压力容器常见缺陷分析

2022-01-20李焕群

大科技 2022年4期

李焕群

（广东省特种设备检测研究院东莞检测院，广东东莞 523000）

0 前言

压力容器若存在缺陷问题，那么壳体的几何形状难以达到连续性标准，这种不连续性的缺陷会使应力集中在一起，使压力容器自身强度、承压能力等难以得到保证。如果将两种不同曲率半径的壳体进行连接，那么所产生应力会有明显差异，受应力作用，会发生不同变形现象。内应力是压力容器最具危害性的缺陷，可以说，若有缺陷存在，便会产生相应的内应力，使用该压力容器期间，设备的强度较低，且产生一定的内应力，极易产生失效问题。裂缝缺陷，属于内应力逐步发展过程中所形成的一种缺陷，会对压力容器实际使用安全造成严重威胁。故制造及使用压力容器期间，务必注重对缺陷实施有效的防治。

1 压力容器

压力容器大部分用于盛装液体或者是气体，特殊性、密闭性突出，被广泛地运用到各行业领域当中。压力容器涉及较多的制造流程，特别是焊接作业层面，往往涉及熔化极气体保护焊、埋弧焊、手弧焊、钨极氩弧焊等，需与具体需求相结合，从而确定合理的焊接方式，为压力容器实际焊接质量提供基础保障。

2 常见缺陷及其有效防治对策

焊接的操作过程、各项参数是压力容器产生缺陷的重要影响因素，其中部分缺陷仅仅只是通过焊接过程便会逐步形成，集中表现在焊接工艺、焊工实际熟练程度、参数、现场环境等各个层面。在一定程度上，焊接造成的缺陷还包含烧穿、未焊透及未熔合、焊缝夹渣、焊接气孔、咬边缺陷。

2.1 在烧穿缺陷层面

烧穿缺陷是指在焊接的过程中焊接电流过大、焊接速度过慢、焊件间隙太大等都会造成烧穿。烧穿缺陷会减少焊件母材的实际质量，以至于焊缝难以满足实际的需求及标准[1]。对此，针对烧穿层面缺陷需注意的是，焊接时要做好焊接各项参数的合理化设定，规范焊接操作，以此来避免缺陷的发生。

2.2 在未焊透及未熔合的缺陷层面

未焊透及未熔合往往有一定的共性，未焊透缺陷的造成通常是因过快的焊接速度、氩弧焊打底工作未完成便直接实施手工焊接，以致两个焊件出现熔融不完全现象。未焊透及未熔合，其均会影响到压力容器的焊缝，一旦有未焊透及未熔合这一缺陷存在，则焊缝实际承压强度必然会减弱。未焊透及未熔合此类缺陷形成原因大多集中于待焊接工件呈过小间隙、焊接坡口处不适宜角度等层面。

针对未焊透及未熔合层面缺陷所需注意的防治要点包含：在手动或者自动焊接作业期间，工件极易有未完全被焊透现象存在，填充金属及工件坡口的连接位置极易有熔合现象产生，因此，焊接技术员应保障焊接坡口实际尺寸及其角度能够与焊接操作现行标准相吻合；清洁处理焊件坡口的杂质、氧化层等；合理把控焊接速度及其电流，对压力容器封底焊接实施细致检查及清理，对焊条实际摆动方式予以合理把控。

2.3 在焊缝夹渣层面

焊缝内部留存夹渣，会对压力容器整个焊缝强度产生极大的影响，实施焊接作业期间，焊缝夹渣具体成因集中表现为受各层面条件所约束，以至于熔池内部产生了夹渣；焊接坡口处若缺乏合理设定，焊接技术员自身操作水平欠缺等原因，这些均会造成焊缝夹渣逐步形成。

焊缝夹渣是属于深埋缺陷的一种，针对焊缝夹渣层面缺陷所需注意防治要点包含：应当结合夹渣具体严重程度实施准确性的判断和分析，焊接夹渣产生较多的情况下，务必要及时处理，避免夹渣影响压力容器的后续使用安全。夹渣清理相关对策包含：对所需焊接工件予以彻底清理，避免产生气孔，电流大小及焊接速度均调整为最适宜状态，合理设定焊条摆动方式及其速度；焊接坡口处尺寸需予以合理调整，保证坡口处质量达标。清理工作务必做到细致化，避免焊缝内有熔渣存在。多层焊接压力容器期间，应对坡口两侧实际熔化情况予以密切观察，结合熔化具体情况予以合理调整。各层由于焊接作业所产生的焊渣均需及时、妥善清理好，尤其是压力容器所在封底焊接位置，以尽可能地避免焊缝内部有焊渣残留。

2.4 在焊接气孔层面

这种焊接气孔的形成大部分是因待焊母材的表面处理不当、焊接工艺所选定的参数不符合实际等因素所致。焊接作业前期，焊接表面附着的污垢、氧化膜均要做好清理工作，如果清理得不彻底，则极易产生焊缝气孔现象。现有部分研究资料曾提出，焊接气孔现象的形成和焊接作业期间所产生气体有着密切的关系，尤其是氢元素；还有部分研究资料指出，激光深熔焊过程中会出现匙孔现象，致使焊接气孔这一缺陷问题现象产生。在一定程度上，焊接气孔是焊接作业期间熔池内部气体实际逸出速度慢于金属的凝固速度，未完全逸出的部分气体会在金属当中留存，致使形成空穴。焊接气孔逐步形成原因并不局限于此，倘若焊接作业前期，未坡口边缘位置的污垢未进行彻底清理；坡口表面位置有锈迹、油滴、水滴等残留；焊剂与焊条并未做好烘干处理，保存不妥当致使焊条焊芯产生锈蚀；药皮过长时间放置而有变质现象发生等等。可以说，以上因素均会造成气体逸出十分困难，焊缝金属会滞留部分气体，致使产生气孔。焊接作业期间，技术员自身专业水平的高低也会诱发焊接气孔。

焊接压力容器过程中，若发生焊接气孔这一缺陷问题，必然会影响后续使用。故焊接期间针对焊接气孔层面的缺陷需注意以下的防治要点：应积极落实各项工作将气孔消除掉；焊接作业正式开始前期，焊接准备落实到位，对焊接的速度、电流、熔渣实际粘稠度及各项参数予以确定好，清理工作务必做好，彻底清洁坡口边缘，避免因锈蚀痕迹、污物、油渍、水渍等致使焊接气孔这一缺陷问题产生。焊接材料及其工具保存管理期间，焊剂及焊条务必烘干处理好，防止受潮现象[3]。焊接作业正式开始，对于有潜在质量缺陷的焊条要禁止使用，低氢类型焊条在焊接期间需结合焊接具体情况适当调整好焊接速度及电弧长度，避免焊接错误操作所致焊接工件有质量缺陷存在。

2.5 在咬边缺陷层面

所谓咬边缺陷，即母材实际高度比其周围高度相对较低，焊接的热影响区域内部会有咬边缺陷这一问题现象产生。在一定程度上，因手工焊接所致咬边缺陷大部分是因焊接输入过大电流、焊接过快速度、焊接角度缺乏科学合理性、过于长的焊接电弧等所致。

针对咬边缺陷层面缺陷，需注意的防治要点包含：合理控制焊接电流并结合焊接情况予以适当调整，防止异常现象产生；把控好运条速度，确保咬边缺陷发生概率得以降低；调整好焊条的倾斜角度，调控焊接电弧长度，为压力容器的焊接质量提供保障。埋弧焊接作业期间，务必与压力容器具体情况相结合，合理计算及设定焊接各项参数，以免发生咬边缺陷。

2.6 在其余缺陷层面

在其余缺陷层面，多为分层缺陷、错边及角变形的缺陷。①在分层缺陷层面。这种分层缺陷也称作内部缺陷，压力容器制造过程中，所有节点均会有分层缺陷这一问题现象产生。分层缺陷大部分是因钢锭或者钢柸有质量缺陷，钢板轧制过程焊合不良所致[2]。分层缺陷，其极易导致钢板产生中间分离现象。制造钢板过程中，这种分层缺陷往往较难被检测出来，只有弯管及卷板加工过程才可能被发现。经分层过后，钢板强度及性能均低于正常的钢板，钢板分层通常无法满足压力容器具体要求及标准，故压力容器当中严禁产生钢板分层缺陷。②在错边及角变形的缺陷层面。错边缺陷，即待焊接两个工件表面处于不同的平面，厚度方向层面呈错开状态。可以说，错边及角变形的缺陷问题均会极大地影响着压力容器的焊缝。压力容器的焊接组装当中比较容易有错边及角变形的缺陷产生。

那么，为更好地避免压力容器有各种缺陷问题产生，务必要加强检测及资料管理工作，详细策略如下：①在检测管理层面。应定期检验所用压力容器，对经检验所发现的问题应予以及时修正与处理，将各种隐患彻底消除，并记录好全过程，便于排查处理相同设备的类似问题，实现更具全面性、有效性的检测，尽可能地避免缺陷产生。②在资料管理层面。细致划分压力容器所有管理节点，确保相应管理章程形成，各个部门及人员均严格执行该章程，实现作业零失误，作业更高效及标准化等。对于压力容器相关技术档案、缺陷记录、台账等资料应实施全部记录、归类、整理、保存，为更好地防治缺陷问题提供重要的资料依据。

3 压力容器内外缺陷分析及相关处理对策

3.1 压力容器表面缺陷分析及处理

一般压力容易在表面出现缺陷的情况下，可以通过肉眼观察即可发现，一般表面缺陷缺乏一定的隐蔽性，一般较为常见的缺陷包含了以下4 种：①腐蚀后的缺陷。②表面出现裂纹。③工具焊接。④机械损伤等。压力容器表现出现缺陷的情况下，会导致容器的表面不光滑，整体的厚度出现不均等问题，甚至表面出现开裂问题，导致压力容器受到了严重的不均匀作用，从而引起了应力集中的情况，造成应力部位出现严重开裂问题，裂纹不断在周围扩展，很容易发生容器爆炸等危险事故。在压力容器表现如果出现了裂缝情况，一般石油电弧灼伤或者机械碰撞出现损伤所造成的。在对其进行处理的过程中，则需要通过打磨消除表现损伤，如果出现凹坑的情况下，不允许的范围内，则不需要进行补焊。

压力容器在受到腐蚀损伤的情况下，主要就是由于压力容器表现金属结构材料，与化学介质相互接触，从而产生出化学变化或者出现电化学变化。压力容器受到腐蚀的情况主要包含了3种：①均匀腐蚀。②局部腐蚀。③点腐蚀。在均匀腐蚀的情况下，压力容器壁厚会逐渐减薄，难以通过利用腐蚀面积对其进行判断，需要对压力容器的壁厚进行测量，以此对整体的腐蚀程度进行明确。其余两种腐蚀程度判断方式，与均匀腐蚀程度的判断方式相同。

例如，在我国某一家化工企业，通过相关调查分析，该企业在2019 年带压堵漏施工作业工作201 项。在进行检测的工作中，发现压力锅炉出现了严重的冲刷腐蚀问题。冲刷腐蚀是指在金属物质的表面，长期与腐蚀性流体进行接触，导致件数表面出现了严重的损害问题，对压力容器表现质量造成了严重的影响。为了能够有效处理冲刷腐蚀所造成的问题，避免压力容器管线出现泄漏等问题，相关工作人员则通过利用测厚技术，以此对冲刷腐蚀程度进行有效分析，则同时做好管线梳理工作，对压力容器壁厚进行有效测量。在每一个车间中，配置了测厚仪，需要连续进行测厚两次，根据数据的最终结果，以此料及压力容器的腐蚀速率，同时根据腐蚀速率对下次的测厚时间加以明确，在整个处理工作完成后，发现压力容器多个零部件位置出现了多处腐蚀。最终，通过对设备进行全面刚换，并对压力容器的主材材质进行了辩证，对控制工艺参数进行全面控制，以此有效提高了压力容器的抗腐蚀能力。

在压力容器表面出现冲刷腐蚀的情况下，分离器等设备出现了露点，部分出现了严重的腐蚀，通过对侧厚已检测的使用秦光，发现在冲刷部位的45mm 左右，压力容器的壁厚为8mm 左右，而在葱花点部位，其壁厚仅为5mm 左右，其余部位在6～7mm之间，针对该冲刷腐蚀情况进行具体分析后，判断汽提塔顶气相经冷凝器后，在进入真空泵的情况下，其温度达到了72℃，气液分离器设计温度则为80℃，气液混合物之间存在着大量的助剂残余物，并且在真空系统中循环运动，导致真空泵中的水质pH不断下降，甚至pH 达到了4 左右，产生了极大的酸性，在撑起的使用情况下，对管线等部位造成了严重的腐蚀，甚至在气液混合物中，含有一定含量的树脂等颗粒物。

3.2 压力容器内部缺陷分析及处理

压力容器在检测过程中，发现内部存在大量的夹渣、气孔以及裂缝等杂质的情况下，则需要对压力容器内部进行全面检测，对焊接缺陷提高重视程度。如果在检查的过程中，出现焊接缺陷，那么相关技术人员在对焊接位置缺陷进行处理的过程中，必须要保持慎重的态度，如果裂纹深度较大的情况下，甚至出现穿透性裂缝，则需要对碳弧热源进行有效使用，并且在裂孔两端位置进行闭合，以便裂纹受热后，裂缝逐渐增加。另外，在对压力容器内部缺陷进行全面查找的过程中，工作人员应当采用超声波定位，全面了解内部缺陷，在焊补处理的过程中，尽可能从缺陷的表现进行有效处理，同时避免在缺陷处理的过程中，有效控制壁厚，并将焊补位置进行有效清除。在对内部缺陷进行全面处理后，还需要根据压力容器的实际情况进行具体分析，并对内部进行重新检验，并全面做好处理工作。

压力容器内部在出现缺陷的情况下，对压力容器的运行安全、运行效率等会造成严重的影响。例如，在压力容器焊缝面积减少的情况下，压力容器自身的承压能力则会降低，导致表面会出现集中性裂纹，导致压力容器的疲劳强度有所降低，甚至导致焊件位置会出现大量的断裂情况。此外，由于压力容器的内部缺陷隐蔽性相对较高，难以通过肉眼了解压力容器的内部实际情况，为此，在检测的过程中，可以采用超声探伤或者射线探伤等方式。要注意，在内部缺陷检测过程中，如果所采用的检测方式存在问题，则会严重影响其缺陷问题产生。如果在使用的过程中，发现其中存在大量缺陷，则应当采用技改聚合施工技术，对单体过滤器进行有效设置，同时做好拆检工作，对单体过滤器筒体情况进行细致检查，如果在与法兰连接位置，出现了明显的鼓包情况，则需要利用无损探伤方式进行检测，以此消除其中所存在的隐患。这主要就是由于筒体材料为复合钢板，在制造过程中，并未进行超声检测，所以需要采用该方式，才能够避免在检测中，造成损伤。

4 压力容器的管理探讨

压力容器的管理工作的开展存在着一定的复杂性，而且对管理方式的应用要求也相对较高，同时还需要做好设备问题分析工作。

4.1 注重安全操作和维护管理

在企业的全面发展下，务必要保障生产建设安全，同时保障各项设备运行安全。而压力容器作为生产中的特种设备，其运行安全对企业的生产以及工作人员的生命安全有着重要影响，务必要对其提高重视程度，在日常的管理工作中，应当按照相关规范以及安全条例等，合理进行压力容器操作，避免出现超压等问题的情况产生。同时在管理工作中需要对相关的附件设备进行细致观察，如果发现存在质量问题，则需要对其中的安全隐患进行有效处理，避免压力容器在运行的过程中，出现安全事故产生。

4.2 加强检测管理

做好压力容器定期检测工作，能够及时查找其中所存在的问题，并了解压力容器中所存在的缺陷，有效解决缺陷问题，工作人员做好问题记录工作，同时针对所研究的问题做好对比分析，从进行全面检测。

4.3 完善规章制度，加强资料管理

在压力容器管理的工作中，务必要对每一个管理环节进行有效划分，管理工作部门务必要严格落实好相关的工作任务，明确相关管理规章制度，严格尊周规章制度执行管理工作，保障每一项管理工作达到无失误。在管理工作中，如果存在难以解决的问题或者重点问题，则需要安排相关技术工作人员，对其进行全面处理。在对容器技术资料管理过程中，需要制定出详细的技术档案，同时将管理中查询到的缺陷进行全面记录，以此确保管理者能够针对压力容器的使用，做好相关准备工作，并将问题详细告知操作人员，从而在压力容器使用的过程中，能够做到有效分析，制定详细的检验计划，以便对设备进行有效管理。