壓力容器焊接常見缺陷及防治措施探討

摘要：隨著工業現代化進程的推進，壓力容器日益成為石油化工工業、能源工業和物料貯運等的重要設備，控制壓力容器的焊接缺陷具有重要意義。文章對壓力容器在焊接中常見的質量缺陷進行了介紹，對產生原因進行了分析，并提出了相應的質量控制措施。

關鍵詞：壓力容器；常見缺陷；防治措施；焊接缺陷；石油化工工業 文獻標識碼：A

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

隨著工業現代化進程的推進，壓力容器已在石油化工工業等國民經濟領域中得到廣泛運用。壓力容器的焊接質量與壓力容器的強度、致密性、使用壽命密切相關。同時，在壓力容器焊接中經常會出現一些缺陷，這些缺陷對焊接容器的穩定性以及工作均會造成巨大的影響。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實意義。本文將對此展開詳細探討。

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備。壓力容器包括貯運容器、反應容器、換熱容器和分離容器等。壓力容器主要用于石油化工工業、能源工業、物料貯運、科研、醫療等國民經濟生活中。壓力容器的制造的總工作量的30%以上與焊接工作有關。同時研究表明壓力容器90%的事故與焊接缺陷相關。因此，控制焊接質量是壓力容器致密性和強度的保證，有助于壓力容器正常、安全工作并提高使用壽命，保障人們的生命財產安全。

2 壓力容器常見焊接缺陷及產生原因

根據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部缺陷，其中外部缺陷通常可以通過肉眼發現。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，是必須檢測的重點項目。

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選擇不正確或者操作不當引起。產生咬邊的主要原因有：操作方法不當，焊接規范選擇不對，比如電弧過長、運條方式和角度不當、電流過大、坡口兩側的停留時間不合適等。通過實驗研究發現，焊絲偏移中心的距離太大會導致熔池停留時間增加而產生咬邊，同時焊速過快會導致收弧后不能填滿弧坑。

2.2 氣孔

氣孔主要是指熔池當中的氣泡在出現凝固之前沒有及時散發出去，而是在焊接的縫隙處殘留，最后形成的空穴。氣孔的產生會使焊縫金屬的致密性受到影響。氣孔產生的根本原因是外界氣體或者焊接過程中產生的氣體進入熔池，在熔池凝固前沒及時逸出而造成的。導致氣孔產生的原因有：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；焊接的環境比較潮濕等。

2.3 夾渣

夾渣的形成主要是因為在焊縫處殘留了一些熔渣。夾渣的存在具有較大危害，會極大地降低焊縫的強度和致密性。夾渣產生的主要原因有：焊縫的邊緣有氧割或碳弧氣泡殘留的熔渣；焊接時速度太快；焊接時坡口角度選擇不合理；焊接時電流不夠。此外，在選用堿性焊條時，也可能會因為極性不正常或者電弧過長而出現夾渣的缺陷。

2.4 未焊透、未熔合

未熔透、未熔合都是比較嚴重的焊接缺陷，會使焊縫的強度降低，甚至會導致裂紋產生，從而發生事故。其中，在焊接時，當接頭根部未完全熔透便會出現未焊透的現象，而當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便會出現未熔合的現象。通常造成這些問題出現的原因是電弧過長、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，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。如果焊瘤位于內部，會降低強度、減少有效截面積，影響美觀。焊瘤產生的主要原因是運條不均而造成熔池溫度過高，液態金屬凝固后緩慢下墜而在焊縫表面形成焊瘤。立、仰焊時，焊接電流過大、電弧過長也可能出現焊瘤。

2.6 裂紋

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

焊縫金屬從液態到固態的結晶過程中產生的裂紋稱熱裂紋。熱裂紋多出現在焊縫。熱裂紋的特點是焊接后立即可見，且多位于焊縫中心位置。熱裂紋產生的原因是焊接熔池中有低熔點雜質如FeS等。一般而言，這類雜質多是凝固時間長、熔點低、凝固后強度低。因此，當受到外界作用到其表面的拘束應力足夠大時，且焊接金屬凝固時產生的收縮力，很容易會出現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生的裂紋，也可能是在母材的熔合線處產生的裂紋。其發生的位置大多集中在應力較為集中的位置，例如咬邊、焊根處。冷裂紋發生的溫度一般是在馬氏體轉變溫度的范圍內。冷裂紋的危害極大，一般在焊接后幾小時或更長時間后出現。造成冷裂紋出現的原因主要有三點：（1）接頭處受到較大的拘束應力的作用；（2）由于受到焊接熱循環的作用，在熱影響的區域內形成了淬硬組織；（3）一些過量的擴散氫積聚在焊縫處，并發生了不斷濃集的現象。

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生的裂紋稱為冷裂紋。冷裂紋形成的溫度通常在范圍內。冷裂紋多發生在焊根、咬邊等應力集中的位置。冷裂紋既可能在焊接后立即出現，也可能在焊接后幾小時甚至更長時間才會出現。冷裂紋對壓力容器的危害程度比熱裂紋的更大。冷裂紋產生的主要原因是：（1）在焊接熱循環作用下，熱影響區內生成了；（2）焊縫中有過量的擴散氫且存在濃集的條件；（3）接頭承受有較大的拘束應力。

裂紋一旦產生，必須徹底清除，然后修補，否則裂紋會影響壓力容器的安全使用。

3 壓力容器焊接缺陷的預防措施

壓力容器的焊接缺陷會導致壓力容器的強度、致密性等受到影響，使得使用壽命縮短，會對人身安全和財產安全造成不良影響。

通過對焊接缺陷的原因進行分析，可以有針對性地進行解決和預防，有效提高壓力容器的質量和安全水平。企業可以從以下方面來減少焊接缺陷的產生：

3.1 提高焊工技能

一些焊接缺陷是由于焊接人員的勞動技能不嫻熟或操作不規范造成的，因此需要提高焊工的勞動素質。（1）需要聘用獲得國家承認的上崗證的焊工；（2）針對各自企業的實際情況來培訓焊接人員，直至培訓考核合格后才能上崗；（3）持續地對焊接人員的勞動素質進行評價，對評價結果較差或者不穩定的加強培訓。

3.2 焊接工藝選定及焊接規范制定

焊接工藝是控制壓力容器焊接質量的關鍵因素。在焊接前，企業應當綜合評估焊接工藝，根據自身實際情況，對各項工藝參數進行驗證，不建議直接照搬其他企業的焊接工藝。

在選定好合適的焊接工藝后，必須依據相應的焊接工藝制定詳細的焊接規范，以便于焊接人員操作。焊接規范應當根據壓力容器的設計要求、焊接工藝來制定。焊接人員必須嚴格按照操作規范進行焊接，對焊接的每一道工序負責。

3.3 正確選取、保存焊接材料

焊接材料必須選擇有質量保障的廠家。同時焊接材料的各個方面質量必須符合國家的相應標準。焊條的化學成分與焊體成分需符合要求。焊材庫人員需遵循《焊條質量管理規程》（JB3223-83）進行管理，保證焊材滿足使用要求。

3.4 焊接過程控制

焊接前應當確定焊縫的組隊間隙、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）不允許強力組裝；（3）需焊接臨時吊耳和拉筋的墊板，需將墊板割除后的焊瘤打磨光滑。焊接后，進行無損檢測，包括外觀檢測、無損探傷、耐壓測試及致密性試驗。

4 結語

壓力容器的質量與焊接質量密切相關。企業應當根據自身的實際情況，找出對焊接的不利因素，對勞動者加強培訓，對焊接材料、焊接工藝和規范、焊接過程控制等方面進行質量控制，可有效保證壓力容器的焊接質量。壓力容器焊接缺陷的防治既要注重從預防和控制兩個方面入手，也要從工藝的升級以及各項管理制度、工藝規范的執行方面入手。只有把握好各個環節，才能保證壓力容器的焊接質量。

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作者簡介：蘭嵐（1973-），女，湖南湘陰人，中南工業學校一級實習指導師，研究方向：焊接技術應用教學。

（責任編輯：蔣建華）