壓力容器的焊接質(zhì)量控制

王元平

摘 要：壓力容器在許多領(lǐng)域之中都有著廣泛的應(yīng)用，而在壓力容器進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，往往離不開焊接作業(yè)，焊接的質(zhì)量對(duì)于壓力容器的質(zhì)量有著非常重要的影響，所以必須要注重對(duì)于焊接質(zhì)量的控制。因此，本文首先就壓力容器焊接質(zhì)量控制的意義進(jìn)行了探討，然后分析了壓力容器焊接過程中常見的質(zhì)量問題，同時(shí)對(duì)于壓力容器焊接質(zhì)量影響因素進(jìn)行了總結(jié)，最后提出了壓力容器焊接質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器 焊接作業(yè) 焊接質(zhì)量

中圖分類號(hào)：P6；TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0030-03

壓力容器屬于國家的特種設(shè)備，其通常需要在高壓、高溫、腐蝕的條件下進(jìn)行工作，因此，壓力容器焊接質(zhì)量的高低將會(huì)直接決定壓力容器的整體質(zhì)量，并決定其使用壽命。壓力容器產(chǎn)生的事故往往是一些惡性爆燃事故，會(huì)給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的損失，為了減少不必要的損失和杜絕壓力容器事故，需要構(gòu)建一套系統(tǒng)、完善的壓力容器質(zhì)量控制體系尤為關(guān)鍵。本文將會(huì)對(duì)壓力容器中常見的焊接質(zhì)量及影響因素進(jìn)行分析，然后在此基礎(chǔ)上制定有效的控制措施，從而更好地提高壓力容器的焊接質(zhì)量，保障壓力容器的安全可靠性。

1 壓力容器焊接質(zhì)量控制的意義

壓力容器是否可以正常使用主要取決于焊接質(zhì)量的高低，而壓力容器焊接質(zhì)量控制涉及到壓力容器生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。如果壓力容器生產(chǎn)過程中的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)督、檢驗(yàn)及每位參與者都能嚴(yán)格按照國家的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)其進(jìn)行生產(chǎn)，并嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量控制措施，將會(huì)有效提高壓力容器的焊接質(zhì)量。通過對(duì)壓力容器焊接質(zhì)量中所存在的各種缺陷進(jìn)行分析，可以更加清晰地意識(shí)到對(duì)焊接各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制的重要性。在壓力容器焊接過程中，最好對(duì)各種各樣的焊接缺陷進(jìn)行分析，并從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還需要對(duì)壓力容器的母材、焊接材料、焊接工藝、焊接管理、焊接檢驗(yàn)等工作給予高度重視，只有這樣才能更好地確保壓力容器焊接質(zhì)量，有效提高壓力容器的安全性、可靠性。

2 壓力容器常見焊接質(zhì)量問題

2.1 焊縫內(nèi)缺陷

2.1.1 氣孔

氣孔一般是在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，在凝固時(shí)熔池中的氣泡未能及時(shí)逸出，而出現(xiàn)空穴現(xiàn)象，如圖1所示。研究發(fā)現(xiàn)，誘發(fā)氣孔的因素包括坡口邊緣有油污、水分和銹跡；焊劑或焊條未嚴(yán)格按照要求進(jìn)行烘焙，焊芯銹蝕或藥皮剝落等。同時(shí)熔渣粘度較大時(shí)也會(huì)導(dǎo)致氣泡無法順利通過熔渣，從而在焊縫金屬表面富集；焊接速度過快，或電弧過長。預(yù)防氣孔的措施是：焊接區(qū)域清理干凈，焊接材料按工藝要求進(jìn)行烘培，對(duì)熔池保護(hù)良好，控制鐵水與熔渣分離，提高焊工操作技能；工件接地合理，并對(duì)電弧偏吹進(jìn)行有效的控制；加強(qiáng)焊接過程的層道清理。

2.1.2 夾渣

夾渣主要是指焊接完成后熔渣殘存在焊縫中。夾渣有非金屬夾渣和金屬夾渣兩大類，其形狀與分布有密集夾渣、條狀、鏈狀、點(diǎn)狀等，其中焊縫內(nèi)部深埋的條狀、點(diǎn)狀?yuàn)A渣是最常見的一種焊接缺陷?？刂茒A渣的有效措施有：坡口要采用利于熔渣溢出的形狀，一般采用V型、U型或雙V型，坡口鈍邊厚度及坡口角度合理，焊接電流適中，運(yùn)條方法得當(dāng)，多層多道焊接清根干凈。

2.1.3 未焊透和未熔合

在對(duì)壓力容器進(jìn)行焊接時(shí)，如果接頭根部未完全熔透則稱之為未焊透。而在焊件與焊縫層間或焊縫金屬出現(xiàn)局部未熔透現(xiàn)象，則稱之為未熔合。未焊透或未熔合是壓力容器焊接過程中比較常見的一種缺陷，會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)不同程度的突變或間斷，從而大大降低了焊縫的強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)誘發(fā)裂紋。因此，在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，嚴(yán)禁出現(xiàn)未焊透、未熔合缺陷的發(fā)生。實(shí)際上，未焊透和未熔合通常是因?yàn)楹讣驴诮嵌然蜓b配間隙太小、焊條直徑太大、鈍邊太厚、速度太快、電流過小及電弧過長等引發(fā)，其多出現(xiàn)與焊縫坡口的中部。

2.2 焊縫表面缺陷

2.2.1 裂紋

在壓力容器中，焊接裂紋相對(duì)比較嚴(yán)重的焊接缺陷。實(shí)際上，容器的破壞最初是從裂紋處開始的，因此，在進(jìn)行壓力容器焊接過程中要采取有效措施來避免裂紋的出現(xiàn)，而且焊接完成之后還需要采取有效方法進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)裂紋要給予針對(duì)性的補(bǔ)救。焊接裂紋有焊道下裂紋、焊根裂紋、焊趾裂紋等三大類，如圖2所示。誘發(fā)焊接裂紋的主要因素包括：（1）在焊接熱循環(huán)的影響下，會(huì)在熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織。（2）焊縫過程中，出現(xiàn)大量擴(kuò)散氫，而且出現(xiàn)了不同程度的濃集現(xiàn)象。（3）接頭需要承受比較大的拘束應(yīng)力。

2.2.2 焊瘤

在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，還會(huì)出現(xiàn)焊瘤等表面缺陷，造成該種缺陷的主要因素包括：（1）運(yùn)條不均勻，從而導(dǎo)致溶池溫度過高，引發(fā)液態(tài)金屬出現(xiàn)凝固緩慢下墜現(xiàn)象。（2）平焊階段熔池溫度過高而導(dǎo)致操作無法進(jìn)行，在收弧處未填滿弧坑。（3）立仰焊接過程中，選擇了過大的焊接弧長和電流。（4）焊接薄板或焊接突然中斷時(shí)電流過大。

2.3 宏觀及幾何缺陷

2.3.1 角變形和錯(cuò)邊

在壓力容器焊接時(shí)，錯(cuò)邊主要是指在厚度方向上兩個(gè)工件出現(xiàn)了錯(cuò)開現(xiàn)象。實(shí)際上，角變形和錯(cuò)邊屬于幾何缺陷，其多發(fā)生于組裝階段，一般會(huì)出現(xiàn)幾何應(yīng)力集中現(xiàn)象，有的時(shí)候還會(huì)影響壓力容器的安全使用。

2.3.2 焊縫咬邊

在焊縫邊緣所遺留的凹陷，被稱之為咬邊，一般是因?yàn)楹附与娏鬟^大、電弧拉得過長、運(yùn)條速度快或焊條角度不當(dāng)?shù)纫l(fā)。埋弧焊的焊機(jī)軌道不平或焊接速度過快等也會(huì)導(dǎo)致焊件被不同程度的融化，同時(shí)填充金屬又不能對(duì)其進(jìn)行有效的填充從而出現(xiàn)咬邊。通常情況下，咬邊會(huì)使母材接頭的工作截面變小，此時(shí)就會(huì)在咬邊處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。對(duì)于不銹鋼壓力容器一般要求其焊縫元件不出現(xiàn)咬邊缺陷。在壓力容器焊接過程中，避免咬邊缺陷的措施有：合理選擇運(yùn)條手法和焊接電流，并對(duì)電弧長度和焊條角度給予控制；選擇合適的埋弧焊工藝參數(shù)，尤其要對(duì)其焊接速度進(jìn)行有效的控制，確保焊機(jī)軌道平整。endprint

3 壓力容器焊接質(zhì)量影響因素

3.1 操作人員技能因素

在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，對(duì)操作人員提出了較高的要求，并且操作人員的理論知識(shí)、個(gè)人技能和工作態(tài)度都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生決定性的影響。對(duì)于自動(dòng)化程度比較高的焊接工藝，同樣需要人為對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。因此，操作人員操作時(shí)粗心大意、質(zhì)量意識(shí)差、操作技能低、不遵守焊接工藝規(guī)程、操作技術(shù)不熟練等都會(huì)對(duì)壓力容器焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。

3.2 材質(zhì)與焊材的選擇因素

在壓力容器焊接階段所采用的焊材材質(zhì)種類比較多，如焊絲、焊劑、焊條、保護(hù)氣體等，是確保焊接產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，如果未對(duì)材質(zhì)與焊材的選擇給予科學(xué)、合理的控制，將會(huì)對(duì)壓力容器焊接質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。因此，為了有效提高壓力容器焊接質(zhì)量，就需要做好焊接材質(zhì)與焊材的選擇工作，具體從以下幾個(gè)方面來對(duì)接材質(zhì)與焊材選擇的影響因素進(jìn)行控制：（1）加強(qiáng)原材料進(jìn)廠的檢查和驗(yàn)收工作。（2）構(gòu)建材料標(biāo)記移植制度，從而確保材料存在可追溯性。（3）完善材料管理制度。（4）盡可能選擇產(chǎn)品質(zhì)量較好、信譽(yù)比較高的廠商來進(jìn)行加工和供貨。

3.3 焊接設(shè)備質(zhì)量的影響

各焊接設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、性能等都會(huì)對(duì)壓力容器焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。同時(shí)，設(shè)備結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，自動(dòng)化、機(jī)械化程度越高，就會(huì)在一定程度上提高壓力容器焊接質(zhì)量對(duì)設(shè)備的依賴性。對(duì)于重要的焊接產(chǎn)品，要構(gòu)建包括焊接設(shè)備在內(nèi)的檢驗(yàn)制度，最好做到以下幾點(diǎn)：（1）定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)和檢修。（2）完善設(shè)備使用狀況的技術(shù)檔案。（3）對(duì)設(shè)備上的電壓表、電流表、氣體流量計(jì)等儀表進(jìn)行定期檢查。（4）完善設(shè)備使用人員責(zé)任制及設(shè)備管理制度。

3.4 焊接工藝的影響

壓力容器的焊接質(zhì)量對(duì)焊接工藝提出了較高要求，已經(jīng)成為影響壓力容器焊接質(zhì)量的主要因素。實(shí)際上，焊接工藝對(duì)壓力容器焊接質(zhì)量的影響包括：（1）執(zhí)行工藝的嚴(yán)格性。（2）工藝制定的合理性。因此，需要制定一套科學(xué)、合理的焊接工藝，以確保壓力容器焊接質(zhì)量控制的效果，主要從以下幾個(gè)方面著手：（1）根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行壓力容器焊接工藝的評(píng)定。（2）加強(qiáng)施焊現(xiàn)場(chǎng)管理和檢查工作。（3）委派經(jīng)驗(yàn)豐富的焊接人員來編制焊接工藝文件。（4）按照要求來設(shè)計(jì)和制作焊接工藝紀(jì)律檢查試板和焊接產(chǎn)品試板，從而對(duì)工藝方法的合理性、正確性進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.5 焊后熱處理的因素

焊后熱處理效果好壞將直接決定壓力容器焊接質(zhì)量，通常是指壓力容器焊接完成之后對(duì)焊接工件或焊接區(qū)域進(jìn)行熱處理，可以局部或完全消除焊接殘余應(yīng)力，以更好地改善焊接區(qū)的性能。壓力容器熱處理類型包括正火、回火、退火、固溶、析出熱處理、低溫消除應(yīng)力等。

3.6 焊接檢驗(yàn)因素

在壓力容器焊接過程中，缺陷是在所難免的問題，要想對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，就需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的焊接進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和控制，尤其是原材料檢驗(yàn)、設(shè)備的整體質(zhì)量檢驗(yàn)和各工序的質(zhì)量檢驗(yàn)，這些因素都會(huì)對(duì)壓力容器焊接質(zhì)量產(chǎn)生或大或小的影響，要給予高度重視。

4 壓力容器焊接質(zhì)量控制措施

4.1 加強(qiáng)對(duì)于操作人員的培訓(xùn)

操作人員對(duì)于壓力容器焊接質(zhì)量所起到的作用是不容忽視的，同時(shí)工作人員的工作技能、專業(yè)水平和工作態(tài)度都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，要加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)工作，具體做到以下幾點(diǎn)：（1）提高操作人員的專業(yè)技能。在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，操作人員需要端正自己的工作態(tài)度，充分意識(shí)到專業(yè)技能的重要性，并不斷加大對(duì)操作人員專業(yè)知識(shí)和技能的培訓(xùn)工作，以便更好地提高他們的專業(yè)技能水平。（2）保持正確的工作態(tài)度。明確操作人員的基本任務(wù)和職責(zé)，逐漸培養(yǎng)他們的責(zé)任心，使他們對(duì)壓力容器焊接工作比較感興趣，從而對(duì)工作一心一意，并負(fù)責(zé)到底。（3）對(duì)操作人員進(jìn)行嚴(yán)格考核。要求所有操作人員必須持證上崗，讓專業(yè)水平和操作技能比較高的人員來擔(dān)任壓力容器焊接工作，以確保焊接的整體質(zhì)量。同時(shí)還需要定期對(duì)操作人員進(jìn)行考核，只有考核符合要求的操作人員才允許開展工作。

4.2 加強(qiáng)對(duì)焊接環(huán)境的管理

焊接環(huán)境管理不僅包括施焊環(huán)境，而且還涉及到與焊接有關(guān)的所有環(huán)境條件。我國GB150-1998《鋼制壓力容器》對(duì)壓力容器焊接的環(huán)境給予了明確規(guī)定，下述任何一項(xiàng)出現(xiàn)并且缺乏有效的應(yīng)對(duì)措施都是不允許進(jìn)行焊接施工的：（1）雨雪天氣。（2）環(huán)境溫度低于零下5℃。（3）氣體保護(hù)焊時(shí)風(fēng)速大于2m/s，手工焊時(shí)風(fēng)速大于8m/s。（4）相對(duì)濕度超過了90%。通常情況下，焊接環(huán)境的相對(duì)濕度和溫度一般是在距離壓力容器表面500～1000mm的位置對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。

4.3 加強(qiáng)焊接全過程的質(zhì)量管理

在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，要加強(qiáng)焊接全過程的質(zhì)量管理工作，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力容器焊接質(zhì)量的有效控制。（1）焊接前質(zhì)量管理。在進(jìn)行壓力容器焊接之前，需要加強(qiáng)對(duì)焊接工具的選用、焊工技術(shù)的選擇、焊接環(huán)境的優(yōu)化、焊工的技能水平和焊接技術(shù)流程的規(guī)范等方面的管理工作，從而為提高壓力容器焊接質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。（2）焊接中質(zhì)量管理。在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，需要對(duì)圖樣規(guī)定的執(zhí)行、焊縫、產(chǎn)品焊接試板等進(jìn)行全方位的檢查，以便更好地了解和掌握壓力容器焊接的基本情況。一旦發(fā)現(xiàn)壓力容器焊接出現(xiàn)質(zhì)量問題，要及時(shí)采取有效措施給予解決，避免問題的擴(kuò)大化。（3）焊接后質(zhì)量管理。壓力容器焊接完成之后，需要在規(guī)定時(shí)間期限內(nèi)對(duì)焊接質(zhì)量借助無損檢驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)兩種方法來進(jìn)行檢查，以確保壓力容器焊接的整體質(zhì)量。

4.4 完善焊接工藝

在壓力容器焊接過程中，焊接工藝是焊接質(zhì)量控制過程中比較重要的組成內(nèi)容，其主要包括焊接操作、焊接材料的使用、焊接接頭的形式、焊接母材的型號(hào)、焊接質(zhì)量驗(yàn)收等。在壓力容器焊接之前，要根據(jù)實(shí)際情況來選擇焊接工藝的各項(xiàng)參數(shù)，在焊接材料選擇過程中要對(duì)焊縫的坡度、焊縫的形狀等因素給予全面考慮，并委派經(jīng)驗(yàn)豐富、焊接技術(shù)過硬的人員來擔(dān)任焊接任務(wù)。同時(shí)要求焊接人員嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和流程來開展壓力容器焊接工作，從而確保焊接參數(shù)的精確性。對(duì)焊接過程中出現(xiàn)的問題要及時(shí)采取有效措施給予解決，以確保壓力容器焊接質(zhì)量控制的效果和質(zhì)量。

4.5 加強(qiáng)焊接設(shè)備的管理及維護(hù)

在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，所需要的焊接設(shè)備有焊條烘干箱、焊機(jī)、加熱器、溫度測(cè)量儀、保溫桶及鉗形電流表等。要想提高壓力容器焊接質(zhì)量，就需要做好焊接設(shè)備的管理及維護(hù)工作。焊機(jī)最好配備與之相匹配的電流表、電壓表，并定期對(duì)焊接設(shè)備的溫度、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，從而確保焊接設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)符合要求。此外，還需要做好焊接設(shè)備管理與維護(hù)的記錄工作，以便備查。

4.6 落實(shí)產(chǎn)品質(zhì)量長期跟蹤

壓力容器焊接質(zhì)量的高低將會(huì)直接影響壓力容器的使用效率和使用壽命，此時(shí)就需要做好壓力容器焊接質(zhì)量的長期跟蹤工作，任何一個(gè)環(huán)節(jié)、一個(gè)零件、一個(gè)部位出現(xiàn)問題都需要對(duì)其進(jìn)行全面的分析，并采取有效的措施給予解決，以確保壓力容器焊接質(zhì)量得到有效的控制。

5 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行壓力容器焊接過程中，要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)存在的焊接缺陷和影響因素進(jìn)行全面的分析，然后采取有效措施來給予預(yù)防和解決，這樣不僅可以確保壓力容器焊接工作的順利開展，而且還能提高壓力容器焊接質(zhì)量的控制效果，提高其安全使用性能。

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