淺談壓力容器焊接質量控制

陳福姍

（瑞福萊暖通設備(上海）有限公司，上海 201408）

壓力容器是一種密閉容器，其中含有的化學反應物質大多是氣體或液體，且其內的壓力高于大氣壓。壓力容器氛圍反應容器、分離容器、儲運容器和換熱容器等等類型，這些容器不同于常壓容器，其工作所需的條件更為嚴苛。在制造此類容器的過程中，最重要的環(huán)節(jié)是焊接，因為這一步驟直接影響著容器的使用壽命和工作性能。

1 控制壓力容器焊接質量的重要性

壓力容器屬于承壓特種設備的范疇，因為此類容器在工作過程中需要高溫高壓的條件，因此一旦安全性能受損，則可能導致嚴重的安全事故，造成人身財產損失。壓力容器在制作的過程中，核心環(huán)節(jié)在于焊接環(huán)節(jié)，因為這一環(huán)節(jié)能夠對壓力容器的質量和工作性能產生直接的影響。從一定程度上講，壓力容器的質量幾乎完全取決于制造人員的焊接水平。在焊接過程中，材料的使用、技術的成熟度、設備本身的性能等也能夠決定焊接的質量。因此，在進行壓力容器的焊接環(huán)節(jié)時，制造人員應當做好充分的準備，嚴格控制焊接質量。

2 壓力容器焊接過程中存在的問題

2.1 壓力容器的內部或者外部表面存在外觀上的缺陷

壓力容器由多個部件構成，因此，在組裝時難免發(fā)生錯邊和角變形等現(xiàn)象，這是因為兩個工件可能存在著厚度方面的差異，因此錯邊和腳變形難以避免。如果缺陷幅度較小，其造成的影響可以忽略不計，但若幾何缺陷嚴重，則可能因過于集中的幾何應力而導致容器無法安全運轉。同時，在焊接的過程中，過大的電流可能導致局部溫度升高過快，此時，若焊接角度出現(xiàn)偏差或運條速度過快，則可能導致焊件融化，若填充金屬不能及時補充被融化的焊件，則會導致焊縫邊緣的凹陷，甚至影響壓力容器的正常運作。因此，在進行容器部件的焊接過程中，制造人員應當控制運條速度和焊接角度，并且根據(jù)實際情況調整焊接電流，避免在焊接時造成焊件融化的現(xiàn)象。

2.2 壓力容器焊縫內部存在缺陷

焊縫內部如果存在點狀或條狀的夾渣，會導致焊縫中產生氣孔（如圖1），甚至導致容器產生裂紋，從而對其安全性能造成影響。夾渣即焊接過程中遺留于焊縫的熔渣，包括金屬和非金屬兩種。如果制造人員沒有及時清潔坡口邊沿，則可能導致水分、油漬或金屬銹斑的存留；如果制造人員在烘焙焊條和焊劑時未能依據(jù)工藝規(guī)范進行，則可能造成焊芯銹蝕、藥品脫落等現(xiàn)象，這些都是熔渣的產生原因。熔渣會導致焊接熔池中積存大量的氣泡，進而在熔質凝固后產生氣孔。氣孔會嚴重降低焊縫的強度，因為它會導致焊縫的金屬致密性降低。此外，如果焊接溫度與強度不足，還會導致未焊透、未熔和等現(xiàn)象。前者的發(fā)生原因是焊接電流小、速度快或者鈍邊太厚。未焊透、未熔和現(xiàn)象會熬制焊縫的連續(xù)性出現(xiàn)問題（如圖2），導致焊縫突變甚至斷裂，進而會使壓力容器的部件焊接部位產生裂紋。

圖1 壓力容器焊接氣孔和夾渣缺陷

圖2 壓力容器未焊透與未熔合缺陷

2.3 壓力容器焊縫表面存在缺陷

焊縫裂紋是壓力容器焊接過程中不容忽視的現(xiàn)象，因為此類缺陷可能造成壓力容器工作性能的降低，甚至出現(xiàn)安全事故。焊縫裂紋的類型包括熱裂紋和冷裂紋兩種。導致焊縫裂紋出現(xiàn)的始動因素是低熔點雜質在焊接熔池中的出現(xiàn)。這種雜質會在外界焊縫金屬凝固收縮以及拘束應力的作用下成為結晶中心，因為其本身具有強度低、凝固慢等特點，因此，容易在凝固過程中裂開，導致焊縫金屬在固化的過程中出現(xiàn)裂紋，這就是熱裂紋產生的原因。通常情況下，焊縫表面的中心位置更容易出現(xiàn)裂紋（如圖3），而這一部位的裂紋對容器質量的影響最大。

3 控制壓力容器焊接質量的有效策略

3.1 嚴格把控焊接材料

圖3 壓力容器焊縫區(qū)裂紋

在進行壓力容器的焊接工藝時，制造人員應當重視對焊接材料的選擇，因為材料是決定焊接質量的獨立影響因素，其獨立于焊接技術和工藝之外。因此，在焊接工作正式開始前，應當首先對焊接材料進行遴選。能夠納入選擇的焊接材料應當具有專業(yè)認證的合格證書，且符合國家對焊接材料的各項標準和要求。與此同時，在選擇焊接材料時，還應當考慮待焊接壓力容器本身的力學設計、工作性能和實際用途，焊接材料應當與這些因素相匹配，避免材料之間互不相容。在購買焊接材料時，應當及時檢查其是否具備質量證書，且能否符合國家對此類材料的相關要求，并且在材料投入使用前，應當對其各項信息進行再次的核查。

焊接材料的選擇工序、保管環(huán)節(jié)和領用環(huán)節(jié)都是材料質量控制過程的重要組成部分。購入焊接材料后，應當對其進行隨機抽樣，再次檢查其質量和使用性能，并且將檢查合格的材料依據(jù)相應的管理辦法辦理入庫手續(xù)。在入庫后，應當按照材料本身的類型、批號等分類條件對其進行歸類存放，以便于后期取用。在焊接工作開始前，應當以規(guī)定的溫度與實踐對焊條和焊劑進行烘干和保溫，因為剛從烘箱中取出的焊條會因藥皮的吸水性而出現(xiàn)表面濕潤的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象對焊條質量的影響較大。因此，焊接材料應當隨用隨取，若沒有一次性用完所有取用的焊接材料，剩余部分應當及時入庫。

3.2 焊接工藝控制

在壓力容器焊接過程開始前，應當對受壓和非受壓元件，以及其他焊接元件進行工藝評定，即首先了解各種焊接元件的具體焊接方式、木材厚度，以及焊接之前是否需要預熱等等，并且評定其工藝過程，通過此步驟后方可開啟焊接工藝。在進行焊接的過程中，接頭的性能會受到焊接線能量和規(guī)范參數(shù)等系列因素的影響，小線能量的焊接方式適用于不銹鋼、低溫鋼和低合金高強鋼的焊接。在焊接時應當首先進行預熱，以避免焊接后產生裂紋。層間溫度控制、焊后還冷等方式也有助于避免裂紋的產生。焊接電流、電壓與速度也是焊接質量控制的重要方面，這些因素都可能導致焊縫質量的損害。例如，若焊接電壓較低但電流較大，則可能導致焊縫的深度增加、寬度減小，進而導致焊接部件容易脫落，此時，應當及時對電流大小進行調整，以避免安全隱患的出現(xiàn)。

3.3 焊接后質量控制

焊接流程結束后，應當及時對焊接的成果進行檢驗。影響焊接質量的因素包括自然和人為因素兩種，這些因素都應當納入檢驗的范圍。為提升壓力容器的工作性能，應當對焊接完成后的容器進行全面檢查，檢查的精細程度能夠對壓力容器的質量和工作能力產生極大的影響。為判斷焊接質量，應當進行按揭后檢驗，包括外觀檢驗、無損探傷和耐壓檢驗三種方式。其中，無損探傷的作用是對材料內部的、肉眼不可見的裂紋進行探查，避免殘余應力等對容器質量造成影響。外觀檢測的含義是對壓力容器的外觀進行檢查，以排除其肉眼可見的表面缺陷，若壓力容器未焊透或未融合，則應當及時檢驗容器的尺寸，以判斷其各項指標參數(shù)是否符合相應的規(guī)范。若尺寸不符合規(guī)范，則應當對其進行及時返修，不得抱有僥幸心理。若容器出現(xiàn)裂紋，也應當對裂紋的尺寸進行測量，若在標準范圍之內則可以借助打磨對其進行磨平，若裂紋尺寸超出標準范圍，則應當進行補焊。上述三種質量檢測方式能夠對焊接完成后的壓力容器進行及時的質量檢查，以排除可能的安全隱患。

3.4 做好焊接技術人員培訓工作

除了上述質量控制措施，制造廠還應當做好焊接技術人員的培訓工作，因為焊接技術人員的專業(yè)水平將直接影響壓力容器的質量和工作性能。在培訓開始前，應當首先審查焊工的工作資質，保證其具備足夠的知識儲備和實踐技能。在培訓過程中，應當細化工作流程與細節(jié)步驟，以使參與培訓的技術人員得到切實的技術能力提升。

4 結語

在壓力容器的全部制造工藝流程中，焊接工作是重要的組成部分，因此，應當對容器的焊接質量進行控制。當下，我國的壓力容器焊接流程存在一系列的問題，為切實解決這些問題，應當對焊接材料和工藝進行有效的管控，并且在焊接結束后，也應當對壓力容器進行進一步的質量檢測，以免安全隱患的出現(xiàn)，此外，還應當開展針對焊接技術人員的培訓工作。只有如此，才能不斷提升我國壓力容器的質量、規(guī)避系列安全隱患，提升焊接技術的市場競爭力，并進一步推動工業(yè)化的進程。