壓力容器缺陷及處理分析

王傲 唐偉　劉禾

摘 要：工業的發展和進步使壓力容器適用范圍越來越廣，作為一種承壓設備，壓力容器種類較多，可在石油化工和機械加工等行業內發揮重要的作用。基于此，本文以壓力容器作為研究對象，分析當前壓力容器在使用過程中存在的幾點缺陷問題，針對腐蝕問題和焊接問題提出有效措施，并將無損檢測技術用于其中，做好壓力容器管道裂紋的檢驗工作，使其更好的適應不同生產環境。

關鍵詞：壓力容器;質量檢驗;缺陷處理

壓力容器在結構上存在一定的復雜性，為了適應各領域的生產需要，壓力容器被設計的十分專業，針對不同種類的壓力容器，設備運行過程中需要做好相應的保護工作。壓力容器設備對安全性提出了較高的要求，運行時時刻面臨著易燃易爆風險，如果不及時處理缺陷問題，將會引發嚴重的安全事故。因此，有必要做好檢測工作，加強對缺陷問題的及時檢驗與處理。

1 壓力容器的缺陷分析

1.1 表面缺陷

壓力容器的表面缺陷有很多種，比如腐蝕問題、表面裂紋問題、機械損傷、工具焊跡問題。缺陷的存在會讓壓力容器表面無法平整，甚至厚度不均勻，導致壓力容器受到不均勻的壓力影響而應力集中，集中部位因此而產生裂紋，最終引發爆炸性事故。表面裂紋的產生原因主要來自于機械損傷與電弧灼傷，如果壓力容器表面存在裂紋，應當立即打磨。腐蝕性問題也是壓力容器的常見缺陷，金屬材料和介質接觸而產生電化學反應，壓力容器的腐蝕性問題主要分為均勻腐蝕、局部腐蝕、點腐蝕三種，檢測人員需要根據壁厚情況了解腐蝕的程度。

1.2 裂紋、氣孔、夾渣等內部缺陷

壓力容器的內部缺陷問題主要包含未熔合、氣孔、裂紋以及夾渣等，一旦發現以上問題，應立即安排專業人員進行處理。如果裂紋的深度較大，特別是穿透性裂紋，應使用無損檢測技術了解缺陷的具體情況。內部缺陷問題會導致壓力容器焊縫截面積變小，降低其承載能力和抗疲勞程度。與表面缺陷相比，內部缺陷問題難以用肉眼發現，檢測時只能使用超聲探傷和射線探傷的方法進行分析[1]。焊接氣孔的存在會導致應力集中而產生焊縫斷裂的裂紋源。冶金氣孔有氫氣孔、氮氣孔，工藝氣孔多分布在焊縫的中心位置。結晶裂紋和焊縫在結晶中處于固相線附近的溫度范圍內，凝固金屬收縮，殘余液相不足，承受拉應力的同時而出現開裂。焊縫在凝固時會以樹枝狀結晶的方式進行，焊縫內的化學成分不均勻，雜質元素越多，該現象就會越嚴重。液化裂紋和結晶裂紋的形成機理不同，是固態母材在熱循環峰值溫度下因晶間層重新溶化而產生的。

2 壓力容器缺陷的處理方法

2.1 解決壓力容器使用中的腐蝕問題和焊接缺陷問題

加強對壓力容器外部工作環境的注意，對于容器表面腐蝕的特點，防止壓力容器在潮濕的環境中工作，保證其處于通風干燥的環境下運行。對于內部環境引發的腐蝕問題，壓力容器內部介質腐蝕性很強，如果無法采用合適的耐腐蝕金屬材料，可使用帶有橡膠、玻璃鋼、不銹鋼以及聚四氟乙烯的材料，按照壓力容器內部的介質特性和工作壓力情況，最終確定內部材料。其中，不銹鋼和鈦適合用在對壓力與溫度有著較高要求的工作環境，但成本較高。盡可能的選擇屈服強度在220MPa以下的低碳鋼材料，在此基礎上展開焊接工藝。壓力容器焊接問題的解決可以從以下兩方面入手：①冶金方面。控制焊縫內有害雜質含量，將被焊金屬與焊絲中S和P的質量分數控制在0.04%之內。調整焊縫的化學成分，對低熔點相與共晶組織數量加以控制，適當加入合金元素，細化晶粒;②焊接工藝方面。焊接之前預熱材料，焊接之后通過固溶與時效處理的方式可以有效消除裂紋;③及時做好腐蝕介質的處理工作，脫除有可能引發壓力容器嚴重腐蝕的有害成分，使用緩蝕劑和抗垢劑抑制腐蝕，減輕腐蝕速度，提升壓力容器的抗腐蝕能力，盡可能的延長設備使用壽命。

2.2 加強對壓力容器的無損檢測

2.2.1 射線檢測與超聲檢測

射線探傷法以X射線和γ射線為原理，射線強度的衰減會伴隨壓力容器內部結構而改變，從而對膠片的感光度產生影響。人們在分析感光度的同時就能得知此時壓力容器是否存在缺陷問題。檢驗過程中，射線檢測方式多用于不銹鋼、鋁合金、銅合金等金屬受壓元件焊接接頭部位的檢測，因投照角度不同，射線檢測技術能夠直觀的了解壓力容器的內部缺陷問題，但無法對壓力容器表面裂紋檢測出來。超聲探傷技術的應用依靠了超聲波的穿透能力，采用超聲波反射、散射、波形轉換等形式檢測壓力容器的幾何特征和力學性能。

2.2.2 衍射時差法檢測

金屬材料和零件在制造的過程中容易出現表面垂直裂紋缺陷危害。常規的脈沖回波檢測方法難以將入射聲波和缺陷反射波垂直，導致缺陷問題無法被檢測出。如果需要得到該類缺陷在厚度方面的取向長度定量信息，建議采用衍射時差法進行缺陷的檢測。這種方法以超聲衍射為原理，屬于無損檢測技術中的一種，與脈沖回波法不同，它能夠提供更加先進的缺陷檢測與定量能力。衍射時差法也被稱為TOFD檢測方法，與脈沖反射法相對而言，TOFD檢測技術對壓力容器缺陷的檢出率和檢測精度更高。該技術以衍射信號為基礎，檢測壓力容器缺陷時不會受到方向性的影響，且缺陷的檢測能夠以圖像的形式展現出來，所有缺陷信息科擁有保存。TOFD檢測技術支持全自動數據采集方式，不會受到過多的人為影響，檢測范圍較大，可對12mm以上厚度的工件對接頭進行探傷。雖然TOFD檢測方法不基于波幅，但如果波形信號不強，且波幅過低，這將對缺陷定量產生影響。因此，可以參考試塊中的橫通孔科學設置靈敏度，將反射信號波幅設置成80%滿屏高。

2.2.3 磁粉檢測

強磁場環境中，鐵磁材料發生磁化后，材料表面不連續處會產生磁導率變化，從而導致磁感應線溢出壓力容器而產生漏磁場。吸附壓力容器表面的磁粉后，光照作用下能夠看到磁顯痕跡，從而檢測出壓力容器鐵磁表面微米大小的缺陷問題。但與其他檢測技術相比，磁粉檢測只適合用在鐵磁材料表面的缺陷檢測，不適合用于多孔材料中，所以無法檢測出壓力容器的內部缺陷問題。使用CJW-2000型熒光磁粉探傷機，可全方面檢測壓力容器表面和近表面因鍛壓、淬火、研磨、疲勞而引起的裂痕及夾渣等細微的缺陷。

2.2.4 滲透檢測

滲透檢測能夠有效的用在非多孔性金屬和非金屬材料當中，比如陶瓷制品的檢驗或石墨類制品的檢驗。壓力容器滲透檢測的最佳適宜溫度在20℃左右，最低為10℃，最高為40℃。實際檢測當中，應根據受檢焊接接頭表面和缺陷表面是否存在干擾滲透檢測的固體或者液體污染物，以此確保滲透檢測工藝的成功。清洗焊接接頭部位時，產生的殘留物會妨礙滲透液對缺陷的深入，如果殘留物為強堿或強酸物質，物質可能與滲透液產生有害反應。因此，應當將零件受檢表面固體或液體污染物及時清理干凈。在壓力容器表面噴涂滲透劑，滲透劑中帶有著色染料與熒光染料，經過毛細作用后，如果壓力容器表面有缺陷問題，滲透劑就會將表面填滿。將多余的滲透劑擦干凈，使壓力容器表面保持干燥，再使用顯像劑，通過光照即可發現缺陷問題。

3 總結

總而言之，面對壓力容器的各類缺陷問題，有必要優選焊接材料，明確焊接工藝，按照相應的操作規范完成壓力容器的焊接工作，以此提升壓力容器焊接作業質量，保證設備的穩定運行。通過射線檢測與超聲檢測、衍射時差法檢測、磁粉檢測、滲透檢測等無損檢測技術的應用，盡可能的延長壓力容器的使用壽命，保證設備高效運行。

參考文獻：

[1]龐振奪.在用壓力容器主要缺陷分析及預防措施分析[J].中國設備工程，2020（10）：149-150.

[2]閆虎剛.壓力容器焊接工藝評定常見問題分析及解決措施[J].化工管理，2020（14）：133-134.

作者簡介：

王傲（1991- ），性別：男，民族：漢，籍貫：山東省莘縣，學歷：本科，畢業于哈爾濱工業大學;現有職稱：初級;研究方向：檢驗檢測。