壓力容器焊接工藝技術(shù)研究

王大鵬

營口連營重工機(jī)械有限公司 遼寧營口 115000

1 壓力容器焊接工藝和技術(shù)

1.1 底層焊接

壓力容器在焊接制造的過程中，一般按照由內(nèi)到外的順序進(jìn)行逐步焊接，首先需要進(jìn)行底層焊接即打底焊，以保證壓力容器底層的質(zhì)量。焊接時(shí)通常會(huì)根據(jù)部件的不同，而選擇不同的焊接方法。如筒體對接接頭，一般采用埋弧自動(dòng)焊的方法；人孔法蘭與筒節(jié)的對接接頭，一般采用手工電弧焊的方法；法蘭與接管的對接接頭，一般采用氬弧焊的方法進(jìn)行焊接。同時(shí)在焊接的過程中，要保證焊縫的均勻性，防止出現(xiàn)裂紋。

1.2 中層焊接

在底層焊接結(jié)束之后，需要進(jìn)行中層焊接即填充焊。填充焊的焊接應(yīng)注意每層焊縫焊后焊道表面需進(jìn)行清理，以避免下一層焊道出現(xiàn)夾渣缺陷；錯(cuò)開每道焊接接頭與下一層焊接接頭的距離，以避免焊道接頭重合，應(yīng)力集中；嚴(yán)格控制層間溫度及焊接線能量的輸入，以避免過高引起焊縫熱影響區(qū)晶粒粗大，使焊縫強(qiáng)度及低溫沖擊韌性下降。同時(shí)對于焊接熱敏感性比較強(qiáng)的鋼材的焊接，在焊接過程中應(yīng)做好預(yù)熱和緩冷工作[1]。

1.3 表層焊接

在中層焊接結(jié)束之后，需要進(jìn)行表層焊接即蓋面焊。蓋面焊時(shí)要注意防止出現(xiàn)焊縫咬邊,未熔合，焊縫余高超高，接頭不良等焊接缺陷。操作時(shí)應(yīng)注意控制好焊縫的余高、寬度及直線度。同時(shí)焊渣必須清理干凈，不可馬虎，若有突起須打磨至圓滑過渡。

1.4 無損檢測

無損檢測技術(shù)主要是針對焊接接頭的焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測，檢測焊縫表面及內(nèi)部的質(zhì)量是否符合壓力容器制造的相關(guān)要求。其常用檢測方法為射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等。

2 壓力容器焊接中的缺陷成因

2.1 夾渣及其成因

夾渣是較為常見的壓力容器焊接缺陷，形成夾渣的原因很多，主要表現(xiàn)為：其一，焊接過程中，在液態(tài)金屬熔池中摻入熔渣時(shí)，采用了小劑量電流焊接，使得熔池受熱緩慢且溫度較低，由于液態(tài)金屬粘性較大，且整個(gè)焊接過程速度快，導(dǎo)致熔渣無法在液態(tài)金屬凝固前有效浮于表面，從而混雜于金屬熔池中，形成熔渣；其二，在使用焊條焊接時(shí)，由于電流大小把控不當(dāng)或操作流程不規(guī)范等情況造成焊道產(chǎn)生夾渣現(xiàn)象；其三，多層焊接時(shí)，由于熔渣或焊劑的殘余物等清理不徹底，便遺留于焊接縫隙處形成夾渣[2]。

2.2 氣孔及其成因

在壓力容器焊接時(shí)，由于液態(tài)金屬熔池在作業(yè)中容易產(chǎn)生氣體或存在外界氣體混入現(xiàn)象，氣體一旦無法在金屬熔池凝固前有效排出，則會(huì)形成氣孔。氣孔有的分布在表面，稱為表面氣孔；氣孔分布在內(nèi)部，稱為內(nèi)部氣孔。產(chǎn)生氣孔的原因主要是：其一，焊接過程中，原材料未仔細(xì)清理，原材料中殘留的雜質(zhì)在焊接作業(yè)時(shí)形成氣體混入液態(tài)金屬熔池，當(dāng)氣體無法有效排除時(shí)，便產(chǎn)生了壓力容器氣孔缺陷；其二，液態(tài)金屬熔池凝固迅速，導(dǎo)致氣體排出時(shí)間緊迫，使得部分氣體無法及時(shí)排出，從而形成氣孔缺陷。

2.3 裂紋及其成因

裂紋是焊接接頭中最危險(xiǎn)的缺陷，它直接給承壓設(shè)備的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重隱患，可以引起大部分的焊接結(jié)構(gòu)的破壞。產(chǎn)生裂紋的原因多種多樣，但主要分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋。熱裂紋多是焊縫金屬及熱影響區(qū)的熔化金屬凝固產(chǎn)生晶體時(shí)，如果產(chǎn)生偏析，其晶體則多為低熔點(diǎn)共晶物。在一定條件下，先凝固金屬收縮的拉力會(huì)將剛凝固的共晶構(gòu)造拉裂，這就是焊縫金屬中部為什么多發(fā)裂紋。冷裂紋形成的原因則是焊接接頭形成了淬硬組織，減小了金屬的塑性；焊縫中存在擴(kuò)散氫；焊件的剛性大而產(chǎn)生的焊接拉應(yīng)力；焊縫由于某種缺陷，產(chǎn)生的應(yīng)力集中。再熱裂紋的產(chǎn)生原因有多種解釋其主要原因還是與焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。

3 壓力容器焊接中缺陷應(yīng)對措施

3.1 焊接前編制工藝

為提高壓力容器焊接綜合質(zhì)量，減少各類缺陷的發(fā)生，必須要基于焊接作業(yè)要求，提前對整個(gè)過程進(jìn)行梳理，在工藝中將焊條、焊絲、焊劑以及對接焊縫等相關(guān)參數(shù)應(yīng)明確標(biāo)注出來，做到每一道焊縫都有相關(guān)工藝規(guī)定執(zhí)行。針對特殊工況更是要特別說明，做好詳細(xì)標(biāo)注，為實(shí)際焊接作業(yè)的開展提供參數(shù)支持。例如焊接接管與殼體連接焊縫形式、其焊縫是否焊透以及幾何尺寸等，所有參數(shù)均要保證準(zhǔn)確清晰，保證焊接作業(yè)可以有效進(jìn)行[3]。

3.2 焊接材料控制

材料性能在很大程度上決定著壓力容器的性能質(zhì)量，壓力容器多由專用鋼材制作，為避免焊接作業(yè)對壓力容器運(yùn)行效率產(chǎn)生不良影響，需要全程做好焊接材料管理，嚴(yán)格按照NB/T47018標(biāo)準(zhǔn)來選擇采購焊接材料。并且在焊接材料進(jìn)場時(shí)，要安排經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員進(jìn)行驗(yàn)收，確定其性能與質(zhì)量是否達(dá)到焊接施工標(biāo)準(zhǔn)，全面檢查判斷是否存在質(zhì)量缺陷，在確定無誤后放入焊材庫保存。對于入庫的焊接材料，要進(jìn)行編碼并記錄，在實(shí)際焊接時(shí)需要根據(jù)焊接材料編碼以及規(guī)格進(jìn)行發(fā)放，同時(shí)落實(shí)統(tǒng)一完善的管理制度，對材料進(jìn)場、管理、使用以及回收等進(jìn)行詳細(xì)管理，排除因材料因素帶來的質(zhì)量問題[4]。

4 結(jié)語

壓力容器在使用過程中，出現(xiàn)失效的概率比較大，壓力容器失效后不僅會(huì)影響化工生產(chǎn)作業(yè)的正常進(jìn)行，還會(huì)降低運(yùn)行安全性，同時(shí)還會(huì)縮短壓力容器使用壽命?；趯?shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以確定，焊接部位的焊縫為造成壓力容器失效的關(guān)鍵因素，為改善此類問題，還需要重點(diǎn)做好壓力容器焊接作業(yè)管理，保證每個(gè)環(huán)節(jié)和每道工序?qū)嵤┑囊?guī)范性和有效性，從根本上來排除因焊接的各項(xiàng)因素帶來的質(zhì)量隱患。