压力容器焊接中的缺陷成因和应对措施研究

杨宇

天津市滨海新区特种设备检测技术中心 天津 300270

1 压力容器焊接的特点

1.1 含有多种元素

压力容器在使用的过程中，由于其使用环境比较苛刻，因此大部分的压力容器都会使用低合金高强钢等各种特殊材料制成，保证压力容器的质量和性能，但是这些材料在焊接的过程中，由于其内部含有大量的元素，使得材料本身具有高硬度，经过焊接之后还会产生淬硬的效果，使得最终生产出的压力容器具有较高的硬度和强度。但是这些材料在焊接的过程中，由于刚性较大，还很容易产生冷裂纹，冷裂纹是压力容器焊接中的重要隐患，不容易被发现，但是还会给压力容器的质量带来极大的威胁，这样的压力容器在使用的过程中，很容易出现安全事故。因为在焊接的过程中，与焊接头接触的位置会由于温度过高，使得材料中的各项元素保留在奥氏体里，而在焊接结束之后，材料温度会迅速降低，这些元素无法被及时析出，后期再进行热处理时会容易弥散，使晶粒内部强度升高，晶界处易发生变形，导致焊接接头的位置发生断裂或出现裂纹。另外在焊接的过程中，如果焊接头处释放出的热量不足，会影响到压力容器的塑性，使得焊接头的位置材料发生软化，给锅炉的质量和使用性能带来不利影响。

1.2 焊接困难

压力容器是一种相对来说结构比较复杂的容器，所以在焊接的过程中，只要对其各个结构的焊接工作都要进行研究，而且每个结构在焊接的过程中，还需要准确掌握其尺寸，为了保证焊接的质量，还需要先进行预热和微观组织等操作，这一系列的操作十分复杂，在焊接的过程中，很容易受到外界因素的干扰，影响最终的焊接质量。

2 压力容器焊接质量缺陷成因

焊接结构类型多种多样，其分类方式也是各不相同。压力容器在焊接过程中也要充分考虑焊接结构类型以及压力容器的焊接内容来选择不同的焊接技术。而在焊接的具体过程中，通过存在很多焊接缺陷，这对压力容器的焊接质量有着至关重要的影响。

2.1 压力容器外部缺陷成因

经分析统计，压力容器运行使用过程出现的外部缺陷类型为：错边、焊接尺寸不合格以及咬边。错边缺陷的出现，会使压力容器受外力作用影响，进而大幅降低容器使用的安全性。问题产生原因为：压力容器设计对焊接技术的要求不够。焊接尺寸不合格问题，是因为焊接设备电流强度不够，进而影响焊缝的宽度。此外，焊弧长度过大也会降低焊接规整性，进而导致尺寸不合格问题的产生。而咬边问题，则是焊接作业时设备电流过大或是焊接技术选择不规范等原因造成[2]。

2.2 压力容器内部缺陷成因

压力容器的内部缺陷主要集中在气孔、夹渣、未焊透以及裂纹四个方面。气孔缺陷，是焊接金属表面不干净且存在少量油污所致。此外，焊接所处环境的潮湿问题与焊接工作不规范等，也是导致气孔问题出现的原因。夹渣问题，主要出现于不平滑的位置，如坡口边缘。其是电流大小与标准不一致以及焊接速度过快和焊接轨道不稳导致的。对于焊透和未融合的缺陷，是由于焊接接头没有完全融合与焊接两工件间没有完好融合且存在间隙的问题，这就降低了压力容器使用的密封性与稳定性效果。压力容器的裂缝病害，是导致其安全性能下降的重要因素。其出现的原因是材料受外力作用影响，导致原子层面的结合力受损，进而使容器界面出现了裂纹病害。

3 焊接质量控制途径探讨

3.1 焊接材料的控制

焊接材料的控制首先要从合理选择材料入手。如果是对两种强度级别不等的钢进行焊接，那么在选择焊接材料时，应遵守选择低强度等级材料的原则。对于一些特殊情况，比如厚板的第一道焊，因为对焊接强度的要求比较高的缘故，所以也可以选择强度等级较高的材料。总之，焊接材料的选择需要综合权衡各个方面的因素，既需要保证得到的焊接接头具有较高的塑性变形能力，而且还得确保经过热处理后的接头达到足够的性能和韧性要求。为了满足这些要求，现实中普遍推荐采用具有高合金成分的焊材，同时对于一特殊情况，比如结构刚性大、厚度较大的焊接，考虑到会产生较大的焊接应力，所以焊材选用时还必须兼顾抗裂性等需求，这些都是为了保证所选焊接材料满足实际使用需求。

在对焊材进行合理选取的基础上，还需要对材料的验收、存储和申领加强管控。目前市场上生产焊材的厂家较多，而这些厂家生产的同一型号或牌号的焊材之间可能会存在性能差异。在这种情况下，就要求锅炉压力容器制造厂商必须对焊材质量加强验收管理，确保所选厂商提供的焊材符合国家标准和行业标准。具体而言，在确定焊材型号和供应厂商后，要对买回的焊材进行抽样检验，凡是验收不合格的焊材一律不准入库。经复验为合格的焊材需要按照类别、型号以及批号等进行分别存储和妥善保管。最后，在申领使用焊材的过程中，必须确保焊材先经过规定时间的烘干和放置，而且必须做到随用随领，禁止提前预支过多数量的焊材，即使当天没有用完也必须进行退库管理。

3.2 焊接工艺控制

首先，要进行焊接工艺的评定。根据锅炉压力容器的特点和技术要求，对评定试件进行相关的试验和检验，只有待最终的评定审核结果为合格后，才能进入批量化的焊接生产流程。这里需要特别注意的一点是，如果批准生产中需要对焊接方式和热处理流程进行调整变更，则必须进行重新评定。其次，控制焊接工艺参数。在实际中焊接对象不同，对焊接接头的性能也有着不同的要求，所以必须根据焊接对象及其技术文件要求合理确定焊接参数。比如对高强钢和不锈钢应采用小线能量焊接，而易淬火钢就必须采用焊前预热、控制层间温度和焊后缓冷的工艺措施。第三，控制焊接设备。对于制造生产过程来说，生产设备的工作性能将对最终的产品质量造成直接影响，锅炉压力容器的焊接过程自然也不例外。如果焊接设备的性能较差甚至经常突发故障，那么必然会对焊接过程及其质量控制造成干扰。因此，必须对焊接设备加强管控，必须安排专人对其进行管理和定期维护，有条件的还应该及时更新技术水平更加先进的焊接设备，为焊接质量的保障提供必要的物质条件。最后，加强焊接检测。在完成焊接工序后，为了保障焊接接头的质量，必须进行相应的检测。目前主要采用无损检测技术，具体则包括超声、射线、渗透等多种方法，必须根据具体的焊接工艺要求进行合理选用。

3.3 焊接操作和技术人员控制

现实中，很多焊接工序是由人来操作，焊接工艺的评定、焊接参数的确定也有赖于焊接技术人员，如果人员的素质不达标，那么必然会给焊接质量埋下较大隐患。因此，必须加强对焊接操作和技术人员的控制。首先，要搞好焊接操作人员和技术人员的资格审查工作，不具备相应资质和特种设备焊接证书的人员不允许上岗；其次，焊接技术属于比较专业性的一门技术，焊接技术人员在平时就应该加强知识储备，锅炉压力容器的制造企业更是应该重视对其的技能培训，通过多种途径不断提升焊接技术人员的技术水平，达到强化其技能素养的目的。

3.4 使用新型的焊接技术

在焊接工艺的选择上我们通常会运用新型的焊接工艺，如堆焊技术和埋弧焊技术。堆焊技术主要是在压力容器的外面熔焊一层金属保护层，且这种保护层要具有一定的耐热、耐腐蚀等特点，这样能够大大的延长压力容器的使用寿命，降低压力容器的生产成本，提高压力容器的使用性能。而埋弧焊是我们通常运用非常普遍和非常有效的焊接工艺。在压力容器的焊接过程中，由于压力容器的运行状况不同，对于焊接工艺也具有很高的要求。层间温度的控制对焊道的影响很大，因此，必须要对层间温度进行良好的控制，不断增强熔敷的质量，使得粗晶区的性能得到良好的改善，进行使得压力容器的焊接质量得到有效的提高。

4 结语

综上，随着社会经济的持续发展，科学信息技术水平不断提高，压力容器的焊接技术要求也在不断提高。而目前很多压力容器在焊接过程中存在很多的问题和缺陷，我们必须要先对所有问题与缺陷进行辨别和分析，并进行分类，从而才能更有针对性的实施质量控制的方法和措施，不断提升压力容器的焊接质量和效率，提升压力容器运行的可靠性与安全行。