淺談壓力容器焊接質(zhì)量控制

陳福姍

（瑞福萊暖通設(shè)備(上海）有限公司，上海 201408）

壓力容器是一種密閉容器，其中含有的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)大多是氣體或液體，且其內(nèi)的壓力高于大氣壓。壓力容器氛圍反應(yīng)容器、分離容器、儲運(yùn)容器和換熱容器等等類型，這些容器不同于常壓容器，其工作所需的條件更為嚴(yán)苛。在制造此類容器的過程中，最重要的環(huán)節(jié)是焊接，因?yàn)檫@一步驟直接影響著容器的使用壽命和工作性能。

1 控制壓力容器焊接質(zhì)量的重要性

壓力容器屬于承壓特種設(shè)備的范疇，因?yàn)榇祟惾萜髟诠ぷ鬟^程中需要高溫高壓的條件，因此一旦安全性能受損，則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，造成人身財(cái)產(chǎn)損失。壓力容器在制作的過程中，核心環(huán)節(jié)在于焊接環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@一環(huán)節(jié)能夠?qū)毫θ萜鞯馁|(zhì)量和工作性能產(chǎn)生直接的影響。從一定程度上講，壓力容器的質(zhì)量幾乎完全取決于制造人員的焊接水平。在焊接過程中，材料的使用、技術(shù)的成熟度、設(shè)備本身的性能等也能夠決定焊接的質(zhì)量。因此，在進(jìn)行壓力容器的焊接環(huán)節(jié)時，制造人員應(yīng)當(dāng)做好充分的準(zhǔn)備，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量。

2 壓力容器焊接過程中存在的問題

2.1 壓力容器的內(nèi)部或者外部表面存在外觀上的缺陷

壓力容器由多個部件構(gòu)成，因此，在組裝時難免發(fā)生錯邊和角變形等現(xiàn)象，這是因?yàn)閮蓚€工件可能存在著厚度方面的差異，因此錯邊和腳變形難以避免。如果缺陷幅度較小，其造成的影響可以忽略不計(jì)，但若幾何缺陷嚴(yán)重，則可能因過于集中的幾何應(yīng)力而導(dǎo)致容器無法安全運(yùn)轉(zhuǎn)。同時，在焊接的過程中，過大的電流可能導(dǎo)致局部溫度升高過快，此時，若焊接角度出現(xiàn)偏差或運(yùn)條速度過快，則可能導(dǎo)致焊件融化，若填充金屬不能及時補(bǔ)充被融化的焊件，則會導(dǎo)致焊縫邊緣的凹陷，甚至影響壓力容器的正常運(yùn)作。因此，在進(jìn)行容器部件的焊接過程中，制造人員應(yīng)當(dāng)控制運(yùn)條速度和焊接角度，并且根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整焊接電流，避免在焊接時造成焊件融化的現(xiàn)象。

2.2 壓力容器焊縫內(nèi)部存在缺陷

焊縫內(nèi)部如果存在點(diǎn)狀或條狀的夾渣，會導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生氣孔（如圖1），甚至導(dǎo)致容器產(chǎn)生裂紋，從而對其安全性能造成影響。夾渣即焊接過程中遺留于焊縫的熔渣，包括金屬和非金屬兩種。如果制造人員沒有及時清潔坡口邊沿，則可能導(dǎo)致水分、油漬或金屬銹斑的存留；如果制造人員在烘焙焊條和焊劑時未能依據(jù)工藝規(guī)范進(jìn)行，則可能造成焊芯銹蝕、藥品脫落等現(xiàn)象，這些都是熔渣的產(chǎn)生原因。熔渣會導(dǎo)致焊接熔池中積存大量的氣泡，進(jìn)而在熔質(zhì)凝固后產(chǎn)生氣孔。氣孔會嚴(yán)重降低焊縫的強(qiáng)度，因?yàn)樗鼤?dǎo)致焊縫的金屬致密性降低。此外，如果焊接溫度與強(qiáng)度不足，還會導(dǎo)致未焊透、未熔和等現(xiàn)象。前者的發(fā)生原因是焊接電流小、速度快或者鈍邊太厚。未焊透、未熔和現(xiàn)象會熬制焊縫的連續(xù)性出現(xiàn)問題（如圖2），導(dǎo)致焊縫突變甚至斷裂，進(jìn)而會使壓力容器的部件焊接部位產(chǎn)生裂紋。

圖1 壓力容器焊接氣孔和夾渣缺陷

圖2 壓力容器未焊透與未熔合缺陷

2.3 壓力容器焊縫表面存在缺陷

焊縫裂紋是壓力容器焊接過程中不容忽視的現(xiàn)象，因?yàn)榇祟惾毕菘赡茉斐蓧毫θ萜鞴ぷ餍阅艿慕档?，甚至出現(xiàn)安全事故。焊縫裂紋的類型包括熱裂紋和冷裂紋兩種。導(dǎo)致焊縫裂紋出現(xiàn)的始動因素是低熔點(diǎn)雜質(zhì)在焊接熔池中的出現(xiàn)。這種雜質(zhì)會在外界焊縫金屬凝固收縮以及拘束應(yīng)力的作用下成為結(jié)晶中心，因?yàn)槠浔旧砭哂袕?qiáng)度低、凝固慢等特點(diǎn)，因此，容易在凝固過程中裂開，導(dǎo)致焊縫金屬在固化的過程中出現(xiàn)裂紋，這就是熱裂紋產(chǎn)生的原因。通常情況下，焊縫表面的中心位置更容易出現(xiàn)裂紋（如圖3），而這一部位的裂紋對容器質(zhì)量的影響最大。

3 控制壓力容器焊接質(zhì)量的有效策略

3.1 嚴(yán)格把控焊接材料

圖3 壓力容器焊縫區(qū)裂紋

在進(jìn)行壓力容器的焊接工藝時，制造人員應(yīng)當(dāng)重視對焊接材料的選擇，因?yàn)椴牧鲜菦Q定焊接質(zhì)量的獨(dú)立影響因素，其獨(dú)立于焊接技術(shù)和工藝之外。因此，在焊接工作正式開始前，應(yīng)當(dāng)首先對焊接材料進(jìn)行遴選。能夠納入選擇的焊接材料應(yīng)當(dāng)具有專業(yè)認(rèn)證的合格證書，且符合國家對焊接材料的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和要求。與此同時，在選擇焊接材料時，還應(yīng)當(dāng)考慮待焊接壓力容器本身的力學(xué)設(shè)計(jì)、工作性能和實(shí)際用途，焊接材料應(yīng)當(dāng)與這些因素相匹配，避免材料之間互不相容。在購買焊接材料時，應(yīng)當(dāng)及時檢查其是否具備質(zhì)量證書，且能否符合國家對此類材料的相關(guān)要求，并且在材料投入使用前，應(yīng)當(dāng)對其各項(xiàng)信息進(jìn)行再次的核查。

焊接材料的選擇工序、保管環(huán)節(jié)和領(lǐng)用環(huán)節(jié)都是材料質(zhì)量控制過程的重要組成部分。購入焊接材料后，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行隨機(jī)抽樣，再次檢查其質(zhì)量和使用性能，并且將檢查合格的材料依據(jù)相應(yīng)的管理辦法辦理入庫手續(xù)。在入庫后，應(yīng)當(dāng)按照材料本身的類型、批號等分類條件對其進(jìn)行歸類存放，以便于后期取用。在焊接工作開始前，應(yīng)當(dāng)以規(guī)定的溫度與實(shí)踐對焊條和焊劑進(jìn)行烘干和保溫，因?yàn)閯倧暮嫦渲腥〕龅暮笚l會因藥皮的吸水性而出現(xiàn)表面濕潤的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象對焊條質(zhì)量的影響較大。因此，焊接材料應(yīng)當(dāng)隨用隨取，若沒有一次性用完所有取用的焊接材料，剩余部分應(yīng)當(dāng)及時入庫。

3.2 焊接工藝控制

在壓力容器焊接過程開始前，應(yīng)當(dāng)對受壓和非受壓元件，以及其他焊接元件進(jìn)行工藝評定，即首先了解各種焊接元件的具體焊接方式、木材厚度，以及焊接之前是否需要預(yù)熱等等，并且評定其工藝過程，通過此步驟后方可開啟焊接工藝。在進(jìn)行焊接的過程中，接頭的性能會受到焊接線能量和規(guī)范參數(shù)等系列因素的影響，小線能量的焊接方式適用于不銹鋼、低溫鋼和低合金高強(qiáng)鋼的焊接。在焊接時應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行預(yù)熱，以避免焊接后產(chǎn)生裂紋。層間溫度控制、焊后還冷等方式也有助于避免裂紋的產(chǎn)生。焊接電流、電壓與速度也是焊接質(zhì)量控制的重要方面，這些因素都可能導(dǎo)致焊縫質(zhì)量的損害。例如，若焊接電壓較低但電流較大，則可能導(dǎo)致焊縫的深度增加、寬度減小，進(jìn)而導(dǎo)致焊接部件容易脫落，此時，應(yīng)當(dāng)及時對電流大小進(jìn)行調(diào)整，以避免安全隱患的出現(xiàn)。

3.3 焊接后質(zhì)量控制

焊接流程結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)及時對焊接的成果進(jìn)行檢驗(yàn)。影響焊接質(zhì)量的因素包括自然和人為因素兩種，這些因素都應(yīng)當(dāng)納入檢驗(yàn)的范圍。為提升壓力容器的工作性能，應(yīng)當(dāng)對焊接完成后的容器進(jìn)行全面檢查，檢查的精細(xì)程度能夠?qū)毫θ萜鞯馁|(zhì)量和工作能力產(chǎn)生極大的影響。為判斷焊接質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行按揭后檢驗(yàn)，包括外觀檢驗(yàn)、無損探傷和耐壓檢驗(yàn)三種方式。其中，無損探傷的作用是對材料內(nèi)部的、肉眼不可見的裂紋進(jìn)行探查，避免殘余應(yīng)力等對容器質(zhì)量造成影響。外觀檢測的含義是對壓力容器的外觀進(jìn)行檢查，以排除其肉眼可見的表面缺陷，若壓力容器未焊透或未融合，則應(yīng)當(dāng)及時檢驗(yàn)容器的尺寸，以判斷其各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)是否符合相應(yīng)的規(guī)范。若尺寸不符合規(guī)范，則應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行及時返修，不得抱有僥幸心理。若容器出現(xiàn)裂紋，也應(yīng)當(dāng)對裂紋的尺寸進(jìn)行測量，若在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)則可以借助打磨對其進(jìn)行磨平，若裂紋尺寸超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)焊。上述三種質(zhì)量檢測方式能夠?qū)附油瓿珊蟮膲毫θ萜鬟M(jìn)行及時的質(zhì)量檢查，以排除可能的安全隱患。

3.4 做好焊接技術(shù)人員培訓(xùn)工作

除了上述質(zhì)量控制措施，制造廠還應(yīng)當(dāng)做好焊接技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，因?yàn)楹附蛹夹g(shù)人員的專業(yè)水平將直接影響壓力容器的質(zhì)量和工作性能。在培訓(xùn)開始前，應(yīng)當(dāng)首先審查焊工的工作資質(zhì)，保證其具備足夠的知識儲備和實(shí)踐技能。在培訓(xùn)過程中，應(yīng)當(dāng)細(xì)化工作流程與細(xì)節(jié)步驟，以使參與培訓(xùn)的技術(shù)人員得到切實(shí)的技術(shù)能力提升。

4 結(jié)語

在壓力容器的全部制造工藝流程中，焊接工作是重要的組成部分，因此，應(yīng)當(dāng)對容器的焊接質(zhì)量進(jìn)行控制。當(dāng)下，我國的壓力容器焊接流程存在一系列的問題，為切實(shí)解決這些問題，應(yīng)當(dāng)對焊接材料和工藝進(jìn)行有效的管控，并且在焊接結(jié)束后，也應(yīng)當(dāng)對壓力容器進(jìn)行進(jìn)一步的質(zhì)量檢測，以免安全隱患的出現(xiàn)，此外，還應(yīng)當(dāng)開展針對焊接技術(shù)人員的培訓(xùn)工作。只有如此，才能不斷提升我國壓力容器的質(zhì)量、規(guī)避系列安全隱患，提升焊接技術(shù)的市場競爭力，并進(jìn)一步推動工業(yè)化的進(jìn)程。