壓力容器焊縫缺陷的檢測(cè)和分析

田金元

摘要：隨著全球現(xiàn)代化的不斷深化，壓力容器在現(xiàn)代化工業(yè)當(dāng)中的使用越發(fā)廣泛。由于壓力容器的體積和使用條件的影響，焊接技術(shù)是不可缺少的加工工藝之一，同時(shí)也是保持其強(qiáng)度和保證使用壽命的重要手段，同時(shí)壓力容器的焊接質(zhì)量的好壞直接影響著壓力容器的安全性。在焊接過(guò)程當(dāng)中不可避免的會(huì)出現(xiàn)局部缺陷，其中焊接焊縫處如果出現(xiàn)缺陷則對(duì)壓力容器的影響最大。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊縫缺陷；預(yù)防措施

壓力容器是指盛裝氣體或者液體并能在一定壓力下安全工作的密閉設(shè)備，在石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生、國(guó)防安全、科技研究等領(lǐng)域均有廣闊使用，是各工業(yè)行業(yè)均涉及的通用性特種設(shè)備。壓力容器制造過(guò)程中所產(chǎn)生的焊接缺陷主要有：表面缺陷，如咬邊、焊瘤、弧坑等；面積型缺陷，如裂紋、未熔合、未焊透等；體積性缺陷，常見(jiàn)的有氣孔、夾渣類等。在壓力容器的檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)焊縫的檢驗(yàn)是極為重要的環(huán)節(jié)，為此本文將壓力容器檢測(cè)過(guò)程中焊縫的缺陷進(jìn)行概括和分析，并總結(jié)檢驗(yàn)方法。

1.壓力容器中常見(jiàn)焊縫缺陷

焊縫的缺陷有多種，其中最為常見(jiàn)且影響最為嚴(yán)重的有：

1.1氣孔。氣孔是在壓力容器的焊接過(guò)程中產(chǎn)生的，由于金屬熔池中的氣體在凝固之前沒(méi)有完全逸出所以殘余氣體在金屬凝固之后在焊縫處形成了氣孔。

1.2夾渣。夾渣是由于雜質(zhì)或固體殘留物等存在于金屬熔液當(dāng)中，凝固時(shí)殘留在焊縫處而產(chǎn)生的，這是一種能夠降低焊接接頭致密性且能夠降低金屬?gòu)?qiáng)度的缺陷。

1.3焊接裂紋。裂紋是對(duì)壓力容器影響最大的缺陷之一，正常使用的壓力容器當(dāng)中是不允許存在裂紋缺陷的。焊接裂紋中最為常見(jiàn)的是熱裂紋和冷裂紋，其中熱裂紋產(chǎn)生于焊縫處或熱影響區(qū)金屬溫度降到固相線附近的高溫區(qū)，冷裂紋產(chǎn)生于冷卻過(guò)程中或冷卻后焊接接頭的熔合線處。

2.壓力容器焊縫及其附近微裂紋檢測(cè)

在相關(guān)法規(guī)文件中，明確規(guī)定焊縫的檢驗(yàn)需要使用無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目，其中強(qiáng)制要求對(duì)焊縫進(jìn)行超聲檢測(cè)。無(wú)損檢驗(yàn)的主要方法有超聲檢驗(yàn)、磁粉檢驗(yàn)、滲透檢驗(yàn)、渦流檢驗(yàn)和射線檢驗(yàn)等。

正如前一部分概括而言，為保證壓力容器的安全性和正常使用性，對(duì)于其焊接焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。一般根據(jù)檢測(cè)的目的選擇無(wú)損檢測(cè)的使用時(shí)機(jī)。例如，封頭拼接的焊縫檢測(cè)應(yīng)在封頭壓制成型后進(jìn)行，將無(wú)損檢測(cè)作為最終的安全檢測(cè)步驟。再如，對(duì)于高強(qiáng)鋼制造的壓力容器，要檢查焊縫中是否具有延遲裂紋，則無(wú)損檢測(cè)實(shí)施的時(shí)機(jī)就應(yīng)安排在焊接完成24h以后進(jìn)行[1]。由此可見(jiàn)，為了得到準(zhǔn)確和有意義的檢測(cè)數(shù)據(jù)，必須采用綜合測(cè)試的方法，才能使壓力容器內(nèi)部的缺陷在并未擴(kuò)大時(shí)盡早被發(fā)現(xiàn)，以達(dá)到徹底清除處理的目的。

對(duì)于壓力容器焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，應(yīng)該注意使探頭保持一個(gè)合適的傾斜角度，探頭如果過(guò)高會(huì)影響探傷的靈敏度，而過(guò)低則不易發(fā)現(xiàn)裂紋和未熔合缺陷。并且為了檢測(cè)焊縫的死角，探頭可以做鋸齒形運(yùn)動(dòng)。為避免干擾，可以將耦合劑涂在超聲波反射面的焊縫波紋處，目的是提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。焊接接頭熱影響區(qū)與焊縫區(qū)的缺陷類型并不相同，則需要有針對(duì)性的檢測(cè)。

對(duì)于射線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)不了的表面極淺裂紋并不需進(jìn)行補(bǔ)焊處理，只需使用角磨機(jī)打磨消除。而對(duì)于較為深重的裂紋則需要補(bǔ)焊，補(bǔ)焊的手法是在兩端進(jìn)行鉆孔磨削后進(jìn)行焊接，焊接完成后需要進(jìn)行熱處理消除殘余應(yīng)力。

造成壓力容器焊接缺陷的原因有很多，這就要求我們?cè)隍?yàn)收過(guò)程中，依據(jù)壓力容器焊接工藝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)級(jí)，選用一種或多種方法盡可能地發(fā)現(xiàn)缺陷并及時(shí)處理，保證壓力容器安全運(yùn)行。另外，壓力容器并不僅在出廠時(shí)需要進(jìn)行焊縫檢測(cè)，在使用一段時(shí)間之后由于受到載荷和溫度變化的影響，原先不超標(biāo)的缺陷可能產(chǎn)生擴(kuò)展。因此為了安全起見(jiàn)，必須在工作過(guò)程當(dāng)中也制定相應(yīng)的檢測(cè)方案，并且定期進(jìn)行檢測(cè)，以防止出現(xiàn)一些不必要的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。

3.分析過(guò)程和解決方案

初選的典型缺陷波的部位，采用氣切割的方法進(jìn)行取樣，試樣表面的淬硬層采用特定機(jī)械加工方法去除，機(jī)械加工后需要將處理面磨平、拋光。由超聲檢測(cè)定出缺陷位置之后，通過(guò)金相顯微鏡對(duì)經(jīng)過(guò)磨拋處理的缺陷進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)可能存在的雜質(zhì)、尖端，并呈現(xiàn)裂紋形貌。之后通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)缺陷進(jìn)行進(jìn)一步的放大觀察，確定缺陷部位的元素含量，并根據(jù)材料的實(shí)際情況進(jìn)行分析。

對(duì)于平面型缺陷而言，超聲檢測(cè)在不同方向上檢測(cè)到的缺陷回波高度有顯著差異。當(dāng)缺陷分布出現(xiàn)異常時(shí)必須采用其他方法再次進(jìn)行缺陷確認(rèn)以避免漏檢。而通過(guò)電子掃描顯微鏡可知，超聲檢驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)及細(xì)小的裂紋。同時(shí)對(duì)于厚焊縫的超聲檢驗(yàn)，需要使用直探頭進(jìn)行檢測(cè)[2]。

一般而言氣孔的存在是由于母材或填充金屬表面含有雜質(zhì)和銹蝕污染，預(yù)防氣焊接氣孔的主要方法有：選擇合理的焊接電流和適宜的焊接速度；坡口邊緣仔細(xì)清理；焊接材料的使用和保管需要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。而夾渣產(chǎn)生的主要原因是焊縫邊緣在焊接過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的熔渣，預(yù)防措施主要有：選取正確的坡口形式并在焊接前保證坡口清潔；選擇適宜的焊接電流和速度；多層焊時(shí)需要查看坡口兩側(cè)的熔化情況，清理掉每層的焊渣。對(duì)于裂紋的處理主要是打磨和補(bǔ)焊。

4.總結(jié)

壓力容器焊縫的缺陷的形成主要是在焊接過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)，因此需要在生產(chǎn)過(guò)程黨政工嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，而對(duì)于壓力容器焊縫中所存在的缺陷的處理應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)，理論聯(lián)系實(shí)際。并且由于壓力容器的使用條件和環(huán)境的原因，壓力容器應(yīng)當(dāng)在使用一定時(shí)間后進(jìn)行安全檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并修補(bǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭志忠.有關(guān)壓力容器的焊縫檢測(cè)問(wèn)題分析[J].大科技，2011，8（1）：6.

[2]劉洪杰.壓力容器焊縫缺陷的檢測(cè)和分析[J].檢查與測(cè)量，2011，1：57.