壓力容器常見工藝缺陷產(chǎn)生的原因分析

俞海濱，劉玉梅

（1.甘肅金昌化學工業(yè)集團建筑安裝工程有限責任公司，甘肅 金昌 737100；2.甘肅有色冶金職業(yè)技術學院，甘肅 金昌 737100）

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的設備，而壓力容器又容易發(fā)生事故，因此如何有效控制壓力容器制造過程中的質(zhì)量成為當前一個重要課題。壓力容器制造過程中質(zhì)量的控制，應該是從材料驗證，焊接控制，無損檢測控制，直到辦理設備整體驗收手續(xù)為止的全過程。

1 材料方面的因素

在壓力容器制造程序中規(guī)定了材料的采購與控制，所進的材料必須與圖紙規(guī)定或相關規(guī)范相符，如果發(fā)生材料代用，必須按照相關規(guī)定執(zhí)行，即取得原設計單位的同意，而且及時與監(jiān)檢單位聯(lián)系進行備案。另外在《壓力容器制造許可條件》中規(guī)定：壓力容器制造的質(zhì)量保證體系人員中，制造企業(yè)具有與所制造壓力容器產(chǎn)品相適應的，具備相關專業(yè)和一定資歷的材料質(zhì)控系統(tǒng)責任人。

而許多小單位并沒有專職的材料質(zhì)控責任人，即使在程序文件、質(zhì)量手冊中有明確的規(guī)定，但也只是流于形式，往往是沒有足夠的責任心，缺乏對材料的有效控制，更談不上對材料進廠時的檢驗驗證，因此材料本身所帶的缺陷自然發(fā)現(xiàn)不了。從材料方面的缺陷帶進了容器，這些缺陷在容器使用過程中，由于介質(zhì)的腐蝕、溫度、壓力以及疲勞破壞的影響會導致容器發(fā)生泄漏，甚至爆炸事故的發(fā)生。

2 制造工藝方面的因素

制造工藝方面的缺陷主要是焊接時產(chǎn)生的缺陷，而焊接缺陷分為內(nèi)部缺陷和外部缺陷。

2.1 外部缺陷

外部缺陷主要是咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等，有時還有表面氣孔和表面裂紋，外部缺陷容易發(fā)現(xiàn)，也容易處理。外觀缺陷產(chǎn)生的原因主要是焊工技術水平低、責任心不強，以及不按照合理的焊接規(guī)范焊接。相比較內(nèi)部缺陷來說，外觀缺陷對容器的安全可靠性影響不大，但是如果超出規(guī)范所規(guī)定的要求，外部缺陷同樣威脅容器的安全使用。

2.2 內(nèi)部缺陷

影響容器安全可靠性的主要是內(nèi)部缺陷，內(nèi)部缺陷主要是裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等，以下筆者逐一分析內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的原因。

2.2.1 裂紋

裂紋按照產(chǎn)生的機理分為冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂裂紋等。

1）冷裂紋

冷裂紋是在焊接過程中或焊后，在較低的溫度下，大約在300～200℃以下的溫度區(qū)間產(chǎn)生的，故稱為冷裂紋。產(chǎn)生冷裂紋的原因：

①焊接接頭形成淬硬組織，我們大多數(shù)使用的容器所采用的材料都是碳素鋼，碳含量較大，在焊接時鋼材容易發(fā)生淬硬傾向。

②鋼材及焊縫中含擴散氫較多，氫原子聚集產(chǎn)生壓力，使焊接接頭開裂，這種現(xiàn)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，另一方面是焊工責任心不強，隨便使用焊接材料。

③應力集中導致的冷裂紋，這種裂紋主要是容器結構所導致的，往往是在容器開孔的部位或容器結構發(fā)生急劇變化的部位，焊接拉應力超過接頭的強度極限是產(chǎn)生開裂的主要原因。

④選材方面的因素主要是母材和焊材選擇匹配不當，造成懸殊的強度差異，材料中含碳、鉻、鉬、釩、硼等元素過高，鋼的淬硬敏感性增加。

⑤焊接工藝方面，焊條沒有充分烘干，藥皮中存在水分，焊材及母材坡口上有油、銹、水、漆等，這是目前制造壓力容器時最應該引起重視的因素。環(huán)境溫度太低，焊接速度太快，焊接線能量太少，會使接頭區(qū)域冷卻過快，造成很大的內(nèi)應力。這是冬季施工應該注意的因素。

2）熱裂紋

熱裂紋是在高溫下產(chǎn)生的，所以稱為熱裂紋。從熱裂紋產(chǎn)生的原因來看，可從材質(zhì)方面和焊接工藝方面來分析，熱裂紋都是奧氏體晶界開裂，所以又叫晶界裂紋，多出現(xiàn)在焊縫中間，特別是弧坑處，或焊縫凝固的最終位置，比如接管是10＃鋼，材料本身所含雜質(zhì)（S、P）較多，所以就容易形成裂紋，故在圖紙設計中就規(guī)定，所有角焊縫進行100%磁粉探傷。

①選材方面：限制鋼材和焊材中有害雜質(zhì)的含量，即S、P、C的含量，故在材料采購時必須采用正規(guī)廠家生產(chǎn)的材料，如果對材質(zhì)有懷疑時，必須在下料前進行化學分析。另外提高焊條和焊劑的堿度，以減低焊縫中雜質(zhì)的含量。

②焊接工藝方面：選擇合理的坡口形式，即按照設計圖紙加工坡口，加工坡口比較隨意，有時甚至是有意將坡口加工小，目的在于快速焊接，就是這種窄而深的坡口，使得焊縫成為梨形，在焊縫中心形成裂紋。

③再熱裂紋，再熱裂紋是在熱處理的過程中產(chǎn)生的，因此在容器熱處理之后，必須增加無損檢測，以判斷是否產(chǎn)生再熱裂紋。

2.2.2 未熔合

未熔合是指熔焊時，焊道與焊道之間，未完全熔化結合的部分。產(chǎn)生原因：在目前制造容器的過程中，該類缺陷占了大約40%，分析產(chǎn)生該類缺陷的原因，主要有焊接電流太小、焊速太快、焊接極性接反、坡口太小、坡口上有銹、油污等，這些原因都造成焊縫形成未熔合。但究其原因，我認為從主觀上來看焊工責任心不夠強，另外焊工不按照規(guī)范或焊接作業(yè)指導書進行焊接；從客觀上來看是焊工的技術在日益下滑，片面追求利潤而忽視了對質(zhì)量的控制。

2.2.3 未焊透

未焊透是指焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，這種缺陷在目前容器制造中出現(xiàn)的幾率大約占30%左右，在現(xiàn)場管道焊接中占到大約60%。產(chǎn)生原因：

①坡口及裝配方面的原因主要是焊接時間隙過小，鈍邊太厚，坡口角度太小，坡口歪斜，或錯口嚴重。

②焊接工藝方面主要是電流過小，焊速過大，電弧偏吹，極性接反。

③操作方面：焊條太粗，操作歪斜，坡口根部有銹、油、污物。

以上三方面的因素在現(xiàn)場管道安裝中經(jīng)常出現(xiàn)，比如坡口導致未焊透，有時在施工現(xiàn)場，焊工根本不讓鉚工打坡口，目的是焊接速度快 。

2.2.4 氣孔

氣孔是指焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘留下來在焊縫中形成的空穴，分為內(nèi)部氣孔和外部氣孔。產(chǎn)生的原因：

①收弧太快，保護不好，空氣中的N2侵入。

②焊條未按照要求烘干，或烘干后未保溫；或烘干溫度過高，使藥皮成分變質(zhì)，失去保護作用。

在壓力容器的制造中出現(xiàn)最多的是氣孔，如果抽查50張射線底片中可以看到有20張左右的底片上可以看到氣孔，而且經(jīng)返修后，氣孔仍然存在。分析成因，以上兩方面原因都有。

2.2.5 夾渣

夾渣是指焊后殘留在焊縫中的金屬夾雜物。夾渣主要是操作原因，熔池中的熔渣來不及浮出，而存在于焊縫中。

夾渣在目前制造的容器中表現(xiàn)不明顯，主要原因是焊接時，每層焊完后都清根，所以在清根過程中，發(fā)現(xiàn)夾渣后及時清除，故在檢測時未發(fā)現(xiàn)夾渣缺陷，這里不再進行贅述。

3 結 語

為杜絕壓力容器制造中的各類缺陷，提高壓力容器的制造質(zhì)量，還需要從質(zhì)量管理體系抓起，讓質(zhì)量管理體系貫穿于生產(chǎn)現(xiàn)場的各個作業(yè)程序中，要求每個操作人員掌握質(zhì)量管理的程序，熟悉壓力容器制造的相關規(guī)范，在制造過程中嚴格按照規(guī)范施工。另外還需要我們在實際工作中不斷積累經(jīng)驗，

判斷制造缺陷存在的原因與防止方法，找出缺陷產(chǎn)生的原因并加以分析，及時采取對策，以保證所制造的壓力容器質(zhì)量符合驗收規(guī)范的規(guī)定，確保壓力容器的安全使用，杜絕壓力容器安全事故的發(fā)生。

［1］ 鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法 第三十一條 采購與材料控制［S］.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2002

［2］ 唐超.如何從制造上提高壓力容器的安全可靠性［J］.石油化工設備技術，1997，18（6）：31～35

［3］ GB150－1998鋼制壓力容器［S］.北京：中國標準出版社，1998

［4］ 王茂元.機械制造技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005

［5］ 曾志新，呂明.機械制造技術基礎［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2001