化工設備焊接常見問題及焊接返修工藝

王彥濤(中海油(天津)管道工程技術有限公司，天津 300452)

0 引言

焊接是透過加熱、加壓等方式將金屬與金屬結合的技術或方法，焊接是化工設備制造過程中重要環節，焊接質量直接影響到設備的運行穩定性、安全性。但在焊接過程中，由于焊接材料、工藝、技術、外部環境條件等原因，可能會出現許多問題，例如：焊咬邊、飛濺金屬、裂紋和工件變形等，這些都會直接影響設備穩定性和安全性。因此，必須嚴格控制焊接工藝，減少焊接缺陷并提高焊接質量。

1 化工設備的結構特點

不同于其他通用設備，化工設備有其特殊性。許多化工生產是在高溫高壓下進行的，設備應在溫度、壓力、流量、材料腐蝕性能下配備足夠的密封性和機械強度。化工生產裝置，均由多個設備組成，需要設備和管道、閥門、儀器、儀表、電路和其他設施之間的可靠協同作用和兼容性。而且化工企業都需要生產設備有較長的使用壽命，在設備制造過程中需要充分考慮磨損、腐蝕等因素，以確保足夠的壽命[1]。

2 導致焊接質量問題的影響因素

焊接技術過程復雜，對于焊接質量問題，了解其影響因素對解決焊接問題非常重要。影響焊接質量的因素包括：第一，焊接前材料的清理，以及焊接不牢或金屬四處飛濺，則可能影響焊接質量。第二，當電流不穩定時，焊接零件在焊接時變形，如果電流非常高，則可能導致焊咬邊。第三，控制焊接時間很重要。為了控制時間，必須正確確定焊接電流和焊接材料質量，掌握焊口情況，從而確定焊接時間，否則焊接會變得不牢固。第四，焊接過程中外部環境極有可能發生變化。實際焊接時，通常會出現以下的影響因素：確定焊接位置的差異、環境中的變更或使用不清潔材料。第五，焊接順序不當也可能影響焊接質量，造成焊接不牢固。焊接時，必須根據焊接技術的要求選擇焊條。如果未選取合適的焊條，或焊料的存儲環境不合適，則會降低焊接質量[2]。

3 化工設備制造中焊接注意事項

3.1 選擇合適的焊接材料

選擇合適的焊接材料優化焊接工藝是保證化工設備焊接質量的基本要求。第一，企業必須通過正式渠道管理焊接材料的采購和儲存，并通過相關專業人員的質量檢查記錄焊接材料的采購。對于采購的焊接材料，必須按照相關標準進行適當的保管，進行定期檢查，確保庫存環境滿足焊接材料的質量要求。第二，焊接之前要檢查焊接材料如焊材、焊劑、焊絲是否完好，以避免在焊接過程中使用生銹或潮濕的焊接材料，然后全面分析焊接材料的主要性能，并記錄常用材料的焊接參數。對于新焊接材料，必須在使用材料之前進行反復檢查和分析，以確保所選材料的性能滿足要求。

3.2 加強現場焊接技術的管理

改進現場技術管理對確保化工設備焊接質量至關重要。通過全體員工的技術交流提高焊接能力和焊接質量管理的重要性。例如，在高壓設備接頭焊接位置時，應預先培訓焊接人員并定期考核。焊接人員必須持有相應的焊接工作證書，負責任地工作，嚴格遵守勞動紀律，在焊接操作之前確認重要的焊接環節，使用規定的焊接技術，并嚴格遵守焊接計劃。

3.3 引進先進的焊接設備和檢測技術

企業應積極引進先進的焊接設備，采用先進的焊接工藝，這不僅能提高焊接工作效率，而且可以提高焊接質量。產品焊接后，技術人員還要采用無損檢測進行內部質量檢查，采用相關儀器和新技術對焊縫內部質量進行驗收。

4 焊接中常見問題及處理措施

焊接過程中使用的材料不同，工藝也不同，采取的技術也不同。為了保證質量，必須識別焊接技術中常見的問題，并相應地控制所有影響因素。

4.1 工件變形及預防措施

如果工件的焊接位置在焊接過程中變形，不僅影響外觀，而且會影響工件的質量。工件最常見的變形是焊縫長度和寬度不足、寬窄不一致、焊接位置不均勻或焊縫不均勻。焊接工件變形的主要原因是：第一，如果剛度不均勻，在焊接時工件易變形；第二，焊接時工件焊縫未均勻調整，因此收縮位置不均勻，可能導致工件變形問題；第三，在焊接過程中存在不同的電氣和方向特定的電流波動，也會引起變形；第四，因為工件未放平，或者焊接坡度不符合要求，也會使工件發生變形。

為了避免工件焊接時出現變形問題，需要采取適當的預防措施。選取材料時，工件要剛度均勻，放置焊縫時要保持一致。焊接必須按照一定的順序進行，按照主要區域首先焊接的合理順序進行，次要區域后焊接；對稱零件在非對稱零件之前焊接。焊接過程中電流、速度、方向必須一致。焊接時還必須正確翻動工件，可變形工件必須采取適當的預防措施。不同材質的材料，需要選用不同的焊接方法，根據具體情況選取有助于避免工件變形的方法[3-4]。

4.2 焊接裂紋及預防措施

焊縫裂紋是焊接中最常見的問題，會嚴重影響設備的質量及運行過程中的安全性。焊接裂紋的產生主要是由于電流波動或短路等因素，金屬材料焊接過程中的焊接強度可能會受到影響，帶有焊接裂紋的設備或焊件很容易出現突然斷裂的情況，在運行過程中造成物料泄漏，引發起火、爆炸、污染等安全事故。

產生焊縫裂紋具體的原因有：一是氫效應，焊接材料表面殘留一定量的氫、焊縫溫度高以及金屬氫輕微擴散到空氣中，導致焊接表面有氣泡出現明顯裂縫；二是焊縫根部形狀的影響，如果焊縫合金不正確，可能導致焊縫形狀和厚度惡化，從而大大增加焊縫裂紋的可能性，影響焊縫的機械性能；三是人為焊接控制因素不夠充分，采用了比較低的焊接標準，不能滿足設計要求，從而可能造成更多的裂紋。此外，一些現場雜亂無章，組織管理和質量存在問題，也會導致裂縫。

如何防止突如其來的斷裂，施工過程中突然出現斷裂是極其嚴重的，因為有些施工方可能會選擇質量差或低廉材料來節省資金，或者如果設計中沒有考慮到所有著力點，可能會導致突然斷裂。在這種情況下，施工方還必須注意在出現裂縫時必須仔細檢查這些點是否正確，并確保在焊接過程中，對于這種嚴重的突然斷裂。為防止裂紋的產生，應首先進行焊接前熱處理，控制焊接點的冷卻速度，充分釋放焊接點處的氫氣，形成更均勻的焊接點，同時降低焊接材料的應力和淬硬性，焊接效果最適合于通常使用的熱處理溫度在200～250 ℃之間，加強焊接材料的預處理，例如清除材料表面的雜物，用砂紙拋光焊接表面，并在一定溫度下進行烘干處理，同時提高材料結構的裝配質量，準確調整材料的焊接位置，避免焊縫中的應力導致焊縫中的裂紋[5-6]。最后，需要調整焊縫順序，優化焊縫位置，改變坡口形狀，減少單側焊縫中熔融金屬量，控制焊縫厚度，有效提高焊縫質量，降低產生的拉伸應力。

4.3 焊接中的飛濺金屬處理措施

如果焊接技術中出現飛濺金屬，則說明有電弧產生。部分金屬在電弧下熔化，而飛濺影響工件的焊接質量，增加使用焊條的數量，造成浪費，影響工件的美觀度和工件質量。造成這種情況的主要原因有兩個：焊條儲存不當，零件未按要求烘干；選定的焊條不合適，尤其是堿性焊條，也可能出現這種情況。為了改善焊條的存儲條件，還必須創造良好的焊接烘干條件，必須科學正確選擇焊條種類。

5 返修管理措施

5.1 建立一個更全面的返修系統

更好的焊接接頭返修系統是焊接接頭質量控制的前提條件。首先，設置對焊縫返修有重大影響的控制鏈，對返修方案的制定提出更明確的要求。其次，應能夠根據相關規定開發適合接頭返修系統，并為焊縫返修確定具體工藝參數。如果經常返修工件的同一部分，焊接接頭和母材形狀可能會出現問題，因此同一焊接接頭最多只能返修兩次，這是承壓設施所能承受的極限[7]。

5.2 建立返修方案

制定返修計劃是返修措施的重要組成部分，因為只有建立適當的科學返修計劃，才能制定適當返修方案。具體措施是：第一，缺陷原因和某些技術解決方案；第二，大缺陷的清除處理，以及正確糾正坡口；第三，焊接材料和方法的選擇；第四，確定特定返修并將其應用于特定返修；第五，在檢查焊接接頭后，應檢查工件，以確保返修后的接頭符合操作要求，承壓設備運行得更好。

6 焊接工藝發展趨勢

6.1 焊接材料會相應地進行配置

隨著技術的發展，焊接材料的生產表現為焊條用量下降，焊絲氣體保護增加。表明電弧焊接的應用逐漸減少，在我國正在推動CO2焊接工藝的發展，這不僅節約了焊接材料，而且提高了能源使用效率。同時，在海洋或極端氣候轉換中需要耐寒、耐潮濕、抗腐蝕和堅韌的材料，要根據設備所處的不同環境，選擇合適的材料配置[8]。

6.2 焊接工藝的全面發展

焊接工藝正朝著自動化、智能化技術的方向發展。焊接設備越來越多地采用機械電氣工程、計算機、數字化技術等相結合，提高焊接設備的生產效率，節省時間和成本。通過廣泛應用先進的設備，可以完全取代手工電焊技術，提高我國焊接工藝的總價值，從而為我國機械行業帶來巨大的競爭優勢。我國焊接技術的發展進展迅速，重點關注易用性、安全性、可靠性和成本效益，同時焊接產品的質量和分析對質量影響更大。

6.3 焊接工藝成為專門的系統化施工技術

焊接技術在制造過程的最后階段應用，是制造過程的關鍵階段，也是制造行業的關鍵制造過程。焊接工藝結合了兩種工件在一起，將不同材料的材質無縫地結合在一起。而焊接產品比普通鑄造零件產品的重量輕、質量好，可以制造密封性好的容器。焊接、鑄造技術相結合，通過創建大型、低成本的鑄造和鍛焊結構來提高經濟性。焊接技術隨著時間的推移不斷發展演變，已經從工件通過熱相互連接的方式發展成了一種系統化的、專門的施工技術，如今由多學科組成，如：材料、金屬、結構、機械、電子。隨著該技術的發展，焊接技術得到廣泛應用，廣泛應用于大型機械行業，而不只是鍛造裝置、鑄造模具等[9]。小型產品的制造也包括焊接工藝，今后將成為業界最實用、最受歡迎的技術。

7 結語

焊接質量要求隨著各個行業，特別隨著石化、化工、航空和電子等行業技術進步的而提高。焊接是復雜的作業，會不可避免地導致問題，并影響焊接件在使用過程中的穩定性、可靠性和安全性。因此，操作人員必須充分了解影響焊接質量的主要因素，以及焊接工藝中可能存在的問題和提高焊縫質量的措施。