壓力容器焊接缺陷與預防

王錦

摘要：焊接質量對壓力容器的壽命和安全運行起著關鍵作用，對其焊接中產生缺陷的原因進行分析和預防是保證壓力容器致密性和強度的關鍵，本文詳細介紹壓力容器焊接中常見的缺陷并提出預防措施。

關鍵詞：壓力容器；焊接；缺陷；預防

1 前言

隨著工業現代化進程的推進，壓力容器已在石油化工工業等國民經濟領域中得到廣泛運用。壓力容器的焊接質量與壓力容器的強度、致密性、使用壽命密切相關。同時，在壓力容器焊接中經常會出現一些缺陷，這些缺陷對焊接容器的穩定性以及工作均會造成巨大的影響。因此，研究和探討壓力容器焊接常見缺陷及防治措施具有重要的現實意義。

2 控制壓力容器焊接缺陷的重要意義

壓力容器是指盛裝液體或者氣體并承載一定壓力的密閉設備。壓力容器包括貯運容器、反應容器、換熱容器和分離容器等。壓力容器主要用于石油化工工業、能源工業、物料貯運、科研、醫療等國民經濟生活中。壓力容器的制造的總工作量的30%以上與焊接工作有關。同時研究表明壓力容器90%的事故與焊接缺陷相關。因此，控制焊接質量是壓力容器致密性和強度的保證，有助于壓力容器正常、安全工作并提高使用壽命，保障人們的生命財產安全。

3 壓力容器常見焊接缺陷及產生原因、預防措施

壓力容器焊接缺陷種類很多，按其位置不同可分為外部缺陷和內部缺陷，依據NB/T47013-2015中對焊接接頭中的缺陷按性質可分為裂紋、未融合、未焊透、條形缺陷和圓形缺陷共五類，下面介紹焊接缺陷產生的原因和預防措施。

外部缺陷：存在于焊縫表面，用肉眼或借助于低倍放大鏡可直接觀察，如焊縫尺寸超標、咬邊、焊瘤、表面氣孔、表面裂紋、弧坑等。

內部缺陷：存在于焊縫內部，如氣孔、夾渣、未溶合、未焊透、裂紋、層狀撕裂等。

3.1 焊瘤

焊瘤是指熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。

產生原因：焊接參數選擇不當；坡口清理不干凈；電弧熱損失在氧化皮上；使母材未熔化。

預防措施：正確選擇焊接規范、正確掌握運條方法、靈活調整焊條角度、控制弧長、根部間隙不能過大等。

3.2 弧坑

弧坑是由于收弧和斷弧不當在焊道末端形成的低洼部分。

產生原因：焊絲或者焊條停留時間短，填充金屬不夠。

預防措施：采用收弧電流（小于焊接電流60%）停留在弧坑一定時間，用焊絲填滿弧坑，能夠防止產生弧坑缺陷。

3.3 咬邊

焊縫邊緣留下的凹陷，稱為咬邊。咬邊減小了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處造成應力集中，不銹鋼壓力容器和要求100%射線探傷的壓力容器的受壓元件焊縫是不允許存在咬邊的，要求20%射線探傷的壓力容器的受壓元件焊縫對咬邊的長度和深度也有所限制。

產生原因：由于焊接電流過大、運條速度快、電弧拉得太長或焊條角度不當等。埋弧焊的焊接速度過快或焊機軌道不平等原因，都會造成焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時填滿而造成咬邊。

預防措施：選擇合適的焊接電流和運條手法，隨時注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機軌道要平整。

3.4 裂紋

裂紋是壓力容器危害性較大的缺陷之一，裂紋主要有橫裂紋、縱裂紋、星裂紋。按裂紋的位置、裂紋形成原因還有具體分類。

產生原因：在焊接應力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區的金屬原子結合力遭到破壞而形成的新界面所產生的縫隙。它具有尖銳的缺口和大的長寬比的特征。焊接裂紋成因復雜，形態各異，極易擴展，有很多不可預見的因素，因此必須要高度重視焊接裂紋的處理。

預防措施：嚴格控制焊接工藝參數、減慢冷卻速度、適當提高焊縫形狀系數、盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產生裂紋；同時要認真執行焊接工藝規程，選取合理的焊接工藝程序，以防止焊接裂紋的產生。

3.5 未融合

未融合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未融化結合在一起的缺陷。

產生原因：①焊接熱輸入太低；②電弧指向偏斜；③坡口側壁有繡垢及污物；④層間清渣不徹底等。

預防未融合措施：①適當加大的焊接電流；②正確地選擇焊接工藝參數；③注意坡口及層間部位的清潔。

3.6 未焊透

未焊透是焊接時接頭根部未完全熔透，對于對接焊縫也指焊縫深度未達要求。指母材金屬未熔化，焊縫金屬沒有進入接頭根部的現象。

產生原因：焊接電流小，熔深淺；坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大；磁偏吹影響；焊條偏芯度太大；層間及焊根清理不良。

預防未焊透措施：使用較大電流來焊接是預防未焊透的基本方法；焊角焊縫時，用交流代替直流以預防磁偏吹；合理設計坡口并加強清理；用短弧焊等措施。

3.7 夾渣

夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現象。夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。

產生原因：焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣；坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時，由于電流太小或運條不當形成“糊渣”；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。進行埋弧焊封底時，焊絲偏離焊縫中心，也易形成夾渣。

預防措施：正確選取坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當。多層焊時，應仔細觀察坡口兩側熔化情況，每焊一層都要認真清理焊渣。封底焊渣應徹底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。

3.8 焊縫

縫焊是用一對滾盤電極代替點焊的圓柱形電極，與工件作相對運動，從而產生一個個熔核相互搭疊的密封焊縫的焊接方法。

產生原因：化學成分或組織成分不符合要求：焊材與母材匹配不當，或焊接過程中元素燒損等原因，容易使焊縫金屬的化學成份發生變化，或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來焊縫的力學性能的下降，還會影響接頭的耐蝕性能。

預防措施：選用相匹配的焊材與母材進行焊接。

4 其他原因

4.1 條形缺陷和圓形缺陷

（1）條形缺陷長寬比大于3的氣孔、夾渣和夾鎢等缺陷。

（2）圓形缺陷長寬比不大于3的氣孔、夾渣和夾鎢等缺陷。

4.2 過熱和過燒

若焊接規范使用不當，熱影響區長時間在高溫下停留，會使晶粒變得粗大，即出現過熱組織。若溫度進一步升高，停留時間加長，可能使晶界發生氧化或局部熔化，出現過燒組織。過熱可通過熱處理來消除，而過燒是不可逆轉的缺陷。

5 結語

壓力容器的質量與焊接質量密切相關。企業應當根據自身的實際情況，找出對焊接的不利因素，對勞動者加強培訓，對焊接材料、焊接工藝和規范、焊接過程控制等方面進行質量控制，可有效保證壓力容器的焊接質量。壓力容器焊接缺陷的防治既要注重從預防和控制兩個方面入手，也要從工藝的升級以及各項管理制度、工藝規范的執行方面入手。只有把握好各個環節，才能保證壓力容器的焊接質量。

參考文獻

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（作者單位：山東普利龍壓力容器有限公司）