压力容器常见的缺陷及措施

5.2压力容器常见的缺陷及措施

在用压力容器常见缺陷就其存在部位可分为表面缺陷和埋藏缺陷两类,都对压力容器的安全性能构成潜在威胁,以下对其中的焊接所造成的缺陷分别进行讨论。

1、表面缺陷

（1）表面裂纹

裂纹是在用压力容器的重点检验项目。现场检验时优先使用磁粉探伤技术,它能快速、准确和直观地发现表面裂纹,是目前检验表面缺陷最为灵敏可靠的手段。表面裂纹危害性极大,一旦发现应认真分析其产生原因,采取适当的措施(如打磨和挖补等) 予以彻底消除。从断裂力学观点而言,表面裂纹也存在允许尺寸,但考虑到内表面裂纹与储存介质直接接触,外表面裂纹与大气接触,因此易促使裂纹的扩展,危害极大,故对表面裂纹一律采取打磨消除的措施。

措施：有关文件规定,如表面裂纹打磨深度≤7 %的设计厚度,且＞3mm 时,可不补焊。但为了减少应力集中,要求磨削部位光滑并过渡圆滑。如果超出上述规定,则必须采取严格的补焊措施予以修复。

（2）焊缝咬边

焊缝咬边为几何不连续与应力集中部位,容易诱发裂纹。对于容器的焊缝咬边,都应打磨消除或打磨后补焊；对于其它容器,当其表面焊缝咬边深度≤0. 5mm ,连续长度≤100mm ,且焊缝两侧咬边总长不超过该焊缝长度的10 %时,可不作处理。如超过上述范围,则应打磨消除或打磨后补焊。

2、埋藏缺陷

常见的埋藏缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、气孔和夹渣等。这些缺陷多为制造时留下的,其中处理的重点为埋藏裂纹。壁厚< 8mm 的钢制容器一般采用X 射线探伤,可直接准确地反映缺陷类型和大小。随着板厚的增加,X 射线能量衰减增大,探伤灵敏度降低,因此当检测壁厚> 8mm 的钢制容器时,一般采用超声波探伤。超声波穿透能力很强,对厚板中缺陷的探伤灵敏度较高且检测速度快。

（1）埋藏裂纹

不与腐蚀介质接触,相对于表面裂纹而言,所受的应力较小,危害性也较小。但在使用过程中,尤其是在交变载荷或频繁间歇操作时,有可能产生裂纹扩展至

表面或穿透,产生破坏,因此对埋藏裂纹的处理要重视,一旦发现必须采取严格的措施予以挖补修复。

（2）未焊透和未熔合

未焊透在射线底片上呈两侧整齐的细直黑线,一般在焊缝中部;根部未熔合在射线底片上是一侧整齐且黑度较大的细直黑线,一般在焊缝中间;坡口未熔合在射线底片上呈连续或断续的黑线,一般在焊缝中心至边缘1/ 2 处;层间未熔合在射线底片上是黑度较小的不规则块状阴影。超声波探伤时,未焊透和未熔合均为制造缺陷,处于焊缝中间,不与腐蚀介质接触,因此,相对于表面裂纹而言,危害性较小,但同样也存在诱发裂纹的可能。

探伤中若发现存在诱发裂纹,应按上述埋藏裂纹的处理原则进行必要的挖补修复。倘若没有新的裂纹产生,那么视具体尺寸、位置及使用条件等,对近表面缺陷进行挖补修复,其它的可不作处理。

（3）气孔和夹渣

气孔和点状夹渣的超声波波形气孔和夹渣均为制造缺陷。经过大量在用压力容器检验,发现绝大部分气孔不会发展成裂纹,潜在危险小,可适当放宽容限。因此,如检验时没有发现气孔边缘有新的裂纹产生时,可不作处理；若发现有新的裂纹产生时,则应按上述原则进行挖补修复。对于夹渣也可适当放宽容限,但对于一些自身高度较大、断面形状扁平或呈三角形、端部夹角狭长和尖锐的夹渣,应适当挖补修复。

3、焊缝的质量要求

根据GB50205-2001焊缝质量等级及缺陷分级，焊缝质量等级分为一级、二级和三级焊缝质量标准

焊缝表面 I、II级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。II级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷，且I级焊缝不得有咬边、未焊满等缺陷。

焊缝外观焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。

表面气孔 I、II级焊缝不允许，III级焊缝每50mm长度焊缝内允许直径≤0.4t，且≤3mm气孔2个，气孔间距≤6倍孔径。

咬边 I级焊缝不允许，II级焊缝咬边深度≤0.05t，且≤0.5mm，连续长度≤100mm，且两侧咬边总长度≤10％的焊缝长度。III级焊缝：咬边深度≤0.1t，且≤1mm。（注：t为所用试板的最薄处厚度）

焊缝成品保护

（1）焊接后不允许撞砸接头，不允许向刚焊接完成的钢材上浇水。低温下应采取缓冷措施。

（2）不允许在焊缝外的母材上引弧。

（3）各种构件校正好之后方可施焊，且不得随意移动垫铁和卡具，以防造成构件尺寸偏差。隐蔽部位焊缝必须办理完隐蔽验收手续，方可进行下道隐蔽工序。

（4）低温焊接不允许立即清渣，应等焊缝降温后进行。

应注意的质量问题

（1）尺寸超出运行偏差：对焊缝长度、宽度、厚度不足，中心线偏移，弯折等偏差，应严格控制焊接部位的相对尺寸位置，合格后方准焊接，焊接时精心操作。

（2）焊接裂纹：为防止裂纹的产生，应选择合适的焊接工艺参数和施焊程序，避免用大电流，不允许突然熄火，焊接接头应搭10~15mm，焊接中不允许搬动。敲击焊件。

（3）表面气孔：焊条按规定的时间和温度进行烘焙，焊接区域必须清理干净，焊接过程中选择适当的焊接电流，降低焊接速度，使熔池中的气体完全逸出。

（4）焊缝夹渣：多层施焊应层层清理焊渣，操作中应运条正确，弧长适当。注意熔渣方向，采用碱性焊条时，必须使熔渣留在熔池后面。

4、对不合格焊缝的处理

不合格焊缝

（1）焊接检验过程中，凡发现焊缝有下列情况之一，视为不合格焊缝：错用了焊接材料误用了与图样、标准规定不符的焊接材料制成的焊缝，在产品使用中可能会造成重大质量事故，致使产品报废。

（2）焊缝质量不符合标准要求是指焊缝的力学性能或物理化学性能未能

满足标准要求或焊缝中存在缺陷超标。

（3）违反焊接工艺规程在焊接生产中，违反焊接工艺规程的施焊容易在焊缝中留下质量隐患，这样的焊缝应被视为不合格焊缝。

（4）无证焊工施焊的焊缝无证焊工所焊焊缝均视为不合格焊缝。

不合格焊缝的处理

（1）报废性能无法满足要求或焊接缺陷过于严重，使得局部返修不经济或者质量不能保证的焊缝应作报废处理

（2）返修局部焊缝存在缺陷超标时，可通过返修来修复，但焊缝同一部位多次返修时焊接热循环会对接头性能造成影响。对于压力容器，规定焊缝同一部位的返修一般不超过两次

(3)回用有些焊缝虽然不满足标准要求，担不影响产品使用性能和安全，

可作“回用”处理。

(4)降低使用条件在返修可能造成产品报废或造成巨大经济损失的情况下，可以根据检验结果并经用户同意，降低产品的使用条件。一般很少采用这种处理方法。

5.焊接接头的应力——检验

（1）应力集中的概念

定义

由于焊接的形状和焊缝布置的特点，焊接接头工作应力的分布是不均匀的，其最大应力σmax比平均应力σm值高，这种情况称应力集中。

表达式：K T=σmax／σm。

焊接接头中存在应力集中的影响因素

①焊接工艺缺陷、冶金缺陷、夹渣、气孔、咬边、未焊透均会引起应力集中、其中咬边、未焊透较为严重。

②不合理的焊缝外形。不同焊缝形状会引起不同程度的应力集中。

③接头型式：不同接头型式引起应力集中不同。

④制造过程中的缺陷。

⑤焊接残余应力。

（2）焊接应力的形成以及危害