关于焊接缺陷等级评定几个问题的讨论

1众所周知，在锅炉、压力容器、压力管道制造和安装过程中，焊接质量非常重要。焊接部位最容易产生焊裂、未熔合、未焊透、咬边、夹杂物和晶界开裂等缺陷，这些缺陷又可能是裂纹源。因此，正确地做好焊接缺陷等级评定工作不仅能保证产品质量，而且能保证产品的安全经济运行。但目前焊接缺陷等级评定情况却不尽人意，存在着这样那样的问题。观念的陈旧，规范的严格，安全与经济的矛盾，不利于无损检测工作的进一步开展。下面就焊接缺陷等级评定的几个问题进行讨论：一、缺陷等级评定中存在的问题1、规范标准不统一焊接检测标准尚未国际化，都是由国家、地区或部门制定，不同的标准在缺陷定量及评定方法上都有差别，如焊缝超声波探伤，有的标准采用长横孔进行灵敏度调节，有的标准则采用短横孔或柱孔进行灵敏度调节，不同的反射体反射当量均各有差异。在定量上，不同标准对同一级别规定的允许缺陷数量亦不相同。造成这种现象，一方面是因为标准的制定没有建立在一个统一的试验和理论分析基础上，另一方面则是因为检测技术上认识不统一造成的检测方法不统一。焊接检测标准的不统一，不便于国际间的交流及产品质量的相互认可。2、标准的人为因素焊接中产生的缺陷对材料的性能会发生很大影响，其影响程度随着缺陷的性质、大小、位置、厚度的不同而不同。有人作了研究，用相同材料制成大小不同的具有相似外形轮廓的一对焊缝试样，每一试样含有成比例尺寸的裂纹，进行断裂韧性计算，结果大尺寸试样产生破坏的应力低于小尺寸试样产生破坏所需要的应力。但现行标准对缺陷等级评定并不能实际地反映这些特点，却带着明显的人为因素。如射线探伤对点状缺陷等级评定，规定不同级别允许缺陷点数随工件壁厚成几何级数变化，显然这不是缺陷大小对产品危害程度的体现，而是工作中记忆方便的数学规律，是人为加上去的。3、缺陷等级评定只注重大小、长度，不注重自身高度和深度现行缺陷评定标准只记录缺陷平面大小、长度，不注重自身高度和深度，缺陷的返修也只依据大小和长度。常规射线探伤要记录缺陷的三维空间尺寸困难，有的超声波探伤对深度也不作要求。实际上缺陷自身高度和深度是影响工件性能的两个重要指标，这两个尺寸是缺陷安全评定的关键尺寸。根据断裂力学理论，埋藏裂纹的等效缺陷尺寸计算公式为2=a（）2公式表明评价裂纹危害程度的等效缺陷尺寸,主要取决于埋藏裂纹的半高a和裂纹形貌系数Ω、Ψ。缺陷深度不同对材料性能的影响也不同。研究表明，当两种裂纹尺寸相同时，表面裂纹试样的断裂强度约为埋藏裂纹的60%。因此，忽视缺陷的高度和深度，不便于对产品的全面评价。另外，也容易放过自身高度尺寸大于规定长度尺寸的缺陷，这实在是极不合理的现象。4、缺陷等级评定与材料的关系大家知道，在进行焊缝检测前我们需要掌握材质、坡口形式、壁厚等原始数据，但目前掌握这些数据的主要目的是帮助我们制定正确的检测工艺，协助我们对缺陷进行分析（特别是定性），我们在了解材质的同时，并没有考虑缺陷对不同材质的不同影响，其实，各种材质抵抗破坏的能力是不同的，在同样应力状态下，相同尺寸的裂纹在有些材质中会开裂、扩展、造成危害；而在另一些材质中则不会开裂，不会扩展，不会造成危害。但是，在焊接检测标准中，对同一类材料不同材质的产品，对缺陷的定级我们采用的是同一种标准。5、缺陷返修的严格性和焊接检测的局部性目前，不论是国内还是国外，几乎所有的规范、标准都允许采用局部检测的方式对产品进行质量把关。日本对管线的探伤有100%和10%两种。我国GB150-1998《钢制压力容器》规定容器探伤分为全部和局部，局部探伤按单条焊缝抽查，其长度应大于该焊缝长度的20%。SH33501-1997《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》规定焊缝按管线等级分为100%探伤和5~40%的抽查探伤。在GB150和容规中还明确规定制造部门对未检测部分的质量仍需负责。尽管这些规范、标准都有相应探伤的规定，事实上，要保证未探伤部位无超标缺陷是很难办到的。焊接缺陷产生的原因是多方面的，有工艺的，有现场条件的，也有人为的。某个部位无缺陷，并不能保证其他部位也无缺陷，特别是管线焊缝，按单个焊口进行抽查，如果现场检测人员抽查时机不对，抽查范围不够，抽查部位不当或其他一些原因，可能造成被探伤部位是质量好的部位，甚至出现未检测部位存在的缺陷比已返修的缺陷更为严重的现象。即使是全部探伤，由于探伤方法本身的局限，也可能漏检某些缺陷。也就是说，“超标”缺陷的存在是不可避免的。但制造质量控制标准对已检出的缺陷处理就不一样，只要超过规定，就必须返修以至割除整道焊缝。这种返修的严格与缺陷漏检可能同时存在于标准的规定中，形成明显反差。3二、原因分析1、受传统思想的影响以前的缺陷等级评定，由于科学发展的局限，都采用置信度和安全裕度较大的评定规范。不论缺陷的位置和被检产品的材质，一律按最严格的要求处理，以确保安全。近年来，尽管人们对缺陷在不同情况下的危害程度有了比较全面的认识，但由于构件本身要求提高了，制造难度加大，使用条件苛刻，人们出于保险起见就难于越过“越严越好”的传统观念。2、焊接检测标准存在着重工艺、轻评定的倾向近年来，无损检测学术研究十分活跃，但人们热衷于提高检测水平、更新设备、完善手段、提高检测灵敏度。对缺陷等级评定的研究却十分冷淡。统计一下近几年来无损检测刊物及各种研讨会的研究论文可以发现，研究缺陷评定的文章还不到1％。焊接检测标准的更新主要是工艺要求的变动，缺陷等级评定却始终如一或变动不大，缺陷等级评定发展的进程落后于工艺发展的进程。3、在焊接检测标准执行中忽视经济效益焊接检测是一种质量控制手段，所以人们更多地注重它的监督职能，考虑安全因素，而忽视经济效益。通过前面的分析可知，焊接缺陷等级评定标准有待进一步修改。三、用断裂力学理论，提高缺陷等级评定的科学化程度缺陷等级评定要科学化，就得有科学的理论作先导，断裂力学肩负了这一重任。断裂力学是将缺陷尺寸、应力水平以及材料抵抗破坏的能力三者联系起来，进行综合研究材料和构件被破坏的一门新学科。近年来，国外把断裂力学的研究成果应用于工程实际，取得了可喜的应用成果。我国也以断裂力学为基础，以“合于使用”为原则，制定了《压力容器缺陷评定》规范，对含“超标”缺陷的在役压力容器进行了综合性评定，在保证安全的前提下，保留含有“超标”缺陷的压力容器的使用，取得了显著的经济效益。〔注：作者对超标缺陷处理撰写论文《关于容器未焊透缺陷及其安全等级评定》在《中国锅炉压力容器安全》杂志1995年第二期上发表〕断裂力学的应用也是基础理论在实际工作中的应用，断裂力学理论为焊接缺陷等级评定指明了光辉的前景。在实际应用中，我们可根据工件的材质、厚度、使用条件、探伤目的以及缺陷状况分门别类，对典型缺陷进行断裂评定计算，积累数据，进行科学分析，总结一般规律，制定接近实际的科学的缺陷等级评定标准。〔注：作者运用断裂力学理论撰写论文《在用压力容器焊接缺陷的检修与评定》在1993年第七届亚太地区无损检测会议上进行了学术交流〕4结束语焊接缺陷等级评定标准是质量控制的关键，评定标准不科学就谈不上质量控制的科学。焊接检测应根据其检验职能既考虑检验的有效性又考虑检验的经济性来确定缺陷等级评定标准。断裂力学理论为焊接缺陷评定注入了新的生机，应加快断裂力学应用的研究，尽快将断裂力学理论应用于规范和标准的制定中，改变焊接缺陷等级评定中的不适当的部分内容。