壓力容器焊接常見缺陷及防治措施探討

摘要：隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，壓力容器日益成為石油化工工業(yè)、能源工業(yè)和物料貯運(yùn)等的重要設(shè)備，控制壓力容器的焊接缺陷具有重要意義。文章對(duì)壓力容器在焊接中常見的質(zhì)量缺陷進(jìn)行了介紹，對(duì)產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器；常見缺陷；防治措施；焊接缺陷；石油化工工業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH49 文章編號(hào)：1009-2374（2016）22-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.038

隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，壓力容器已在石油化工工業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中得到廣泛運(yùn)用。壓力容器的焊接質(zhì)量與壓力容器的強(qiáng)度、致密性、使用壽命密切相關(guān)。同時(shí)，在壓力容器焊接中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，這些缺陷對(duì)焊接容器的穩(wěn)定性以及工作均會(huì)造成巨大的影響。因此，研究和探討壓力容器焊接常見缺陷及防治措施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將對(duì)此展開詳細(xì)探討。

1 控制壓力容器焊接缺陷的重要意義

壓力容器是指盛裝液體或者氣體并承載一定壓力的密閉設(shè)備。壓力容器包括貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器等。壓力容器主要用于石油化工工業(yè)、能源工業(yè)、物料貯運(yùn)、科研、醫(yī)療等國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中。壓力容器的制造的總工作量的30%以上與焊接工作有關(guān)。同時(shí)研究表明壓力容器90%的事故與焊接缺陷相關(guān)。因此，控制焊接質(zhì)量是壓力容器致密性和強(qiáng)度的保證，有助于壓力容器正常、安全工作并提高使用壽命，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 壓力容器常見焊接缺陷及產(chǎn)生原因

根據(jù)缺陷分布的位置不同，壓力容器的焊接缺陷可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷，其中外部缺陷通常可以通過肉眼發(fā)現(xiàn)。常見的焊接外部缺陷有弧坑、焊瘤、焊縫形狀和尺寸不合要求、表面飛濺、咬邊等。內(nèi)部缺陷包括裂紋、夾渣、氣孔、未焊透、未熔合等，其中裂紋是影響壓力容器最致命的缺陷，是必須檢測(cè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。

2.1 咬邊

咬邊是指焊縫邊緣的凹陷。咬邊通常是由于焊接工藝參數(shù)選擇不正確或者操作不當(dāng)引起。產(chǎn)生咬邊的主要原因有：操作方法不當(dāng)，焊接規(guī)范選擇不對(duì)，比如電弧過長(zhǎng)、運(yùn)條方式和角度不當(dāng)、電流過大、坡口兩側(cè)的停留時(shí)間不合適等。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，焊絲偏移中心的距離太大會(huì)導(dǎo)致熔池停留時(shí)間增加而產(chǎn)生咬邊，同時(shí)焊速過快會(huì)導(dǎo)致收弧后不能填滿弧坑。

2.2 氣孔

氣孔主要是指熔池當(dāng)中的氣泡在出現(xiàn)凝固之前沒有及時(shí)散發(fā)出去，而是在焊接的縫隙處殘留，最后形成的空穴。氣孔的產(chǎn)生會(huì)使焊縫金屬的致密性受到影響。氣孔產(chǎn)生的根本原因是外界氣體或者焊接過程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)入熔池，在熔池凝固前沒及時(shí)逸出而造成的。導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的原因有：坡口邊緣不干凈，有銹跡等；焊條或者焊劑未按照操作規(guī)定烘焙；氣泡無法通過熔渣；焊接速度太快；焊接電壓過高；焊接的環(huán)境比較潮濕等。

2.3 夾渣

夾渣的形成主要是因?yàn)樵诤缚p處殘留了一些熔渣。夾渣的存在具有較大危害，會(huì)極大地降低焊縫的強(qiáng)度和致密性。夾渣產(chǎn)生的主要原因有：焊縫的邊緣有氧割或碳弧氣泡殘留的熔渣；焊接時(shí)速度太快；焊接時(shí)坡口角度選擇不合理；焊接時(shí)電流不夠。此外，在選用堿性焊條時(shí)，也可能會(huì)因?yàn)闃O性不正常或者電弧過長(zhǎng)而出現(xiàn)夾渣的缺陷。

2.4 未焊透、未熔合

未熔透、未熔合都是比較嚴(yán)重的焊接缺陷，會(huì)使焊縫的強(qiáng)度降低，甚至?xí)?dǎo)致裂紋產(chǎn)生，從而發(fā)生事故。其中，在焊接時(shí)，當(dāng)接頭根部未完全熔透便會(huì)出現(xiàn)未焊透的現(xiàn)象，而當(dāng)焊縫與焊件之間或者焊件與焊縫金屬之間有一些部位沒有溶透時(shí)便會(huì)出現(xiàn)未熔合的現(xiàn)象。通常造成這些問題出現(xiàn)的原因是電弧過長(zhǎng)、焊條的直徑太大、電流過小、坡口表面被氧化和有油污、焊件裝配間隙或者坡口角度過小、封底焊清潔不徹底等。

2.5 焊瘤

在焊接過程中，金屬溢流到加熱不足的母材或前道焊縫上，金屬凝固時(shí)，在自身重力作用下金屬形成的微小疙瘩就是焊瘤。焊瘤不能和母材或者前道焊縫熔合。如果焊瘤位于內(nèi)部，會(huì)降低強(qiáng)度、減少有效截面積，影響美觀。焊瘤產(chǎn)生的主要原因是運(yùn)條不均而造成熔池溫度過高，液態(tài)金屬凝固后緩慢下墜而在焊縫表面形成焊瘤。立、仰焊時(shí)，焊接電流過大、電弧過長(zhǎng)也可能出現(xiàn)焊瘤。

2.6 裂紋

裂紋是指在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用使得金屬材料的原子結(jié)構(gòu)被破壞而形成新的界面，從而產(chǎn)生縫隙。壓力容器的焊接裂紋是一種危害性極強(qiáng)的缺陷。壓力容器結(jié)構(gòu)的破壞大多從裂紋處開始。裂紋分為熱裂紋和冷裂紋。

焊縫金屬?gòu)囊簯B(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的裂紋稱熱裂紋。熱裂紋多出現(xiàn)在焊縫。熱裂紋的特點(diǎn)是焊接后立即可見，且多位于焊縫中心位置。熱裂紋產(chǎn)生的原因是焊接熔池中有低熔點(diǎn)雜質(zhì)如FeS等。一般而言，這類雜質(zhì)多是凝固時(shí)間長(zhǎng)、熔點(diǎn)低、凝固后強(qiáng)度低。因此，當(dāng)受到外界作用到其表面的拘束應(yīng)力足夠大時(shí)，且焊接金屬凝固時(shí)產(chǎn)生的收縮力，很容易會(huì)出現(xiàn)拉開或者在凝固后不久被拉開而形成裂紋。

而冷裂紋的形成則是在焊接金屬冷卻的過程中，又或者是冷卻之后，焊縫交接與母材的熔合線外產(chǎn)生的裂紋，也可能是在母材的熔合線處產(chǎn)生的裂紋。其發(fā)生的位置大多集中在應(yīng)力較為集中的位置，例如咬邊、焊根處。冷裂紋發(fā)生的溫度一般是在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的范圍內(nèi)。冷裂紋的危害極大，一般在焊接后幾小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間后出現(xiàn)。造成冷裂紋出現(xiàn)的原因主要有三點(diǎn)：（1）接頭處受到較大的拘束應(yīng)力的作用；（2）由于受到焊接熱循環(huán)的作用，在熱影響的區(qū)域內(nèi)形成了淬硬組織；（3）一些過量的擴(kuò)散氫積聚在焊縫處，并發(fā)生了不斷濃集的現(xiàn)象。

焊縫金屬在冷卻過程中或者冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線處產(chǎn)生的裂紋稱為冷裂紋。冷裂紋形成的溫度通常在范圍內(nèi)。冷裂紋多發(fā)生在焊根、咬邊等應(yīng)力集中的位置。冷裂紋既可能在焊接后立即出現(xiàn)，也可能在焊接后幾小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)。冷裂紋對(duì)壓力容器的危害程度比熱裂紋的更大。冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是：（1）在焊接熱循環(huán)作用下，熱影響區(qū)內(nèi)生成了；（2）焊縫中有過量的擴(kuò)散氫且存在濃集的條件；（3）接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。

裂紋一旦產(chǎn)生，必須徹底清除，然后修補(bǔ)，否則裂紋會(huì)影響壓力容器的安全使用。

3 壓力容器焊接缺陷的預(yù)防措施

壓力容器的焊接缺陷會(huì)導(dǎo)致壓力容器的強(qiáng)度、致密性等受到影響，使得使用壽命縮短，會(huì)對(duì)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全造成不良影響。

通過對(duì)焊接缺陷的原因進(jìn)行分析，可以有針對(duì)性地進(jìn)行解決和預(yù)防，有效提高壓力容器的質(zhì)量和安全水平。企業(yè)可以從以下方面來減少焊接缺陷的產(chǎn)生：

3.1 提高焊工技能

一些焊接缺陷是由于焊接人員的勞動(dòng)技能不嫻熟或操作不規(guī)范造成的，因此需要提高焊工的勞動(dòng)素質(zhì)。（1）需要聘用獲得國(guó)家承認(rèn)的上崗證的焊工；（2）針對(duì)各自企業(yè)的實(shí)際情況來培訓(xùn)焊接人員，直至培訓(xùn)考核合格后才能上崗；（3）持續(xù)地對(duì)焊接人員的勞動(dòng)素質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果較差或者不穩(wěn)定的加強(qiáng)培訓(xùn)。

3.2 焊接工藝選定及焊接規(guī)范制定

焊接工藝是控制壓力容器焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在焊接前，企業(yè)應(yīng)當(dāng)綜合評(píng)估焊接工藝，根據(jù)自身實(shí)際情況，對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，不建議直接照搬其他企業(yè)的焊接工藝。

在選定好合適的焊接工藝后，必須依據(jù)相應(yīng)的焊接工藝制定詳細(xì)的焊接規(guī)范，以便于焊接人員操作。焊接規(guī)范應(yīng)當(dāng)根據(jù)壓力容器的設(shè)計(jì)要求、焊接工藝來制定。焊接人員必須嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行焊接，對(duì)焊接的每一道工序負(fù)責(zé)。

3.3 正確選取、保存焊接材料

焊接材料必須選擇有質(zhì)量保障的廠家。同時(shí)焊接材料的各個(gè)方面質(zhì)量必須符合國(guó)家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。焊條的化學(xué)成分與焊體成分需符合要求。焊材庫(kù)人員需遵循《焊條質(zhì)量管理規(guī)程》（JB3223-83）進(jìn)行管理，保證焊材滿足使用要求。

3.4 焊接過程控制

焊接前應(yīng)當(dāng)確定焊縫的組隊(duì)間隙、鈍邊的大小、坡口的清潔等符合要求。在焊接中，注意：（1）盡量不選擇十字焊縫；（2）不允許強(qiáng)力組裝；（3）需焊接臨時(shí)吊耳和拉筋的墊板，需將墊板割除后的焊瘤打磨光滑。焊接后，進(jìn)行無損檢測(cè)，包括外觀檢測(cè)、無損探傷、耐壓測(cè)試及致密性試驗(yàn)。

4 結(jié)語

壓力容器的質(zhì)量與焊接質(zhì)量密切相關(guān)。企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身的實(shí)際情況，找出對(duì)焊接的不利因素，對(duì)勞動(dòng)者加強(qiáng)培訓(xùn)，對(duì)焊接材料、焊接工藝和規(guī)范、焊接過程控制等方面進(jìn)行質(zhì)量控制，可有效保證壓力容器的焊接質(zhì)量。壓力容器焊接缺陷的防治既要注重從預(yù)防和控制兩個(gè)方面入手，也要從工藝的升級(jí)以及各項(xiàng)管理制度、工藝規(guī)范的執(zhí)行方面入手。只有把握好各個(gè)環(huán)節(jié)，才能保證壓力容器的焊接質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：蘭嵐（1973-），女，湖南湘陰人，中南工業(yè)學(xué)校一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)師，研究方向：焊接技術(shù)應(yīng)用教學(xué)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）