壓力容器常見缺陷分析

李煥群

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院，廣東 東莞 523000）

0 前言

壓力容器若存在缺陷問題，那么殼體的幾何形狀難以達(dá)到連續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)，這種不連續(xù)性的缺陷會使應(yīng)力集中在一起，使壓力容器自身強度、承壓能力等難以得到保證。如果將兩種不同曲率半徑的殼體進(jìn)行連接，那么所產(chǎn)生應(yīng)力會有明顯差異，受應(yīng)力作用，會發(fā)生不同變形現(xiàn)象。內(nèi)應(yīng)力是壓力容器最具危害性的缺陷，可以說，若有缺陷存在，便會產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力，使用該壓力容器期間，設(shè)備的強度較低，且產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，極易產(chǎn)生失效問題。裂縫缺陷，屬于內(nèi)應(yīng)力逐步發(fā)展過程中所形成的一種缺陷，會對壓力容器實際使用安全造成嚴(yán)重威脅。故制造及使用壓力容器期間，務(wù)必注重對缺陷實施有效的防治。

1 壓力容器

壓力容器大部分用于盛裝液體或者是氣體，特殊性、密閉性突出，被廣泛地運用到各行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。壓力容器涉及較多的制造流程，特別是焊接作業(yè)層面，往往涉及熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、手弧焊、鎢極氬弧焊等，需與具體需求相結(jié)合，從而確定合理的焊接方式，為壓力容器實際焊接質(zhì)量提供基礎(chǔ)保障。

2 常見缺陷及其有效防治對策

焊接的操作過程、各項參數(shù)是壓力容器產(chǎn)生缺陷的重要影響因素，其中部分缺陷僅僅只是通過焊接過程便會逐步形成，集中表現(xiàn)在焊接工藝、焊工實際熟練程度、參數(shù)、現(xiàn)場環(huán)境等各個層面。在一定程度上，焊接造成的缺陷還包含燒穿、未焊透及未熔合、焊縫夾渣、焊接氣孔、咬邊缺陷。

2.1 在燒穿缺陷層面

燒穿缺陷是指在焊接的過程中焊接電流過大、焊接速度過慢、焊件間隙太大等都會造成燒穿。燒穿缺陷會減少焊件母材的實際質(zhì)量，以至于焊縫難以滿足實際的需求及標(biāo)準(zhǔn)[1]。對此，針對燒穿層面缺陷需注意的是，焊接時要做好焊接各項參數(shù)的合理化設(shè)定，規(guī)范焊接操作，以此來避免缺陷的發(fā)生。

2.2 在未焊透及未熔合的缺陷層面

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過快的焊接速度、氬弧焊打底工作未完成便直接實施手工焊接，以致兩個焊件出現(xiàn)熔融不完全現(xiàn)象。未焊透及未熔合，其均會影響到壓力容器的焊縫，一旦有未焊透及未熔合這一缺陷存在，則焊縫實際承壓強度必然會減弱。未焊透及未熔合此類缺陷形成原因大多集中于待焊接工件呈過小間隙、焊接坡口處不適宜角度等層面。

針對未焊透及未熔合層面缺陷所需注意的防治要點包含：在手動或者自動焊接作業(yè)期間，工件極易有未完全被焊透現(xiàn)象存在，填充金屬及工件坡口的連接位置極易有熔合現(xiàn)象產(chǎn)生，因此，焊接技術(shù)員應(yīng)保障焊接坡口實際尺寸及其角度能夠與焊接操作現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相吻合；清潔處理焊件坡口的雜質(zhì)、氧化層等；合理把控焊接速度及其電流，對壓力容器封底焊接實施細(xì)致檢查及清理，對焊條實際擺動方式予以合理把控。

2.3 在焊縫夾渣層面

焊縫內(nèi)部留存夾渣，會對壓力容器整個焊縫強度產(chǎn)生極大的影響，實施焊接作業(yè)期間，焊縫夾渣具體成因集中表現(xiàn)為受各層面條件所約束，以至于熔池內(nèi)部產(chǎn)生了夾渣；焊接坡口處若缺乏合理設(shè)定，焊接技術(shù)員自身操作水平欠缺等原因，這些均會造成焊縫夾渣逐步形成。

焊縫夾渣是屬于深埋缺陷的一種，針對焊縫夾渣層面缺陷所需注意防治要點包含：應(yīng)當(dāng)結(jié)合夾渣具體嚴(yán)重程度實施準(zhǔn)確性的判斷和分析，焊接夾渣產(chǎn)生較多的情況下，務(wù)必要及時處理，避免夾渣影響壓力容器的后續(xù)使用安全。夾渣清理相關(guān)對策包含：對所需焊接工件予以徹底清理，避免產(chǎn)生氣孔，電流大小及焊接速度均調(diào)整為最適宜狀態(tài)，合理設(shè)定焊條擺動方式及其速度；焊接坡口處尺寸需予以合理調(diào)整，保證坡口處質(zhì)量達(dá)標(biāo)。清理工作務(wù)必做到細(xì)致化，避免焊縫內(nèi)有熔渣存在。多層焊接壓力容器期間，應(yīng)對坡口兩側(cè)實際熔化情況予以密切觀察，結(jié)合熔化具體情況予以合理調(diào)整。各層由于焊接作業(yè)所產(chǎn)生的焊渣均需及時、妥善清理好，尤其是壓力容器所在封底焊接位置，以盡可能地避免焊縫內(nèi)部有焊渣殘留。

2.4 在焊接氣孔層面

這種焊接氣孔的形成大部分是因待焊母材的表面處理不當(dāng)、焊接工藝所選定的參數(shù)不符合實際等因素所致。焊接作業(yè)前期，焊接表面附著的污垢、氧化膜均要做好清理工作，如果清理得不徹底，則極易產(chǎn)生焊縫氣孔現(xiàn)象。現(xiàn)有部分研究資料曾提出，焊接氣孔現(xiàn)象的形成和焊接作業(yè)期間所產(chǎn)生氣體有著密切的關(guān)系，尤其是氫元素；還有部分研究資料指出，激光深熔焊過程中會出現(xiàn)匙孔現(xiàn)象，致使焊接氣孔這一缺陷問題現(xiàn)象產(chǎn)生。在一定程度上，焊接氣孔是焊接作業(yè)期間熔池內(nèi)部氣體實際逸出速度慢于金屬的凝固速度，未完全逸出的部分氣體會在金屬當(dāng)中留存，致使形成空穴。焊接氣孔逐步形成原因并不局限于此，倘若焊接作業(yè)前期，未坡口邊緣位置的污垢未進(jìn)行徹底清理；坡口表面位置有銹跡、油滴、水滴等殘留；焊劑與焊條并未做好烘干處理，保存不妥當(dāng)致使焊條焊芯產(chǎn)生銹蝕；藥皮過長時間放置而有變質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生等等。可以說，以上因素均會造成氣體逸出十分困難，焊縫金屬會滯留部分氣體，致使產(chǎn)生氣孔。焊接作業(yè)期間，技術(shù)員自身專業(yè)水平的高低也會誘發(fā)焊接氣孔。

焊接壓力容器過程中，若發(fā)生焊接氣孔這一缺陷問題，必然會影響后續(xù)使用。故焊接期間針對焊接氣孔層面的缺陷需注意以下的防治要點：應(yīng)積極落實各項工作將氣孔消除掉；焊接作業(yè)正式開始前期，焊接準(zhǔn)備落實到位，對焊接的速度、電流、熔渣實際粘稠度及各項參數(shù)予以確定好，清理工作務(wù)必做好，徹底清潔坡口邊緣，避免因銹蝕痕跡、污物、油漬、水漬等致使焊接氣孔這一缺陷問題產(chǎn)生。焊接材料及其工具保存管理期間，焊劑及焊條務(wù)必烘干處理好，防止受潮現(xiàn)象[3]。焊接作業(yè)正式開始，對于有潛在質(zhì)量缺陷的焊條要禁止使用，低氫類型焊條在焊接期間需結(jié)合焊接具體情況適當(dāng)調(diào)整好焊接速度及電弧長度，避免焊接錯誤操作所致焊接工件有質(zhì)量缺陷存在。

2.5 在咬邊缺陷層面

所謂咬邊缺陷，即母材實際高度比其周圍高度相對較低，焊接的熱影響區(qū)域內(nèi)部會有咬邊缺陷這一問題現(xiàn)象產(chǎn)生。在一定程度上，因手工焊接所致咬邊缺陷大部分是因焊接輸入過大電流、焊接過快速度、焊接角度缺乏科學(xué)合理性、過于長的焊接電弧等所致。

針對咬邊缺陷層面缺陷，需注意的防治要點包含：合理控制焊接電流并結(jié)合焊接情況予以適當(dāng)調(diào)整，防止異?，F(xiàn)象產(chǎn)生；把控好運條速度，確保咬邊缺陷發(fā)生概率得以降低；調(diào)整好焊條的傾斜角度，調(diào)控焊接電弧長度，為壓力容器的焊接質(zhì)量提供保障。埋弧焊接作業(yè)期間，務(wù)必與壓力容器具體情況相結(jié)合，合理計算及設(shè)定焊接各項參數(shù)，以免發(fā)生咬邊缺陷。

2.6 在其余缺陷層面

在其余缺陷層面，多為分層缺陷、錯邊及角變形的缺陷。①在分層缺陷層面。這種分層缺陷也稱作內(nèi)部缺陷，壓力容器制造過程中，所有節(jié)點均會有分層缺陷這一問題現(xiàn)象產(chǎn)生。分層缺陷大部分是因鋼錠或者鋼柸有質(zhì)量缺陷，鋼板軋制過程焊合不良所致[2]。分層缺陷，其極易導(dǎo)致鋼板產(chǎn)生中間分離現(xiàn)象。制造鋼板過程中，這種分層缺陷往往較難被檢測出來，只有彎管及卷板加工過程才可能被發(fā)現(xiàn)。經(jīng)分層過后，鋼板強度及性能均低于正常的鋼板，鋼板分層通常無法滿足壓力容器具體要求及標(biāo)準(zhǔn)，故壓力容器當(dāng)中嚴(yán)禁產(chǎn)生鋼板分層缺陷。②在錯邊及角變形的缺陷層面。錯邊缺陷，即待焊接兩個工件表面處于不同的平面，厚度方向?qū)用娉叔e開狀態(tài)。可以說，錯邊及角變形的缺陷問題均會極大地影響著壓力容器的焊縫。壓力容器的焊接組裝當(dāng)中比較容易有錯邊及角變形的缺陷產(chǎn)生。

那么，為更好地避免壓力容器有各種缺陷問題產(chǎn)生，務(wù)必要加強檢測及資料管理工作，詳細(xì)策略如下：①在檢測管理層面。應(yīng)定期檢驗所用壓力容器，對經(jīng)檢驗所發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)予以及時修正與處理，將各種隱患徹底消除，并記錄好全過程，便于排查處理相同設(shè)備的類似問題，實現(xiàn)更具全面性、有效性的檢測，盡可能地避免缺陷產(chǎn)生。②在資料管理層面。細(xì)致劃分壓力容器所有管理節(jié)點，確保相應(yīng)管理章程形成，各個部門及人員均嚴(yán)格執(zhí)行該章程，實現(xiàn)作業(yè)零失誤，作業(yè)更高效及標(biāo)準(zhǔn)化等。對于壓力容器相關(guān)技術(shù)檔案、缺陷記錄、臺賬等資料應(yīng)實施全部記錄、歸類、整理、保存，為更好地防治缺陷問題提供重要的資料依據(jù)。

3 壓力容器內(nèi)外缺陷分析及相關(guān)處理對策

3.1 壓力容器表面缺陷分析及處理

一般壓力容易在表面出現(xiàn)缺陷的情況下，可以通過肉眼觀察即可發(fā)現(xiàn)，一般表面缺陷缺乏一定的隱蔽性，一般較為常見的缺陷包含了以下4 種：①腐蝕后的缺陷。②表面出現(xiàn)裂紋。③工具焊接。④機械損傷等。壓力容器表現(xiàn)出現(xiàn)缺陷的情況下，會導(dǎo)致容器的表面不光滑，整體的厚度出現(xiàn)不均等問題，甚至表面出現(xiàn)開裂問題，導(dǎo)致壓力容器受到了嚴(yán)重的不均勻作用，從而引起了應(yīng)力集中的情況，造成應(yīng)力部位出現(xiàn)嚴(yán)重開裂問題，裂紋不斷在周圍擴展，很容易發(fā)生容器爆炸等危險事故。在壓力容器表現(xiàn)如果出現(xiàn)了裂縫情況，一般石油電弧灼傷或者機械碰撞出現(xiàn)損傷所造成的。在對其進(jìn)行處理的過程中，則需要通過打磨消除表現(xiàn)損傷，如果出現(xiàn)凹坑的情況下，不允許的范圍內(nèi)，則不需要進(jìn)行補焊。

壓力容器在受到腐蝕損傷的情況下，主要就是由于壓力容器表現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)材料，與化學(xué)介質(zhì)相互接觸，從而產(chǎn)生出化學(xué)變化或者出現(xiàn)電化學(xué)變化。壓力容器受到腐蝕的情況主要包含了3種：①均勻腐蝕。②局部腐蝕。③點腐蝕。在均勻腐蝕的情況下，壓力容器壁厚會逐漸減薄，難以通過利用腐蝕面積對其進(jìn)行判斷，需要對壓力容器的壁厚進(jìn)行測量，以此對整體的腐蝕程度進(jìn)行明確。其余兩種腐蝕程度判斷方式，與均勻腐蝕程度的判斷方式相同。

例如，在我國某一家化工企業(yè)，通過相關(guān)調(diào)查分析，該企業(yè)在2019 年帶壓堵漏施工作業(yè)工作201 項。在進(jìn)行檢測的工作中，發(fā)現(xiàn)壓力鍋爐出現(xiàn)了嚴(yán)重的沖刷腐蝕問題。沖刷腐蝕是指在金屬物質(zhì)的表面，長期與腐蝕性流體進(jìn)行接觸，導(dǎo)致件數(shù)表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的損害問題，對壓力容器表現(xiàn)質(zhì)量造成了嚴(yán)重的影響。為了能夠有效處理沖刷腐蝕所造成的問題，避免壓力容器管線出現(xiàn)泄漏等問題，相關(guān)工作人員則通過利用測厚技術(shù)，以此對沖刷腐蝕程度進(jìn)行有效分析，則同時做好管線梳理工作，對壓力容器壁厚進(jìn)行有效測量。在每一個車間中，配置了測厚儀，需要連續(xù)進(jìn)行測厚兩次，根據(jù)數(shù)據(jù)的最終結(jié)果，以此料及壓力容器的腐蝕速率，同時根據(jù)腐蝕速率對下次的測厚時間加以明確，在整個處理工作完成后，發(fā)現(xiàn)壓力容器多個零部件位置出現(xiàn)了多處腐蝕。最終，通過對設(shè)備進(jìn)行全面剛換，并對壓力容器的主材材質(zhì)進(jìn)行了辯證，對控制工藝參數(shù)進(jìn)行全面控制，以此有效提高了壓力容器的抗腐蝕能力。

在壓力容器表面出現(xiàn)沖刷腐蝕的情況下，分離器等設(shè)備出現(xiàn)了露點，部分出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕，通過對側(cè)厚已檢測的使用秦光，發(fā)現(xiàn)在沖刷部位的45mm 左右，壓力容器的壁厚為8mm 左右，而在蔥花點部位，其壁厚僅為5mm 左右，其余部位在6～7mm之間，針對該沖刷腐蝕情況進(jìn)行具體分析后，判斷汽提塔頂氣相經(jīng)冷凝器后，在進(jìn)入真空泵的情況下，其溫度達(dá)到了72℃，氣液分離器設(shè)計溫度則為80℃，氣液混合物之間存在著大量的助劑殘余物，并且在真空系統(tǒng)中循環(huán)運動，導(dǎo)致真空泵中的水質(zhì)pH不斷下降，甚至pH 達(dá)到了4 左右，產(chǎn)生了極大的酸性，在撐起的使用情況下，對管線等部位造成了嚴(yán)重的腐蝕，甚至在氣液混合物中，含有一定含量的樹脂等顆粒物。

3.2 壓力容器內(nèi)部缺陷分析及處理

壓力容器在檢測過程中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在大量的夾渣、氣孔以及裂縫等雜質(zhì)的情況下，則需要對壓力容器內(nèi)部進(jìn)行全面檢測，對焊接缺陷提高重視程度。如果在檢查的過程中，出現(xiàn)焊接缺陷，那么相關(guān)技術(shù)人員在對焊接位置缺陷進(jìn)行處理的過程中，必須要保持慎重的態(tài)度，如果裂紋深度較大的情況下，甚至出現(xiàn)穿透性裂縫，則需要對碳弧熱源進(jìn)行有效使用，并且在裂孔兩端位置進(jìn)行閉合，以便裂紋受熱后，裂縫逐漸增加。另外，在對壓力容器內(nèi)部缺陷進(jìn)行全面查找的過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)采用超聲波定位，全面了解內(nèi)部缺陷，在焊補處理的過程中，盡可能從缺陷的表現(xiàn)進(jìn)行有效處理，同時避免在缺陷處理的過程中，有效控制壁厚，并將焊補位置進(jìn)行有效清除。在對內(nèi)部缺陷進(jìn)行全面處理后，還需要根據(jù)壓力容器的實際情況進(jìn)行具體分析，并對內(nèi)部進(jìn)行重新檢驗，并全面做好處理工作。

壓力容器內(nèi)部在出現(xiàn)缺陷的情況下，對壓力容器的運行安全、運行效率等會造成嚴(yán)重的影響。例如，在壓力容器焊縫面積減少的情況下，壓力容器自身的承壓能力則會降低，導(dǎo)致表面會出現(xiàn)集中性裂紋，導(dǎo)致壓力容器的疲勞強度有所降低，甚至導(dǎo)致焊件位置會出現(xiàn)大量的斷裂情況。此外，由于壓力容器的內(nèi)部缺陷隱蔽性相對較高，難以通過肉眼了解壓力容器的內(nèi)部實際情況，為此，在檢測的過程中，可以采用超聲探傷或者射線探傷等方式。要注意，在內(nèi)部缺陷檢測過程中，如果所采用的檢測方式存在問題，則會嚴(yán)重影響其缺陷問題產(chǎn)生。如果在使用的過程中，發(fā)現(xiàn)其中存在大量缺陷，則應(yīng)當(dāng)采用技改聚合施工技術(shù)，對單體過濾器進(jìn)行有效設(shè)置，同時做好拆檢工作，對單體過濾器筒體情況進(jìn)行細(xì)致檢查，如果在與法蘭連接位置，出現(xiàn)了明顯的鼓包情況，則需要利用無損探傷方式進(jìn)行檢測，以此消除其中所存在的隱患。這主要就是由于筒體材料為復(fù)合鋼板，在制造過程中，并未進(jìn)行超聲檢測，所以需要采用該方式，才能夠避免在檢測中，造成損傷。

4 壓力容器的管理探討

壓力容器的管理工作的開展存在著一定的復(fù)雜性，而且對管理方式的應(yīng)用要求也相對較高，同時還需要做好設(shè)備問題分析工作。

4.1 注重安全操作和維護(hù)管理

在企業(yè)的全面發(fā)展下，務(wù)必要保障生產(chǎn)建設(shè)安全，同時保障各項設(shè)備運行安全。而壓力容器作為生產(chǎn)中的特種設(shè)備，其運行安全對企業(yè)的生產(chǎn)以及工作人員的生命安全有著重要影響，務(wù)必要對其提高重視程度，在日常的管理工作中，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)規(guī)范以及安全條例等，合理進(jìn)行壓力容器操作，避免出現(xiàn)超壓等問題的情況產(chǎn)生。同時在管理工作中需要對相關(guān)的附件設(shè)備進(jìn)行細(xì)致觀察，如果發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題，則需要對其中的安全隱患進(jìn)行有效處理，避免壓力容器在運行的過程中，出現(xiàn)安全事故產(chǎn)生。

4.2 加強檢測管理

做好壓力容器定期檢測工作，能夠及時查找其中所存在的問題，并了解壓力容器中所存在的缺陷，有效解決缺陷問題，工作人員做好問題記錄工作，同時針對所研究的問題做好對比分析，從進(jìn)行全面檢測。

4.3 完善規(guī)章制度，加強資料管理

在壓力容器管理的工作中，務(wù)必要對每一個管理環(huán)節(jié)進(jìn)行有效劃分，管理工作部門務(wù)必要嚴(yán)格落實好相關(guān)的工作任務(wù)，明確相關(guān)管理規(guī)章制度，嚴(yán)格尊周規(guī)章制度執(zhí)行管理工作，保障每一項管理工作達(dá)到無失誤。在管理工作中，如果存在難以解決的問題或者重點問題，則需要安排相關(guān)技術(shù)工作人員，對其進(jìn)行全面處理。在對容器技術(shù)資料管理過程中，需要制定出詳細(xì)的技術(shù)檔案，同時將管理中查詢到的缺陷進(jìn)行全面記錄，以此確保管理者能夠針對壓力容器的使用，做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，并將問題詳細(xì)告知操作人員，從而在壓力容器使用的過程中，能夠做到有效分析，制定詳細(xì)的檢驗計劃，以便對設(shè)備進(jìn)行有效管理。

5 結(jié)語

從總體上來說，壓力容器的常見缺陷集中表現(xiàn)為焊接缺陷、裂紋缺陷及其余缺陷層面，只有重視防治焊接氣孔、焊縫夾渣、未焊透及未熔合、裂紋，并加強檢測及資料管理，才能夠盡可能避免壓力容器有該部分缺陷產(chǎn)生，為其后續(xù)的使用提供安全保障。