壓力容器常見缺陷的檢驗及處理方法的淺析

吳雷民

摘要：本文從壓力容器檢驗中常見的缺陷出發，分析了缺陷的產生原因及相關檢驗方法，并給出缺陷處理方法，為壓力容器的安全運行提供了技術支撐。

關鍵詞：壓力容器 檢驗缺陷 缺陷處理

壓力容器具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有害的使用環境特征，從事壓力容器檢驗無疑是一個與危險相伴且承擔巨大責任的職業，切實提高自己的檢驗技能水平，做到檢的出、檢的準，及時發現并排除存在的隱患，做到所檢設備零缺陷、零隱患，認識到雖然不是每個安全隱患都會造成安全事故，但每個安全隱患都是一個隱形地雷，一不小心就會讓自己粉身碎骨。

引起壓力容器安全隱患主要來自以下三個方面：

（1）惡劣的運行環境造成的各類腐蝕，如壓力容器頻繁啟動也會造成的疲勞腐蝕，運行過程中的環境腐蝕，運行介質內含硬質顆粒物造成的摩擦、磨損等。

（2）壓力容器操作失誤，如操作人員未經過培訓，或無證上崗、或誤操作造成事故。

（3）壓力容器自身缺陷造成的隱患，此類缺陷如壓力容器的設計缺陷、材質缺陷等。雖然我們在檢驗工作中將檢驗壓力容器的自身的缺陷為檢驗重點，但同時也要兼顧三方面的隱患才會不放過任何隱患。

1.壓力容器缺陷來源

（1）設計上的缺陷：包括容器結構的不合理，如需要設置防沖擋板的沒有設置，與介質的相容性沒有很好的考慮，工藝設計缺陷，造成壓力溫度不穩定，超溫超壓，介質倒灌等，雖然通常這類問題一般較少出現，不具有很強的專業知識的檢驗人員也很難發現，但也要通過認真的資料審查，如質量證明書，日常運行記錄等，現場檢查發現這些隱藏的問題。

（2）壓力容器制造過程中存在的缺陷：

一是本體材質缺陷，包括夾層、夾雜等;

二是制造過程中的焊接缺陷，1、裂紋：（1）器壁母材上裂紋;（2）熱影響區裂紋;（3）焊縫區裂紋。 2、焊接缺陷：（1）未熔合;（2）未焊透;（3）夾渣;（4）氣孔;（5）咬邊;（6）焊瘤;（7）燒穿;（8）弧坑;（9）焊縫外形、尺寸不符合要求[1]。

（3）在使用過程中產生的缺陷，例如材質劣化、腐蝕、裂紋、減薄等，安全附件未按時校核及檢定。同時要明白各類缺陷的檢驗手段，危害程度出現概率及部位。

2.壓力容器常見缺陷的檢驗方法及處理方法

裂紋，腐蝕，焊接缺陷是壓力容積常見及具有較大危害性的缺陷。

2.1裂紋

裂紋是壓力容器中最危險的一種缺陷，它是導致容器發生脆性破壞的因素，同時又會促進疲勞破裂和腐蝕破裂的產生。壓力容器中的裂紋，按其生成過程，大致可分為兩大類，即原材料或容器制造中產生的裂紋和容器使用過程中產生的裂紋或擴展的裂紋。前者包括鋼板的軋制裂紋、容器的拔制裂紋、焊接裂紋和消除應力熱處理裂紋;后者包括疲勞裂紋和應力腐蝕裂紋。

裂紋的檢查可以用直觀檢查和無損探傷。一般是通過直觀檢查發現或初步發現裂紋的跡象，再通過無損探傷進一步加以確認。無損探傷無論是液體的滲透探傷、熒光探傷和磁力探傷，對檢查表面裂紋都有較高的效用，可以根據具體情況適當選用，但根據斷裂力學理論，表面裂紋比埋藏缺陷危害更大，檢規也規定，鐵磁性材料優先選用磁粉。

由于材料軋制或拔制容器留下的微裂，一般都比較淺，可以用手銼或砂輪等磨去。焊接裂紋應在檢查發現時予以鏟除。由于結構不良、局部應力過高而產生裂紋的部件一般不宜繼續使用。存在腐蝕裂紋的容器，也不應將裂紋鏟除或焊補后繼續使用。在特殊情況下，由于容器制造或原材料留下的裂紋確實難以消除，經過具有資格的壓力容器缺陷評定單位檢查鑒定，并根據斷裂力學的分析和計算，確認裂紋不會擴展，且具有足夠的安全裕度，容器可以采取可靠的監護措施，繼續使用，但要縮短檢驗間隔期限，嚴密監視裂紋的發展情況。

2.2腐蝕

腐蝕是壓力容器在使用過程中最容易產生的一種缺陷，特別是在化工容器中。它是由于金屬與所接觸的介質產生化學或電化學變化作用而引起的。容器的腐蝕可以是均勻腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕和疲勞腐蝕。不管是哪一種腐蝕，嚴重時都會導致容器的失效或破壞。

容器內壁可能有各種形式的腐蝕。對均勻腐蝕和局部腐蝕也可以通過直觀檢查的方法。經直觀檢查發現容器內壁或外壁有均勻腐蝕或局部腐蝕時應測量被腐蝕處的剩余厚度，從而確定器壁的腐蝕厚度和腐蝕速率。如發現壁厚增值，應考慮氫腐蝕的可能性。對晶間腐蝕和斷裂腐蝕（應力腐蝕和疲勞腐蝕），除了嚴重的晶間腐蝕可以用錘擊檢查有所發現外，一般用直觀檢查是難以判斷的，常用金相檢驗、化學成分分析和硬度測定。一般襯里要作氣密性檢驗，檢驗時有妨礙檢驗的構件應予以拆除。

對腐蝕缺陷的處理要根據容器的具體使用情況而定，一般原則是：

（1）內壁發現晶間腐蝕、斷裂腐蝕等缺陷時，不易繼續使用。如果腐蝕是輕微的，允許根據具體情況，在改變原有工作條件下使用。

（2）當發現分散點腐蝕，但不妨礙工藝操作時（不存在裂紋、腐蝕深度小于計算壁厚的一半），可對缺陷不作處理繼續使用。

（3）均勻腐蝕和局部腐蝕按剩余厚度不小于計算厚度的原則，確定其繼續使用、縮小檢驗間隔期限、降壓使用或判廢。

2.3焊接缺陷

焊接質量的好壞，直接影響著壓力容器的氣密性能是否優良，以及其強度大小是否能夠符合壓力容器技術要求。若壓力容器的氣密性較小，或強度等級不高，在實際的運行中就很有可能引起氣體泄漏或液體滲漏，給企業造成一定的經濟損失，嚴重時還會引發各種安全事故[2]。

2.3.1壓力容器焊接質量缺陷成因分析

通常壓力容器出現質量缺陷的部位主要可以分為容器外部和容器內部兩種。其各自的質量缺陷現象和缺陷成因分別如下所示：

（1）焊接的外部質量缺陷成因

①錯邊。就是指在焊接時，相互連接的焊接工件沒有完全結合在一起，而是錯開了一定的位置。一般產生錯邊這種質量缺陷都是產生在組裝階段，產生原因可能是因為設計問題，或者是焊接工的技術問題。錯邊會使壓力容器在受到應力作用時產生變形現象，這在某種程度上會極大的影響到壓力容器的安全性。

②咬邊。當焊接時所按照的焊接參數有問題時，或者焊接技術方法使用不當時，會使母材上沿著焊趾的方向出現一定的溝槽，或者凹陷，這種現象我們一般稱之為咬邊。產生咬邊的原因有很多種。例如焊接時電流過大、電弧太長、焊機軌道不平整等等，都有可能引起咬邊問題。

（2）焊接內部質量缺陷成因

①氣孔。若在焊接時有氣泡停留在熔池中，并且在凝固的過程中這些氣泡也沒有完全逸出，就可能會在該處形成一定的空穴，這就是焊接氣孔。其形成的主要原因是因在焊接時電弧過長，或者焊條受潮，電弧保護與氣體保護工作沒有做好，或者坡口沒有清理干凈，這些都可能會引發氣孔的發生，給容器的氣密性造成很大影響。

②夾渣。這通常指的是焊縫中的不同形狀的熔渣，最容易出現夾渣現象的焊接部位是在坡口邊緣與焊道的非圓滑部位。另外，焊道形狀突然發生變化，也會在深溝處產生夾渣。出現夾渣這種質量缺陷的原因主要有：電流過小，焊接速度過快，運條不合理，沒有分清熔渣和鐵水，埋弧焊封底時焊絲沒有保持在焊接中心等等，都有可能會引起夾渣現象的發生。夾渣對壓力容器的危害性較大，極大的影響著焊縫的強度和密封性。

③未焊透，未熔合。所謂未焊透主要是指在焊接的過程中，焊接接頭的根部并沒有完全熔透;而未熔合則是指焊接金屬和基體母材之間沒有完全焊接，留下有一定的焊接縫隙。未熔合的現象還常常發生在相鄰的焊道之間，或者是焊縫層之間。這種質量缺陷的危害也是極大的，產生的原因也較多。如坡口的角度較小，間隙小，而鈍邊則較大。或者是電流小的焊接速度快，金屬還沒有來及熔化，或者是焊接損失較大等等。

④焊接裂紋。在焊接應力及其它致脆因素共同作用下，材料的原子結合遭到破壞，形成新界面而產生的縫隙稱為裂紋。它具有尖銳的缺口和長寬比大的特征，易引起較高的應力集中，而且有延伸和擴展的趨勢，所以是最危險的缺陷。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。其產生的主要原因是焊接熔池中存在低熔點雜質，由于這些雜質熔點低，結晶凝固最晚，凝固后的塑性和強度又極低，焊件及焊條內含硫、銅等雜質多時，收弧過于突然，在形成的凹坑上產生裂紋。

2.3.2壓力容器焊接質量缺陷的控制措施

（1）錯邊

錯邊常會引起幾何應力集中，產生附加彎曲應力。錯邊在制造大型壓力容器過程中很難避免，而且完全消除也較困難。正確的處理方法是要嚴格執行壓力容器制造標準，把焊接缺陷限制在條件允許的范圍之內。

（2）咬邊

防止產生咬邊的辦法是：選擇合適的焊接電流和運條手法，隨時注意控制焊條角度和電弧長度;埋弧焊工藝參數要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機軌道要平整;焊條擺動時，在坡口邊緣運條稍慢些中間運條速度要快些，焊條角度適當。

（3）氣孔

預防產生氣孔一是設法杜絕有害氣體來源，不讓氣體進入熔池;二是一旦氣體進入熔池，就想辦法保證液態金屬有足夠的高溫停留時間，使進入的氣體外溢。具體措施：一控制氣體來源。焊條防潮和烘干。加強對焊件表面的清理工作，如焊件表面的油污、氧化膜等;二加強防護。如起弧接頭時，焊條端頭藥皮熔化不好、保護差，易產生氣孔，要有足夠的加熱;三正確選用焊條。焊條應符合國家標準，要有質量保證書。特別重要的焊件或對焊條有懷疑時，應進行復驗;四選擇低氫焊接方法。不論是酸性焊條還是堿性焊條，均推薦采用直流反接法進行焊接;五嚴格按焊接工藝規程調節焊接規范等。

（4）夾渣

防止夾渣產生首先應提高焊接操作技術，焊接過程中始終要保持熔池清晰、熔渣與液態金屬良好分離;徹底清理坡口及兩側的油污、氧化物等;按焊接工藝規程正確選擇焊接規范;選用焊接工藝性好、符合標準要求的焊條;接頭時要先清渣且充分加熱，收弧時要填滿弧坑、將渣排出。

（5）未焊透或未熔合

防止未焊透或未熔合的方法是正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化和油污要清除干凈;封底焊清根要徹底，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔合情況。

（6）焊接裂縫

為防止焊接裂縫，焊前認真組裝，檢驗組裝質量合格后再焊接。定位焊焊縫要焊透焊牢，對過高的定位焊縫，要磨修好再焊。不使用偏心焊條，防止電弧偏吹，始終保持好焊條角度。運條速度要均勻，安排多層焊時每層厚度要合適，加強操作技術練習，提高操作水平等。當焊件拘束度大時將預熱溫度相應提高;嚴格控制焊接參數，減慢冷卻速度適當提高焊縫系數，盡可能采用小電流多層多道焊以避免焊縫中心產生裂紋;認真執行工藝規程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應力。

3.結論

壓力容器缺陷的處理是容器檢驗中另一項重要的任務，它體現著檢驗工作的質量和服務水平，在缺陷處理工作中應本著“確保安全，方便客戶”的原則，嚴格按照《壓力容器定期檢驗規則》對缺陷進行判定和處理，不對缺陷進行放大處理，對客戶造成不必要的損失，缺陷的處理一般分為三種，一是安全附件及易損件的校核、修理和更換。二是根據壓力容器等級要求用戶降低壓力容器的使用條件，更正設計中壓力容器的缺陷如加裝防沖擋板等，更正壓力容器使用過程中違規的行為，超壓超溫使用，操作人員無證操作等，整理壓力容器的使用檔案，運行記錄，建立質量體系。三是對壓力容器自身的危害性缺陷處理消除。

在處理消除危害性缺陷時，首先調查容器質量狀況與使用情況。弄清該缺陷是制造遺留，還是使用中產生;對于制造過程中產生的缺陷，判定缺陷在使用過程中有無擴展是判定該壓力容器有無使用價值的重要參考。對于受壓元件材質不清的容器。必要時進行化學成份分析。硬度測定和金相分析，為缺陷修復時的選材及制定合理的修復工藝提供依據。

修復方法要根據不同缺陷的具體情況而定，應依據“合于使用”的原則。一般說，可修可不修的缺陷，即沒有什么危害的缺陷盡量不要修，打磨處理能滿足要求的就盡量不用補焊，對于裂紋的修復應慎重。壓力容器受壓元件的缺陷，有打磨，焊補，加強圈加固等，在用容器的表面缺陷，如表面裂紋、凹坑、電弧擦傷、弧坑、機械損傷、未焊透、未熔合、焊縫氣孔、焊縫咬邊、工卡具焊跡等的處理。

總之，不斷提高自身的檢驗的服務意識和提高自己的檢驗水平，從源頭找出壓力容器缺陷的產生原因，有針對性的解決問題，形成一套完整的缺陷檢驗與處理方法，為壓力容器安全使用保駕護航。

參考文獻

[1]常引娣.談壓力容器焊接中常見缺陷的成因和防止措施[J].科技信息，2007（29）.

[2]董建峰等.壓力容器焊接質量缺陷成因及控制措施[J].中國高新技術企業，2008（16）.