焊縫質量已成為影響壓力容器安全性的關鍵因素

費權宏

隨著工業生產需要和科學技術水平的提高,壓力容器獲得了迅速發展。焊接質量成為影響壓力容器安全性的關鍵因素。

一、目前大量采用焊接容器。按照制造方法,壓力容器可分為焊接容器、鉚接容器、鑄造容器及煅造容器。鍛造容器由于受鍛造設備能力的限制,不可能太大,而鉚接和鑄造容器正逐漸被淘汰。

二、雖然采用一些技術措施,可以改善焊縫質量,但在構件中總還程度不等地殘存著焊接應力和焊接變形,不可能完全消除,焊縫中的各類缺陷也不可能完全避免。在消除焊接應力過程中,如果措施采用不當,也還會引起新的問題,因此,焊縫依然是壓力容器中的薄弱環節之一。

焊接過程就是焊接構件溫度變化的過程。由于在焊接過程中,焊接構件的受熱是局部的、不均勻的,在焊縫中心部位溫度高達1 500℃左右,然后隨著距焊縫中心部位距離的增加而急劇降低,溫差極大;而焊后的冷卻過程,又往往是快速而不平衡的。因此,在焊接構件的不同部位,熱脹冷縮的變形量是不同的,且由于容器本身的形狀約束,變形是不自由的,各部位的變形相互制約,這就在焊縫本身及其附近區域造成了很大的焊接應力。

焊接應力產生的另一個原因,是由于焊接熱影響區的金屬,在高溫和溫度劇變的條件下,發生了組織變化,從而也發生了焊接應力。

焊接應力的存在,對容器的強度和安全性產生十分不利的影響。

焊接應力首先是造成了焊接部位的局部塑性變形,而造成局部應力集中;其次是產生了焊接裂紋。另外,當焊縫附近有開孔、接管或兩個不同形狀部件的連接處,這些部位的峰值應力和不連續應力,就會和焊縫處的焊接應力相迭加,造成更為不利的應力狀態,成為導致容器失效的根源。

在焊接過程中還往往會產生其他內部缺陷,如夾渣、氣孔、未焊縫、裂紋等等。

例如未焊透,未焊透是指基本金屬和金屬局部未熔合型缺陷。未焊透是焊縫上存在的一個缺口,因此,往往是導致脆性破壞的起裂點,作交變荷作用下,也會導致疲勞破壞。

三、即使合理而正確地進行焊接結構的設計,也存在結構本身不夠合理,和焊縫外部形狀和尺寸的缺陷造成的應力集中。

例如:1.對于不等厚板的對接焊縫,雖然采取了削薄處理,仍有相當高的應力集中。

2.角接結構的應力集中最嚴重。

3.焊縫外部形狀和尺寸的主要陷缺是錯邊、角變形、咬邊、未焊滿或焊縫加強高過高。

錯邊是指對接焊縫的兩個接頭不平齊而產生的錯位。角變形是指對接焊縫的兩邊雖已對平,但兩塊板的中心線不在一條直線或一條線上。這兩種缺陷會在焊縫局部因結構不連續而產生應力集中,甚至會在基本金屬和熔注金屬的交接表面產生裂紋。

咬邊是指焊縫和基本金屬之間出現的凹陷,焊縫的咬邊會引起應力集中。

綜上所述,即使采用合理結構設計,采用十分成熟的焊接工藝,也難免在焊縫中殘留這樣那樣的缺陷。焊縫依然是壓力容器薄弱環節之一。針對這一事實,為了提高壓力容器的安全性,在提高設計、制造質量的同時,對于在壓力容器,焊縫質量應作為檢驗檢查的重點,從而控制、排除隱患,提高壓力容器安全水平。□ (編輯/穆楊)