压力容器常见工艺缺陷产生的原因分析

压力容器常见工艺缺陷产生的原因分析
摘要：压力容器制造产生的缺陷是压力容器发生破坏的根源，为保证压力容器制造质量，必须从制造工艺着手，包括材料检验、制造过程质量控制。

本文从材料及制造工艺两方面分析了压力容器缺陷产生的原因。

关键词：压力容器; 工艺; 方法
引言：
随着市场经济的不断深入,基础建设的飞速发展,压力容器作为工业生产过程中不可缺少的一种设备，它的使用已深入到千家万户之中，而压力容器又容易发生事故，因此如何有效控制压力容器制造过程中的质量成为当前一个重要课题。

压力容器制造过程中质量的控制,应该是从材料验证,焊接控制,无损检测控制，直到办理设备整体验收手续为止的全过程中,从而使得压力容器制造质量能够得到切实有效的保障。

一、材料方面的因素：
产生的原因：
在压力容器制造程序中规定了材料的采购与控制，所进的材料必须与图纸规定或相关规范相符，如果发生材料代用，必须按照相关规定执行，即取得原设计单位的同意，而且及时与监检单位联系进行备案。

另外在《压力容器制造许可条件》中规定：压力容器制造的质量保证体系人员中，制造企业具有与所制造压力容器产品相适应的，具备相关专业和一定资历的材料质控系统责任人，而许多小单位并没有专职的材料质控责任人，即使在程序文件，质量手册中有明确的规定，但也只是流于形式，往往是没有足够的责任心，缺乏对材料的有效控制，更谈不上对材料进厂时的检验验证，因此材料本身所带的缺陷自然发现不了，从材料方面的缺陷带进了容器，这些缺陷在容器使用过程中，由于介质的腐蚀、温度、压力以及疲劳破坏的影响会导致容器发生泄漏，甚至爆炸事故的发生。

二、制造工艺方面的因素：
制造工艺方面的缺陷主要是焊接时产生的缺陷，而焊接缺陷分为内部缺陷和外部缺陷，外部缺陷主要是咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹，外部缺陷容易发现，也容易处理，因此它对容器安全可靠性的影响不大，而影响容器安全可靠性的主要是内部缺陷，内部缺陷主要是裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等，以下我逐一分析内部缺陷产生的原因
裂纹：
裂纹按照产生的机理分为冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和层状撕裂裂纹等
（1）冷裂纹
冷裂纹是在焊接过程中或焊后，在较低的温度下，大约在300℃-200℃以下的温度区间产生的，故称为冷裂纹。

产生的原因：
a)焊接接头形成淬硬组织，我们大多数使用的容器所采用的材料都是碳素钢，碳含量较大，在焊接时钢材容易发生淬硬倾向.
b)钢材及焊缝中含扩散氢较多，氢原子聚集产生压力，使焊接接头开裂，这种现象主要是所用的焊接材料所致，一方面的原因是焊接材料代用，另一方面是焊工责任心不强，随便使用焊接材料。

c)应力集中导致的冷裂纹，这种裂纹主要是容器结构所导致的，往往是在容器开孔的部位或容器结构发生急剧变化的部位，焊接拉应力超过接头的强度极限是产生开裂的主要原因。

d)选材方面的因素主要是母材和焊材选择匹配不当，造成悬殊的强度差异，材料中含碳、铬、钼、钒、硼等元素过高，钢的淬硬敏感性增加。

e)焊接工艺方面，焊条没有充分烘干，药皮中存在水分，焊材及母材坡口上有油、锈、水、漆等，这是目前制造压力容器时最应该引起重视的因素。

环境温度太低，焊接速度太快，焊接线能量太少，会使接头区域冷却过快，造成很大的内应力。

这是冬季施工应该注意的因素。

（2）热裂纹
热裂纹是在高温下产生的，所以称为热裂纹
产生原因：从热裂纹产生的原因来看，可从材质方面和焊接工艺方面来分析，热裂纹都是奥氏体晶界开裂，所以又叫晶界裂纹，多出现在焊缝中间，特别是弧坑处，或焊缝凝固的最终位置，比如接管是10#钢，材料本身所含杂质（S、P）较多，所以就容易形成裂纹，故在图纸设计中就规定，所有角焊缝进行100%磁粉探伤。

a)选材方面：限制钢材和焊材中有害杂质的含量，即S、P、C的含量，故在材料采购时必须采用正规厂家生产的材料，如果对材质有怀疑时，必须在下料前进行化学分析。

另外提高焊条和焊剂的碱度，以减低焊缝中杂质的含量。

b)焊接工艺方面：选择合理的坡口形式，即按照设计图纸加工坡口，加工坡口比较随意，有时甚至是有意将坡口加工小，目的在于快速焊接，就是这种窄而深的坡口，使得焊缝成为梨形，在焊缝中心形成裂纹。

(3)再热裂纹，再热裂纹是在热处理的过程中产生的，因此在容器热处理之后，必须增加无损检测，以判断是否产生再热裂纹。

2、未熔合
未熔合是指熔焊时，焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。

产生原因：在目前制造容器的过程中，该类缺陷占了大约40%，分析产生该类缺陷的原因，主要有焊接电流太小、焊速太快、焊接极性接反、坡口太小、坡口上有锈、油污等，这些原因都造成焊缝形成未融合，但究其原因，我认为从主观上来看焊工责任心不够强，另外焊工不按照规范或焊接作业指导书进行焊接，从客观上来看是焊工的技术在日益下滑，片面追求利润而忽视了对质量的控制。

3、未焊透
未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象，这种缺陷在目前容器制造中出现的几率大约占30%左右，在现场管道焊接中占到大约60%。

产生原因：
a) 坡口及装配方面的原因主要是焊接时间隙过小，钝边太厚，坡口角度太小，坡口歪斜，或错口严重；
b) 焊接工艺方面主要是电流过小，焊速过大，电弧偏吹，极性接反；
c) 操作方面：焊条太粗；操作歪斜；坡口根部有锈、油、污物；
以上三方面的因素在现场管道安装中经常出现，比如坡口导致未焊透，有时在施工现场，焊工根本不让铆工打坡口，目的是焊接速度快。

4、气孔
气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来在焊缝中形成的空穴，分为内部气孔和外部气孔。

产生的原因：
a) 收弧太快，保护不好，空气中的N2侵入；
b) 焊条未按照要求烘干，或烘干后未保温；或烘干温度过高，是药皮成分变质，失去保护作用；
c)在压力容器的制造中出现最多的是气孔，如果抽查50张射线底片中可以看到有20张左右的底片上可以看到气孔，而且经返修后，气孔仍然存在，分析原因后，以上三方面原因都有。

5、夹渣
夹渣是指焊后残留在焊缝中的金属夹杂物，主要是操作原因，熔池中的熔渣来不及浮出，而存在于焊缝中。

夹渣目前制造的容器中表现不明显，主要原因是焊接时，每层焊完后都清根，所以在清根过程中，发现夹渣后及时清除，故在检测时未发现夹渣缺陷，这里不再进行赘述。

三、外部缺陷
外部缺陷主要是咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，外观缺陷产生的原因主要是焊工技术水平、责任心、以及不按照合理的焊接规范焊接，相比较内部缺陷来说，外观缺陷对容器的安全可靠性影响不大，但是如果超出规范所规定的要求，外部缺陷同样威胁容器的安全使用。

结语
为杜绝压力容器制造中的各类缺陷，提高压力容器的制造质量，还需要从质量管理体系抓起，让质量管理体系贯穿于生产现场的各个作业程序中，要求每个操作人员掌握质量管理的程序，熟悉压力容器制造的相关规范，在制造过程中，严格按照规范施工。

另外还需要我们在实际工作中不断积累经验，判断制造缺陷存在的问题与防止方法，找出缺陷产生的原因并加以分析，及时采取对策，以保证所制造的压力容器质量符合验收规范的规定，确保压力容器的安全使用，杜绝压力容器安全事故的发生。

参考文献
［1］锅炉压力容器制造监督管理办法第三十一条采购与材料控制
［2］唐超.如何从制造上提高压力容器的安全可靠性. 著作［M］，石油化工设备技术，1997，18(6)：31～35
［3］［3］GB 150-1998钢制压力容器.北京：中国标准出版社，1998.7～8 ［1］［4］王茂元，机械制造技术，机械工业出版社，2005．
［2］［5］曾志新、吕明，机械制造技术基础，武汉理工大学出版社，2001
作者简历：
1、刘玉梅：女。

生于1975年9月19日，籍贯：甘肃武威；职称：工程师
1999年毕业于甘肃农业大学机电工程系机械设计及制造本科专业，同年参加工作，曾就职于甘肃金昌化工集团建筑安装工程有限责任公司，主管压力容器制造及安装，并于2006年取得无损检测四项二级证，现任甘肃有色冶金职业技术学院焊接专业教师。

2、俞海滨：男，生于969年5月16日。

籍贯：甘肃武威；学历：大学本科；
毕业院校：陕西机械学院，职称：工程师。

甘肃金昌化工集团建筑安装工程有限责任公司副总经理，主管设备安装及压力容器制造，二级建造师。