化工設(shè)備焊接中常見的缺陷及其控制措施

＊費羅挺

（浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 316000）

前言

焊接主要是通過加熱將材料接合在一起形成整體結(jié)構(gòu)，這一制造工藝在設(shè)備制造中的應(yīng)用較為廣泛，并且比傳統(tǒng)的鉚接等方式更具優(yōu)勢，不僅簡化安裝流程，還具有較強的密封性?；すこ檀嬖诖罅康暮附庸ぷ?，化工設(shè)備的焊接質(zhì)量對化工裝置安全生產(chǎn)有著重要的意義，但是，由于多種因素的影響，導(dǎo)致化工設(shè)備焊接中出現(xiàn)各種缺陷問題，因此，作業(yè)人員應(yīng)提高重視，并采取相應(yīng)的控制措施，保證焊接質(zhì)量。

1.化工設(shè)備焊接質(zhì)量的影響因素

(1)焊材管理不當

在化工設(shè)備焊接過程中，需要焊絲、焊條等多種焊接材料，一般情況下由施工方負責采買，但是在實際管理與執(zhí)行中存在一定的問題。首先，部分施工方為了減少成本，在采購環(huán)節(jié)購買質(zhì)量不達標的焊材，進而影響化工設(shè)備的焊接質(zhì)量。其次，在焊材的管理過程中，材料領(lǐng)取、發(fā)放等流程過于形式化，沒有專門的人員負責，對于焊材的具體使用情況缺乏跟蹤管理，無法及時回收剩余的焊條，焊工常常憑借經(jīng)驗領(lǐng)取焊材。最后，焊材的儲存保管缺乏規(guī)范性，比較常見的現(xiàn)象為，焊材的保溫筒沒有蓋子或者沒有連接電源等，甚至部分單位為了應(yīng)付價差而使用不合格的保溫筒，導(dǎo)致焊條受潮，無法投入使用。

(2)焊接工藝不到位

焊工的水平對焊接質(zhì)量有著直接影響，焊工的焊接工藝不到位是影響焊接質(zhì)量的一大因素，不僅造成材料浪費，還嚴重影響焊接質(zhì)量與焊接安全。一方面，部分焊工沒有資格證書，或者所有的焊接資格與承擔的焊接工作存在出入，甚至部分評定合格的焊接工藝指導(dǎo)書只是用于應(yīng)付檢查。另一方面，焊工在具體焊接過程中，為了節(jié)省焊條或者提升焊接速度，私自更改焊接工藝，沒有嚴格按照焊接工藝流程執(zhí)行，以至于加大焊接缺陷的發(fā)生概率，出現(xiàn)氣孔、夾渣等各種缺陷。同時，部分焊工為提高生產(chǎn)效率，私自將電流提高，導(dǎo)致焊條燃燒過度，以至于焊縫線能量過大，改變焊縫組織，進而出現(xiàn)焊接缺陷，嚴重影響焊接質(zhì)量。

(3)忽略焊接環(huán)境

化工設(shè)備的工作環(huán)境大多較為惡劣，只有保證焊接質(zhì)量，才能夠為化工設(shè)備的順利運行提供保障。在化工設(shè)備的焊接過程中，焊接的環(huán)境對焊接質(zhì)量有著較大的影響，部分施工方為了加快進度、降低成本，沒有重視焊接環(huán)境帶來的影響，即使在風雨等惡劣環(huán)境下，也沒有采取相應(yīng)的防護措施，忽略焊接環(huán)境對焊接質(zhì)量的影響，導(dǎo)致各種焊接缺陷的發(fā)生。

2.化工設(shè)備焊接中常見的缺陷

(1)焊縫內(nèi)部缺陷

①裂紋

夾渣是化工設(shè)備焊接中常見的一種現(xiàn)象在夾渣成形區(qū)域，極易出現(xiàn)裂紋。夾渣缺陷的發(fā)生主要是由于邊緣、層間沒有清理干凈，在焊接過程中，焊接的電流比較小，并且運條控制存在問題，從而導(dǎo)致熔渣、鐵水沒有分離開。裂紋分為兩種，一種為熱裂紋，一種為冷裂紋，熱裂紋是在熔池結(jié)晶之后出現(xiàn)的，在斷口處會發(fā)生氧化反應(yīng)。一般情況下，熱裂紋主要出現(xiàn)在焊縫處，在設(shè)備焊接過程中，焊縫開始升溫，金屬遇熱之后會發(fā)生膨脹，但又會被周邊金屬所限制，在冷卻時，金屬體積收縮，而周邊金屬對焊縫產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。冷裂紋一般發(fā)生與高強度鋼、低合金等區(qū)域，冷裂紋在焊接后會快速出現(xiàn)，并且會延伸，鋼鐵淬硬傾向越大，冷裂紋的發(fā)生概率越大。

②氣孔

焊縫氣孔主要分為三種，即氫氣孔、一氧化碳氣孔、氮氣孔。氫氣孔：在高溫環(huán)境下，氫在液體中有很大的溶解度，大量氫溶進焊縫熔池之內(nèi)，熱源離開后，焊縫熔池會快速冷卻，氫溶解度快速下降，出現(xiàn)氫氣，并產(chǎn)生氫氣孔。一氧化碳氣孔：熔池氧化比較嚴重的時候，熔池內(nèi)會出現(xiàn)大量氧化亞鐵，而熔池溫度降低時，則會發(fā)生反應(yīng)，如果熔池出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，一氧化碳無法及時溢出，則會出現(xiàn)一氧化碳氣孔，熔池氧化程度越嚴重，碳含量則越高，一氧化碳氣孔的發(fā)生概率則越大[1]。氮氣孔：熔池保護不好的時候，空氣中的氮會溶入熔池內(nèi)，從而產(chǎn)生氮氣孔。氣孔缺陷的出現(xiàn)不僅會減少焊縫有效面積，還會降低強度、塑性等，出現(xiàn)氣孔缺陷的主要原因是清理工作不到位，使得金屬在高溫環(huán)境下吸附過多氣體，在冷卻時速度過快，氣體無法快速浮出。

③未焊透

在化工設(shè)備焊接中，未焊透是常見的一種焊接缺陷，主要發(fā)生在根部、層間、中心、邊緣等位置。未焊透造成的影響比較突出，接頭處的強度會明顯減弱，在具體使用過程中很容易因外力作用而損壞，從而出現(xiàn)裂紋。未焊透缺陷的發(fā)生原因比較多，其中包括焊接速度不合適、電流大小不合理、加熱不夠、坡口角度和間隙不合適等等，一旦出現(xiàn)未焊透缺陷，應(yīng)立馬鏟除，并進行補焊。

(2)焊縫外部缺陷

①焊縫尺寸不達標。焊縫尺寸沒有達到標準要求是化工設(shè)備焊接中常見的外部缺陷之一，該缺陷主要包含兩方面內(nèi)容，一種是焊縫寬度過寬、過窄，且寬窄不一；另一種是余高缺陷，過高或過低，出現(xiàn)高低不平等現(xiàn)象。焊縫尺寸不達標主要是由于焊工在實際操作過程中出現(xiàn)問題，焊工專業(yè)水平有限，在實際焊接過程中操作不到位，導(dǎo)致焊接電流過小、焊速過快、焊弧過長，從而導(dǎo)致焊接寬窄不一[2]。

②咬邊。咬邊是化工設(shè)備焊接中常見的一種外部缺陷，主要發(fā)生在焊縫邊緣的母材中，在電弧的高溫影響下，熔成凹槽，該缺陷的發(fā)生大大降低焊接強度，集中局部應(yīng)力。在化工設(shè)備焊接過程中，一般常見的咬邊為局部深度超標的咬邊，出現(xiàn)連續(xù)咬邊的現(xiàn)象不常見，咬邊缺陷的產(chǎn)生會降低焊接強度，特別是對于尖銳的溝槽，極易集中應(yīng)力。咬邊缺陷的出現(xiàn)主要是因為在實際焊接中電流過大，焊條和工件之間的夾角與標準要求不相吻合，且焊速、運條速度缺乏協(xié)調(diào)性，焊接周邊的金屬被高溫電弧熔化，在吹走之后也很難立即不足，從而形成咬邊。

③焊瘤。焊瘤指的是在化工設(shè)備焊接過程中，焊條在高溫環(huán)境下熔化形成液體，并流到母材上，由于母材溫度較低、加熱時間不夠，導(dǎo)致兩者無法融合，從而堆積成金屬瘤，即為焊瘤。出現(xiàn)焊瘤缺陷的原因主要有三種，A.化工設(shè)備焊接中的電流過大，金屬焊條快速熔化而造成焊瘤；B.化工設(shè)備焊接的速度過慢，焊條熔化導(dǎo)致金屬溢出而形成焊瘤；C.金屬焊條偏斜的角度過大，其中一邊的金屬熔化過快、過多，導(dǎo)致焊瘤的出現(xiàn)。

④弧坑。在熄弧處，如果金屬量填充過少，則會呈現(xiàn)明顯的缺肉情況，即為弧坑，弧坑缺陷主要是由于焊接過程中電流過大、熄弧時間過短，從而產(chǎn)生弧坑。弧坑缺陷帶來的影響非常大，弧坑所在位置極易產(chǎn)生龜裂情況，嚴重降低接頭的強度，所以，將弧坑填滿來收弧或者在收弧板上完成收弧。

⑤燒穿。燒穿缺陷在化工設(shè)備焊接中比較常見，并且產(chǎn)生的后果十分嚴重，燒穿缺陷通常發(fā)生在較薄的板式結(jié)構(gòu)焊接過程中，由于焊接的速度過慢、焊接的電流過大、裝配間隙過大等，導(dǎo)致燒穿缺陷的發(fā)生，這一后果十分嚴重，在焊接過程中禁止發(fā)生燒穿缺陷。

3.化工設(shè)備焊接缺陷的控制措施

（1）做好焊接準備工作。在化工設(shè)備焊接之前，應(yīng)做好相應(yīng)的準備工作。一方面，準備好焊接工件，由于化工設(shè)備體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一些特殊設(shè)備很難運輸。工作人員應(yīng)全面了解焊接組件，做好技術(shù)交底工作，合理指導(dǎo)焊接工序，并制定相應(yīng)的施工方案，為后續(xù)工作的開展提供指導(dǎo)。在設(shè)備焊接之前，合理選擇焊接材料，根據(jù)實際需求選擇相應(yīng)的焊條、焊絲等材料，并做好焊接材料的質(zhì)檢工作，對材料尺寸、形式等進行全面檢查，確保符合焊接要求[3]。另一方面，準備好焊接設(shè)備，例如焊接電源、輔助設(shè)備等等，確保滿足焊接工作的實際需求，以提高焊接效率和焊接質(zhì)量。比較常見的焊接輔助設(shè)備有電弧焊機等，設(shè)備不同相應(yīng)的使用方式也各不相同，工作人員應(yīng)結(jié)合實際焊接需求，選擇合適的設(shè)備。最后，焊接工藝的準備，焊接工藝的類型較多，準備較為繁瑣，其中包括焊接工藝指令卡等，應(yīng)結(jié)合實際需求進行選擇，并做好性能測試。針對焊材、電流等，應(yīng)妥善處理，對材料性能進行全面分析，確保焊接效果。

（2）焊接位置的確認。焊接位置的確認是控制化工設(shè)備焊接缺陷的關(guān)鍵，并且能夠增強位置確認的精準性。首先，從人員管理層面出發(fā)，強化焊接人員以及技術(shù)隊伍的管理。在員工交接期間，加強人員管理，防止因技術(shù)隊伍對焊接位置產(chǎn)生分歧而造成焊接位置出錯，不同技術(shù)工作組的人員應(yīng)加強溝通，企業(yè)應(yīng)不定期組織開展會議以及培訓(xùn)活動，增強技術(shù)工作組負責人員的責任感，明確其對焊接位置確認的一致性。針對不同技術(shù)工作組的焊接工作，企業(yè)應(yīng)加強監(jiān)管，避免焊接缺陷的發(fā)生。對于新上崗的焊接人員，應(yīng)組織開展崗前培訓(xùn)，達到培訓(xùn)要求之后才能夠上崗工作，并在員工配置方面，采取一帶一策略，由一名老員工帶領(lǐng)一名新員工，增強新員工的工作經(jīng)驗。其次，提升焊接人員的專業(yè)水平。在化工設(shè)備焊接工作中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)具有一定的判斷能力，能夠?qū)附硬牧系男阅苡休^高的認知，并精準選擇焊接位置。同時，技術(shù)人員還應(yīng)具有一定的定位能力，合理安排鋼板焊接點，技術(shù)工作組對化工設(shè)備應(yīng)有全面地了解，明確設(shè)備的實際用途，通過采取相應(yīng)的焊接技術(shù)，延長焊接設(shè)備的使用期限。

（3）焊接材料的控制。焊接材料質(zhì)量的把控是解決焊接缺陷的有效手段，首先，合理選擇焊接材料。對于不同的化工設(shè)備，應(yīng)選擇不同的焊接材料，例如，壓力容設(shè)備主要是對成型鋼板進行焊接，應(yīng)選擇密封性較好的焊接材料，并綜合考慮焊接尺寸、型號、縫隙等多種因素，選擇合適的材料，防止出現(xiàn)咬合不緊等現(xiàn)象。其次，合理保管焊接材料?；ぴO(shè)備的焊接工作周期較長，在焊接過程中，一般采取分批的形式將焊接材料運輸至車間，而材料的性能會受到周邊環(huán)境的影響，極易發(fā)生變化。因此，化工企業(yè)應(yīng)注重焊接材料的儲存保管，創(chuàng)造良好的儲存環(huán)境，并優(yōu)化保管制度，嚴格規(guī)范工作人員的行為，避免出現(xiàn)人為因素造成的材料失效、損毀等。最后，對材料與焊接需求的適配性進行監(jiān)督。焊接材料是否適用，通常需要經(jīng)過長時間的實踐，因此，焊接人員應(yīng)加強對設(shè)備運行的監(jiān)管，一旦發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，應(yīng)及時采取措施加以補救。

（4）升級焊接熱力控制方式。在化工設(shè)備焊接期間，升級焊接熱力控制有助于解決因熱力控制不均衡而導(dǎo)致的空鼓、裂紋問題，保證焊接面的平整，避免因成分不一致的問題而造成開裂，從而有效提升設(shè)備運行的安全性。首先，合理把控焊接電流。企業(yè)應(yīng)增強電網(wǎng)設(shè)備的管理，并構(gòu)建斷電應(yīng)急方案，確保發(fā)電設(shè)備的正常運行，定期對企業(yè)電力設(shè)施進行檢修，保證焊接電壓的穩(wěn)定。其次，使用合適的焊接設(shè)備。焊接設(shè)備不同，相應(yīng)的熱力控制效果也有所不同，企業(yè)應(yīng)重視焊接設(shè)備的升級，加大研發(fā)資金的投入，研發(fā)新的焊接設(shè)備，保證焊接工作的順利進行，并增強員工對焊接設(shè)備的熟悉度。最后，結(jié)合不同需求采用合適的焊接材料。在焊接過程中，最好選擇熱能比較穩(wěn)定的焊接材料，鉬、釩元素都是比較適合的材料[4]。熱力控制技術(shù)在焊接中十分重要，技術(shù)人員在熟悉設(shè)備的同時，能夠結(jié)合設(shè)備的實際情況，合理把控熱源與焊接設(shè)備之間的距離，控制好焊接的間隔時限，以保證受熱均勻，避免出現(xiàn)空鼓等缺陷。

（5）充分利用焊接找平技術(shù)。針對化工設(shè)備焊接中出現(xiàn)的弧坑缺陷，應(yīng)充分利用焊接找平技術(shù)，在焊接過程中控制氣體的進入，通過升級焊接找平技術(shù)的標準，將氣泡數(shù)量控制在可接受范圍之內(nèi)。首先，升級材料冷卻技術(shù)，在焊接過程中，防止含有氰化物、水分的成分融入其中，以免產(chǎn)生氣泡。針對母材的溫度，在焊接期間應(yīng)合理把控，并增強焊接材料對氫氣的溶解性，防止熱裂紋缺陷的出現(xiàn)。同時，合理把控膨脹系數(shù)，對于焊接后的冷卻，應(yīng)合理把控冷卻的時間，合理把控焊接縫張力和拉力的方向，并借助壓力釋放控制技術(shù)，最大程度減少焊接缺陷的產(chǎn)生。其次，做好焊接材料的預(yù)處理工作。在焊接之前，采取拋光、打磨等多種措施，將材料表層的雜質(zhì)除去，確保化學(xué)成分的一致性，并控制好車間空氣成分，避免空氣環(huán)境對材料產(chǎn)生影響[5]。最后，控制裂紋缺陷。熱裂紋、冷裂紋都是焊接中可能出現(xiàn)的缺陷，對于不同的裂紋缺陷，應(yīng)采取不同的措施，熱裂紋一般是在熔池結(jié)晶后出現(xiàn)的，通過觀察焊接期間設(shè)備的顏色，改善熔池結(jié)晶的分布情況，有效預(yù)防熱裂紋的出現(xiàn)。

（6）加強焊接質(zhì)量檢驗。焊接質(zhì)量檢驗是控制質(zhì)量的關(guān)鍵，也是設(shè)備正常運行的重要基礎(chǔ)，若是檢驗不合格，應(yīng)規(guī)定不得進入后續(xù)的工序。首先，全面檢查焊接結(jié)構(gòu)的尺寸，這也是焊接檢驗的必要檢查項目，應(yīng)嚴格按照圖紙要求進行檢驗，查找是否存在明顯缺陷，或者是否存在尺寸不合理等現(xiàn)象。其次，磁粉檢測或者滲透檢測。前者是將工件磁化，根據(jù)缺陷處因為漏磁形成局部磁場現(xiàn)象，借助磁粉顯示出缺陷，該方法一般在鐵磁性材料檢驗中較為常用，其主要流程為：工件表面進行預(yù)處理，工件磁化，在工件表層添加磁粉，開始檢驗，并做好相應(yīng)的記錄工作，完成退磁。后者主要是依據(jù)毛細現(xiàn)象使得滲透乳滲入缺陷這一原理展開的，通過這樣的方式完成檢驗，此方法一般在非磁性材料的檢驗中較為常用[6]。最后，超聲波探傷或者射線探傷。前者主要是借助超聲透入金屬深處，從一個截面進到另外一個截面的時候，邊緣會出現(xiàn)反射，通過這樣的方式檢驗零件是否存在缺陷，超聲波束從零件的表層透入金屬深處，一旦出現(xiàn)缺陷或者遇到底面時，便會出現(xiàn)反射波束，并形成脈沖波形，以此能夠準確判斷缺陷的具體位置以及范圍。后者主要是借助射線穿入物質(zhì)，以此發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在的缺陷。

4.結(jié)語

化工設(shè)備焊接中常見的缺陷類型比較多，一般包括裂紋、氣孔等內(nèi)部缺陷以及焊瘤、弧坑、咬邊等外部缺陷，針對不同的焊接缺陷，通過做好焊接準備工作、焊接位置的確認、升級焊接熱力控制方式、加強焊接質(zhì)量檢驗等，有效控制焊接缺陷，提升焊接水平，保證化工設(shè)備的正常運行。