压力容器焊接中常见缺陷产生成因及控制措施

压力容器焊接中常见缺陷产生成因及控制措施

摘要：本文分析了压力容器焊接的常见缺陷及成因、缺陷的一般处理以及优化措施。

关键词：压力容器；焊接缺陷；控制措施

引言

压力容器焊接缺陷的后果有渗漏、泄漏，甚至引起压力容器爆炸事故，造成人民安全和重大的财产损失。为此，保证压力容器在制造过程中的焊接质量，是保证压力容器安全运行的重要手段。压力容器制造过程中所产生的焊接缺陷主要有：裂纹、未熔合、未焊透等面积型缺陷；气孔、夹渣类体积性缺陷；咬边、焊瘤、弧坑等表面缺陷。下面就此情况详细论述。

一、压力容器焊接的常见缺陷及分析

1、夹渣

夹渣是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣;坡口角度或焊接电流太小,或焊接速度过快。在使用酸性焊条时,由于电流太小或运条不当形成“糊渣”;使用碱性焊条时,由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时,焊丝偏离焊缝中心,也易形成夹渣。防止产生夹渣的措施是:正确选取坡口尺寸,认真清理坡口边缘,选用合适的焊接电流和焊接速度,运条摆动要适当。多层焊时,应仔细观察坡口两侧熔化情况,每焊一层都要认真清理焊渣。封底焊渣应彻底清除,埋弧焊要注意防止焊偏。

2、气孔

气孔是指在压力容器焊接时，金属熔池中的气体在金属凝固之前没有完全逸出，使部分气体残存在焊缝中就形成了气孔。产生气孔的主要原因是由于母材或填充金属表面产生锈蚀、表面背油污、水等污染。此外，焊条及焊剂未能按规定进行烘干处理也会增加产生气孔的机率。焊接线能量过小时，焊接熔池冷却速度过大，也不利于气体的逸出。另外，由于焊缝金属没有完全脱氧也容易造成气孔产生。气孔的存在，会降低焊接接头的强度,引起压力容器泄漏。同时，由于气孔的存在，也容易产生应力集中。预防焊接气孔的办法主要有：选择正确的焊接电流以及适合的焊接速度；保证坡口边缘的干燥、清洁；严格按照规定保管和烘干焊接材料；不使用变质的焊条；如果在施焊之前发现焊条药皮变质、剥落以及焊芯锈蚀等时，应注意严格禁止使用。当采用埋弧焊焊接压力容器时应选用正确的焊接工艺参数，特别是薄板的自动焊焊接时，施焊的焊接速度要尽可能减小。

3、裂纹

裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种，它将显著减少承载面积，严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏。裂纹主要分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。冷裂纹又称延迟裂纹，由于其延迟特性和快速脆断特性，带来的危害往往是灾难性的；热裂纹是由于焊缝凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂纹；再热裂纹是近缝区金属在高温热循环作用下，强化相碳化物沉积在晶内的位错区上，使晶内强化程度大大高于晶界强化，由于应力松弛而带来的塑形变形主要由晶界金属来承担，于是晶界区金属会产生滑动。

世界上的锅炉、压力容器、压力管道事故除少数是由于设计不合理，选材不当的原因引起的以外，绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。

4、未焊透、未熔合

焊接时,接头根部未完全熔透的现象,称为未焊透;在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象,称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷,由于未焊透或未熔合,焊缝会出现间断或突变,焊缝强度大大降低,甚至引起裂纹。因此,压力容器受压元件间的焊接以及受压元件与非受压元件间的焊接接头均不允许存在未焊透、未熔合的情况。未焊透和未熔合的产生原因是焊件组对间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净,或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当,电弧偏在坡口一边等原因,都会造成边缘不熔合。防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸,合理选用焊接电流和速度,坡口表面氧化和油污要清除干净;封底焊清根要彻底,运条摆动要适当,密切注意坡口两侧的熔合情况。

5、其他缺陷

焊接中还经常看到一些咬边、焊瘤、弧坑、过热和过烧及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷

咬边是由于选择的焊缝参数不当、操作工艺不正确造成的。产生原因：①焊接参数选择不对，U、I太大，焊速太慢；②电弧拉得太长。熔化的金属不能及时填补熔化的缺口。

弧坑是由于收弧和断弧不当在焊道末端形成的低洼部分。

产生原因：焊丝或者焊条停留时间短，填充金属不够。

焊瘤熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。

产生原因：①焊接参数选择不当；②坡口清理不干净；③电弧热损失在氧化皮上；④使母材未熔化。可根据以上原因分别采取对应措施防止咬边、弧坑、焊瘤的产生。

焊缝化学成分或组织成分不符合要求：焊材与母材匹配不当，或焊接过程中元素烧损等原因，容易使焊缝金属的化学成份发生变化，或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降，还会影响接头的耐蚀性能。因此要选用相匹配的焊材与母材进行焊接。

过热和过烧：若焊接规范使用不当，热影响区长时间在高温下停留，会使晶粒变得粗大，即出现过热组织。若温度进一步升高，停留时间加长，可能使晶界发生氧化或局部熔化，出现过烧组织。过热可通过热处理来消除，而过烧是不可逆转的缺陷。

二、压力容器焊接质量的优化策略

1、对焊接工艺进行优化

焊接工艺是对焊接标准进行规范、对焊接过程进行指导、标准化焊接流程的一个非常重要的工艺，是保证焊接质量的一个重要技术指标。焊接工艺主要由焊接操作的方法、焊接使用的材料、焊接接头的形式、使用母材的型号、焊接质量验收的方法、焊接操作的技术流程等构成。在对压力容器进行焊接的过程中，要根据焊接的关键点和难点对工艺流程进行制定。在选取焊接材料时要根据压力容器的使用范围和母材的厚度进行选择，焊缝的形状和焊接接缝的坡度是根据压力容器的使用特性来决定的。因为压力容器对焊接点的质量要求非常高，要提高焊接的验收标准和焊接质量控制标准。在制定具体的焊接工艺流程时，要对全部的焊接参数进行精确，对所有的焊接性能参数进行优化，从而对压力容器焊接过程中的严谨性和科学性进行有效的保障。另外焊接工艺的控制也可以利用焊接工艺的评测来进行，通过对焊接工艺进行评测，对焊接过程中各项工艺都进行了有效的控制，使得作业人员可以认真按照焊接的详细工艺要求进行焊接，有效的防止了焊接缺陷进入到下一道工序中。

2、优化焊接质量检验

焊接质量检验是控制焊接质量的最后一道防线。通过材料、工艺、操作规程、工艺评定重重工序，焊接质量的优劣与否就需要焊接质量检验来掌握控制。焊接质量检验包括焊前、焊中、焊后三道检验。焊前检验主要检验焊件的装配质量和焊接接口的材料特性、焊缝间隙等；焊中检验要检测中间工序的焊接质量，焊缝是否工整、焊接过程是否严格执行焊接工艺规程和操作规程，以及焊接要求是否符合图纸尺寸和技术要求；焊后检验是通过外观检查、无损检测、压力试验、外观检查等方式现场检查焊接后工件的焊接质量。针对压力容器的特殊用途，对焊接后的质量检查应当采用多层次、多角度、多方法的检查方式对其进行全面检查，一旦发现焊接缺陷立即采取补救措施，返修或直接报废。

结束语

综上所述。如果焊接存在缺陷,就有可能造成事故,因此应及时发现缺陷,把焊接缺陷控制在一定标准范围内,以确保压力容器运行的安全性及可靠性;对于保障