焊接技术·绝活

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对压力管道安装焊接质量 如何进行安全评定

  本文介绍了国内外压力管道安全评定研究现状及发展趋势,对压力管道安全评定方法进行了论证。而焊接过程是钢制压力管道工程施工中的关键过程,焊接过程的安全评定对保证压力管道工程的安装质量起着相当重要的作用。

    就目前而言,无论是国产压力管道还是进口压力管道,都不可避免地存在不同程度的缺陷,且压力管道在使用过程中还会因为载荷、介质等各种因素的影响,萌生出新的缺陷。而压力管道安装工程具有一次性与现场条件复杂恶劣等特点,因此,其质量安全评定是至关重要的,其中焊接过程的质量安全评定对保证压力管道工程的安装质量起着至关重要的作用。

    压力管道安全评定方法

    1.安全评定的理论基础

    因焊接工艺本身的特点,焊接接头在形成的过程中经历极其复杂与不均匀的热过程,致使焊后接头存在较大的残余应力和变形。不连续性与力学性能的不均匀性,同时焊接接头也容易产生各种焊接缺陷,如裂纹、夹渣、气孔、咬边等,这些缺陷的存在与发展往往会导致结构的失效与断裂,但焊接接头形成过程中,缺陷是不可避免的。工程实践表明,并非所有缺陷都会导致结构的失效,也就是说缺陷满足一定条件是对结构无害的。

    2.国内外压力管道安全评定的研究状况

    国外压力管道安全评定研究始于70年代,它起源于核电站压力管道,一方面由于核电站的安全性要求较高,另一方面核电站中的事故常发生于压力管道的泄漏或爆破。因此,美、德、日等发达国家相继开展了压力管道的研究。随着研究的深入,研究花费越来越巨大,包括日本、法国、美国、德国在内的多个国家成立了“国际管道完整性研究工作组”,由各成员国出资,联合开展研究,研究成果共享,在研究中得到了一些有意义的结论。在国内,针对我国压力容器、压力管道长期存在的共性问题,多个科研院所的科学家们总结、继承和吸收了国内外锅炉压力容器安全评定的理论、技术实践和经验,1984年我国便发布了“压力容器缺陷评定规范”(CVDA-84),它以COD理论为基础,反映了当时国内外的技术水平。2004年我国又制定出“在用含缺陷压力容器安全评定”标准,它采用失效评定图技术,规范了压力容器安全评定的技术方法,在提高我国压力容器安全评定总体水平的同时也提高了压力容器的安全性和经济性。

    3.国外压力管道安全评定的发展趋势

    就目前而言,国际上对含缺陷压力管道的试验研究和安全评定的研究工作正方兴未艾,并在不断的深入,在该领域的研究大致有三大趋势:

    一是工程化。许多学者正在致力于评定方法适合于工程应用的需要,从复杂三维有限元计算,到弹塑性断裂力学的评定。在弹塑性断裂力学评定中,采用简化归纳、实验验证使之满足工程实用性。

    二是可靠性。在工程实际中,无论是管子的尺寸、缺陷的大小,还是材料性能参数都不是确定值,而是以一定的规律分布的。随着可靠性理论的应用,对压力管道的缺陷评定结果也提出了可靠性指标。如:Hong,Y等人以疲劳裂纹扩展为机理,考虑参数不确定性,分别用Paris公式计算裂纹在深度和长度方向的随机扩展,在压力管道的先漏后爆评定中,得到了压力管道的泄漏概率和爆破概率。

    三是智能化。随着计算机技术的发展,目前国际上管道安全评定方法都向智能化方向发展,如:德国MPA编制的ELBA专家系统,用于带纵向裂纹管道的安全评定;ESR专家系统,用于高温构件管子、管系及部件等寿命的预测;美国的BMW专家系统用于锅炉管失效分析。

    4.国内压力管道安全评定的发展趋势

    我国压力管道安全评定的研究工作起步较晚,但近年来引起了人们的高度重视。由于我们有较扎实的断裂力学的理论基础,又有国外大量的研究成果可以借鉴,因此,起步水平较高,发展较快,根据我国情况,其发展可从下面几方面深入。

    一是国产化。根据我国的情况来制订研究计划。国外该领域的研究主要集中在核电工业,其材料主要是核管道用材。而我国,核电工业刚刚开始不久,当然我们可以进行这方面的研究作为技术储备。但研究更应该面对石油、化工及民用工程,如城市煤气等中管道的研究,以大大减少这些领域内管道产生灾难性事故的发生率。

    二是工程化。除评定方法更简便、更适合于工程应用外,更值得指出的是,从工程实际出发开展研究,得出更符合工程实际情况的结论。国外研究目前都集中在含裂纹的管道,但从我国管道检测的大量结果看,其中咬边、未焊透、夹渣及气孔等缺陷更为普遍,因此研究含咬边、气孔等缺陷管道的失效行为更符合工程实际。

    三是智能化。随着计算机应用的逐步普及,智能化必然成为管道安全评定的发展方向,我国应当跟上世界发展的潮流,与世界同步。

    安全评定内容

    1.焊接管理制度

    应用满足工程需要的焊接工艺评定压力管道焊接工艺评定一般按JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》的要求进行,焊材的保存、烘干、领用、发放和回收应符合有关规定,焊工应有相应的资格项目,并在有效期内,应根据焊接工艺评定编制焊接工艺规程,管口加工及组对应符合工艺要求,施焊时工艺参数应符合焊接工艺规程,焊接完成后需及时作好焊接记录,焊缝外观应经检验合格。评定中对工艺评定档案是否完整,评定试样的数量及弯曲试验的弯曲角度和弯心直径,试样上有无评定编号标记,评定能否有效覆盖,焊工有无超项焊接,焊材库的温湿度是否达到要求,焊条有无烘干并作好记录等应重点检查。

    2.焊接工艺文件

    对于压力管道的焊接用工艺文件,除了工程施工技术方案外,还应编制专门的焊接作业指导书。压力管道焊接作业指导书应由专业焊接工艺人员编制,由焊接与热处理责任师审批。压力管道焊接作业指导书应根据图样要求和事先按有关施工与验收规范完成的相应焊接工艺评定进行编制,应按整个压力管道工程中遇到的各种焊缝连接形式分别规定相应的坡口要求、焊接位置、焊前预热、焊材选取、层间温度、焊接层数、焊接道数、施焊电流、施焊电压、焊后热处理、焊工资格、检验与无损检测要求以及对其中固定焊、障碍焊的特别工艺措施。

    3.持证焊工

    从事压力管道受压元件焊接的焊工,应按锅炉压力容器焊工考试规则及本单位焊工考试管理制度的要求,经规定的基本知识和操作技能考试合格后,凭市地质量技术监督部门颁发的焊工合格证在有效期内进行相应项目的焊接工作,不允许“超期”或“无证”上岗。压力管道安装单位一般不宜临时借用外聘焊工,特殊情况必要时也应达到上述要求,并与其签订书面合同明确质量责任。

    总而言之,大型压力管道在生产和安装过程中,难免要产生焊接缺陷,焊接缺陷对结构的静载强度、疲劳强度、脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重大的影响。因此,对含有缺陷压力管道进行安全评定就显得尤为重要。

    (作者单位:江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院)   
  


 
 来源: 《中国质量技术监督》2015年2月刊