如何提高壓力容器制造過程中焊接質量

孫波 劉杰

摘 要：焊接工作作為壓力容器制造過程中最為重要的施工環節，其質量的好壞從根本上決定了壓力容器質量的高低。然而目前并沒有一項技術能夠在對壓力容器進行檢驗時，能夠對焊接的質量進行全面的檢測，焊接的質量通過會體現在產品的整個制造過程中。因此對于壓力容器而言焊接質量是其根本保證。本文針對壓力容器中的焊接質量進行深入的分析，并從焊前準備、焊接質量控制以及焊接后檢驗與測試3個方面入手，旨在研究如何將壓力容器中的焊接質量有效的提高。

關鍵詞：壓力容器；焊接質量；措施

0 引言

近年來，我國焊接技術的發展隨著科技水平的提高也在不斷的提高。目前我國是世界焊接生產大國，焊接技術作為壓力容器制造過程中關鍵環節，與壓力容器的質量有著直接的聯系，因此保證焊接質量同時也在保障壓力容器的制造質量。本文著重介紹了焊接在壓力容器制造過程中的重要性，并就壓力容器中存在的不足之處，提出有效的改善措施。

1 焊接在壓力容器制造過程中的重要性

焊接技術在壓力容器生產的過程中發揮著重要的作用，不管是設計過程，還是制造過程亦或安裝過程，都會用到焊接技術。此外，壓力容器完成后的運行狀態以及使用壽命等因素都會受到壓力容器設計過程中選擇的焊接接頭以及焊接質量的好壞的影響。因此要求壓力容器的焊接質量即要滿足安全性的要求，同時也要具有經濟性的特點。

對于壓力容器而言，在其設計過程中最重要的2個因素，一是容器介質的特性，二是設計技術的相關參數。在考慮了這兩個因素之后，才能選擇壓力容器制造所需要的材料，而這材料在選擇過程中要結合材料介質的物理性能以及化學性能兩個特性來確定材料，從而對壓力容器每個主要的受壓部件的焊接接頭形式進行正確合理的選擇。而這則是控制壓力容器焊接質量最為關鍵的地方。此外，在設計壓力容器的過程中，焊接接頭的選擇應當由經驗豐富的施工人員進行選擇，遮陽才能確保焊接接頭的正確性。從而減少工人操作的難度，并在其他條件不變的基礎上，確保焊接強度符合標準。另外，要對焊接工作中的標準十分熟悉，這樣能夠在面對突發情況或者出現問題時，根據標準選擇合適的焊接接頭以及焊接方式。

2 壓力容器制造過程中焊接存在的問題

（1）幾何缺陷是在焊接過程中最常見的問題，主要由錯邊以及角變形錯邊兩種情況。錯邊產生原因在于組裝壓力容器時，產生的兩個焊接在厚度方向上出現了錯位，這一問題加大壓力容器的應力，從而對其焊接工作埋下安全隱含。

（2）在焊接過程中，除了幾何缺陷之外，表面缺陷也是其中最為嚴重的問題，表面缺陷中咬邊問題會嚴重影響到焊接質量。咬邊問題產生的原因主要是由于焊趾原因，從而導致母材部分出現凹陷或者溝槽。造成咬邊出現的因素有許多中，焊接過程中電流過大或者是焊機軌道不平整是焊接的速度太快等，都會出現咬邊情況，從而對焊接技術產生影響。

（3）焊接過程中還容器出現氣孔，而氣孔的產生主要是由在焊接過程中熔池里出現凝固時不能排除的氣泡而產生的。氣孔的出現對于焊縫的焊接輕度以及氣密性都會帶來不良的影響。而氣孔的產生同樣有許多的原因，例如焊接過程中，電弧過長，焊接速度過快；坡口有贓物等。

（4）在焊接過程中會出現夾渣，而夾渣的存在會降低焊縫性能，影響其疲勞強度，從而降低產品的使用壽命。

（5）焊接裂紋也是壓力容器焊接中比較常見又最致命的問題，特別是對于一些焊接性能差的材料或異種鋼對接材料出現的幾率非常大。

（6）未焊透、未熔合等情況在壓力容器焊接制造過程中，也是其中常見的問題。主要表現為接頭根部不完全溶透等情況。

3 提高焊接質量的措施

綜合上述的一些問題以及帶來的嚴重后果，在壓力容器制造過程中提高焊接質量顯得尤為重要。

3.1 焊接前準備工作

從人、機、料、法、環5個方面進行檢查、控制。

（1）焊工資格的檢查。

檢查焊工資格是否在有效期內，考試項目是否與實際焊接相適應。參與壓力容器焊接工序的焊工，必須按照《特種設備焊接操作人員考核細則》（TSG Z6002-2010）取得相應的焊接項目資格，才能上崗，進行焊接操作。

（2）焊接設備的檢查

常見的有氬弧焊機、埋弧焊機、焊接電源、焊條烘干設備以及焊縫熱處理裝置等設備，焊接設備的檢查包括焊接設備的型號、電源極性是否符合工藝要求，弧焊電源、電纜、氣管和送絲裝置等焊接輔助工具，安全防護等是否完好齊全。此外，安裝在設備上電流表、電壓表，是否是在有效的檢定周期內。合格的等輔助設施，能夠為提高設備的工作效率提供有力的條件，從而為保證焊接質量以及焊接效率打下良好的基礎。

（3）原材料的檢查

所謂原材料，主要是指母材、焊條（焊絲）、焊劑、保護氣體、電極等。使用之前需要檢查合格證，及是否與國家標準或產品設計要求相符合，檢查包裝是否破損、過期等。尤其是要對母材、焊材的檢查，看其執行標準是否符合規范和設計要求，還有焊材的保管也很重要，必須符合相關標準。壓力容器的焊接質量與焊接材料的質量有著直接的聯系，能夠直接影響到壓力容器的使用質量以及使用期限。因此要對焊接材料的使用進行嚴格的管理，通過完善的材料使用系統對其進行有序的發放使用或者回收。

（4）技術文件的檢查

在焊接工序開始前，首先要有相應的焊接工藝和焊接工藝評定，檢查焊接工藝評定是否能夠覆蓋到焊接工藝。另外，焊接工藝中焊接結構的設計是否合理、便于施焊，從而保證焊接質量。對于新材料、新技術、新工藝是否按照《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG R0004-2009）中1.9的內容進行技術評審。

（5）焊接環境的控制

焊接環境在焊接質量控制中也是最關鍵的一環，一般情況在車間內部生產壓力容器時，焊接要注意防塵，相對濕度不能過大。焊接前后溫度的控制要嚴格按照焊接工藝要求進行。具體要求可按照GB150.4-2011中7.1節的內容。

3.2 焊接中過程控制

（1）焊接工藝

焊接工藝包括焊接方法、焊接材料、焊接規范（電流I、電壓V、線能量E焊接坡口、焊接順序、焊接變形及焊接溫度的控制。

焊接工藝員要在深入了解壓力容器設計圖的基礎上對壓力容器實施焊接，這樣能夠保證壓力容器的焊接效果與設計圖紙需求一致。同時還可以結合壓力容器的技術條件以及結構特點等多方面的因素編制出符合工程焊接工藝評定標準的焊接作業指導書。

對于焊接坡口，在加工時，盡量采用機械加工等冷加工的方式，能夠更好的保證坡口加工的效果，進而保證焊接的質量。清理工作在坡口加工完成之后施焊之前進行，主要針對坡口表面中的氧化皮、油污、熔渣等問題進行處理。另外在壓力容器筒節組對前要確認坡口的加工質量以及清理質量合格。

容器筒節的組對定位裝配不能進行強力裝配，如果裝配尺寸相差超出要求，應該暫停裝配工序，查找筒節變形最嚴重的部位，進行重新校正。組對的間隙以及鈍邊大小進行選擇的過程中要保證其正確性，如若不然則會導致焊接中出現內凹、焊瘤以及為焊透等問題的出現，從而影響焊接質量。此外，一方面要保證組對間隙大小一致，以及定位時筒體內壁的平整性，另一方面錯邊量應當小于竹壁厚度的25%。而對于壁厚不相等的問題，我們一般采用修磨的方式對壁厚進行過渡。最后在進行定位焊，其過程中用到的焊接材料以及焊接方式，與根部道焊接作業中的相同。

（2）焊接缺陷

生產制造過程中，主要有表面缺陷、氣孔和夾渣、裂紋，在焊接操作過程中，要求焊工責任心強，要細心操作，遇到缺陷要及時按照焊接返修工藝及時處理。

壓力容器焊接過程中的表面缺陷，常見的問題主要分為三類，一是焊縫形狀的缺陷，二是角焊縫的尺寸和規定值不相符，三是咬邊和未焊透等問題。這些問題都屬于焊縫表面的缺陷。首先，角焊縫尺寸與規定值不符，焊工操作過程中運條、縱橫向的擺動，以及焊接速度不均勻的現象是造成焊縫形狀缺陷的主要原因；焊縫中的咬邊問題產生的主要原因在于焊接參數存在誤差；而焊縫的未焊透問題則是有許多原因造成的，主要由鈍邊太大、焊接時的電流太小，速度過快等。想要改善焊接時焊縫的質量，要對癥下藥。對于由于不同原因造成的不同的表面缺陷，可以結合壓力容器采用的施工材料、板厚以及接頭形式等多種因素，選擇合適的焊接規范。

焊接氣孔，在焊接過程中也經常出現，而氣孔的產生主要是由在焊接過程中熔池里出現凝固時不能排除的氣泡而造成的。同時在焊接過程中，由于熔渣留在焊縫中從而形成夾渣。氣孔和夾渣都會對焊接的質量造成影響，因此為了提高焊接質量最直接有效的方法就是消除氣孔以及夾渣。而想要達到消除氣孔和夾渣的目的，有以下幾種方法；在焊接過程中，焊接電流以及焊接速度都要保持適中的狀態；保證焊條的質量等。

焊接接頭中存在的裂紋對于焊接結構而言會產生破壞性的作用。為了保證焊接的質量，我們可以從兩個方面入手對焊接裂紋進行相應的控制，一是焊接工藝二是冶金。對于焊接工藝，我們首先要選擇合適的焊接能量，在焊接前要進行預熱，焊接完成后要進行緩冷以及熱處理。在設計焊接結構時確保其合理性，能夠防止應力過于集中而給焊接帶來過大的壓力；坡口形狀應當保持對稱。對于冶金方面，我們在選擇焊接材料時，盡可能選擇含碳量較低的金屬。此外，焊工要結合實際的焊接情況對焊接工藝進行合理處理。

3.3 焊后熱處理

焊后熱處理的作用是消除焊接產生的熱應力、均勻焊縫和熱影響區的組織、細化焊縫和熱影響區的晶粒、排除焊縫在焊接過程中產生的氫脆、通過熱處理可以使焊縫金屬與母材金屬更好的融合，尤其是焊接用材與母材的鋼號不一致，可通過加熱擴散，更好的結合。然而，并不是所有的焊縫都需要進行焊后熱處理，是否需焊后熱處理，根據材料（包括母材和焊材）、焊縫厚度、焊接方法而定，具體要求可參考《承壓設備焊后熱處理規程》（GB/T 30583-2014）中規定。

4 結束語

焊接質量在壓力容器制造過程中占有重要的地位。想要保證壓力容器的質量，就要確保焊接的質量，兩者之間是不可分割的關系。目前我國并沒有能夠對焊接質量進行全面檢測的技術，因此焊接的質量體現在壓力容器制造過程中，因此在焊接過程中按照相關的國家標準以及行業內的標準規范進行操作，才能確保焊接質量。

參考文獻

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（作者單位：德陽市特種設備監督檢驗所）