壓力容器焊接常見缺陷的產(chǎn)生和防治措施分析

姚正華

摘要：壓力容器是一種封閉性的容器設(shè)備，主要用于建筑生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金等行業(yè)。為了確保壓力容器的穩(wěn)定運(yùn)行，保障生產(chǎn)安全，對(duì)其制造的質(zhì)量如氣密性、強(qiáng)度等方面提出了較高的要求。導(dǎo)致壓力容器質(zhì)量出現(xiàn)問題的主要原因是壓力容器制造時(shí)出現(xiàn)焊接缺陷，目前所產(chǎn)生的大量的壓力容器事故超過90%都是由于焊接缺陷導(dǎo)致的。因此，通過分析壓力容器制造常見的焊接缺陷，提出有效的防治建議，對(duì)促進(jìn)壓力容器高效、穩(wěn)定工作，減少安全事故風(fēng)險(xiǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：壓力容器;制造生產(chǎn);焊接

焊接是壓力容器制造的重要環(huán)節(jié)，在焊接過程中一旦受到一些主觀或客觀因素影響出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，可能引發(fā)重大的安全事故，威脅企業(yè)的可持續(xù)健康穩(wěn)定經(jīng)營(yíng)。目前普遍存在的焊接缺陷包括咬邊、氣孔、夾渣、未融合或未焊透、焊瘤、裂紋等。這些焊接缺陷使壓力容器產(chǎn)生破裂或者泄露，導(dǎo)致容器內(nèi)的氣體或者液體流失，如果未能及時(shí)得到處理，甚至可能進(jìn)一步引發(fā)更大的安全風(fēng)險(xiǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失或威脅人員安全。因此，生產(chǎn)制造過程中重點(diǎn)關(guān)注壓力容器焊接質(zhì)量、有效的防范焊接缺陷是當(dāng)前壓力容器制造急待解決的問題。

一、壓力容器焊接的常見缺陷及其成因

1.咬邊

咬邊指的是焊接過程存在的凹陷，如下圖為咬邊示意圖。

咬邊的產(chǎn)生原因主要是焊接過程中操作不當(dāng)，如焊絲偏離中心位置，進(jìn)而增加了熔池的存續(xù)時(shí)間，或者焊接的速度超出規(guī)定范圍，使收弧后凹坑不能在有限的時(shí)間內(nèi)被填滿等情況都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象。

2.氣孔

氣孔主要指的是在進(jìn)行操作時(shí)產(chǎn)生的氣泡不能及時(shí)在熔池凝固前全部揮發(fā)，從而在焊接縫隙中存留孔洞，這種空洞會(huì)對(duì)壓力容器的嚴(yán)密性產(chǎn)生不良影響。氣孔產(chǎn)生的原因包括：在不夠干燥的焊接環(huán)境下，由于焊接速度超過限定范圍，氣泡在產(chǎn)生后未能及時(shí)通過熔渣;焊接坡口沒有進(jìn)行銹跡清理;焊劑與焊條未做干燥處理等[1]。

3.夾渣

夾渣指的是在焊接過程中未能及時(shí)清理焊縫中的殘?jiān)?，?dǎo)致殘?jiān)烊肴萜骱缚p金屬中，進(jìn)而使容器的嚴(yán)密性和強(qiáng)度降低。產(chǎn)生夾渣的主要原因?yàn)椋汉附铀俣容^快、焊接坡口角度不正確，導(dǎo)致存在于焊接縫隙邊緣的熔渣滲透到焊縫中;焊接過程中由于使用堿性焊條產(chǎn)生極性異常，進(jìn)而產(chǎn)生夾渣。

4.未融合、未焊透

該項(xiàng)缺陷屬于重大事故缺陷，會(huì)對(duì)焊縫強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響，甚至進(jìn)一步使容器出現(xiàn)裂縫，引發(fā)安全事故。通常在進(jìn)行焊接操作時(shí)，末尾處未能實(shí)現(xiàn)完全的熔化透徹就會(huì)出現(xiàn)未焊透現(xiàn)象。而在焊縫與個(gè)別焊件之間沒有完全熔化透徹，就會(huì)產(chǎn)生未熔合現(xiàn)象。如下圖為該缺陷示意圖。

產(chǎn)生該缺陷的主要原因包括：坡口表面的氧化或油污污漬未及時(shí)得到清理、焊條的直徑太大、焊接裝配的空間太小等。

5.焊瘤

焊瘤指的是在操作過程中焊接的金屬物質(zhì)所產(chǎn)生的流體凝固到母材或者焊接的縫隙上所形成的小疙瘩。由于其不能與焊縫或者母材實(shí)現(xiàn)較好的融合，因此焊瘤的產(chǎn)生不僅影響容器美觀，還會(huì)削弱容器的強(qiáng)度，減少有效截面，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患。導(dǎo)致焊瘤出現(xiàn)的主要因素包括焊接方向不正確、運(yùn)條不均勻、電流超出限定值等。

6.裂紋

裂紋是對(duì)壓力容器危害性最強(qiáng)的一種焊接缺陷[2]。壓力容器常見的結(jié)構(gòu)性損壞都是由于產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致的。目前的裂紋缺陷包括熱裂紋和冷裂紋兩種。前者是在焊接金屬凝結(jié)過程中產(chǎn)生的，裂痕較為明顯，且多發(fā)生在焊縫周圍，導(dǎo)致熱裂紋出現(xiàn)的關(guān)鍵因素是由于熔池內(nèi)部摻雜了熔點(diǎn)較低的物質(zhì)。后者是金屬冷卻后產(chǎn)生的裂痕，通常位于熔合交界處。產(chǎn)生的原因包括接頭處應(yīng)力較大，焊接熱循環(huán)產(chǎn)生淬硬組織;擴(kuò)散氫發(fā)生濃集現(xiàn)象等。

二、壓力容器焊接缺陷的防范與處理措施

針對(duì)壓力容器的焊接缺陷，提出以下防治措施：1）咬邊防治：合理控制運(yùn)條速度以及操作方式;選擇恰當(dāng)?shù)暮附觾A斜角度;合理控制焊接電流以及電弧長(zhǎng)度;嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的焊接工藝和焊接參數(shù)進(jìn)行操作。2）氣孔防治：焊接時(shí)禁止使用變質(zhì)焊材或者氫超標(biāo)的焊條;確保焊接速度、電流大小、電弧長(zhǎng)度保持在可控水平;焊接前及時(shí)清理水漬、油污、銹跡等;優(yōu)化工藝參數(shù);提前做好焊劑和焊條的干燥處理工作。3）夾渣防治：焊接前將坡口熔渣處理干凈;合理控制運(yùn)條;控制焊接速度;時(shí)刻關(guān)注焊接金屬的熔化情況，仔細(xì)清理殘?jiān)?進(jìn)行埋弧焊，避免焊點(diǎn)偏移。4）未融合、未焊透防治：控制電流及焊接速度;清理坡口氧化層以及油污;仔細(xì)確定坡口角度以及大小;焊接封底尾端時(shí)注重運(yùn)條擺動(dòng)。5）焊瘤防治：合理選擇傾斜角度，防止金屬溢流;有效控制運(yùn)條速度以及熔池溫度。6）裂紋防治：焊接前詳細(xì)了解和確定焊接參數(shù)以及工藝標(biāo)準(zhǔn);合理控制冷卻速度;可對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱，提高焊接線溫度，防止出現(xiàn)結(jié)晶裂紋;提高焊縫外形參數(shù);尋求專家?guī)椭?，?duì)其他裂縫情況采取更加有效的防治措施。

三、結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)常見幾種焊接缺陷的介紹以及其成因的深入分析，為壓力容器焊接制造過程的改進(jìn)和優(yōu)化指明了方向。通過加強(qiáng)對(duì)焊接缺陷的管理能夠進(jìn)一步保障壓力容器制造生產(chǎn)質(zhì)量，確保其使用的安全性和穩(wěn)定性，有效防范安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賴國(guó)雄.關(guān)于壓力容器焊接常見缺陷的產(chǎn)生和防治措施分析[J].化工管理， 2018.

[2]薄志軍.壓力容器焊接常見缺陷的產(chǎn)生和防治措施[J].中國(guó)科技縱橫， 2017（11）.

（作者單位：江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院張家港分院）