壓力容器焊接中的缺陷成因和應對措施研究

楊宇

天津市濱海新區特種設備檢測技術中心 天津 300270

1 壓力容器焊接的特點

1.1 含有多種元素

壓力容器在使用的過程中，由于其使用環境比較苛刻，因此大部分的壓力容器都會使用低合金高強鋼等各種特殊材料制成，保證壓力容器的質量和性能，但是這些材料在焊接的過程中，由于其內部含有大量的元素，使得材料本身具有高硬度，經過焊接之后還會產生淬硬的效果，使得最終生產出的壓力容器具有較高的硬度和強度。但是這些材料在焊接的過程中，由于剛性較大，還很容易產生冷裂紋，冷裂紋是壓力容器焊接中的重要隱患，不容易被發現，但是還會給壓力容器的質量帶來極大的威脅，這樣的壓力容器在使用的過程中，很容易出現安全事故。因為在焊接的過程中，與焊接頭接觸的位置會由于溫度過高，使得材料中的各項元素保留在奧氏體里，而在焊接結束之后，材料溫度會迅速降低，這些元素無法被及時析出，后期再進行熱處理時會容易彌散，使晶粒內部強度升高，晶界處易發生變形，導致焊接接頭的位置發生斷裂或出現裂紋。另外在焊接的過程中，如果焊接頭處釋放出的熱量不足，會影響到壓力容器的塑性，使得焊接頭的位置材料發生軟化，給鍋爐的質量和使用性能帶來不利影響。

1.2 焊接困難

壓力容器是一種相對來說結構比較復雜的容器，所以在焊接的過程中，只要對其各個結構的焊接工作都要進行研究，而且每個結構在焊接的過程中，還需要準確掌握其尺寸，為了保證焊接的質量，還需要先進行預熱和微觀組織等操作，這一系列的操作十分復雜，在焊接的過程中，很容易受到外界因素的干擾，影響最終的焊接質量。

2 壓力容器焊接質量缺陷成因

焊接結構類型多種多樣，其分類方式也是各不相同。壓力容器在焊接過程中也要充分考慮焊接結構類型以及壓力容器的焊接內容來選擇不同的焊接技術。而在焊接的具體過程中，通過存在很多焊接缺陷，這對壓力容器的焊接質量有著至關重要的影響。

2.1 壓力容器外部缺陷成因

經分析統計，壓力容器運行使用過程出現的外部缺陷類型為：錯邊、焊接尺寸不合格以及咬邊。錯邊缺陷的出現，會使壓力容器受外力作用影響，進而大幅降低容器使用的安全性。問題產生原因為：壓力容器設計對焊接技術的要求不夠。焊接尺寸不合格問題，是因為焊接設備電流強度不夠，進而影響焊縫的寬度。此外，焊弧長度過大也會降低焊接規整性，進而導致尺寸不合格問題的產生。而咬邊問題，則是焊接作業時設備電流過大或是焊接技術選擇不規范等原因造成[2]。

2.2 壓力容器內部缺陷成因

壓力容器的內部缺陷主要集中在氣孔、夾渣、未焊透以及裂紋四個方面。氣孔缺陷，是焊接金屬表面不干凈且存在少量油污所致。此外，焊接所處環境的潮濕問題與焊接工作不規范等，也是導致氣孔問題出現的原因。夾渣問題，主要出現于不平滑的位置，如坡口邊緣。其是電流大小與標準不一致以及焊接速度過快和焊接軌道不穩導致的。對于焊透和未融合的缺陷，是由于焊接接頭沒有完全融合與焊接兩工件間沒有完好融合且存在間隙的問題，這就降低了壓力容器使用的密封性與穩定性效果。壓力容器的裂縫病害，是導致其安全性能下降的重要因素。其出現的原因是材料受外力作用影響，導致原子層面的結合力受損，進而使容器界面出現了裂紋病害。

3 焊接質量控制途徑探討

3.1 焊接材料的控制

焊接材料的控制首先要從合理選擇材料入手。如果是對兩種強度級別不等的鋼進行焊接，那么在選擇焊接材料時，應遵守選擇低強度等級材料的原則。對于一些特殊情況，比如厚板的第一道焊，因為對焊接強度的要求比較高的緣故，所以也可以選擇強度等級較高的材料。總之，焊接材料的選擇需要綜合權衡各個方面的因素，既需要保證得到的焊接接頭具有較高的塑性變形能力，而且還得確保經過熱處理后的接頭達到足夠的性能和韌性要求。為了滿足這些要求，現實中普遍推薦采用具有高合金成分的焊材，同時對于一特殊情況，比如結構剛性大、厚度較大的焊接，考慮到會產生較大的焊接應力，所以焊材選用時還必須兼顧抗裂性等需求，這些都是為了保證所選焊接材料滿足實際使用需求。

在對焊材進行合理選取的基礎上，還需要對材料的驗收、存儲和申領加強管控。目前市場上生產焊材的廠家較多，而這些廠家生產的同一型號或牌號的焊材之間可能會存在性能差異。在這種情況下，就要求鍋爐壓力容器制造廠商必須對焊材質量加強驗收管理，確保所選廠商提供的焊材符合國家標準和行業標準。具體而言，在確定焊材型號和供應廠商后，要對買回的焊材進行抽樣檢驗，凡是驗收不合格的焊材一律不準入庫。經復驗為合格的焊材需要按照類別、型號以及批號等進行分別存儲和妥善保管。最后，在申領使用焊材的過程中，必須確保焊材先經過規定時間的烘干和放置，而且必須做到隨用隨領，禁止提前預支過多數量的焊材，即使當天沒有用完也必須進行退庫管理。

3.2 焊接工藝控制

首先，要進行焊接工藝的評定。根據鍋爐壓力容器的特點和技術要求，對評定試件進行相關的試驗和檢驗，只有待最終的評定審核結果為合格后，才能進入批量化的焊接生產流程。這里需要特別注意的一點是，如果批準生產中需要對焊接方式和熱處理流程進行調整變更，則必須進行重新評定。其次，控制焊接工藝參數。在實際中焊接對象不同，對焊接接頭的性能也有著不同的要求，所以必須根據焊接對象及其技術文件要求合理確定焊接參數。比如對高強鋼和不銹鋼應采用小線能量焊接，而易淬火鋼就必須采用焊前預熱、控制層間溫度和焊后緩冷的工藝措施。第三，控制焊接設備。對于制造生產過程來說，生產設備的工作性能將對最終的產品質量造成直接影響，鍋爐壓力容器的焊接過程自然也不例外。如果焊接設備的性能較差甚至經常突發故障，那么必然會對焊接過程及其質量控制造成干擾。因此，必須對焊接設備加強管控，必須安排專人對其進行管理和定期維護，有條件的還應該及時更新技術水平更加先進的焊接設備，為焊接質量的保障提供必要的物質條件。最后，加強焊接檢測。在完成焊接工序后，為了保障焊接接頭的質量，必須進行相應的檢測。目前主要采用無損檢測技術，具體則包括超聲、射線、滲透等多種方法，必須根據具體的焊接工藝要求進行合理選用。

3.3 焊接操作和技術人員控制

現實中，很多焊接工序是由人來操作，焊接工藝的評定、焊接參數的確定也有賴于焊接技術人員，如果人員的素質不達標，那么必然會給焊接質量埋下較大隱患。因此，必須加強對焊接操作和技術人員的控制。首先，要搞好焊接操作人員和技術人員的資格審查工作，不具備相應資質和特種設備焊接證書的人員不允許上崗；其次，焊接技術屬于比較專業性的一門技術，焊接技術人員在平時就應該加強知識儲備，鍋爐壓力容器的制造企業更是應該重視對其的技能培訓，通過多種途徑不斷提升焊接技術人員的技術水平，達到強化其技能素養的目的。

3.4 使用新型的焊接技術

在焊接工藝的選擇上我們通常會運用新型的焊接工藝，如堆焊技術和埋弧焊技術。堆焊技術主要是在壓力容器的外面熔焊一層金屬保護層，且這種保護層要具有一定的耐熱、耐腐蝕等特點，這樣能夠大大的延長壓力容器的使用壽命，降低壓力容器的生產成本，提高壓力容器的使用性能。而埋弧焊是我們通常運用非常普遍和非常有效的焊接工藝。在壓力容器的焊接過程中，由于壓力容器的運行狀況不同，對于焊接工藝也具有很高的要求。層間溫度的控制對焊道的影響很大，因此，必須要對層間溫度進行良好的控制，不斷增強熔敷的質量，使得粗晶區的性能得到良好的改善，進行使得壓力容器的焊接質量得到有效的提高。

4 結語

綜上，隨著社會經濟的持續發展，科學信息技術水平不斷提高，壓力容器的焊接技術要求也在不斷提高。而目前很多壓力容器在焊接過程中存在很多的問題和缺陷，我們必須要先對所有問題與缺陷進行辨別和分析，并進行分類，從而才能更有針對性的實施質量控制的方法和措施，不斷提升壓力容器的焊接質量和效率，提升壓力容器運行的可靠性與安全行。