壓力容器異種鋼焊接常見缺陷及預防分析

馬福瑞

摘要：壓力容器的強度和氣密性，在很大程度上將受到壓力容器焊接質量的影響。一旦出現焊接缺陷，會嚴重影響壓力容器的使用效果，甚至會導致破裂和爆炸事故。因此，做好焊接工作才能保證壓力容器在使用中始終安全穩定。

關鍵詞：壓力容器；異種鋼；焊接；缺陷；預防

壓力容器一直是工業生產中不可或缺的一部分，它在包括石化、醫療衛生、國防等多種領域都有著廣泛的應用。壓力容器類型復雜，并且由于其功能的特殊性，如果使用存在焊接缺陷的壓力容器就可能導致安全事故，因此對壓力容器的制造必須極為慎重。

1 異種鋼焊接特性分析

1.1 熔合區組織特征分析

在異型鋼焊接中，熔合區通常指的是包括融合線在內的結晶層和擴散層之間的過渡區域，熔合區的構成及性能變化對于焊接質量的影響較大。異種鋼焊接中結構破壞多發生在熔合區，這是由于基體金屬材質和焊縫金屬合金在物理化學性能方面存在差異，晶格類型的差別不可避免地會在過渡區引發晶格的畸變，最終導致焊接缺陷的發生。另一方面，該區域處于高溫環境中的時間較長，擴散層的面積會隨時間延長，增加了金屬不均勻性的可能性。研究發現，對于熔合區性能和組織影響最為明顯的兩個過程分別是異種金屬結晶過程和擴散過程，前者決定了熔合區和靠近焊接縫區域的金屬成分的變化，后者則表明雖然兩種金屬的類型不同，但是其晶格基本相同，在相互接觸的過程中，存在結晶相熔的可能性。

1.2 異種鋼焊接熱脆性分析

異種鋼焊接熱脆性主要受到運行時間、化學成分、鋼材組織特性和熱穩定性的影響。具體來看，奧氏體鋼和珠光體鋼的熱脆性表現形式是不同的，珠光體鋼在熱脆性發生的同時，其他特性參數變化不十分明顯，但是奧氏體鋼經常伴隨著韌性和強度的劇烈變化。部分學者指出回火脆性和熱脆性的原理基本一致，都是在一定的溫度范圍內才發生的，發生該現象的同時，斷面收縮率和延伸性等主要的力學特性變化并不明顯；另一方面，在材質中加入一定的金屬鎢能夠達到降低金屬脆性的目的。

1.3 珠光體對于碳化物球化的耐受特性

在珠光體鋼長期高溫環境下使用中，珠光體的球化和碳化是不可避免的現象，碳化物球化之后，鋼材的持久強度和抗蠕變能力都會顯著下降，碳化物球化現象隨著高溫運行時間和使用溫度的上升，而加劇。電站鍋爐中球化的原因主要是以下兩方面：首先過熱管運行溫度超過了設計的溫度；其次，使用過程中短時超高溫導致過熱時間延長。對電站鍋爐中過熱管異型鋼研究發現，影響珠光體球化的主要因素有以下幾方面：溫度和時間；異型鋼化學成分；應力應變；母材組織成分；異型鋼的晶粒大小及冷變形性能等。

2 壓力容器異種鋼焊接中常見缺陷的防治措施

2.1 焊接前設計

為提高壓力容器焊接綜合質量，減少各類缺陷的發生，必須要基于焊接作業要求，提前對整個過程進行梳理，在圖紙上將焊條、焊絲、焊劑以及對接焊縫等相關參數明確標注出來。尤其是特殊工況更是要特別說明，做好詳細標注，為實際焊接作業的開展提供參數支持。例如焊管與殼體連接焊縫形式、焊縫是否焊透以及幾何尺寸等，所有參數均要保證準確清晰，保證焊接作業可以有效進行。

2.2 焊機材料控制

材料性能在很大程度上決定著壓力容器的性能質量，壓力容器多由耐熱材料制作，為避免焊接作業對壓力容器運行效率產生不良影響，需要全程做好焊接材料管理，嚴格按照焊接作業標準來選擇采購焊接材料。并且在焊接材料進場時，要安排經驗豐富的專業人員進行驗收，確定其性能與質量是否達到焊接施工標準，全面檢查判斷是否存在質量缺陷，在確定無誤后放置在提前設計好的位置。對于入庫的焊接材料，要進行編碼并記錄，在實際焊接時需要根據焊接材料編碼以及規格進行發放，同時落實統一完善的管理制度，對材料進場、管理、使用以及回收等進行詳細管理，排除因材料因素帶來的質量問題。

2.3 氣孔缺陷的防治措施

氣孔是常見的焊接缺陷的一種，過多或者過大的氣孔可能導致嚴重的問題，因此在必要時可以進行消除處理。正確的處理氣孔的方式包括以下幾個方面：首先是要在確定適宜的焊接電流、速度、熔渣粘稠度以及焊接工藝參數方面做好準備。其次要認真做好坡口邊緣的清理工作，避免因存在水份、油污以及銹跡所導致的問題。最后是要制定科學合理的規定，并嚴格依據這些規定做好焊接材料的清理、保管工作，在進行焊接操作前，做好焊條、焊劑的烘干工作，為防止其出現再次吸水的問題，在完成這項工作后應將其放置于保溫桶之中，同時應嚴令禁止使用變質的焊條。

2.4 夾渣缺陷的防治措施

夾渣實際上也屬于深埋缺陷，是否需要對其進行消除處理主要取決于夾渣是否存在擴展的跡象，如果在使用過程中出現了較大的變化，造成了較大的危害就必須及時對其進行處理。預防夾渣出現的主要方法具體如下：首先與氣孔的預防措施相同，必須選擇適當的焊接電流與速度，同時要確保焊條的擺動科學合理。其次，在對坡口的尺寸進行適當地調整，確保其不會對焊接過程的質量造成影響之后，同樣需要做好清潔工作，防止因存在熔渣所導致的問題出現。最后，如果需要進行多層焊接，必須要保持對坡口兩側融化狀況的密切關注，根據實際情況進行實時調整，同時切實做好每一層的焊渣處理工作；在進行封底焊接時，也要注意進行全面細致的焊渣清理。

2.5 未焊透、未熔合缺陷的防治措施

未焊透缺陷在自動焊與手工焊的交界面處最易出現，未熔合缺陷則常見于焊縫的金屬及其坡口的交界處。目前針對這兩種常見缺陷的主要防治措施有四種：第一是要通過設置符合相關標準與規定的焊接構件坡口尺寸與角度來防止這些問題的出現；第二是注重清理坡口處的各種雜質，如果出現了氧化層也要及時進行處理；第三是要確保所選用的焊接電流大小以及焊接速度是科學合理的；最后，在完成封底焊接工作時，要對其根部進行細致地檢查，確保所采用的焊條擺動方式是完全正確的。

3 結語

壓力容器焊接過程中，經常會因為各項因素的影響而出現質量缺陷，不同缺陷產生原因不同，且表現形式差異較大，這需要結合壓力容器缺陷的實際情況以及以往焊接和對類似問題的處理經驗，來對各類缺陷原因和預防措施進行總結，作為后續焊接施工作業開展的技術指導。

參考文獻：

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