壓力容器焊接缺陷及新技術(shù)應(yīng)用

張世超 李雪翠 孫向元

摘要：近現(xiàn)代工業(yè)中，壓力容器通常作為石油、天然氣、化學(xué)溶液等物質(zhì)的主要承載體，而應(yīng)用于航空、海洋、石油運(yùn)輸、化工等各種領(lǐng)域中。大型壓力容器受限于它的體積、重量以及材質(zhì)，在它的生產(chǎn)過程中，往往需要通過焊接的方式將各個(gè)大型部件拼接成型。基于此，本文對壓力容器焊接缺陷進(jìn)行研究，進(jìn)而提出了有效的措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器;焊接;矯正措施

在實(shí)際使用過程中，壓力容器由于焊接部位存在缺陷眾多，組織成分不均，力學(xué)性能較差等問題，成為大型壓力容器整體性能最薄弱的區(qū)域。因此，開展對壓力容器焊接接頭表面強(qiáng)化處理設(shè)備的探索與改進(jìn)，探尋焊接接頭最優(yōu)處理工藝條件，對生產(chǎn)實(shí)踐給出合理性建議是十分有必要的。

一、壓力容器焊接缺陷矯正意義

壓力容器缺陷類型較多，如錯(cuò)邊和角變形，這屬于典型的幾何缺陷，在組裝環(huán)節(jié)極易出現(xiàn)，其中錯(cuò)邊要求焊接的工件在厚度保持錯(cuò)開。若是解決錯(cuò)邊和角變形問題，將引起壓力容量的壓力過于集中，使用時(shí)也存在較大安全隱患。同時(shí)由于壓力容器使用環(huán)境一般比較惡劣，通常會受到運(yùn)輸、腐蝕介質(zhì)、疲勞載荷、冷熱變形等因素的考驗(yàn)，一但壓力容器的某些性能達(dá)不到所需標(biāo)準(zhǔn)，極有可能發(fā)生強(qiáng)度失效，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，出現(xiàn)泄露甚至發(fā)生爆炸，造成不堪設(shè)想的后果。另外，尤其是對埋弧焊的運(yùn)用，若是焊接速度過快，焊機(jī)運(yùn)行軌道無法保持平整，將促使焊接工件熔化，讓焊接深度超出設(shè)計(jì)范圍。若是填充金屬無法填充完整，在焊縫處出現(xiàn)咬邊情況。焊縫咬邊的存在，會導(dǎo)致壓力容器工作面減少，且咬邊區(qū)域的應(yīng)力會變得過于集中，讓壓力容器難以正常使用。為保證壓力容器使用更加安全與穩(wěn)定，應(yīng)該加強(qiáng)壓力容器焊接缺陷的矯正，結(jié)合壓力容器焊接實(shí)際情況，找到焊接缺陷的成因，有針對性采取矯正措施，保證發(fā)揮壓力容器在生產(chǎn)中的作用。

二、壓力容器焊接缺陷分析

常見的壓力容器焊縫有環(huán)縫和筒體縱縫的焊接、安全端焊接以及各種表面的耐蝕層、耐磨層等。壓力容器焊接存在的缺陷有：氣孔、夾雜、裂紋等，這將有可能是造成事故的潛在因素。

2.1氣孔

焊接氣孔會造成應(yīng)力集中，成為焊縫斷裂的裂紋源。氣孔按形成機(jī)理可以分為冶金氣孔和工藝氣孔兩大類。冶金氣孔主要有氫氣孔和氮?dú)饪?，工藝氣孔則大多不規(guī)則，且大多分布在焊縫中心區(qū)。氣孔的形成因素很多，主要和焊前母材的表面處理情況和焊接工藝有關(guān)。焊前待焊表面的氧化膜和油垢是形成氣孔的主要根源。

2.2裂紋形成機(jī)理

結(jié)晶裂紋是焊縫金屬在結(jié)晶過程中處于固相線附近的溫度范圍內(nèi)，由于凝固金屬的收縮，而此時(shí)殘余的液相又不充足，在承受拉應(yīng)力時(shí)，就會造成沿晶界的開裂。焊縫凝固時(shí)，以樹枝狀結(jié)晶方式進(jìn)行，枝晶軸上元素的熔點(diǎn)較高，雜質(zhì)元素較少，相反，枝晶間低熔點(diǎn)元素富集，雜質(zhì)元素含量較高，這種凝固偏析導(dǎo)致焊縫中化學(xué)成分極不均勻，隨著焊縫中雜質(zhì)元素含量的增多，這種現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重。

2.3焊縫中低熔點(diǎn)相

低熔點(diǎn)相的形成與焊縫中的夾雜物密切相關(guān)，夾雜物的形成既有母材自身的缺陷，也有焊接過程中金屬與非金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的各種夾雜物。低熔點(diǎn)相含有較多的雜質(zhì)元素，多分布在晶界處，這是由于在焊縫的凝固過程中，高熔點(diǎn)的元素優(yōu)先凝固，形成枝晶軸，低熔點(diǎn)元素被排擠到枝晶間，隨著溫度的進(jìn)一步降低，形成固態(tài)的低熔點(diǎn)相或共晶相。另外，其他焊接缺陷有夾渣、未焊透、未熔合，焊瘤等，這些缺陷與焊前處理不徹底及不合理的焊接工藝參數(shù)密切相關(guān)。

三、壓力容器焊接新技術(shù)的應(yīng)用

焊接技術(shù)在壓力容器生產(chǎn)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，并且焊接技術(shù)水平的高低決定著壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量，因此，焊接技術(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新，如此一來能夠提高壓力容器的制造質(zhì)量。

3.1窄間隙埋弧焊技術(shù)

在焊接壓力容器過程中需要根據(jù)壓力容器的類型選擇合適的焊接技術(shù)。壓力容器的壁厚度如果小于100mm，就可以選擇U型或者是V型坡口對其進(jìn)行焊接。如果壓力容器壁厚度大于100mm時(shí)，采用這兩種類型的坡口不會實(shí)現(xiàn)預(yù)期的焊接效果，同時(shí)還會使資源得到不必要的浪費(fèi)，在這種情況下可以使用窄間隙埋弧焊進(jìn)行焊接，從而有效地處理這一問題。

3.2接管自動焊接技術(shù)

現(xiàn)階段，在處理壓力容器焊接過程中，有效運(yùn)用自動化技術(shù)成為時(shí)代發(fā)展的必然要求。通過將接管自動焊接技術(shù)有效地應(yīng)用在壓力容器焊接處理過程中可以呈現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的自動化效果，并且還可以簡化壓力容器焊接的流程，在一定程度上大大提升了壓力容器焊機(jī)的效率。

3.3帶極堆焊接技術(shù)

在對壓力容器進(jìn)行焊接過程中可以使用金屬帶代替焊絲，使用帶極堆焊接技術(shù)這一新型電極能夠?qū)崿F(xiàn)良好的焊接效果，同時(shí)還可以提升壓力容器焊接的性能，確保壓力容器焊接的質(zhì)量，在今后壓力容器焊接處理過程中會得到廣泛的應(yīng)用。

結(jié)論

掌握壓力容器焊接缺陷具體的防止措施，避免或減少缺陷的產(chǎn)生，對提高壓力容器焊接質(zhì)量、 保證設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要指導(dǎo)意義。借助新型的焊接技術(shù)不僅可以矯正壓力容器焊接的缺陷，提高壓力容器焊接的高效性，而且還需要實(shí)現(xiàn)良好的焊接效果，進(jìn)而保證壓力容器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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