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基? 础? 知 识一、焊接管道受力及质量因素 管道作为物料输送的一种特种设备，在石油化工生产装置中管道的安装工作量约占整个工作量的1/2，占据着很重要的位置；管道在远距离输送和电站、锅炉、船舶等动力装置方面也是至关重要的。改革开放以来，随着钢结构工程的迅速发展，管道普遍用于建筑工程中，作为梁、柱、桁架、网架、塔架等承重构件，管道还作为支架，满足管道承重、限位、防振。管道几乎遍及国民经济建设的各行各业。下面介绍一些焊接管道受力及质量因素的基础知识。 1．焊接管道接头类别和受力基本概念 锅炉及压力容器的结构形式各种各样，有塔、换热器、储罐、管道和锅炉筒体等。大多数是各种圆锥形封头、接管和管接头等组成。也就是这些受压部件最基本的形状是圆柱体，其焊接接缝分成A、B、C、D四类，锅炉及压力容器焊接接头形式分类示意见图1。 ① A类接头 是筒体纵缝的对接接头。为什么把纵缝列为A类接头呢？因为其所受的工件应力比B类接头高一倍，也就是说筒体纵缝应力是环绕应力的一倍。 在压力容器爆破试验中，裂口一般均在纵缝上。有时听到媒体报道某水管爆裂、某油管爆裂，问题多半发生在纵缝。 ② B类接头 如筒体环缝等。A类接头和B类接头都是锅炉、压力容器、压力管道中的重要焊道。 ③ C类接头 为角接头。如法兰与管道，管子与管板等角焊缝。对于高压容器焊缝要求全焊透。作为管道按图纸设计要求而定。 ④ D类接头 主管道与支管、与人孔管接的相贯焊缝，处于应力集中部位，弹性应力集中系数大致在1.5～2.5范围内，焊缝在较高应力状态下工作。同时，焊接时刚性拘束较大，容易产生缺陷。因此D类接头是锅炉、压力容器、压力管道中的重要焊缝。 2．影响管道焊接的质量因素 由国内外发生的管道破坏事故的分析结果可知，其破坏形式为脆性破裂（即破裂前一般没有明显的塑性变形），破裂通常由低周疲劳、应力腐蚀和蠕变等原因所引起。这些破坏事故与结构设计、焊接质量、探伤技术和操作有很大关系。 一般来说，多数结构的破断，往往集中于应力、局部应力和拉伸残余应力较高的焊接接头区的缺陷外，其原因如下。 ① 焊接缺陷，特别是未焊透。例如某圆柱形管道钢梁，现场装焊时人无法进去双面焊，只得在管子内衬垫板单面焊。以下三种情况均无法全焊透：不开坡口，手工电弧焊缝无法达到要求；虽然开了坡口，但不到位，角度太小、太浅，无法熔透；坡口符合要求，但根部间隙太小，无法熔透。表面质量很好，实际上50%深度是虚焊。 ② 责任性不强，素质不高。工厂内有这么一条规章制度，也是一条工艺纪律。即施工前对上道工序实行检验，若不合格，必须返修且合格后才能进行下道工序。如果发现坡口间隙不合格，不能擅自焊接。若这样做，可以避免事故。 ③ 虽然最终焊接接头质量可以用射线探伤，把住质量关，探伤仪是科学的、不会作假，可是探伤的部位是人选的，值得指出的是，往往因疏忽大意，探伤时的误探和漏探是十分有害的，误探导致不必要的返修，影响焊接接头的性能；漏检则意味着可能使超标缺陷留存于焊接接头中，成为导致结构破坏的潜在危险因素。产品质量检验队伍中，有一大批忠于职守、认真负责、大公无私的优秀人员，在焊缝的重要部位划出要探测检查的标记，严格把关。但也有个别的人事先摸透了检测人员的意图，知道某部位要探测，该部位焊接特别好，一次拍片合格率很高。可是，其他未探测部位是否有隐患呢？所以，除了对探伤设备及灵敏度和可靠性重视外，还必须加强对检验探伤人员培训，以便从探伤把关，控制和确保压力管道的制造质量。 ④ 把握住主体和附件的质量关系。压力容器（含压力管道）的焊缝固然重要，可是附件的焊缝也不能疏忽，有时往往从附件引发到主体的损坏。有批液氮钢瓶，主焊缝焊得很好，全部达到要求。业主提出为了平时滚动方便，要在筒体上焊两道扁钢，以便套上橡胶圈。扁钢是附件，可是由于扁铁箍的接头没有焊牢，仅焊了一些点焊。在日常滚动运行时（由于充气时筒体膨胀，无负载时筒体收缩），该扁钢的裂缝引发到筒体上出现裂缝。联想到有些内部衬垫板的筒体，垫板接头没焊牢，也出现类似问题。可见附件的缝缺陷会引发到主体上去，这是必须引起注意的。缺陷的存在、性能的下降、应力水平的提高是焊接接头区成为结构中薄弱环节的三大要素。因此从一条焊缝接头的质量反映了压力容器、压力管道的制造质量，并直接影响到结构的使用安全性。影响管道焊接质量的因素很多，将在以后有关章节介绍。 二、钢材金相组织 钢材性能取决于化学成分和钢材组织。焊缝同样如此，焊缝质量可以外观检查，用射线无损探测，可用试样进行力学性能试验。但是要了解其内部组织，只有经过取样、打磨、抛光、腐蚀显示之后，在金相显微镜下观察到金相组织。 为什么要观察焊缝金相组织？若要获得优良的焊缝，首先要遵守工艺，严格控制焊接参数，控制输入的热量（俗称线能量）。线能量太高会使焊