壓力容器常見缺陷的檢驗(yàn)及處理方法的淺析

吳雷民

摘要：本文從壓力容器檢驗(yàn)中常見的缺陷出發(fā)，分析了缺陷的產(chǎn)生原因及相關(guān)檢驗(yàn)方法，并給出缺陷處理方法，為壓力容器的安全運(yùn)行提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：壓力容器 檢驗(yàn)缺陷 缺陷處理

壓力容器具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有害的使用環(huán)境特征，從事壓力容器檢驗(yàn)無疑是一個(gè)與危險(xiǎn)相伴且承擔(dān)巨大責(zé)任的職業(yè)，切實(shí)提高自己的檢驗(yàn)技能水平，做到檢的出、檢的準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除存在的隱患，做到所檢設(shè)備零缺陷、零隱患，認(rèn)識(shí)到雖然不是每個(gè)安全隱患都會(huì)造成安全事故，但每個(gè)安全隱患都是一個(gè)隱形地雷，一不小心就會(huì)讓自己粉身碎骨。

引起壓力容器安全隱患主要來自以下三個(gè)方面：

（1）惡劣的運(yùn)行環(huán)境造成的各類腐蝕，如壓力容器頻繁啟動(dòng)也會(huì)造成的疲勞腐蝕，運(yùn)行過程中的環(huán)境腐蝕，運(yùn)行介質(zhì)內(nèi)含硬質(zhì)顆粒物造成的摩擦、磨損等。

（2）壓力容器操作失誤，如操作人員未經(jīng)過培訓(xùn)，或無證上崗、或誤操作造成事故。

（3）壓力容器自身缺陷造成的隱患，此類缺陷如壓力容器的設(shè)計(jì)缺陷、材質(zhì)缺陷等。雖然我們在檢驗(yàn)工作中將檢驗(yàn)壓力容器的自身的缺陷為檢驗(yàn)重點(diǎn)，但同時(shí)也要兼顧三方面的隱患才會(huì)不放過任何隱患。

1.壓力容器缺陷來源

（1）設(shè)計(jì)上的缺陷：包括容器結(jié)構(gòu)的不合理，如需要設(shè)置防沖擋板的沒有設(shè)置，與介質(zhì)的相容性沒有很好的考慮，工藝設(shè)計(jì)缺陷，造成壓力溫度不穩(wěn)定，超溫超壓，介質(zhì)倒灌等，雖然通常這類問題一般較少出現(xiàn)，不具有很強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)的檢驗(yàn)人員也很難發(fā)現(xiàn)，但也要通過認(rèn)真的資料審查，如質(zhì)量證明書，日常運(yùn)行記錄等，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)這些隱藏的問題。

（2）壓力容器制造過程中存在的缺陷：

一是本體材質(zhì)缺陷，包括夾層、夾雜等;

二是制造過程中的焊接缺陷，1、裂紋：（1）器壁母材上裂紋;（2）熱影響區(qū)裂紋;（3）焊縫區(qū)裂紋。 2、焊接缺陷：（1）未熔合;（2）未焊透;（3）夾渣;（4）氣孔;（5）咬邊;（6）焊瘤;（7）燒穿;（8）弧坑;（9）焊縫外形、尺寸不符合要求[1]。

（3）在使用過程中產(chǎn)生的缺陷，例如材質(zhì)劣化、腐蝕、裂紋、減薄等，安全附件未按時(shí)校核及檢定。同時(shí)要明白各類缺陷的檢驗(yàn)手段，危害程度出現(xiàn)概率及部位。

2.壓力容器常見缺陷的檢驗(yàn)方法及處理方法

裂紋，腐蝕，焊接缺陷是壓力容積常見及具有較大危害性的缺陷。

2.1裂紋

裂紋是壓力容器中最危險(xiǎn)的一種缺陷，它是導(dǎo)致容器發(fā)生脆性破壞的因素，同時(shí)又會(huì)促進(jìn)疲勞破裂和腐蝕破裂的產(chǎn)生。壓力容器中的裂紋，按其生成過程，大致可分為兩大類，即原材料或容器制造中產(chǎn)生的裂紋和容器使用過程中產(chǎn)生的裂紋或擴(kuò)展的裂紋。前者包括鋼板的軋制裂紋、容器的拔制裂紋、焊接裂紋和消除應(yīng)力熱處理裂紋;后者包括疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋。

裂紋的檢查可以用直觀檢查和無損探傷。一般是通過直觀檢查發(fā)現(xiàn)或初步發(fā)現(xiàn)裂紋的跡象，再通過無損探傷進(jìn)一步加以確認(rèn)。無損探傷無論是液體的滲透探傷、熒光探傷和磁力探傷，對(duì)檢查表面裂紋都有較高的效用，可以根據(jù)具體情況適當(dāng)選用，但根據(jù)斷裂力學(xué)理論，表面裂紋比埋藏缺陷危害更大，檢規(guī)也規(guī)定，鐵磁性材料優(yōu)先選用磁粉。

由于材料軋制或拔制容器留下的微裂，一般都比較淺，可以用手銼或砂輪等磨去。焊接裂紋應(yīng)在檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)予以鏟除。由于結(jié)構(gòu)不良、局部應(yīng)力過高而產(chǎn)生裂紋的部件一般不宜繼續(xù)使用。存在腐蝕裂紋的容器，也不應(yīng)將裂紋鏟除或焊補(bǔ)后繼續(xù)使用。在特殊情況下，由于容器制造或原材料留下的裂紋確實(shí)難以消除，經(jīng)過具有資格的壓力容器缺陷評(píng)定單位檢查鑒定，并根據(jù)斷裂力學(xué)的分析和計(jì)算，確認(rèn)裂紋不會(huì)擴(kuò)展，且具有足夠的安全裕度，容器可以采取可靠的監(jiān)護(hù)措施，繼續(xù)使用，但要縮短檢驗(yàn)間隔期限，嚴(yán)密監(jiān)視裂紋的發(fā)展情況。

2.2腐蝕

腐蝕是壓力容器在使用過程中最容易產(chǎn)生的一種缺陷，特別是在化工容器中。它是由于金屬與所接觸的介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)變化作用而引起的。容器的腐蝕可以是均勻腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕。不管是哪一種腐蝕，嚴(yán)重時(shí)都會(huì)導(dǎo)致容器的失效或破壞。

容器內(nèi)壁可能有各種形式的腐蝕。對(duì)均勻腐蝕和局部腐蝕也可以通過直觀檢查的方法。經(jīng)直觀檢查發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)壁或外壁有均勻腐蝕或局部腐蝕時(shí)應(yīng)測量被腐蝕處的剩余厚度，從而確定器壁的腐蝕厚度和腐蝕速率。如發(fā)現(xiàn)壁厚增值，應(yīng)考慮氫腐蝕的可能性。對(duì)晶間腐蝕和斷裂腐蝕（應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕），除了嚴(yán)重的晶間腐蝕可以用錘擊檢查有所發(fā)現(xiàn)外，一般用直觀檢查是難以判斷的，常用金相檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析和硬度測定。一般襯里要作氣密性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)時(shí)有妨礙檢驗(yàn)的構(gòu)件應(yīng)予以拆除。

對(duì)腐蝕缺陷的處理要根據(jù)容器的具體使用情況而定，一般原則是：

（1）內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕、斷裂腐蝕等缺陷時(shí)，不易繼續(xù)使用。如果腐蝕是輕微的，允許根據(jù)具體情況，在改變原有工作條件下使用。

（2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)分散點(diǎn)腐蝕，但不妨礙工藝操作時(shí)（不存在裂紋、腐蝕深度小于計(jì)算壁厚的一半），可對(duì)缺陷不作處理繼續(xù)使用。

（3）均勻腐蝕和局部腐蝕按剩余厚度不小于計(jì)算厚度的原則，確定其繼續(xù)使用、縮小檢驗(yàn)間隔期限、降壓使用或判廢。

2.3焊接缺陷

焊接質(zhì)量的好壞，直接影響著壓力容器的氣密性能是否優(yōu)良，以及其強(qiáng)度大小是否能夠符合壓力容器技術(shù)要求。若壓力容器的氣密性較小，或強(qiáng)度等級(jí)不高，在實(shí)際的運(yùn)行中就很有可能引起氣體泄漏或液體滲漏，給企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)各種安全事故[2]。

2.3.1壓力容器焊接質(zhì)量缺陷成因分析

通常壓力容器出現(xiàn)質(zhì)量缺陷的部位主要可以分為容器外部和容器內(nèi)部兩種。其各自的質(zhì)量缺陷現(xiàn)象和缺陷成因分別如下所示：

（1）焊接的外部質(zhì)量缺陷成因

①錯(cuò)邊。就是指在焊接時(shí)，相互連接的焊接工件沒有完全結(jié)合在一起，而是錯(cuò)開了一定的位置。一般產(chǎn)生錯(cuò)邊這種質(zhì)量缺陷都是產(chǎn)生在組裝階段，產(chǎn)生原因可能是因?yàn)樵O(shè)計(jì)問題，或者是焊接工的技術(shù)問題。錯(cuò)邊會(huì)使壓力容器在受到應(yīng)力作用時(shí)產(chǎn)生變形現(xiàn)象，這在某種程度上會(huì)極大的影響到壓力容器的安全性。

②咬邊。當(dāng)焊接時(shí)所按照的焊接參數(shù)有問題時(shí)，或者焊接技術(shù)方法使用不當(dāng)時(shí)，會(huì)使母材上沿著焊趾的方向出現(xiàn)一定的溝槽，或者凹陷，這種現(xiàn)象我們一般稱之為咬邊。產(chǎn)生咬邊的原因有很多種。例如焊接時(shí)電流過大、電弧太長、焊機(jī)軌道不平整等等，都有可能引起咬邊問題。

（2）焊接內(nèi)部質(zhì)量缺陷成因

①氣孔。若在焊接時(shí)有氣泡停留在熔池中，并且在凝固的過程中這些氣泡也沒有完全逸出，就可能會(huì)在該處形成一定的空穴，這就是焊接氣孔。其形成的主要原因是因在焊接時(shí)電弧過長，或者焊條受潮，電弧保護(hù)與氣體保護(hù)工作沒有做好，或者坡口沒有清理干凈，這些都可能會(huì)引發(fā)氣孔的發(fā)生，給容器的氣密性造成很大影響。

②夾渣。這通常指的是焊縫中的不同形狀的熔渣，最容易出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象的焊接部位是在坡口邊緣與焊道的非圓滑部位。另外，焊道形狀突然發(fā)生變化，也會(huì)在深溝處產(chǎn)生夾渣。出現(xiàn)夾渣這種質(zhì)量缺陷的原因主要有：電流過小，焊接速度過快，運(yùn)條不合理，沒有分清熔渣和鐵水，埋弧焊封底時(shí)焊絲沒有保持在焊接中心等等，都有可能會(huì)引起夾渣現(xiàn)象的發(fā)生。夾渣對(duì)壓力容器的危害性較大，極大的影響著焊縫的強(qiáng)度和密封性。

③未焊透，未熔合。所謂未焊透主要是指在焊接的過程中，焊接接頭的根部并沒有完全熔透;而未熔合則是指焊接金屬和基體母材之間沒有完全焊接，留下有一定的焊接縫隙。未熔合的現(xiàn)象還常常發(fā)生在相鄰的焊道之間，或者是焊縫層之間。這種質(zhì)量缺陷的危害也是極大的，產(chǎn)生的原因也較多。如坡口的角度較小，間隙小，而鈍邊則較大?；蛘呤请娏餍〉暮附铀俣瓤欤饘龠€沒有來及熔化，或者是焊接損失較大等等。

④焊接裂紋。在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，材料的原子結(jié)合遭到破壞，形成新界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。它具有尖銳的缺口和長寬比大的特征，易引起較高的應(yīng)力集中，而且有延伸和擴(kuò)展的趨勢，所以是最危險(xiǎn)的缺陷。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。其產(chǎn)生的主要原因是焊接熔池中存在低熔點(diǎn)雜質(zhì)，由于這些雜質(zhì)熔點(diǎn)低，結(jié)晶凝固最晚，凝固后的塑性和強(qiáng)度又極低，焊件及焊條內(nèi)含硫、銅等雜質(zhì)多時(shí)，收弧過于突然，在形成的凹坑上產(chǎn)生裂紋。

2.3.2壓力容器焊接質(zhì)量缺陷的控制措施

（1）錯(cuò)邊

錯(cuò)邊常會(huì)引起幾何應(yīng)力集中，產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。錯(cuò)邊在制造大型壓力容器過程中很難避免，而且完全消除也較困難。正確的處理方法是要嚴(yán)格執(zhí)行壓力容器制造標(biāo)準(zhǔn)，把焊接缺陷限制在條件允許的范圍之內(nèi)。

（2）咬邊

防止產(chǎn)生咬邊的辦法是：選擇合適的焊接電流和運(yùn)條手法，隨時(shí)注意控制焊條角度和電弧長度;埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機(jī)軌道要平整;焊條擺動(dòng)時(shí)，在坡口邊緣運(yùn)條稍慢些中間運(yùn)條速度要快些，焊條角度適當(dāng)。

（3）氣孔

預(yù)防產(chǎn)生氣孔一是設(shè)法杜絕有害氣體來源，不讓氣體進(jìn)入熔池;二是一旦氣體進(jìn)入熔池，就想辦法保證液態(tài)金屬有足夠的高溫停留時(shí)間，使進(jìn)入的氣體外溢。具體措施：一控制氣體來源。焊條防潮和烘干。加強(qiáng)對(duì)焊件表面的清理工作，如焊件表面的油污、氧化膜等;二加強(qiáng)防護(hù)。如起弧接頭時(shí)，焊條端頭藥皮熔化不好、保護(hù)差，易產(chǎn)生氣孔，要有足夠的加熱;三正確選用焊條。焊條應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，要有質(zhì)量保證書。特別重要的焊件或?qū)笚l有懷疑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn);四選擇低氫焊接方法。不論是酸性焊條還是堿性焊條，均推薦采用直流反接法進(jìn)行焊接;五嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)程調(diào)節(jié)焊接規(guī)范等。

（4）夾渣

防止夾渣產(chǎn)生首先應(yīng)提高焊接操作技術(shù)，焊接過程中始終要保持熔池清晰、熔渣與液態(tài)金屬良好分離;徹底清理坡口及兩側(cè)的油污、氧化物等;按焊接工藝規(guī)程正確選擇焊接規(guī)范;選用焊接工藝性好、符合標(biāo)準(zhǔn)要求的焊條;接頭時(shí)要先清渣且充分加熱，收弧時(shí)要填滿弧坑、將渣排出。

（5）未焊透或未熔合

防止未焊透或未熔合的方法是正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化和油污要清除干凈;封底焊清根要徹底，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，密切注意坡口兩側(cè)的熔合情況。

（6）焊接裂縫

為防止焊接裂縫，焊前認(rèn)真組裝，檢驗(yàn)組裝質(zhì)量合格后再焊接。定位焊焊縫要焊透焊牢，對(duì)過高的定位焊縫，要磨修好再焊。不使用偏心焊條，防止電弧偏吹，始終保持好焊條角度。運(yùn)條速度要均勻，安排多層焊時(shí)每層厚度要合適，加強(qiáng)操作技術(shù)練習(xí)，提高操作水平等。當(dāng)焊件拘束度大時(shí)將預(yù)熱溫度相應(yīng)提高;嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，減慢冷卻速度適當(dāng)提高焊縫系數(shù)，盡可能采用小電流多層多道焊以避免焊縫中心產(chǎn)生裂紋;認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應(yīng)力。

3.結(jié)論

壓力容器缺陷的處理是容器檢驗(yàn)中另一項(xiàng)重要的任務(wù)，它體現(xiàn)著檢驗(yàn)工作的質(zhì)量和服務(wù)水平，在缺陷處理工作中應(yīng)本著“確保安全，方便客戶”的原則，嚴(yán)格按照《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》對(duì)缺陷進(jìn)行判定和處理，不對(duì)缺陷進(jìn)行放大處理，對(duì)客戶造成不必要的損失，缺陷的處理一般分為三種，一是安全附件及易損件的校核、修理和更換。二是根據(jù)壓力容器等級(jí)要求用戶降低壓力容器的使用條件，更正設(shè)計(jì)中壓力容器的缺陷如加裝防沖擋板等，更正壓力容器使用過程中違規(guī)的行為，超壓超溫使用，操作人員無證操作等，整理壓力容器的使用檔案，運(yùn)行記錄，建立質(zhì)量體系。三是對(duì)壓力容器自身的危害性缺陷處理消除。

在處理消除危害性缺陷時(shí)，首先調(diào)查容器質(zhì)量狀況與使用情況。弄清該缺陷是制造遺留，還是使用中產(chǎn)生;對(duì)于制造過程中產(chǎn)生的缺陷，判定缺陷在使用過程中有無擴(kuò)展是判定該壓力容器有無使用價(jià)值的重要參考。對(duì)于受壓元件材質(zhì)不清的容器。必要時(shí)進(jìn)行化學(xué)成份分析。硬度測定和金相分析，為缺陷修復(fù)時(shí)的選材及制定合理的修復(fù)工藝提供依據(jù)。

修復(fù)方法要根據(jù)不同缺陷的具體情況而定，應(yīng)依據(jù)“合于使用”的原則。一般說，可修可不修的缺陷，即沒有什么危害的缺陷盡量不要修，打磨處理能滿足要求的就盡量不用補(bǔ)焊，對(duì)于裂紋的修復(fù)應(yīng)慎重。壓力容器受壓元件的缺陷，有打磨，焊補(bǔ)，加強(qiáng)圈加固等，在用容器的表面缺陷，如表面裂紋、凹坑、電弧擦傷、弧坑、機(jī)械損傷、未焊透、未熔合、焊縫氣孔、焊縫咬邊、工卡具焊跡等的處理。

總之，不斷提高自身的檢驗(yàn)的服務(wù)意識(shí)和提高自己的檢驗(yàn)水平，從源頭找出壓力容器缺陷的產(chǎn)生原因，有針對(duì)性的解決問題，形成一套完整的缺陷檢驗(yàn)與處理方法，為壓力容器安全使用保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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[2]董建峰等.壓力容器焊接質(zhì)量缺陷成因及控制措施[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（16）.