压力容器焊接常见缺陷及防治措施

[摘要]：压力容器作为工业生产中不可缺少的一种重要设备，被广泛应用于各个行业，包括石油化工、科研、国防部门等等。其数量多和类型复杂的特点，决定了压力容器不仅要承受容器内介质的贮存压力，而且要时常受到容器内介质化学成分的影响，若有不慎，极易发生爆炸、火灾、泄露等事故。压力容器的焊接程序影响着压力容器的安全运行，因此压力容器的焊接质量成为了制造过程中的一个重要控制环节。本文针对这一问题，对压力容器焊接过程中容易出现的一些缺陷做了具体分析，并提出了解决措施。对确保压力容器的安全运行和保障人民生命财产安全、加快装备制造业的快速发展具有十分重要的意义。

关键词：压力容器；焊接；缺陷；预防措施

一、压力容器内外表面宏观及几何缺陷

1．错边和角变形错边是焊接过程中容易出现的几何缺陷问题，是指两个焊接工件在厚度方向上的错位，主要是在组装的时候产生的。压力容器的错边和角边问题常会引起应力集中，甚至会给压力容器的使用带来安全隐患。

2．咬边是焊接过程中比较容易出现的表面缺陷问题，是指在焊接时沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽。造成咬边的主要原因是由于焊接电流过大、运条速度过快、电弧拉得过长或角度不对引起的，除此之外，若埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平，也会造成焊件被熔化从而去掉一定深度，当填充金属未能及时填满时也会造成焊缝咬边。由于焊缝咬边会减小母材街头的工作面，会在咬边外造成应力集中导致压力容器发生事故。在标准抗拉强度的工作环境下限值大于540MPa的钢材及cr_Mo低合金钢材和不锈钢材制造的容器以及焊接接头系数取为1的容器，焊缝表面不会出现咬边。除此之外的其他容器焊缝表面的深度应控制在0.5mm之内，咬边连续长度应小于100mm，焊接两侧咬边的总长度控制在焊缝长度的10%以内。

二、压力容器焊缝内的主要缺陷

1．气孔：压力容器在焊接过程中熔池中出现的气泡在凝固时不能逸出而导致空穴的形成。这种情况的发生主要原因包括：坡口边缘不清洁，有水垢、油污和锈迹的存在；焊条或焊剂违规操作使用，导致焊芯锈蚀和药皮变质脱落；在焊接过程中，电弧过长，焊接速度过快，使焊条在摆动过程中在坡口边缘停留的时间不够、或焊接电压过高等。以上几种情况都比较容易在焊接时产生气孔。气孔的存在，会导致焊缝的有效截面变小，过大气孔甚至会降低焊缝的焊接强度，破坏焊缝的致密性，引起事故的发生。

2．夹渣：在焊接过程中难免会在焊缝中留下夹渣，这些夹渣会影响压力容器的焊缝强度和致密性。这些夹渣的产生主要包括：焊缝边缘存在氧割和碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度和焊接电流过小或焊接速度过快；酸性焊条在焊接过程中，会由于电流和运条的问题产生“糊渣”；碱性焊条在焊接过程中，会由于电弧过长或正负极接反等问题引起焊接夹渣；在埋弧焊封底的过程中，焊丝偏离焊缝中心，引起夹渣的产生。

3．未焊透、未熔合：未焊透是指在焊接过程中，接头根部未完全溶透的现象；未溶合是指在焊件与焊缝金属或焊缝层间存在局部未溶合现象。这两种现象是焊接过程中比较容易出现的、比较危险的焊接问题，由于焊接的未焊透和未熔合现象，导致焊缝出现间断和入突变，很大程度上降低了焊接的强度，十分容易产生裂纹，从而引起事故发生。未焊透和未熔合现象的发生原因主要包括：焊件装配间隙或坡口角度太小、焊条直径太大、电流过小、钝边太厚、焊接速度太快或焊接电弧过长等。除此之外坡口附近不够清洁，存在氧化膜和油污，也会引起未焊透和未熔合的现象发生。

4．焊接裂纹：焊接裂纹是焊接作业中非常严重的焊接问题。绝大部分的容器结构破坏都是由于焊接裂纹引起的，因此压力容器在焊接时一定在采取严格的操作程序来避免焊接裂纹的出现，在焊接结束后也要采取严格的方式检测是否存在焊接裂纹。若检测有裂纹存在，则要采取合适的方式进行彻底的清除，避免事故的发生。常见的焊接裂纹分为热裂纹和冷裂纹，热裂纹是指焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹，常发生在焊缝中心附近，其特点是焊接后立即出现，热裂纹的裂口多贯穿表面，呈氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。热裂纹的产生愿意主要是由于焊接熔池中存有低熔点的杂质如蹦等，这些物质的熔点较低，结晶凝固晚，因此凝固后的塑性和强度也较低。所以在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩的影响下，熔池中这些低熔点的杂质在凝固过程中被拉开，造成晶间开裂。此外，焊件及焊条内的硫、铜等杂质较多时，也容易产生热裂纹。

三、压力容器焊接缺陷的一般解决措施

1．错边和角变形：由于错边和角变形在压力容器制造的成型、组对过程中很难避免，所以在加工焊接坡口时，应严格执行焊接工艺中坡口要求，并对较厚件加工坡口过渡段，以便其能与较薄件顺利组对，保证错边量在可控范围内。绝对禁止强力组对，焊接时应采取相应的防变形措施。如果有角变形存在，应重行进行打磨、修整，或重新下料成型。

2．气孔和夹渣：对于气孔和夹渣的焊接缺陷，务必做到严格的消除处理。防止焊接过程中出现气孔的方法主要包括：选择合适的焊接电流和焊接速度；确保焊接坡口附近不存在水分、油垢和锈迹；严格按照规定保管、清理和焙烘焊接材料；不用变质焊条；若焊接过程中发现焊条药皮变质，则剥落焊芯锈蚀时，确保控制在使用范围之内。防止焊接夹渣的方法主要包括：对坡口尺度进行合适的选择，认真清洁坡口的边缘部分，并选用合适的焊接电流和焊接的速度。在多层焊接时，要仔细观察坡口部分的熔合情况，对每一层焊道做到认真清理。封底焊渣一定要彻底清除，埋弧焊时应注意防止焊偏。

3．未焊透和未熔合：采取合适的方法进行补焊处理，选择合适的坡口和适合焊接的电流，稳定焊接速度，对坡口表面的氧化皮和油污进行彻底清洁，封底焊清根要彻底、运条摆动要适当，此外还要密切注意焊接坡口两侧的熔合情况。

4．裂纹：焊接裂纹的形态和原因十分的复杂多样而且极易扩展，存在很多的不稳定因素，因此在对待裂纹的处理时要严格的控制焊接的工艺参数、减慢冷却的时间和适当的提高焊缝形状系数；在允许的情况下采用小点流多层多道焊，从而避免焊缝中心产生裂纹；必要时可提高母材的预热温度，适当增加焊接时的线能量，可减少结晶裂纹的产生；根据焊件材质、焊接工艺评定结果合理调整焊接顺序、认真执行焊接工艺，也可减少裂纹的产生。

经过本人多年的工作经验和实践研究，造成压力容器焊接问题的原因有很多，因此在对压力容器焊接缺陷进行处理、解决时，一定要根据实际情况制定解决方案，做到理论和实际相结合，对每一次的压力容器事故进行分析和总结，找出其中的原因和规律，从而确保压力容器的安全稳定运行。

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