其焊接坡口几乎没有开，接头间隙也很小，在此基础上，不管采取何种焊接方式，要使接头全焊透是不可能的。因此，在焊接前，认真检查焊缝的拼焊、装配质量，是十分重要和必要的。
2焊接材料保管、使用方面存在的问题
目前大量使用的焊接气瓶钢板材料，可焊性较好，正常情况下产生的焊接缺陷较少，这也导致了管理上的一定麻痹思想，常常会忽视对焊接材料保管及使用的管理。气瓶焊接现场使用了未经烘干的碱性焊条（如J507焊条），且焊条也没有使用保温筒摆放；整袋的焊剂直接堆放在车间施焊现场，未经过任何烘干措施直接打开使用。以上情况不但可能会导致焊接时焊缝产生气孔等缺陷，而且还会导致焊缝扩散氢含量急剧增加，给日后气瓶的使用留下较大的安全隐患（如增加气瓶的氢致裂纹可能性）。对此，监检员应立即进行制止并开出书面工作联络单要求厂家进行整改，加强焊接材料的管理；同时，还要增加对车间施焊现场的检查次数，如可在上班第一时间到施焊现场，摸一摸正在使用的焊条、焊剂是否是热的来判断是否经过烘干（如经过烘干此时焊条、焊剂应该还是热的）。
3焊接施焊过程存在问题
目前气瓶制造厂家对焊缝的焊接工艺评定都比较重视，也积累了一定的经验。有了合格的焊接工艺评定并不等于产品的焊缝质量就一定能得到保证了。焊缝缺陷就是在进行气瓶筒体纵缝内侧自动焊接时，焊丝中心严重偏离焊接坡口中心所致；焊缝缺陷主要由于自动焊机行走速度过快所致。对此，在提高焊工操作技能的同时，要加强焊工的责任心教育，要求其严格按评定合格的焊接工艺要求进行施焊，监检员也要经常检查其焊接工艺参数的符合性。
4焊缝无损检测存在问题
很多气瓶焊缝进行X射线无损检测的比例为20%，同时相关标准和规范要求纵缝和环缝的接头交叉部位必须进行检测；据此，对于很多容积不大的气瓶，只检测筒体纵缝两端与环缝接头交叉部位就已经满足无损检测比例的要求了，目前工厂也基本上是这样在进行检测的。这样可能造成施焊工人非常认真焊接两端需要进行无损检测的部位，而对中间不进行检测的部位应付了事。对此，要求厂家明确落实责任，在气瓶焊缝上敲施焊焊工钢印编号，做好焊缝的书面焊接记录，并由施焊人签名确认，以利于责任倒查和可追溯性；同时监检员要不定时随机指定焊缝部位，要求制造厂进行X射线无损检测，以促使焊工认真对待整条焊缝。
5焊缝检验过程存在问题
气瓶一般内部空间都比较狭小，且一般都没有人孔或者手孔，这样会造成很多内侧焊缝表面缺陷漏检且成形后返修困难。纵焊缝，采用双面埋弧自动焊方式，先焊接钢瓶内部侧纵焊缝，再经过碳弧气刨清根、砂轮打磨后焊接外侧纵焊缝，在焊接外侧纵焊缝时烧穿内侧纵焊缝导致了图示的凹坑缺陷。应该再焊接一道盖面焊缝。对此，要求明确焊接操作人员、检验人员质量职责，分工序（如内侧纵焊缝焊接完成后、外侧纵焊缝焊接完成后）进行自检和专检、在产品上做出明确标识（如有没有检验过，检验了那些项目等）并书面记录。特别要注意在外侧纵焊缝焊接完成后，还要对内侧纵焊缝再进行一次检验。
二、焊接气瓶钢冲压开裂原因分析
为查清焊接气瓶钢冲压开裂的原因，利用试验设备对焊接气瓶钢的成品化学成分、力学性能、非金属夹杂物水平、微观组织等进行了全面质量分析，如下所示。
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2.1成品化学成分
经过对上述焊接气瓶钢成品化学成分检测，发现实物钢板的化学成分满足相关国家标准的要求。
2.2力学性能
从该批尚未进行冲压的焊接气瓶钢板上截取拉伸、冷弯试样进行检验。HP295焊接气瓶钢试样强度满足标准要求但从冲压的角度看强度偏高，这与国标中对气瓶钢较大的锰含量（下限值0.70%）要求以及为得到较低的屈强比而采用较高的碳含量有关[2]。
2.3非金属夹杂
由于一些文献中提到非金属夹杂物可能是造成焊接气瓶钢冲压开裂的因素，所以对HP295焊接气瓶钢冲压开裂、未冲压的原板均进行了非金属夹杂物分析。结果如下。
2.3.1非金属夹杂物评级
依据GB/T10561对焊接气瓶钢试样进行了非金属夹杂物分析，发现部分试样中存在大型夹杂物，夹杂物形态为B和C类混合夹杂，等级达到3.0级。
2.3.2非金属夹杂物电镜扫描
在冲压后的试样中发现基体中存在一些微裂纹。
怀疑为钢中非金属夹杂物引起，利用扫描电镜对微裂纹附近区域进行扫描，以确定该区域包含哪些化学元素。
经分析，HP295基体中微裂纹附近区域内存在F、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、O等元素，与连铸保护渣中化学元素种类非常接近，所以连铸过程中钢水卷渣可能是焊接气瓶钢夹杂物超标的原因。
2.4微观组织
焊接气瓶钢冲压加工中出现的裂纹深浅不一，深度最大的裂纹贯穿整个板厚（3.0mm），而非金属夹杂物引起的裂纹多为微裂纹，很难引起贯穿板厚的裂纹，应该还有其他因素导致冲压过程中出现严重开裂，所以继续对钢的微观组织进行分析。
冲压过程中出现的深度较大的裂纹大多自钢板表面起裂；HP295基体组织为铁素体+珠光体组织，晶粒度约为10级，无魏氏组织等异常组织。
由于冲压过程中出现的深度较大的裂纹大多自钢板表面起裂，对未冲压和冲压后的试样表面进行了重点观察。未冲压和冲压后的HP295试样微观组织中均发现了晶界局部熔化、黑色氧化物沿晶粒边界分布的现象，为钢板过烧缺陷。
2.5讨论
通过以上实验室分析，验证了焊接气瓶钢HP295成分性能满足国标要求，但是存在非金属夹杂物超标、表层组织局部过烧的质量问题，两者极有可能分别是基体中微裂纹，表面开裂的诱因。在实验室分析中也发现了两者联合起到不利作用的现象，即当非金属夹杂物接近钢板表面时，表面缺陷造成钢板表面起裂并向厚度方向发展，当裂纹发展到非金属夹杂物位置时裂纹沿夹杂物方向迅速失稳拓展等。
结语
本文结合笔者多年的工作经验，归纳了在焊接钢瓶制造监督检验过程中发现的一些焊缝质量问题，分析了其产生原因，提出了一些改进建议和监管措施。
（1）焊接气瓶钢板的化学成分、力学性能均满足相关国标要求。
（2）焊接气瓶钢板存在非金属夹杂物超标（3.0级）现象，可能是冲压过程中基体中微裂纹产生的根源。
（3）焊接气瓶钢板表层组织局部过烧，可能是冲压过程中表面开裂的诱因。
（4）焊接气瓶钢板表层过烧缺陷和基体中大型非金属夹杂物单独或联合对钢的冲压性能起到不利作用。
希望通过此文，能对焊接钢瓶制造企业、特种设备检验机构在提高产品质量、提升安全性能上提供一些有益的帮助。
参考文献：
[2]李岩，张有余。焊接气瓶用钢带HP295研制开发[J].特钢技术，2007（1）：6-9.
[3]覃强。HP295焊接气瓶用钢的生产实践[J].柳钢科技，2009（3）：21-23.
[4]张武彬，柴毅忠，李轲新，等。气瓶钢冲压裂纹的原因分析及改善措施[J].冶金丛刊，2008（4）：15-25.
论文作者:万飞虎
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第2期
论文发表时间:2019/9/6
标签：气瓶论文; 裂纹论文; 非金属论文; 钢板论文; 试样论文; 基体论文; 缺陷论文; 《建筑细部》2019年第2期论文;