壓力容器制造常見焊接缺陷的探討

左遙遠(yuǎn)，管偉偉，沈義才

（1.宣城市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗中心，安徽 宣城 242000；2.宣城鑫亞壓力容器制造有限公司，安徽 宣城 242000）

射線檢測是壓力容器無損檢測的重要手段，它可以檢測壓力容器焊縫內(nèi)部宏觀幾何缺陷。目前壓力容器制造企業(yè)普遍采用X射線檢測焊縫質(zhì)量，通過底片記錄結(jié)果反映焊縫缺陷位置、形態(tài)，為缺陷處理提供直觀、全面的指導(dǎo)。X射線檢測方法的特點是能運用X射線衍射法，得到有缺陷的直觀圖像，能使得定性定量精準(zhǔn)，長時間保留記錄下來的檢測結(jié)果[1]。

本文根據(jù)壓力容器制造發(fā)現(xiàn)的焊接缺陷，通過射線檢測底片結(jié)果對缺陷形成機理和預(yù)防措施進行探討。

1 壓力容器焊接概述

在壓力容器制造過程中，焊接范圍涉及筒體、封頭、接管、法蘭等各類承壓部件，焊接工作量占整個工作量的一半以上。焊接質(zhì)量直接影響壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能，很多壓力容器事故源于焊接缺陷，由此可見，高質(zhì)量焊接是壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障。

2 壓力容器常見焊接缺陷

焊接過程中，由于多種原因，往往會在焊接接頭區(qū)域產(chǎn)生焊接缺陷，使得焊縫中存在不必要的焊接缺陷[2]。焊接缺陷形成的缺口尖端易發(fā)生應(yīng)力集中和脆化現(xiàn)象，可能擴展生成裂紋，輕則發(fā)生泄漏，重則導(dǎo)致壓力容器爆炸，危及人身安全。因此，分辨焊接缺陷，分析缺陷原因，采取相應(yīng)措施避免焊接缺陷的產(chǎn)生，對提高焊接接頭質(zhì)量至關(guān)重要。

本文通過分析焊縫檢測的底片記錄，總結(jié)了氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷，通過辨別底片缺陷形貌推斷缺陷產(chǎn)生的原因，并根據(jù)實際問題現(xiàn)狀提出相關(guān)優(yōu)化措施[3]，為消除缺陷提供依據(jù)，從而提升產(chǎn)品安全性能。

3 常見缺陷及預(yù)防機制

3.1 氣孔

焊接過程中，熔池氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫中形成空洞，最終保留在焊縫中形成氣孔，如圖1所示。常見的氣孔有球狀氣孔、條蟲狀氣孔，氣孔對化工設(shè)備焊縫強度的影響是減少了受力截面，破壞了焊縫的致密性，也可能是裂紋的發(fā)源點。

氣孔的底片影像呈黑色圓點狀，其顯著特征是輪廓比較圓滑，且中心黑度大，至邊緣略微減小。

圖1 球狀氣孔

圖1的是某臺壓力容器焊縫中的氣孔，直徑約1～2mm。焊件的材料為Q345R，厚度6mm，焊接位置為平焊，焊接方式采用手工電弧焊。形成氣孔的原因可能有：焊條不良或潮濕；焊件有水分、油污或銹；焊接速度太快、電流太強；焊件厚度大，金屬冷卻過速。制造生產(chǎn)記錄顯示當(dāng)天車間溫度18℃，濕度55%RH，焊接記錄的電流電壓都處在正常范圍，且該臺壓力容器同條焊縫其它部位，底片未發(fā)現(xiàn)其它缺陷，推斷該氣孔為焊件局部水分、油污未及時清理，焊接受熱形成氣體未及時排出形成焊縫氣孔。

預(yù)防氣孔措施：選用適當(dāng)?shù)暮笚l并注意烘干；焊接前，應(yīng)徹底清除焊件坡口油污、鐵銹和水分[4]；使用適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷?，調(diào)整焊接速度使內(nèi)部氣體容易逸出。

3.2 夾渣

夾渣是焊后殘留于焊縫中的一種內(nèi)部缺陷，可分為線狀的、孤立的以及其他形式。夾渣影響焊縫的連續(xù)性，會顯著降低焊縫的塑性和韌性，其尖角往往造成應(yīng)力集中萌生裂紋。圖2是典型的非金屬條形夾渣，缺陷的尺寸長寬比大于3，底片的特點為黑條，黑度變化無規(guī)律，輪廓不圓滑，延伸方向焊縫平行。

圖2 條形夾渣

圖2的是某臺壓力容器焊縫中的條形夾渣，長度約4mm。焊件的材料為Q345R，厚度6mm，焊接位置為平焊，焊接方式采用手工電弧焊和自動焊。

形成夾渣的原因可能有：焊接速度過小；熔池金屬凝固過快；焊條運條擺動不合理；焊縫坡口清渣不徹底。該條形夾渣位于焊縫底部，應(yīng)是手工焊不當(dāng)形成，焊接記錄的焊接電流、電壓等參數(shù)均在合理范圍，該條形夾渣可能是焊條藥皮未清理徹底形成。

預(yù)防措施：徹底清除前層焊渣；采用合理的電流電壓以及焊接速度，減少焊條擺動寬度；改正適當(dāng)坡口角度及間隙。

3.3 未焊透

焊接過程中母材金屬間沒有充分熔化，熔融金屬沒有進入接頭的根部形成未焊透。壓力容器對接接頭采用V形坡口時，往往造成單面未焊透。未焊透會減少焊縫的截面積，造成應(yīng)力集中，引發(fā)裂紋，從而降低接頭強度和疲勞強度。未焊透是一種比較危險的缺陷，壓力容器制造過程應(yīng)杜絕出現(xiàn)此類現(xiàn)象。

圖3 未焊透

圖3是典型的壓力容器根部未焊透底片影像，缺陷為細(xì)直黑線，兩側(cè)輪廓比較整齊，在底片上處于焊縫根部的投影位置，一般在焊縫的中部，呈連續(xù)分布貫穿整張底片。該臺容器的母材為Q345R，厚度為5mm，焊接方式采用手工電弧焊和自動焊。形成未焊透的原因可能有：焊接時電流太小，焊接速度過快溫度上升不夠；焊縫坡口間隙不合理。

預(yù)防措施：使用適當(dāng)電流、焊接速度；控制坡口加工間隙，并減少根深。

3.4 裂紋

焊接產(chǎn)生裂紋在底片上典型的影像是輪廓分明的黑絲或黑線，放大觀察有微小的鋸齒，有分叉，粗細(xì)和黑度有變化，黑線端部尖細(xì)，端頭前方有絲狀陰影延伸，裂紋可能發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)。

裂紋是焊接缺陷中危害性最大的一種，它會顯著減少承載截面積，更嚴(yán)重的是裂紋端部形成尖銳缺口，應(yīng)力高度集中增加擴展破壞性。

圖4 裂紋

圖4是某壓力容器縱焊縫的裂紋影像，該裂紋在埋弧自動焊過程中產(chǎn)生，裂紋的長度約5mm～7mm，裂紋延伸方向與焊縫方向平行形成了縱向裂紋。形成裂紋的原因可能是焊道冷卻速度不均勻，焊縫金屬凝固過程中，被焊接材料中雜質(zhì)由于結(jié)晶偏析生成了低熔點共晶物，焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，最終開裂形成裂紋。

預(yù)防措施：使用含錳量較高的焊絲，在母材含碳量多時，要有預(yù)熱之措施；焊接電流及電壓需增加，焊接速度降低，母材需加熱措施；第一層焊道之焊著金屬須充分抵抗收縮應(yīng)力；注意規(guī)定的施工方法，并予焊接操作施工指導(dǎo)。

4 結(jié)語

本文通過壓力容器射線檢測底片反映的缺陷形態(tài)，分析了焊縫氣孔、夾渣、未焊透、裂紋焊接缺陷的形成原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防機制。

對于壓力容器制造企業(yè)而言，焊接質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的安全線，也是企業(yè)發(fā)展的生命線。制造企業(yè)還要強化內(nèi)部質(zhì)量管理，提升焊接作業(yè)人員的水平和技能，制造高品質(zhì)的壓力容。希望本文的研究能對壓力容器焊接缺陷的分析提供參考。