压力容器制造常见焊接缺陷的探讨

2020-06-27左遥远管伟伟沈义才

世界有色金属 2020年6期

左遥远，管伟伟，沈义才

（1.宣城市特种设备监督检验中心，安徽宣城 242000；2.宣城鑫亚压力容器制造有限公司，安徽宣城 242000）

射线检测是压力容器无损检测的重要手段，它可以检测压力容器焊缝内部宏观几何缺陷。目前压力容器制造企业普遍采用X射线检测焊缝质量，通过底片记录结果反映焊缝缺陷位置、形态，为缺陷处理提供直观、全面的指导。X射线检测方法的特点是能运用X射线衍射法，得到有缺陷的直观图像，能使得定性定量精准，长时间保留记录下来的检测结果[1]。

本文根据压力容器制造发现的焊接缺陷，通过射线检测底片结果对缺陷形成机理和预防措施进行探讨。

1 压力容器焊接概述

在压力容器制造过程中，焊接范围涉及筒体、封头、接管、法兰等各类承压部件，焊接工作量占整个工作量的一半以上。焊接质量直接影响压力容器产品质量和安全性能，很多压力容器事故源于焊接缺陷，由此可见，高质量焊接是压力容器产品质量的重要保障。

2 压力容器常见焊接缺陷

焊接过程中，由于多种原因，往往会在焊接接头区域产生焊接缺陷，使得焊缝中存在不必要的焊接缺陷[2]。焊接缺陷形成的缺口尖端易发生应力集中和脆化现象，可能扩展生成裂纹，轻则发生泄漏，重则导致压力容器爆炸，危及人身安全。因此，分辨焊接缺陷，分析缺陷原因，采取相应措施避免焊接缺陷的产生，对提高焊接接头质量至关重要。

本文通过分析焊缝检测的底片记录，总结了气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷，通过辨别底片缺陷形貌推断缺陷产生的原因，并根据实际问题现状提出相关优化措施[3]，为消除缺陷提供依据，从而提升产品安全性能。

3 常见缺陷及预防机制

3.1 气孔

焊接过程中，熔池气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝中形成空洞，最终保留在焊缝中形成气孔，如图1所示。常见的气孔有球状气孔、条虫状气孔，气孔对化工设备焊缝强度的影响是减少了受力截面，破坏了焊缝的致密性，也可能是裂纹的发源点。

气孔的底片影像呈黑色圆点状，其显著特征是轮廓比较圆滑，且中心黑度大，至边缘略微减小。

图1 球状气孔

图1的是某台压力容器焊缝中的气孔，直径约1～2mm。焊件的材料为Q345R，厚度6mm，焊接位置为平焊，焊接方式采用手工电弧焊。形成气孔的原因可能有：焊条不良或潮湿；焊件有水分、油污或锈；焊接速度太快、电流太强；焊件厚度大，金属冷却过速。制造生产记录显示当天车间温度18℃，湿度55%RH，焊接记录的电流电压都处在正常范围，且该台压力容器同条焊缝其它部位，底片未发现其它缺陷，推断该气孔为焊件局部水分、油污未及时清理，焊接受热形成气体未及时排出形成焊缝气孔。

预防气孔措施：选用适当的焊条并注意烘干；焊接前，应彻底清除焊件坡口油污、铁锈和水分[4]；使用适当的电流和电压，调整焊接速度使内部气体容易逸出。

3.2 夹渣

夹渣是焊后残留于焊缝中的一种内部缺陷，可分为线状的、孤立的以及其他形式。夹渣影响焊缝的连续性，会显著降低焊缝的塑性和韧性，其尖角往往造成应力集中萌生裂纹。图2是典型的非金属条形夹渣，缺陷的尺寸长宽比大于3，底片的特点为黑条，黑度变化无规律，轮廓不圆滑，延伸方向焊缝平行。

图2 条形夹渣

图2的是某台压力容器焊缝中的条形夹渣，长度约4mm。焊件的材料为Q345R，厚度6mm，焊接位置为平焊，焊接方式采用手工电弧焊和自动焊。

形成夹渣的原因可能有：焊接速度过小；熔池金属凝固过快；焊条运条摆动不合理；焊缝坡口清渣不彻底。该条形夹渣位于焊缝底部，应是手工焊不当形成，焊接记录的焊接电流、电压等参数均在合理范围，该条形夹渣可能是焊条药皮未清理彻底形成。

预防措施：彻底清除前层焊渣；采用合理的电流电压以及焊接速度，减少焊条摆动宽度；改正适当坡口角度及间隙。

3.3 未焊透

焊接过程中母材金属间没有充分熔化，熔融金属没有进入接头的根部形成未焊透。压力容器对接接头采用V形坡口时，往往造成单面未焊透。未焊透会减少焊缝的截面积，造成应力集中，引发裂纹，从而降低接头强度和疲劳强度。未焊透是一种比较危险的缺陷，压力容器制造过程应杜绝出现此类现象。

图3 未焊透

图3是典型的压力容器根部未焊透底片影像，缺陷为细直黑线，两侧轮廓比较整齐，在底片上处于焊缝根部的投影位置，一般在焊缝的中部，呈连续分布贯穿整张底片。该台容器的母材为Q345R，厚度为5mm，焊接方式采用手工电弧焊和自动焊。形成未焊透的原因可能有：焊接时电流太小，焊接速度过快温度上升不够；焊缝坡口间隙不合理。

预防措施：使用适当电流、焊接速度；控制坡口加工间隙，并减少根深。