压力容器常见工艺缺陷产生的原因分析

2013-08-15俞海滨刘玉梅

纯碱工业 2013年2期

俞海滨，刘玉梅

（1.甘肃金昌化学工业集团建筑安装工程有限责任公司，甘肃金昌 737100；2.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌 737100）

压力容器是工业生产过程中不可缺少的设备，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。

1 材料方面的因素

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。

2 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。

2.1 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。外观缺陷产生的原因主要是焊工技术水平低、责任心不强，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。

2.2 内部缺陷

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，以下笔者逐一分析内部缺陷产生的原因。

2.2.1 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。产生冷裂纹的原因：

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤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。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。

①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。

②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。

2.2.2 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熔合。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。

2.2.3 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：

①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。

②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。

③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。

2.2.4 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：

①收弧太快，保护不好，空气中的N2侵入。

②焊条未按照要求烘干，或烘干后未保温；或烘干温度过高，使药皮成分变质，失去保护作用。

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。分析成因，以上两方面原因都有。

2.2.5 夹渣