壓力容器焊接缺陷及新技術應用

張世超 李雪翠 孫向元

摘要：近現代工業中，壓力容器通常作為石油、天然氣、化學溶液等物質的主要承載體，而應用于航空、海洋、石油運輸、化工等各種領域中。大型壓力容器受限于它的體積、重量以及材質，在它的生產過程中，往往需要通過焊接的方式將各個大型部件拼接成型。基于此，本文對壓力容器焊接缺陷進行研究，進而提出了有效的措施。

關鍵詞：壓力容器;焊接;矯正措施

在實際使用過程中，壓力容器由于焊接部位存在缺陷眾多，組織成分不均，力學性能較差等問題，成為大型壓力容器整體性能最薄弱的區域。因此，開展對壓力容器焊接接頭表面強化處理設備的探索與改進，探尋焊接接頭最優處理工藝條件，對生產實踐給出合理性建議是十分有必要的。

一、壓力容器焊接缺陷矯正意義

壓力容器缺陷類型較多，如錯邊和角變形，這屬于典型的幾何缺陷，在組裝環節極易出現，其中錯邊要求焊接的工件在厚度保持錯開。若是解決錯邊和角變形問題，將引起壓力容量的壓力過于集中，使用時也存在較大安全隱患。同時由于壓力容器使用環境一般比較惡劣，通常會受到運輸、腐蝕介質、疲勞載荷、冷熱變形等因素的考驗，一但壓力容器的某些性能達不到所需標準，極有可能發生強度失效，結構失穩，出現泄露甚至發生爆炸，造成不堪設想的后果。另外，尤其是對埋弧焊的運用，若是焊接速度過快，焊機運行軌道無法保持平整，將促使焊接工件熔化，讓焊接深度超出設計范圍。若是填充金屬無法填充完整，在焊縫處出現咬邊情況。焊縫咬邊的存在，會導致壓力容器工作面減少，且咬邊區域的應力會變得過于集中，讓壓力容器難以正常使用。為保證壓力容器使用更加安全與穩定，應該加強壓力容器焊接缺陷的矯正，結合壓力容器焊接實際情況，找到焊接缺陷的成因，有針對性采取矯正措施，保證發揮壓力容器在生產中的作用。

二、壓力容器焊接缺陷分析

常見的壓力容器焊縫有環縫和筒體縱縫的焊接、安全端焊接以及各種表面的耐蝕層、耐磨層等。壓力容器焊接存在的缺陷有：氣孔、夾雜、裂紋等，這將有可能是造成事故的潛在因素。

2.1氣孔

焊接氣孔會造成應力集中，成為焊縫斷裂的裂紋源。氣孔按形成機理可以分為冶金氣孔和工藝氣孔兩大類。冶金氣孔主要有氫氣孔和氮氣孔，工藝氣孔則大多不規則，且大多分布在焊縫中心區。氣孔的形成因素很多，主要和焊前母材的表面處理情況和焊接工藝有關。焊前待焊表面的氧化膜和油垢是形成氣孔的主要根源。

2.2裂紋形成機理

結晶裂紋是焊縫金屬在結晶過程中處于固相線附近的溫度范圍內，由于凝固金屬的收縮，而此時殘余的液相又不充足，在承受拉應力時，就會造成沿晶界的開裂。焊縫凝固時，以樹枝狀結晶方式進行，枝晶軸上元素的熔點較高，雜質元素較少，相反，枝晶間低熔點元素富集，雜質元素含量較高，這種凝固偏析導致焊縫中化學成分極不均勻，隨著焊縫中雜質元素含量的增多，這種現象變得更加嚴重。

2.3焊縫中低熔點相

低熔點相的形成與焊縫中的夾雜物密切相關，夾雜物的形成既有母材自身的缺陷，也有焊接過程中金屬與非金屬元素發生化學反應而產生的各種夾雜物。低熔點相含有較多的雜質元素，多分布在晶界處，這是由于在焊縫的凝固過程中，高熔點的元素優先凝固，形成枝晶軸，低熔點元素被排擠到枝晶間，隨著溫度的進一步降低，形成固態的低熔點相或共晶相。另外，其他焊接缺陷有夾渣、未焊透、未熔合，焊瘤等，這些缺陷與焊前處理不徹底及不合理的焊接工藝參數密切相關。

三、壓力容器焊接新技術的應用

焊接技術在壓力容器生產過程中發揮著至關重要的作用，并且焊接技術水平的高低決定著壓力容器的生產質量，因此，焊接技術需要進行相應的創新，如此一來能夠提高壓力容器的制造質量。

3.1窄間隙埋弧焊技術

在焊接壓力容器過程中需要根據壓力容器的類型選擇合適的焊接技術。壓力容器的壁厚度如果小于100mm，就可以選擇U型或者是V型坡口對其進行焊接。如果壓力容器壁厚度大于100mm時，采用這兩種類型的坡口不會實現預期的焊接效果，同時還會使資源得到不必要的浪費，在這種情況下可以使用窄間隙埋弧焊進行焊接，從而有效地處理這一問題。

3.2接管自動焊接技術

現階段，在處理壓力容器焊接過程中，有效運用自動化技術成為時代發展的必然要求。通過將接管自動焊接技術有效地應用在壓力容器焊接處理過程中可以呈現出顯著的優勢，可以實現較強的自動化效果，并且還可以簡化壓力容器焊接的流程，在一定程度上大大提升了壓力容器焊機的效率。

3.3帶極堆焊接技術

在對壓力容器進行焊接過程中可以使用金屬帶代替焊絲，使用帶極堆焊接技術這一新型電極能夠實現良好的焊接效果，同時還可以提升壓力容器焊接的性能，確保壓力容器焊接的質量，在今后壓力容器焊接處理過程中會得到廣泛的應用。

結論

掌握壓力容器焊接缺陷具體的防止措施，避免或減少缺陷的產生，對提高壓力容器焊接質量、 保證設備的安全運行具有重要指導意義。借助新型的焊接技術不僅可以矯正壓力容器焊接的缺陷，提高壓力容器焊接的高效性，而且還需要實現良好的焊接效果，進而保證壓力容器安全穩定運行。

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（山東海洋環保設備有限公司）