摘要：隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，壓力容器日益成為石油化工工業(yè)、能源工業(yè)和物料貯運(yùn)等的重要設(shè)備，控制壓力容器的焊接缺陷具有重要意義。文章對壓力容器在焊接中常見的質(zhì)量缺陷進(jìn)行了介紹，對產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器；常見缺陷；防治措施；焊接缺陷；石油化工工業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TH49 文章編號：1009-2374（2016）22-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.038

隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，壓力容器已在石油化工工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中得到廣泛運(yùn)用。壓力容器的焊接質(zhì)量與壓力容器的強(qiáng)度、致密性、使用壽命密切相關(guān)。同時，在壓力容器焊接中經(jīng)常會出現(xiàn)一些缺陷，這些缺陷對焊接容器的穩(wěn)定性以及工作均會造成巨大的影響。因此，研究和探討壓力容器焊接常見缺陷及防治措施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將對此展開詳細(xì)探討。

1 控制壓力容器焊接缺陷的重要意義

壓力容器是指盛裝液體或者氣體并承載一定壓力的密閉設(shè)備。壓力容器包括貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器等。壓力容器主要用于石油化工工業(yè)、能源工業(yè)、物料貯運(yùn)、科研、醫(yī)療等國民經(jīng)濟(jì)生活中。壓力容器的制造的總工作量的30%以上與焊接工作有關(guān)。同時研究表明壓力容器90%的事故與焊接缺陷相關(guān)。因此，控制焊接質(zhì)量是壓力容器致密性和強(qiáng)度的保證，有助于壓力容器正常、安全工作并提高使用壽命，保障人們的生命財產(chǎn)安全。

2 壓力容器常見焊接缺陷及產(chǎn)生原因

根據(jù)缺陷分布的位置不同，壓力容器的焊接缺陷可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷，其中外部缺陷通?？梢酝ㄟ^肉眼發(fā)現(xiàn)。常見的焊接外部缺陷有弧坑、焊瘤、焊縫形狀和尺寸不合要求、表面飛濺、咬邊等。內(nèi)部缺陷包括裂紋、夾渣、氣孔、未焊透、未熔合等，其中裂紋是影響壓力容器最致命的缺陷，是必須檢測的重點(diǎn)項(xiàng)目。

2.1 咬邊

咬邊是指焊縫邊緣的凹陷。咬邊通常是由于焊接工藝參數(shù)選擇不正確或者操作不當(dāng)引起。產(chǎn)生咬邊的主要原因有：操作方法不當(dāng)，焊接規(guī)范選擇不對，比如電弧過長、運(yùn)條方式和角度不當(dāng)、電流過大、坡口兩側(cè)的停留時間不合適等。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，焊絲偏移中心的距離太大會導(dǎo)致熔池停留時間增加而產(chǎn)生咬邊，同時焊速過快會導(dǎo)致收弧后不能填滿弧坑。

2.2 氣孔

氣孔主要是指熔池當(dāng)中的氣泡在出現(xiàn)凝固之前沒有及時散發(fā)出去，而是在焊接的縫隙處殘留，最后形成的空穴。氣孔的產(chǎn)生會使焊縫金屬的致密性受到影響。氣孔產(chǎn)生的根本原因是外界氣體或者焊接過程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)入熔池，在熔池凝固前沒及時逸出而造成的。導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的原因有：坡口邊緣不干凈，有銹跡等；焊條或者焊劑未按照操作規(guī)定烘焙；氣泡無法通過熔渣；焊接速度太快；焊接電壓過高；焊接的環(huán)境比較潮濕等。

2.3 夾渣

夾渣的形成主要是因?yàn)樵诤缚p處殘留了一些熔渣。夾渣的存在具有較大危害，會極大地降低焊縫的強(qiáng)度和致密性。夾渣產(chǎn)生的主要原因有：焊縫的邊緣有氧割或碳弧氣泡殘留的熔渣；焊接時速度太快；焊接時坡口角度選擇不合理；焊接時電流不夠。此外，在選用堿性焊條時，也可能會因?yàn)闃O性不正?；蛘唠娀∵^長而出現(xiàn)夾渣的缺陷。

2.4 未焊透、未熔合

未熔透、未熔合都是比較嚴(yán)重的焊接缺陷，會使焊縫的強(qiáng)度降低，甚至?xí)?dǎo)致裂紋產(chǎn)生，從而發(fā)生事故。其中，在焊接時，當(dāng)接頭根部未完全熔透便會出現(xiàn)未焊透的現(xiàn)象，而當(dāng)焊縫與焊件之間或者焊件與焊縫金屬之間有一些部位沒有溶透時便會出現(xiàn)未熔合的現(xiàn)象。通常造成這些問題出現(xiàn)的原因是電弧過長、焊條的直徑太大、電流過小、坡口表面被氧化和有油污、焊件裝配間隙或者坡口角度過小、封底焊清潔不徹底等。

2.5 焊瘤

在焊接過程中，金屬溢流到加熱不足的母材或前道焊縫上，金屬凝固時，在自身重力作用下金屬形成的微小疙瘩就是焊瘤。焊瘤不能和母材或者前道焊縫熔合。如果焊瘤位于內(nèi)部，會降低強(qiáng)度、減少有效截面積，影響美觀。焊瘤產(chǎn)生的主要原因是運(yùn)條不均而造成熔池溫度過高，液態(tài)金屬凝固后緩慢下墜而在焊縫表面形成焊瘤。立、仰焊時，焊接電流過大、電弧過長也可能出現(xiàn)焊瘤。

2.6 裂紋

裂紋是指在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用使得金屬材料的原子結(jié)構(gòu)被破壞而形成新的界面，從而產(chǎn)生縫隙。壓力容器的焊接裂紋是一種危害性極強(qiáng)的缺陷。壓力容器結(jié)構(gòu)的破壞大多從裂紋處開始。裂紋分為熱裂紋和冷裂紋。

焊縫金屬從液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的裂紋稱熱裂紋。熱裂紋多出現(xiàn)在焊縫。熱裂紋的特點(diǎn)是焊接后立即可見，且多位于焊縫中心位置。熱裂紋產(chǎn)生的原因是焊接熔池中有低熔點(diǎn)雜質(zhì)如FeS等。一般而言，這類雜質(zhì)多是凝固時間長、熔點(diǎn)低、凝固后強(qiáng)度低。因此，當(dāng)受到外界作用到其表面的拘束應(yīng)力足夠大時，且焊接金屬凝固時產(chǎn)生的收縮力，很容易會出現(xiàn)拉開或者在凝固后不久被拉開而形成裂紋。

而冷裂紋的形成則是在焊接金屬冷卻的過程中，又或者是冷卻之后，焊縫交接與母材的熔合線外產(chǎn)生的裂紋，也可能是在母材的熔合線處產(chǎn)生的裂紋。其發(fā)生的位置大多集中在應(yīng)力較為集中的位置，例如咬邊、焊根處。冷裂紋發(fā)生的溫度一般是在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的范圍內(nèi)。冷裂紋的危害極大，一般在焊接后幾小時或更長時間后出現(xiàn)。造成冷裂紋出現(xiàn)的原因主要有三點(diǎn)：（1）接頭處受到較大的拘束應(yīng)力的作用；（2）由于受到焊接熱循環(huán)的作用，在熱影響的區(qū)域內(nèi)形成了淬硬組織；（3）一些過量的擴(kuò)散氫積聚在焊縫處，并發(fā)生了不斷濃集的現(xiàn)象。

焊縫金屬在冷卻過程中或者冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線處產(chǎn)生的裂紋稱為冷裂紋。冷裂紋形成的溫度通常在范圍內(nèi)。冷裂紋多發(fā)生在焊根、咬邊等應(yīng)力集中的位置。冷裂紋既可能在焊接后立即出現(xiàn)，也可能在焊接后幾小時甚至更長時間才會出現(xiàn)。冷裂紋對壓力容器的危害程度比熱裂紋的更大。冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是：（1）在焊接熱循環(huán)作用下，熱影響區(qū)內(nèi)生成了；（2）焊縫中有過量的擴(kuò)散氫且存在濃集的條件；（3）接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。

裂紋一旦產(chǎn)生，必須徹底清除，然后修補(bǔ)，否則裂紋會影響壓力容器的安全使用。

3 壓力容器焊接缺陷的預(yù)防措施

壓力容器的焊接缺陷會導(dǎo)致壓力容器的強(qiáng)度、致密性等受到影響，使得使用壽命縮短，會對人身安全和財產(chǎn)安全造成不良影響。

通過對焊接缺陷的原因進(jìn)行分析，可以有針對性地進(jìn)行解決和預(yù)防，有效提高壓力容器的質(zhì)量和安全水平。企業(yè)可以從以下方面來減少焊接缺陷的產(chǎn)生：

3.1 提高焊工技能

一些焊接缺陷是由于焊接人員的勞動技能不嫻熟或操作不規(guī)范造成的，因此需要提高焊工的勞動素質(zhì)。（1）需要聘用獲得國家承認(rèn)的上崗證的焊工；（2）針對各自企業(yè)的實(shí)際情況來培訓(xùn)焊接人員，直至培訓(xùn)考核合格后才能上崗；（3）持續(xù)地對焊接人員的勞動素質(zhì)進(jìn)行評價，對評價結(jié)果較差或者不穩(wěn)定的加強(qiáng)培訓(xùn)。

3.2 焊接工藝選定及焊接規(guī)范制定

焊接工藝是控制壓力容器焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在焊接前，企業(yè)應(yīng)當(dāng)綜合評估焊接工藝，根據(jù)自身實(shí)際情況，對各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，不建議直接照搬其他企業(yè)的焊接工藝。

在選定好合適的焊接工藝后，必須依據(jù)相應(yīng)的焊接工藝制定詳細(xì)的焊接規(guī)范，以便于焊接人員操作。焊接規(guī)范應(yīng)當(dāng)根據(jù)壓力容器的設(shè)計要求、焊接工藝來制定。焊接人員必須嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行焊接，對焊接的每一道工序負(fù)責(zé)。

3.3 正確選取、保存焊接材料

焊接材料必須選擇有質(zhì)量保障的廠家。同時焊接材料的各個方面質(zhì)量必須符合國家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。焊條的化學(xué)成分與焊體成分需符合要求。焊材庫人員需遵循《焊條質(zhì)量管理規(guī)程》（JB3223-83）進(jìn)行管理，保證焊材滿足使用要求。

3.4 焊接過程控制

焊接前應(yīng)當(dāng)確定焊縫的組隊(duì)間隙、鈍邊的大小、坡口的清潔等符合要求。在焊接中，注意：（1）盡量不選擇十字焊縫；（2）不允許強(qiáng)力組裝；（3）需焊接臨時吊耳和拉筋的墊板，需將墊板割除后的焊瘤打磨光滑。焊接后，進(jìn)行無損檢測，包括外觀檢測、無損探傷、耐壓測試及致密性試驗(yàn)。

4 結(jié)語

壓力容器的質(zhì)量與焊接質(zhì)量密切相關(guān)。企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身的實(shí)際情況，找出對焊接的不利因素，對勞動者加強(qiáng)培訓(xùn)，對焊接材料、焊接工藝和規(guī)范、焊接過程控制等方面進(jìn)行質(zhì)量控制，可有效保證壓力容器的焊接質(zhì)量。壓力容器焊接缺陷的防治既要注重從預(yù)防和控制兩個方面入手，也要從工藝的升級以及各項(xiàng)管理制度、工藝規(guī)范的執(zhí)行方面入手。只有把握好各個環(huán)節(jié)，才能保證壓力容器的焊接質(zhì)量。

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作者簡介：蘭嵐（1973-），女，湖南湘陰人，中南工業(yè)學(xué)校一級實(shí)習(xí)指導(dǎo)師，研究方向：焊接技術(shù)應(yīng)用教學(xué)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）