壓力容器焊接中的缺陷成因和應(yīng)對措施研究

楊宇

天津市濱海新區(qū)特種設(shè)備檢測技術(shù)中心 天津 300270

1 壓力容器焊接的特點(diǎn)

1.1 含有多種元素

壓力容器在使用的過程中，由于其使用環(huán)境比較苛刻，因此大部分的壓力容器都會使用低合金高強(qiáng)鋼等各種特殊材料制成，保證壓力容器的質(zhì)量和性能，但是這些材料在焊接的過程中，由于其內(nèi)部含有大量的元素，使得材料本身具有高硬度，經(jīng)過焊接之后還會產(chǎn)生淬硬的效果，使得最終生產(chǎn)出的壓力容器具有較高的硬度和強(qiáng)度。但是這些材料在焊接的過程中，由于剛性較大，還很容易產(chǎn)生冷裂紋，冷裂紋是壓力容器焊接中的重要隱患，不容易被發(fā)現(xiàn)，但是還會給壓力容器的質(zhì)量帶來極大的威脅，這樣的壓力容器在使用的過程中，很容易出現(xiàn)安全事故。因?yàn)樵诤附拥倪^程中，與焊接頭接觸的位置會由于溫度過高，使得材料中的各項(xiàng)元素保留在奧氏體里，而在焊接結(jié)束之后，材料溫度會迅速降低，這些元素?zé)o法被及時析出，后期再進(jìn)行熱處理時會容易彌散，使晶粒內(nèi)部強(qiáng)度升高，晶界處易發(fā)生變形，導(dǎo)致焊接接頭的位置發(fā)生斷裂或出現(xiàn)裂紋。另外在焊接的過程中，如果焊接頭處釋放出的熱量不足，會影響到壓力容器的塑性，使得焊接頭的位置材料發(fā)生軟化，給鍋爐的質(zhì)量和使用性能帶來不利影響。

1.2 焊接困難

壓力容器是一種相對來說結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的容器，所以在焊接的過程中，只要對其各個結(jié)構(gòu)的焊接工作都要進(jìn)行研究，而且每個結(jié)構(gòu)在焊接的過程中，還需要準(zhǔn)確掌握其尺寸，為了保證焊接的質(zhì)量，還需要先進(jìn)行預(yù)熱和微觀組織等操作，這一系列的操作十分復(fù)雜，在焊接的過程中，很容易受到外界因素的干擾，影響最終的焊接質(zhì)量。

2 壓力容器焊接質(zhì)量缺陷成因

焊接結(jié)構(gòu)類型多種多樣，其分類方式也是各不相同。壓力容器在焊接過程中也要充分考慮焊接結(jié)構(gòu)類型以及壓力容器的焊接內(nèi)容來選擇不同的焊接技術(shù)。而在焊接的具體過程中，通過存在很多焊接缺陷，這對壓力容器的焊接質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。

2.1 壓力容器外部缺陷成因

經(jīng)分析統(tǒng)計，壓力容器運(yùn)行使用過程出現(xiàn)的外部缺陷類型為：錯邊、焊接尺寸不合格以及咬邊。錯邊缺陷的出現(xiàn)，會使壓力容器受外力作用影響，進(jìn)而大幅降低容器使用的安全性。問題產(chǎn)生原因?yàn)椋簤毫θ萜髟O(shè)計對焊接技術(shù)的要求不夠。焊接尺寸不合格問題，是因?yàn)楹附釉O(shè)備電流強(qiáng)度不夠，進(jìn)而影響焊縫的寬度。此外，焊弧長度過大也會降低焊接規(guī)整性，進(jìn)而導(dǎo)致尺寸不合格問題的產(chǎn)生。而咬邊問題，則是焊接作業(yè)時設(shè)備電流過大或是焊接技術(shù)選擇不規(guī)范等原因造成[2]。

2.2 壓力容器內(nèi)部缺陷成因

壓力容器的內(nèi)部缺陷主要集中在氣孔、夾渣、未焊透以及裂紋四個方面。氣孔缺陷，是焊接金屬表面不干凈且存在少量油污所致。此外，焊接所處環(huán)境的潮濕問題與焊接工作不規(guī)范等，也是導(dǎo)致氣孔問題出現(xiàn)的原因。夾渣問題，主要出現(xiàn)于不平滑的位置，如坡口邊緣。其是電流大小與標(biāo)準(zhǔn)不一致以及焊接速度過快和焊接軌道不穩(wěn)導(dǎo)致的。對于焊透和未融合的缺陷，是由于焊接接頭沒有完全融合與焊接兩工件間沒有完好融合且存在間隙的問題，這就降低了壓力容器使用的密封性與穩(wěn)定性效果。壓力容器的裂縫病害，是導(dǎo)致其安全性能下降的重要因素。其出現(xiàn)的原因是材料受外力作用影響，導(dǎo)致原子層面的結(jié)合力受損，進(jìn)而使容器界面出現(xiàn)了裂紋病害。

3 焊接質(zhì)量控制途徑探討

3.1 焊接材料的控制

焊接材料的控制首先要從合理選擇材料入手。如果是對兩種強(qiáng)度級別不等的鋼進(jìn)行焊接，那么在選擇焊接材料時，應(yīng)遵守選擇低強(qiáng)度等級材料的原則。對于一些特殊情況，比如厚板的第一道焊，因?yàn)閷附訌?qiáng)度的要求比較高的緣故，所以也可以選擇強(qiáng)度等級較高的材料。總之，焊接材料的選擇需要綜合權(quán)衡各個方面的因素，既需要保證得到的焊接接頭具有較高的塑性變形能力，而且還得確保經(jīng)過熱處理后的接頭達(dá)到足夠的性能和韌性要求。為了滿足這些要求，現(xiàn)實(shí)中普遍推薦采用具有高合金成分的焊材，同時對于一特殊情況，比如結(jié)構(gòu)剛性大、厚度較大的焊接，考慮到會產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，所以焊材選用時還必須兼顧抗裂性等需求，這些都是為了保證所選焊接材料滿足實(shí)際使用需求。

在對焊材進(jìn)行合理選取的基礎(chǔ)上，還需要對材料的驗(yàn)收、存儲和申領(lǐng)加強(qiáng)管控。目前市場上生產(chǎn)焊材的廠家較多，而這些廠家生產(chǎn)的同一型號或牌號的焊材之間可能會存在性能差異。在這種情況下，就要求鍋爐壓力容器制造廠商必須對焊材質(zhì)量加強(qiáng)驗(yàn)收管理，確保所選廠商提供的焊材符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，在確定焊材型號和供應(yīng)廠商后，要對買回的焊材進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，凡是驗(yàn)收不合格的焊材一律不準(zhǔn)入庫。經(jīng)復(fù)驗(yàn)為合格的焊材需要按照類別、型號以及批號等進(jìn)行分別存儲和妥善保管。最后，在申領(lǐng)使用焊材的過程中，必須確保焊材先經(jīng)過規(guī)定時間的烘干和放置，而且必須做到隨用隨領(lǐng)，禁止提前預(yù)支過多數(shù)量的焊材，即使當(dāng)天沒有用完也必須進(jìn)行退庫管理。

3.2 焊接工藝控制

首先，要進(jìn)行焊接工藝的評定。根據(jù)鍋爐壓力容器的特點(diǎn)和技術(shù)要求，對評定試件進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)和檢驗(yàn)，只有待最終的評定審核結(jié)果為合格后，才能進(jìn)入批量化的焊接生產(chǎn)流程。這里需要特別注意的一點(diǎn)是，如果批準(zhǔn)生產(chǎn)中需要對焊接方式和熱處理流程進(jìn)行調(diào)整變更，則必須進(jìn)行重新評定。其次，控制焊接工藝參數(shù)。在實(shí)際中焊接對象不同，對焊接接頭的性能也有著不同的要求，所以必須根據(jù)焊接對象及其技術(shù)文件要求合理確定焊接參數(shù)。比如對高強(qiáng)鋼和不銹鋼應(yīng)采用小線能量焊接，而易淬火鋼就必須采用焊前預(yù)熱、控制層間溫度和焊后緩冷的工藝措施。第三，控制焊接設(shè)備。對于制造生產(chǎn)過程來說，生產(chǎn)設(shè)備的工作性能將對最終的產(chǎn)品質(zhì)量造成直接影響，鍋爐壓力容器的焊接過程自然也不例外。如果焊接設(shè)備的性能較差甚至經(jīng)常突發(fā)故障，那么必然會對焊接過程及其質(zhì)量控制造成干擾。因此，必須對焊接設(shè)備加強(qiáng)管控，必須安排專人對其進(jìn)行管理和定期維護(hù)，有條件的還應(yīng)該及時更新技術(shù)水平更加先進(jìn)的焊接設(shè)備，為焊接質(zhì)量的保障提供必要的物質(zhì)條件。最后，加強(qiáng)焊接檢測。在完成焊接工序后，為了保障焊接接頭的質(zhì)量，必須進(jìn)行相應(yīng)的檢測。目前主要采用無損檢測技術(shù)，具體則包括超聲、射線、滲透等多種方法，必須根據(jù)具體的焊接工藝要求進(jìn)行合理選用。

3.3 焊接操作和技術(shù)人員控制

現(xiàn)實(shí)中，很多焊接工序是由人來操作，焊接工藝的評定、焊接參數(shù)的確定也有賴于焊接技術(shù)人員，如果人員的素質(zhì)不達(dá)標(biāo)，那么必然會給焊接質(zhì)量埋下較大隱患。因此，必須加強(qiáng)對焊接操作和技術(shù)人員的控制。首先，要搞好焊接操作人員和技術(shù)人員的資格審查工作，不具備相應(yīng)資質(zhì)和特種設(shè)備焊接證書的人員不允許上崗；其次，焊接技術(shù)屬于比較專業(yè)性的一門技術(shù)，焊接技術(shù)人員在平時就應(yīng)該加強(qiáng)知識儲備，鍋爐壓力容器的制造企業(yè)更是應(yīng)該重視對其的技能培訓(xùn)，通過多種途徑不斷提升焊接技術(shù)人員的技術(shù)水平，達(dá)到強(qiáng)化其技能素養(yǎng)的目的。

3.4 使用新型的焊接技術(shù)

在焊接工藝的選擇上我們通常會運(yùn)用新型的焊接工藝，如堆焊技術(shù)和埋弧焊技術(shù)。堆焊技術(shù)主要是在壓力容器的外面熔焊一層金屬保護(hù)層，且這種保護(hù)層要具有一定的耐熱、耐腐蝕等特點(diǎn)，這樣能夠大大的延長壓力容器的使用壽命，降低壓力容器的生產(chǎn)成本，提高壓力容器的使用性能。而埋弧焊是我們通常運(yùn)用非常普遍和非常有效的焊接工藝。在壓力容器的焊接過程中，由于壓力容器的運(yùn)行狀況不同，對于焊接工藝也具有很高的要求。層間溫度的控制對焊道的影響很大，因此，必須要對層間溫度進(jìn)行良好的控制，不斷增強(qiáng)熔敷的質(zhì)量，使得粗晶區(qū)的性能得到良好的改善，進(jìn)行使得壓力容器的焊接質(zhì)量得到有效的提高。

4 結(jié)語

綜上，隨著社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，科學(xué)信息技術(shù)水平不斷提高，壓力容器的焊接技術(shù)要求也在不斷提高。而目前很多壓力容器在焊接過程中存在很多的問題和缺陷，我們必須要先對所有問題與缺陷進(jìn)行辨別和分析，并進(jìn)行分類，從而才能更有針對性的實(shí)施質(zhì)量控制的方法和措施，不斷提升壓力容器的焊接質(zhì)量和效率，提升壓力容器運(yùn)行的可靠性與安全行。