淺談壓力容器焊接缺陷及原因分析

趙 增

（盛安建設(shè)集團有限公司，山東 淄博255000）

1 控制壓力容器焊縫缺陷的必要性

壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。 貯運容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器，它在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟的各個部門都起著重要作用。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。 世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國家指定的專門機構(gòu)，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗。 在壓力容器制造中，焊接工作量占總工作量的30%以上，因此焊接質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全可靠性有直接影響[1]。 有關(guān)調(diào)查表明，90%事故是從焊縫缺陷處開始的[2]，因此，嚴(yán)格控制壓力容器焊縫缺陷以確保壓力容器的安全使用至關(guān)重要。

2 壓力容器焊縫缺陷產(chǎn)生的原因分析

2.1 氣孔

氣孔是指在焊接時，熔池中的氣體在焊縫金屬凝固前未能及時逸出而形成的空穴。 氣體可能是熔池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。氣孔根據(jù)其所處位置不同可以分為表面氣孔和內(nèi)部氣孔。 產(chǎn)生氣孔的根本原因是焊接過程中，焊接本身產(chǎn)生的氣體或外部氣體進入熔池，在熔池凝固前沒有來得及溢出熔池而殘留在焊縫中。

產(chǎn)生氣孔的主要原因分析如下：

（1）焊接過程中由于防風(fēng)措施不當(dāng)，氣體進入熔池；

（2）電弧過長，氬弧焊時保護氣體保護效果不好；

（3）母材清理不干凈，雜質(zhì)在焊接時產(chǎn)生氣體進入熔池；

（4）熔池溫度低，凝固時間短；

（5）焊接材料沒有經(jīng)過烘培或烘培不符合要求，焊絲清理不干凈，導(dǎo)致在焊接過程中自身產(chǎn)生氣體進入熔池等。

2.2 夾渣

焊接過程中藥皮等雜質(zhì)殘留在焊縫中的夾雜物，產(chǎn)生夾渣的主要原因分析如下：

（1）焊件清理不干凈、多層多道焊層間藥皮清理不干凈、焊接過程中藥皮脫落在熔池中等；

（2）電弧過長、焊接角度不對、焊層過厚、焊接線能量小、焊速快等，導(dǎo)致熔池中熔化的雜質(zhì)未浮出而熔池凝固。

2.3 咬邊

由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作方法不正確，沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷，稱為咬邊。

產(chǎn)生咬邊的主要原因有：操作方法不當(dāng)，焊接規(guī)范選擇不正確，如焊接電流太大、電弧過長、運條方式和角度不當(dāng)、坡口兩側(cè)停留時間太長或太短等。 防止產(chǎn)生咬邊的辦法是：選擇合適的焊接電流和運條手法，隨時注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機軌道要平整。

2.4 未焊透、未熔合

母材金屬未熔化， 焊縫金屬沒有進入接頭根部的現(xiàn)象稱為未焊透。 焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷稱為未熔合。 產(chǎn)生原因有： 焊接規(guī)范不合適，導(dǎo)致電流過小或電弧過長、坡口角度過小、間隙過窄或鈍邊過大；操作方法不當(dāng)，如運條速度過快、焊條角度不當(dāng)、電弧偏吹、焊條擺動幅度不當(dāng)?shù)?；焊條和焊道清理不凈，存有雜物，影響熔合等。

2.5 焊接裂紋

焊接裂紋是一種非常嚴(yán)重的缺陷，按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類，這里主要介紹一下熱裂紋和冷裂紋的主要原因。

焊縫金屬由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發(fā)生在焊縫中心，沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的裂口多數(shù)貫穿表面，呈現(xiàn)氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。

產(chǎn)生熱裂紋的原因是焊接熔池中存有低熔點雜質(zhì)(如FeS 等)。 由于這些雜質(zhì)熔點低，結(jié)晶凝固最晚，凝固后的塑性和強度又極低。 因此，在外界結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點雜質(zhì)在凝固過程中被拉開， 或在凝固后不久被拉開，造成晶間開裂。 焊件及焊條內(nèi)含硫、銅等雜質(zhì)多時，也易產(chǎn)生熱裂紋。

在冷卻過程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線上產(chǎn)生的裂紋稱為冷裂紋。 這類裂紋有可能在焊后立即出現(xiàn)，也有可能在焊后幾小時、幾天甚至更長時間才出現(xiàn)。

冷裂紋產(chǎn)生的主要原因為：

(1)在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)生成了淬硬組織；

(2)焊縫中存在有過量的擴散氫，且具有濃集的條件；

(3)接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。

裂紋影響焊接件的安全使用，是一種非常危險的工藝缺陷，結(jié)構(gòu)的破壞多從裂紋處開始，在焊接過程中要采取一切必要的措施防止出現(xiàn)裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無裂紋，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)徹底清除，然后給予修補。

3 結(jié)語

總而言之，正是由于壓力容器焊接在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟的各個部門都起著重要作用，而且關(guān)系到人們的生命財產(chǎn)安全，因此要嚴(yán)格控制壓力容器焊縫缺陷。

［1］劉洪杰，韓慶元.壓力容器焊縫缺陷的檢測和分析[J].檢查與測量，2011（1）：55-57.

［2］顧鵬展.壓力容器焊接缺陷的產(chǎn)生和防治措施[J].科技信息，2007（36）：377.