壓力容器焊接缺陷的產生和預防

婁旭耀（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 河南 鄭州450016）

一、 前言

壓力容器是當前現代化工產業中的重要設備之一， 應用于很多行業和領域，常見的應用主要是在石油化工、國防、科研、醫療衛生等領域。 壓力容器焊接技術是保證壓力容器的強度的重要手段，是壓力容器安全使用的重要保障。 壓力容器的焊接質量存在著缺陷，出現的后果有滲漏、泄漏，甚至引起壓力容器爆炸事故，造成人民安全和重大的財產損失。 為此，保證壓力容器在制造過程中的焊接質量，是保證壓力容器安全運行的重要手段。在對壓力容器進行定期檢驗檢測的過程中， 對在用壓力容器的對接焊縫及角焊縫的檢驗也是必不可少的程序。

壓力容器制造過程中所產生的焊接缺陷主要有：裂紋、未熔合、未焊透等面積型缺陷；氣孔、夾渣類體積性缺陷；咬邊、焊瘤、弧坑等表面缺陷。 下面就此情況詳細論述。

二、壓力容器表面缺陷

表面缺陷是指用眼睛從壓力容器表面就可以發現的缺陷，一般常見的表現形式是咬邊、 焊瘤和凹陷， 另外也有其它的形式，比如焊接變形、表面裂紋以及壓力容器單面焊的根部未焊透等。

1、咬邊

咬邊是指由于焊接工藝參數選擇不正確，或操作方法不當，沿焊趾部位產生的溝槽或凹陷。 產生咬邊的主要原因是由于作業人員操作方法不當引起的。 作業人員焊接規范選擇不正確，例如焊接電流的過大、焊接電弧的過長、作業人員運條方式和角度不正確、 在壓力容器坡口兩側停留的時間太長或太短等均有可能產生焊縫咬邊。 同時，在壓力容器焊接過程中當填充的金屬未能及時填滿焊接熔池時也容易造成焊縫咬邊。 焊縫的咬邊缺陷實際上減小了焊接接頭的有效截面積， 從而在咬邊處容易產生應力集中現象， 進而會引發壓力容器安全事故。 依據國標GB150-2011《壓力容器》的相關規定，來規范在焊縫表面的咬邊現象。

2、焊瘤

焊瘤是指焊縫中的液態金屬流到未熔化的母材上， 或者液態金屬從焊縫根部溢出，這樣冷卻后的金屬瘤即為焊瘤。 焊接規范過高、焊條熔化速度過快、焊條質量不好，焊接電源性能不穩定以及作業人員操作方法不正確等都容易產生焊瘤。 在橫焊、立焊、仰焊位置更容易產生焊瘤。 焊瘤的產生經常伴有未熔合、夾渣等缺陷，容易產生裂紋。 另外因為焊瘤情況的出現會產生應力集中現象。 管子內部焊瘤減小了管子的流通直徑，容易造成介質的堵塞。 所以一定要選擇正確的操作方式來防止產生焊瘤。

3、凹坑

壓力容器焊縫的表面局部焊縫低于母材的部分稱為凹坑，在收弧時焊條或焊絲未作短時間停留造成凹坑也稱呼為弧坑。弧坑的產生減小了焊縫的有效截面積， 另外常出現弧坑裂紋和弧坑縮孔的現象。 一般采取下面的方式來防范：選擇有電流衰減系統的焊機；使用平焊位置施焊；在收弧時讓焊條在熔池內短時間停留或環形擺動，保證填滿弧坑。

4、其他表面缺陷

未焊滿、燒穿、錯邊、表面氣孔等缺陷也是壓力容器焊接過程中常見的外觀缺陷形式，通常是由于焊接電流、焊接速度不當或者焊接過程中的人為因素造成的， 這些缺陷的存在降低焊縫的完整性和質量，使焊接接頭喪失聯接性和承載能力，是鍋爐壓力容器類產品應該避免的缺陷。

三、壓力容器焊縫缺陷

焊縫是壓力容器檢測過程的重中之重， 而焊縫處缺陷的數量和種類直接影響到壓力容器的使用和安全，為此，作者依據實際檢測過程中常見的焊縫缺陷進行分類概括，并提出預防措施，以對壓力容器類產品的生產和使用提供技術參考。

1、氣孔

氣孔是指在壓力容器焊接時， 金屬熔池中的氣體在金屬凝固之前沒有完全逸出，使部分氣體殘存在焊縫中就形成了氣孔。產生氣孔的主要原因是由于母材或填充金屬表面產生銹蝕、表面背油污、水等污染。 此外，焊條及焊劑未能按規定進行烘干處理也會增加產生氣孔的機率。 焊接線能量過小時，焊接熔池冷卻速度過大，也不利于氣體的逸出。 另外，由于焊縫金屬沒有完全脫氧也容易造成氣孔產生。氣孔的存在，會降低焊接接頭的強度,引起壓力容器泄漏。 同時，由于氣孔的存在，也容易產生應力集中。 預防焊接氣孔的辦法主要有：選擇正確的焊接電流以及適合的焊接速度；保證坡口邊緣的干燥、清潔；嚴格按照規定保管和烘干焊接材料；不使用變質的焊條；如果在施焊之前發現焊條藥皮變質、剝落以及焊芯銹蝕等時，應注意嚴格禁止使用。 當采用埋弧焊焊接壓力容器時應選用正確的焊接工藝參數， 特別是薄板的自動焊焊接時，施焊的焊接速度要盡可能減小。

2、夾渣

夾渣就是指在焊后溶渣殘存在焊縫中的現象。 夾渣不僅會降低焊接接頭的強度而且還會降低焊接接頭的致密性。 焊接過程中焊縫邊緣的熔渣是產生夾渣的主要原因， 當坡口角度太小或則焊接電流太小時更容易產生熔渣而不利于排出。 另外，在施焊過程中由于電弧過長、 極性不正確以及作業人員運條不當也常常造成夾渣。 防范措施主要有：正確選取坡口形式，施焊前要保證坡口的清潔，并選擇合適的焊接電流和施焊速度，還需保證正確的運條擺動。 在進行多層焊接時，必須察看坡口兩側的金屬熔化情況，清理掉每層焊渣。

3、焊接裂紋

依據國標NB/T 47014-2011 的要求， 裂紋是壓力容器檢驗過程中所不允許的缺陷。 尺寸較大的裂紋在外觀檢驗時即可發現，而表面細小裂紋可借助于無損檢測技術，如磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）進行觀察，內部缺陷則可借助于射線檢測（RT）、超聲檢測（UT）進行觀察，一旦發現裂紋，應徹底清除，予以修補。

壓力容器焊接時最常見的焊接裂紋有熱裂紋和冷裂紋。 熱裂紋是指在焊接過程中， 焊縫和熱影響區金屬溫度降到固相線附近的高溫區時所產生的。 焊接熱裂紋一般沿晶界方向開裂，因此，又稱為晶間裂紋，裂紋大多數貫穿于金屬表面，斷口表面顏色呈現氧化色。 產生熱裂紋的主要原因是過熱區晶界存在低熔點雜質。 這些雜質熔點較低，最后結晶凝固，塑性和強度比較低。因此，在結構約束應力和焊縫金屬的凝固收縮作用下，容易造成金屬組織的晶間開裂。 對熱裂紋的防范措施一般有二種：一要嚴格按照焊接工藝參數施焊；二是要認真按照焊接工藝規程作業，選取合理的焊接工藝參數，并且要減小焊接殘余應力。

焊接接頭的焊縫金屬在冷卻過程或冷卻后， 在焊接接頭的熔合線處容易產生冷裂紋。 焊接過程中容易出現冷裂紋的情況是：高碳鋼、低合金鋼以及中合金鋼的焊接熱影響區。 常見的冷裂紋為延遲裂紋，也叫為氫致裂紋，裂紋產生的時間一般在焊接接頭施焊后。 這也是我們在進行壓力容器類產品無損檢測時，當遇到焊后需熱處理時的情況， 應該在焊后24h 或者熱處理后完全冷卻后進行檢測的原因。產生冷裂紋的原因主要有：①焊接接頭中存在淬硬性組織；②焊接接頭內擴散氫含量較高，使焊接接頭性能脆化；③存在較大的焊接殘余應力。 針對以上情況，可采取相應的措施來進行預防：①選用堿性焊條，減少接頭金屬中的氫含量、提高焊縫金屬的塑性；②保證焊材的干燥，減少氫的來源；③焊接接頭施焊時采取焊前預熱、焊后緩冷，避免施焊過程中產生淬硬組織；④采用合理的焊接工藝規范，焊后熱處理等，盡可能降低焊接殘余應力；⑤焊后應立即進行消氫處理。

四、 總結

造成壓力容器焊接缺陷的原因有很多， 這就要求我們在實際生產過程中應嚴格按照相關規范和標準執行， 對壓力容器焊接缺陷的處理要從實際情況出發， 理論聯系實際， 在驗收過程中，應依據壓力容器焊接工藝相關標準進行質量評級，選用一種或多種方法盡可能地發現缺陷，并及時修補，以確保壓力容器的安全運行。

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