压力容器焊接缺陷监测及预防分析

压力容器焊接缺陷监测及预防分析

摘要压力容器广泛应用于石油、化工、锅炉等行业，焊接质量对压力容器的安全运行起关键作用，对其焊接中产生缺陷的原因进行分析和预防是确保压力容器致密性和强度的关键，本文就压力容器概述，焊接缺陷监测等方面进行分析，并提出可行的质量控制方案。

关键词压力容器；焊接；缺陷监测；预防

1 压力容器概述

压力容器的分类方法较多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种：

按承受压力的等级分为：低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器；按盛装介质分为：非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒；按工艺过程中的作用不同分为：反应容器、换热容器、分离容器、贮运容器。

2 压力容器焊接缺陷的监测及质量控制分析

压力容器，一般泛指在工业生产中用于完成反应、分离和存储等生产工艺过程，并能承受压力的密封容器，在国民经济中的发展占有重要地位。压力容器制造、检验技术不断地进步，为全面提高压力容器质量获得良好经济效果做可靠保证，在制造过程中，如何保证焊接质量是关键问题[1]。一旦焊接存在缺陷，则可能造成渗漏、泄露、甚至引起压力容器爆炸，从而造成人员伤亡和财产的重大损失。

2.1 裂纹

裂纹是压力容器危害性较大的缺陷之一。由于焊接裂纹成因复杂，极易扩展，有不少不可预见的因素，因此高度重视焊接裂纹的处理。防止产生裂纹的主要措施是：严格控制焊接工艺参数、减慢冷却速度、适当提高焊缝形状系数、尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；同时认真执行焊接工艺规程，选取合理的焊接工艺程序，以防止焊接裂纹的产生。

2.2 未熔合

未熔合是焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。

产生原因：焊接热输入太低；电弧指向偏斜；坡口侧壁有锈垢及污物等。预防未熔合措施：适当加大的焊接电流；正确地选择焊接工艺参数；注意坡口及层间部位的清洁。

2.3 未焊透

未焊透是焊接时接头根部未完全熔透，对对接焊缝也指焊缝深度未达要求。指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。

产生原因：焊接电流小，熔深浅；坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大；磁偏吹影响；层间及焊根清理不良。

预防未焊透措施：使用较大电流来焊接是预防未焊透的基本方法；焊角焊缝时，用交流代替直流以预防磁偏吹；合理设计坡口并加强清理等措施。

2.4 条形缺陷和圆形缺陷

条形缺陷：长宽比大于3的气孔、夹渣和夹钨等缺陷；圆形缺陷：长宽比不大于3的气孔、夹渣和夹钨等缺陷。

气孔是指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是焊接冶金过程中反应生成的。产生气孔原因在于母材或填充金属表面有锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加气孔量，因锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体，增加高温金属中气体的含量。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。

预防气孔措施：清除焊丝，工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物；采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干；采用直流反接并用短电弧施焊；用偏强的规范施焊。

夹渣是焊后溶渣残存在焊缝中的现象。

夹渣产生的原因：坡口尺寸不合理；多层焊时，层间清渣不彻底；焊接线能量小；焊条药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高；钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当。因此根据以上原因分别采取对应措施以预防夹渣的产生。

2.5 其他缺陷方面

焊接中还存在一些咬边、过热和过烧及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷。

咬边是因选择的焊缝参数不当、操作工艺不正确造成的。

产生原因：电弧拉得太长。熔化的金属不能及时填补熔化的缺口。

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。

3 焊接工艺因素控制分析

焊接工艺中，对焊接质量影响较大的有焊前准备、焊接顺序和焊接工艺参数。

焊前准备的控制（焊前准备主要包括坡口制备、接头装配和焊接区域的清理。）

而在选择焊接顺序时，应尽量使焊缝处于较自由的收缩状态。原则是先焊收缩量的焊缝，后焊收缩量小的焊缝，保证焊缝在焊接时能有较大的收缩自由，产生较小的残余應力，防止裂纹的产生。

4 压力容器检验缺陷的处理措施分析[2]

4.1 腐蚀部位的堆焊修补

因腐蚀而使壁厚减薄且比临近区域低时，对凹陷部位可打磨后做堆焊修补，但堆焊后不应比临近区低，且不得高出1.5mm以上。堆焊后要求打磨平滑，修补的单个最大面积一般不超过0.01～0.02m2。补焊前后都应进行表面探伤，若补焊深度在耐压部分母材表面下5mm时，还应增加射线或超声波检验。

4.2 容器表面裂纹的修补

就一般压力容器而言，对较浅的表面裂纹、局部磨损蚀坑及不严重的表面脱碳等缺陷，可采用打磨方法去除，但打磨处的剩余壁厚应满足强度要求。打磨部位应光滑并圆滑过渡，打磨后需做着色或磁粉检查，确认缺陷是否已完全消除。对小的裂纹及伤痕缺陷，用磨削方法完全除去后，可进行堆焊修补。对深度比较大的裂纹的处理来讲，尤其是穿透性裂纹，如果要使用碳弧气刨等热源，那么，必须要在裂纹的两端开出止裂孔或者是止裂槽，以防裂纹受热之后继续扩展。

4.3 内部埋藏缺陷的焊补

对内部埋藏缺陷的焊补，必须先用超声波来进行定位，在具体焊补时，尽可能从距缺陷浅的表面来进行，尽量避免缺陷清除至三分之二板厚时，从背面把所进行焊补予以清除这样的现象的产生。

4.4 加强防腐层的保养

工作介质对容器本体材料有腐蚀性的压力容器，采用防腐层来防止介质对容器的腐蚀，如：涂漆、喷镀或电镀、衬里等。如果防腐层损坏，工作介质直接接触容器壁而产生腐蚀。要保持防腐层完好无损，应经常检查防腐层有无自行脱落、在装料和安装容器内部附件时防腐层有无被刮落或撞坏的情况发生。发现压力容器防腐层损坏时，及时对其进行修补。