化工設(shè)備焊接常見問題及焊接返修工藝

王彥濤(中海油(天津)管道工程技術(shù)有限公司，天津 300452)

0 引言

焊接是透過加熱、加壓等方式將金屬與金屬結(jié)合的技術(shù)或方法，焊接是化工設(shè)備制造過程中重要環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接影響到設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性。但在焊接過程中，由于焊接材料、工藝、技術(shù)、外部環(huán)境條件等原因，可能會出現(xiàn)許多問題，例如：焊咬邊、飛濺金屬、裂紋和工件變形等，這些都會直接影響設(shè)備穩(wěn)定性和安全性。因此，必須嚴(yán)格控制焊接工藝，減少焊接缺陷并提高焊接質(zhì)量。

1 化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

不同于其他通用設(shè)備，化工設(shè)備有其特殊性。許多化工生產(chǎn)是在高溫高壓下進(jìn)行的，設(shè)備應(yīng)在溫度、壓力、流量、材料腐蝕性能下配備足夠的密封性和機(jī)械強(qiáng)度?；どa(chǎn)裝置，均由多個設(shè)備組成，需要設(shè)備和管道、閥門、儀器、儀表、電路和其他設(shè)施之間的可靠協(xié)同作用和兼容性。而且化工企業(yè)都需要生產(chǎn)設(shè)備有較長的使用壽命，在設(shè)備制造過程中需要充分考慮磨損、腐蝕等因素，以確保足夠的壽命[1]。

2 導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題的影響因素

焊接技術(shù)過程復(fù)雜，對于焊接質(zhì)量問題，了解其影響因素對解決焊接問題非常重要。影響焊接質(zhì)量的因素包括：第一，焊接前材料的清理，以及焊接不牢或金屬四處飛濺，則可能影響焊接質(zhì)量。第二，當(dāng)電流不穩(wěn)定時(shí)，焊接零件在焊接時(shí)變形，如果電流非常高，則可能導(dǎo)致焊咬邊。第三，控制焊接時(shí)間很重要。為了控制時(shí)間，必須正確確定焊接電流和焊接材料質(zhì)量，掌握焊口情況，從而確定焊接時(shí)間，否則焊接會變得不牢固。第四，焊接過程中外部環(huán)境極有可能發(fā)生變化。實(shí)際焊接時(shí)，通常會出現(xiàn)以下的影響因素：確定焊接位置的差異、環(huán)境中的變更或使用不清潔材料。第五，焊接順序不當(dāng)也可能影響焊接質(zhì)量，造成焊接不牢固。焊接時(shí)，必須根據(jù)焊接技術(shù)的要求選擇焊條。如果未選取合適的焊條，或焊料的存儲環(huán)境不合適，則會降低焊接質(zhì)量[2]。

3 化工設(shè)備制造中焊接注意事項(xiàng)

3.1 選擇合適的焊接材料

選擇合適的焊接材料優(yōu)化焊接工藝是保證化工設(shè)備焊接質(zhì)量的基本要求。第一，企業(yè)必須通過正式渠道管理焊接材料的采購和儲存，并通過相關(guān)專業(yè)人員的質(zhì)量檢查記錄焊接材料的采購。對于采購的焊接材料，必須按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋９?，進(jìn)行定期檢查，確保庫存環(huán)境滿足焊接材料的質(zhì)量要求。第二，焊接之前要檢查焊接材料如焊材、焊劑、焊絲是否完好，以避免在焊接過程中使用生銹或潮濕的焊接材料，然后全面分析焊接材料的主要性能，并記錄常用材料的焊接參數(shù)。對于新焊接材料，必須在使用材料之前進(jìn)行反復(fù)檢查和分析，以確保所選材料的性能滿足要求。

3.2 加強(qiáng)現(xiàn)場焊接技術(shù)的管理

改進(jìn)現(xiàn)場技術(shù)管理對確保化工設(shè)備焊接質(zhì)量至關(guān)重要。通過全體員工的技術(shù)交流提高焊接能力和焊接質(zhì)量管理的重要性。例如，在高壓設(shè)備接頭焊接位置時(shí)，應(yīng)預(yù)先培訓(xùn)焊接人員并定期考核。焊接人員必須持有相應(yīng)的焊接工作證書，負(fù)責(zé)任地工作，嚴(yán)格遵守勞動紀(jì)律，在焊接操作之前確認(rèn)重要的焊接環(huán)節(jié)，使用規(guī)定的焊接技術(shù)，并嚴(yán)格遵守焊接計(jì)劃。

3.3 引進(jìn)先進(jìn)的焊接設(shè)備和檢測技術(shù)

企業(yè)應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)的焊接設(shè)備，采用先進(jìn)的焊接工藝，這不僅能提高焊接工作效率，而且可以提高焊接質(zhì)量。產(chǎn)品焊接后，技術(shù)人員還要采用無損檢測進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量檢查，采用相關(guān)儀器和新技術(shù)對焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。

4 焊接中常見問題及處理措施

焊接過程中使用的材料不同，工藝也不同，采取的技術(shù)也不同。為了保證質(zhì)量，必須識別焊接技術(shù)中常見的問題，并相應(yīng)地控制所有影響因素。

4.1 工件變形及預(yù)防措施

如果工件的焊接位置在焊接過程中變形，不僅影響外觀，而且會影響工件的質(zhì)量。工件最常見的變形是焊縫長度和寬度不足、寬窄不一致、焊接位置不均勻或焊縫不均勻。焊接工件變形的主要原因是：第一，如果剛度不均勻，在焊接時(shí)工件易變形；第二，焊接時(shí)工件焊縫未均勻調(diào)整，因此收縮位置不均勻，可能導(dǎo)致工件變形問題；第三，在焊接過程中存在不同的電氣和方向特定的電流波動，也會引起變形；第四，因?yàn)楣ぜ捶牌?，或者焊接坡度不符合要求，也會使工件發(fā)生變形。

為了避免工件焊接時(shí)出現(xiàn)變形問題，需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。選取材料時(shí)，工件要剛度均勻，放置焊縫時(shí)要保持一致。焊接必須按照一定的順序進(jìn)行，按照主要區(qū)域首先焊接的合理順序進(jìn)行，次要區(qū)域后焊接；對稱零件在非對稱零件之前焊接。焊接過程中電流、速度、方向必須一致。焊接時(shí)還必須正確翻動工件，可變形工件必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。不同材質(zhì)的材料，需要選用不同的焊接方法，根據(jù)具體情況選取有助于避免工件變形的方法[3-4]。

4.2 焊接裂紋及預(yù)防措施

焊縫裂紋是焊接中最常見的問題，會嚴(yán)重影響設(shè)備的質(zhì)量及運(yùn)行過程中的安全性。焊接裂紋的產(chǎn)生主要是由于電流波動或短路等因素，金屬材料焊接過程中的焊接強(qiáng)度可能會受到影響，帶有焊接裂紋的設(shè)備或焊件很容易出現(xiàn)突然斷裂的情況，在運(yùn)行過程中造成物料泄漏，引發(fā)起火、爆炸、污染等安全事故。

產(chǎn)生焊縫裂紋具體的原因有：一是氫效應(yīng)，焊接材料表面殘留一定量的氫、焊縫溫度高以及金屬氫輕微擴(kuò)散到空氣中，導(dǎo)致焊接表面有氣泡出現(xiàn)明顯裂縫；二是焊縫根部形狀的影響，如果焊縫合金不正確，可能導(dǎo)致焊縫形狀和厚度惡化，從而大大增加焊縫裂紋的可能性，影響焊縫的機(jī)械性能；三是人為焊接控制因素不夠充分，采用了比較低的焊接標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足設(shè)計(jì)要求，從而可能造成更多的裂紋。此外，一些現(xiàn)場雜亂無章，組織管理和質(zhì)量存在問題，也會導(dǎo)致裂縫。

如何防止突如其來的斷裂，施工過程中突然出現(xiàn)斷裂是極其嚴(yán)重的，因?yàn)橛行┦┕し娇赡軙x擇質(zhì)量差或低廉材料來節(jié)省資金，或者如果設(shè)計(jì)中沒有考慮到所有著力點(diǎn)，可能會導(dǎo)致突然斷裂。在這種情況下，施工方還必須注意在出現(xiàn)裂縫時(shí)必須仔細(xì)檢查這些點(diǎn)是否正確，并確保在焊接過程中，對于這種嚴(yán)重的突然斷裂。為防止裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)首先進(jìn)行焊接前熱處理，控制焊接點(diǎn)的冷卻速度，充分釋放焊接點(diǎn)處的氫氣，形成更均勻的焊接點(diǎn)，同時(shí)降低焊接材料的應(yīng)力和淬硬性，焊接效果最適合于通常使用的熱處理溫度在200～250 ℃之間，加強(qiáng)焊接材料的預(yù)處理，例如清除材料表面的雜物，用砂紙拋光焊接表面，并在一定溫度下進(jìn)行烘干處理，同時(shí)提高材料結(jié)構(gòu)的裝配質(zhì)量，準(zhǔn)確調(diào)整材料的焊接位置，避免焊縫中的應(yīng)力導(dǎo)致焊縫中的裂紋[5-6]。最后，需要調(diào)整焊縫順序，優(yōu)化焊縫位置，改變坡口形狀，減少單側(cè)焊縫中熔融金屬量，控制焊縫厚度，有效提高焊縫質(zhì)量，降低產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。

4.3 焊接中的飛濺金屬處理措施

如果焊接技術(shù)中出現(xiàn)飛濺金屬，則說明有電弧產(chǎn)生。部分金屬在電弧下熔化，而飛濺影響工件的焊接質(zhì)量，增加使用焊條的數(shù)量，造成浪費(fèi)，影響工件的美觀度和工件質(zhì)量。造成這種情況的主要原因有兩個：焊條儲存不當(dāng)，零件未按要求烘干；選定的焊條不合適，尤其是堿性焊條，也可能出現(xiàn)這種情況。為了改善焊條的存儲條件，還必須創(chuàng)造良好的焊接烘干條件，必須科學(xué)正確選擇焊條種類。

5 返修管理措施

5.1 建立一個更全面的返修系統(tǒng)

更好的焊接接頭返修系統(tǒng)是焊接接頭質(zhì)量控制的前提條件。首先，設(shè)置對焊縫返修有重大影響的控制鏈，對返修方案的制定提出更明確的要求。其次，應(yīng)能夠根據(jù)相關(guān)規(guī)定開發(fā)適合接頭返修系統(tǒng)，并為焊縫返修確定具體工藝參數(shù)。如果經(jīng)常返修工件的同一部分，焊接接頭和母材形狀可能會出現(xiàn)問題，因此同一焊接接頭最多只能返修兩次，這是承壓設(shè)施所能承受的極限[7]。

5.2 建立返修方案

制定返修計(jì)劃是返修措施的重要組成部分，因?yàn)橹挥薪⑦m當(dāng)?shù)目茖W(xué)返修計(jì)劃，才能制定適當(dāng)返修方案。具體措施是：第一，缺陷原因和某些技術(shù)解決方案；第二，大缺陷的清除處理，以及正確糾正坡口；第三，焊接材料和方法的選擇；第四，確定特定返修并將其應(yīng)用于特定返修；第五，在檢查焊接接頭后，應(yīng)檢查工件，以確保返修后的接頭符合操作要求，承壓設(shè)備運(yùn)行得更好。

6 焊接工藝發(fā)展趨勢

6.1 焊接材料會相應(yīng)地進(jìn)行配置

隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接材料的生產(chǎn)表現(xiàn)為焊條用量下降，焊絲氣體保護(hù)增加。表明電弧焊接的應(yīng)用逐漸減少，在我國正在推動CO2焊接工藝的發(fā)展，這不僅節(jié)約了焊接材料，而且提高了能源使用效率。同時(shí)，在海洋或極端氣候轉(zhuǎn)換中需要耐寒、耐潮濕、抗腐蝕和堅(jiān)韌的材料，要根據(jù)設(shè)備所處的不同環(huán)境，選擇合適的材料配置[8]。

6.2 焊接工藝的全面發(fā)展

焊接工藝正朝著自動化、智能化技術(shù)的方向發(fā)展。焊接設(shè)備越來越多地采用機(jī)械電氣工程、計(jì)算機(jī)、數(shù)字化技術(shù)等相結(jié)合，提高焊接設(shè)備的生產(chǎn)效率，節(jié)省時(shí)間和成本。通過廣泛應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備，可以完全取代手工電焊技術(shù)，提高我國焊接工藝的總價(jià)值，從而為我國機(jī)械行業(yè)帶來巨大的競爭優(yōu)勢。我國焊接技術(shù)的發(fā)展進(jìn)展迅速，重點(diǎn)關(guān)注易用性、安全性、可靠性和成本效益，同時(shí)焊接產(chǎn)品的質(zhì)量和分析對質(zhì)量影響更大。

6.3 焊接工藝成為專門的系統(tǒng)化施工技術(shù)

焊接技術(shù)在制造過程的最后階段應(yīng)用，是制造過程的關(guān)鍵階段，也是制造行業(yè)的關(guān)鍵制造過程。焊接工藝結(jié)合了兩種工件在一起，將不同材料的材質(zhì)無縫地結(jié)合在一起。而焊接產(chǎn)品比普通鑄造零件產(chǎn)品的重量輕、質(zhì)量好，可以制造密封性好的容器。焊接、鑄造技術(shù)相結(jié)合，通過創(chuàng)建大型、低成本的鑄造和鍛焊結(jié)構(gòu)來提高經(jīng)濟(jì)性。焊接技術(shù)隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)展演變，已經(jīng)從工件通過熱相互連接的方式發(fā)展成了一種系統(tǒng)化的、專門的施工技術(shù)，如今由多學(xué)科組成，如：材料、金屬、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電子。隨著該技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于大型機(jī)械行業(yè)，而不只是鍛造裝置、鑄造模具等[9]。小型產(chǎn)品的制造也包括焊接工藝，今后將成為業(yè)界最實(shí)用、最受歡迎的技術(shù)。

7 結(jié)語

焊接質(zhì)量要求隨著各個行業(yè)，特別隨著石化、化工、航空和電子等行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的而提高。焊接是復(fù)雜的作業(yè)，會不可避免地導(dǎo)致問題，并影響焊接件在使用過程中的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。因此，操作人員必須充分了解影響焊接質(zhì)量的主要因素，以及焊接工藝中可能存在的問題和提高焊縫質(zhì)量的措施。